加熱爐溫度控制系統(tǒng)是比較常見和典型的過程控制系統(tǒng)，加熱反應(yīng)爐整體由四個閥：排氣閥、進(jìn)料閥、氮氣閥、泄放閥，四個傳感器：壓力傳感器、溫度傳感器、上液面?zhèn)鞲衅?、下液面?zhèn)鞲衅?，鍋爐，加熱器及加熱接觸器等組成。加熱反應(yīng)爐是工業(yè)生產(chǎn)中常用的重要設(shè)備，過去僅依靠人工進(jìn)行操作，往往存在送料、溫度、壓力等條件變化不能有效控制的問題，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，造成原料浪費，給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。因此可編程序控制器PLC以其可靠性高、功能強、控制靈活等特點，且編程簡單，使用方便已成為目前工業(yè)現(xiàn)場的首選控制裝置。使用自動控制系統(tǒng)能有效的提高生產(chǎn)的安全性，大大降低了事故的發(fā)生率，并能提高生產(chǎn)效率，使原材料的使用率達(dá)到最大。在系統(tǒng)中，硬件上采用技術(shù)比較的成熟的可編程邏輯控制器，開發(fā)上采用了PLC的開關(guān)量和模擬量輸入模塊，實現(xiàn)對模擬量的采集；方法上運用的是過程控制中常用的反饋與串級控制方法，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

• 設(shè)計任務(wù)和要求

1．根據(jù)上述加熱反應(yīng)爐加熱工藝過程，編制PLC控制程序，并畫出I／0電氣接口圖。

2．調(diào)試程序，模擬運行。

• 設(shè)計方案

１.工藝過程和控制要求

1．送料控制

①檢測下液面SQ2、爐內(nèi)溫度ST、爐內(nèi)壓力SP是否都小于給定值(整定值均為邏輯量)。

②若是小于給定值，則開啟排氣閥YVl和進(jìn)料閥YV2。

③當(dāng)液位上升到上液面SQl時，應(yīng)關(guān)閉排氣閥YVl和進(jìn)料閥YV2。

④延時20s，開啟氮氣閥YV3，氮氣進(jìn)人反應(yīng)爐，爐內(nèi)壓力上升。

⑤當(dāng)壓力上升到給定值時，即SP=“1”時，關(guān)閉氮氣閥。

2．加熱反應(yīng)控制

①交流接觸器KM帶電，接通加熱爐發(fā)熱器EH的電源。

②當(dāng)溫度升高到給定值時(ST：“1”)，切斷加熱器電源，交流接觸器KM失電o

③延時10min加熱過程結(jié)束。

3．泄放控制

①打開排氣閥，使?fàn)t內(nèi)壓力降到預(yù)定的最低值(SP：“0”)。

②打開泄氣閥，當(dāng)爐內(nèi)溶液降到下液面(SQ2=“0”)時，關(guān)閉泄放閥和排氣閥。系統(tǒng)恢復(fù)到原始狀態(tài)，準(zhǔn)備進(jìn)入下一循環(huán)。

2 .加熱反應(yīng)爐工作原理

加熱反應(yīng)爐溫度控制系統(tǒng)基本構(gòu)成如下圖所示，它由PLC主控系統(tǒng)、固態(tài)繼電器、加熱爐、溫度傳感器等4個部分組成。

加熱爐溫度控制實現(xiàn)過程是:首先溫度傳感器將加熱爐的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號，PLC主控系統(tǒng)內(nèi)部的A/D將送進(jìn)來的電壓信號轉(zhuǎn)化PLC可識別的數(shù)字量，然后 PLC將系統(tǒng)給定的溫度值與反饋回來的溫度值進(jìn)行比較并經(jīng)過PID運算處理后，給固態(tài)繼電器輸入端一個控制信號控制固態(tài)繼電器的輸出端導(dǎo)通與否從而使加熱爐開始加熱或停止加熱。

3 .加熱反應(yīng)爐的輸入輸出設(shè)備表：

根據(jù)加熱反應(yīng)爐自動控制系統(tǒng)的要求，需要 6 個輸入點，5 個輸出點，共 11 個I/O 點。

表1

4 . I、O地址表：

加熱反應(yīng)爐的輸入信號共有6個，輸出信號共有5個，均為開關(guān)量，其輸入輸出地址編排表如下圖所示。

表2

5 .I、O電器接口圖：

根據(jù)I、O地址編排表，其I、O電器接口圖如下圖所示。

6 .控制流程圖：

由加熱反應(yīng)爐控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，結(jié)合 PLC 可以設(shè)計如圖所示的系統(tǒng)控制流程。按下啟動按鈕SB1后，系統(tǒng)運行；按下停止按鈕 SB2 后，系統(tǒng)停止。

第一階段：送料控制，檢測下液面 SL1, 爐內(nèi)溫度ST, 爐內(nèi)壓力SP是否小于給定值（都為“0”）若 YV1 和進(jìn)料閥 YV2 。當(dāng)液位上升到上液位設(shè)定值時，SL2=1, 應(yīng)關(guān)閉排氣閥YV1 和進(jìn)料閥 YV2 。延時 10S, 開啟氮氣閥 YV3,氮氣進(jìn)入反應(yīng)爐，爐內(nèi)壓力上升。當(dāng)壓力上升到給定值時，即SP=1,關(guān)閉氮氣閥。送料過程結(jié)束。

第二階段：加熱反應(yīng)控制，接通反應(yīng)爐電源KM, 開始對反應(yīng)爐加溫。當(dāng)溫度上升到給定值時（此時信號 ST=1），切斷加熱電源。延時 10S ，加熱過程結(jié)束。

第三階段：泄放控制，打開排氣閥 YV1,使?fàn)t內(nèi)壓力降到給定值以下（此時 SP=0）。打開泄放閥YV4 ，當(dāng)爐內(nèi)溶液下降到下液面以下（此時 SL1=0 ）,關(guān)閉泄放閥 YV4 和排氣閥YV1 。系統(tǒng)恢復(fù)到原始狀態(tài)準(zhǔn)備進(jìn)入下一循環(huán)。

根據(jù)加熱反應(yīng)爐對電氣控制系統(tǒng)的要求，本設(shè)計控制系統(tǒng)包括手動在內(nèi)的共6個輸入信號：下液面檢測信號X1，爐內(nèi)溫度X2上液面檢測信號X3，爐內(nèi)壓力X4；X5,X6分別為手動自動切換按鈕。PLC的5個輸出信號Y1—Y5分別代表排氣閥，進(jìn)料閥，氮氣閥，泄放閥，反應(yīng)爐加熱，定時器T1,T2為0.1S定時器。

加熱反應(yīng)爐控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)的監(jiān)控部分、PLC 系統(tǒng)，信號檢測部分及執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾部份組成通過在線實時記錄、監(jiān)控和顯示數(shù)據(jù)，傳遞設(shè)備的實時狀態(tài)，接受并執(zhí)行系統(tǒng)實時控制命令，通過控制電磁閥開閉，滿足系統(tǒng)控制的要求。