锦纶聚合生产监控系统设计调配聚合部分控制
本课题出自于某化纤企业，介绍了锦纶聚合的基本工艺和流程，并设计了一套基于PLC的锦纶聚合控制系统。首先通过查阅资料和实地考察，确定了锦纶聚合的工艺流程，将锦纶聚合的前半部分分为熔融、调配、前聚、后聚、切粒五个部分，控制系统将采用西门子S7-300和WINCC。然后根据锦纶聚合控制系统的要求构建PLC系统框架，并完成电气回路设计、PLC系统硬件配置及外围输入输出设计。最后根据控制要求分别设计熔融、调配、前聚、后聚、切粒的PLC控制程序，能够与WINCC进行联调，基本实现锦纶聚合的监控功能，完成了设计要求。关键词 锦纶聚合，PLC，自动控制
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 锦纶国内外的发展状况 1
1.3 聚合装置的主要设备结构及性能 3
1.4 锦纶聚合工艺（熔融至切粒） 4
2 系统的整体设计方案 5
2.1 系统工作原理 5
2.2 西门子PLC简介 6
2.3 MPI网络简介 7
2.4 PROFIBUS通信简介 7
2.5 控制系统的设计步骤 7
3 硬件系统的研究与设计 8
3.1 I/O分配表 8
3.2 PLC的模块选型 10
3.3 PLC的输入输出 12
4 程序设计 14
4.1 启停程序设计 14
4.2 选择程序设计 14
4.3 熔融程序设计 15
4.4 调配程序设计 19
4.5 前聚程序设计 21
4.6 后聚程序设计 23
4.7 切粒程序设计 25
4.8 PID程序设计 27
5 控制系统的仿真和调试 30
结论 36
致谢 37
参考文献 38
附录 PLC程序 39
1 绪论
1.1 课题研究背景
尼龙6又叫做或聚酞胺6或者锦纶6，是己内酸胺的均聚物，是由单体己内酞胺经开环聚合反应生成的线型聚 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
酞胺。由其制成的化学纤维具有多个优点，包括高强度、高耐磨、回弹性好、吸湿性好、耐疲劳和良好的染色性[2]。而在化学纤维中尼龙6的耐磨性是最好的，它的耐磨性接近涤纶并且比其他化学纤维要高，染料染色可以直接使用。而它的缺点是比较差的耐热性与耐光性，如果想要改善，可以使用耐光剂跟热稳定剂[1]。
锦纶6有不同的粘度，而根据不同粘度制作的化学纤维具有不同的用途。通常民用丝是用粘度较低的尼龙6制作的，可制造尼龙袜、雨伞、衣服等;高粘度的用来制作工程塑料，像汽车当中的某些零部件所使用的原材料就有用到，或者是生产电子行业中的精密机械部件、绝缘部件和电气照明用品等。
1.2 锦纶国内外的发展状况
锦纶聚合工艺当中已内酰胺的聚合在长时间的发展之后，现世界各地都出现了研究机构，就是为了能够对已内酰胺进行研究，而且每个机构都有自己的独到之处。而在这么多机构当中德国公司、阿扎菲工程设计公司的聚合工艺具有代表性[5]。
目前全世界最大的生产商是中国，同样也是世界上的最主要的进口国，当国内生产量增长时，国内的进口也会随之下降。但是在2010年我国仍然占据全球总量的23%。之前10年，人们不断推广应用技术，尼龙的全球产量增加，这其中最主要是尼龙6，特别是在亚洲，锦纶6是最多的产品。相信在之后的时间里，尼龙6在亚洲的产量会增长到年均8%，但是尼龙66的产量则不太会变化。尼龙出口地区和国家将会改变，最主要的地区将依旧是台湾，占总量的20%，中国大陆中会占其中80%，意大利和德国也会出口更多的尼龙，大概占总量的10%。然而有的出口多的国家则会减少出口量，比如加拿大等等[6]。
中国锦纶生产设的技术发展在20世纪90年代有着很大的改善。首先，锦纶6的工艺技术以及聚合理论，中国纺织大学对其进行了研究 。岳阳石油化工总厂化纤厂（简称岳化化纤厂）玉巴陵石化设计院和中国纺织大学一起对锦纶聚合工艺的研究，在1995年，中国石化总公司鉴定后，表示成功通过。并且在450mmVK管上应用成功，产品的质量也非常好，同时产量也得到了提高。现在岳化化纤厂通过该技术要在1600mmVK管上扩建，项目设计于1998年竣工。如果实验成功，则表示我国实现了年产万吨的目标。中国纺织大学利用电脑对VK管结构优化以及反应过程取得了巨大的突破。而且在聚合反应模拟时，开发了计算机辅助设训软件包，这种软件包就是用在锦纶聚合反应上[7]。巴陵石化使用此软件对帘子布工程的物料平衡经过计算后，发现与外商所设计的数据和显示情况基本一致。同时也应用在了尼龙加压之前的聚合反应器中。中国纺织大学还开展了VK管锥形挡板结构最优化的训一算机辅助设计，提出了供设备设计用的锥形挡板的部分结构参数[8]。
在尼龙6生产过程和设备开发中，中国乡镇企业也发挥了重要作用。上海东名化纤设备工厂开发了一系列聚合管道，规格从500到1800毫米都有。慈溪尼龙工厂和其他制造商多年来一直在使用这种聚合管,而它的聚合物生产已经具有120t/d的能力。 东名化纤工厂使用大规模聚合管(1 200毫米以上)，而且其结构有自己的特点，上端部分使用多层同心圆连起来，并且将七圈同心圆加热套套在联苯加热器（1600毫米）聚合管上,每层之间都有连接管,所以加热效果会比较好 ,并用作聚合物熔体的分布器,这样其流动速度就会均匀。底层使用多层内置线圈，这与Inventa公司的VK管相类似。这是冷却管,传热效率高,1到2摄氏度的温差。近年来，东名化纤厂改变了第二层同轴加热套管，将反应段变短同时增加平衡段，从而提高了聚合物的质量[8]。1.532t/d的萃取塔也是该工厂生产的。三个同心圆分布管上会开出许多小洞，这就显得与其他分配器不太一样。这种结构可以使萃取水进塔时能够均匀地提取。有七个内部挡板会在萃取塔内部,这与NOY公司的萃取塔内结构类似,但与Inventa公司的缝隙更大的萃取塔的上层部分也有类似。但是这个设备与先进设备相比还有很大的差距，塔萃取水的浓度仅为6%左右[4]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 锦纶国内外的发展状况 1
1.3 聚合装置的主要设备结构及性能 3
1.4 锦纶聚合工艺（熔融至切粒） 4
2 系统的整体设计方案 5
2.1 系统工作原理 5
2.2 西门子PLC简介 6
2.3 MPI网络简介 7
2.4 PROFIBUS通信简介 7
2.5 控制系统的设计步骤 7
3 硬件系统的研究与设计 8
3.1 I/O分配表 8
3.2 PLC的模块选型 10
3.3 PLC的输入输出 12
4 程序设计 14
4.1 启停程序设计 14
4.2 选择程序设计 14
4.3 熔融程序设计 15
4.4 调配程序设计 19
4.5 前聚程序设计 21
4.6 后聚程序设计 23
4.7 切粒程序设计 25
4.8 PID程序设计 27
5 控制系统的仿真和调试 30
结论 36
致谢 37
参考文献 38
附录 PLC程序 39
1 绪论
1.1 课题研究背景
尼龙6又叫做或聚酞胺6或者锦纶6，是己内酸胺的均聚物，是由单体己内酞胺经开环聚合反应生成的线型聚 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
酞胺。由其制成的化学纤维具有多个优点，包括高强度、高耐磨、回弹性好、吸湿性好、耐疲劳和良好的染色性[2]。而在化学纤维中尼龙6的耐磨性是最好的，它的耐磨性接近涤纶并且比其他化学纤维要高，染料染色可以直接使用。而它的缺点是比较差的耐热性与耐光性，如果想要改善，可以使用耐光剂跟热稳定剂[1]。
锦纶6有不同的粘度，而根据不同粘度制作的化学纤维具有不同的用途。通常民用丝是用粘度较低的尼龙6制作的，可制造尼龙袜、雨伞、衣服等;高粘度的用来制作工程塑料，像汽车当中的某些零部件所使用的原材料就有用到，或者是生产电子行业中的精密机械部件、绝缘部件和电气照明用品等。
1.2 锦纶国内外的发展状况
锦纶聚合工艺当中已内酰胺的聚合在长时间的发展之后，现世界各地都出现了研究机构，就是为了能够对已内酰胺进行研究，而且每个机构都有自己的独到之处。而在这么多机构当中德国公司、阿扎菲工程设计公司的聚合工艺具有代表性[5]。
目前全世界最大的生产商是中国，同样也是世界上的最主要的进口国，当国内生产量增长时，国内的进口也会随之下降。但是在2010年我国仍然占据全球总量的23%。之前10年，人们不断推广应用技术，尼龙的全球产量增加，这其中最主要是尼龙6，特别是在亚洲，锦纶6是最多的产品。相信在之后的时间里，尼龙6在亚洲的产量会增长到年均8%，但是尼龙66的产量则不太会变化。尼龙出口地区和国家将会改变，最主要的地区将依旧是台湾，占总量的20%，中国大陆中会占其中80%，意大利和德国也会出口更多的尼龙，大概占总量的10%。然而有的出口多的国家则会减少出口量，比如加拿大等等[6]。
中国锦纶生产设的技术发展在20世纪90年代有着很大的改善。首先，锦纶6的工艺技术以及聚合理论，中国纺织大学对其进行了研究 。岳阳石油化工总厂化纤厂（简称岳化化纤厂）玉巴陵石化设计院和中国纺织大学一起对锦纶聚合工艺的研究，在1995年，中国石化总公司鉴定后，表示成功通过。并且在450mmVK管上应用成功，产品的质量也非常好，同时产量也得到了提高。现在岳化化纤厂通过该技术要在1600mmVK管上扩建，项目设计于1998年竣工。如果实验成功，则表示我国实现了年产万吨的目标。中国纺织大学利用电脑对VK管结构优化以及反应过程取得了巨大的突破。而且在聚合反应模拟时，开发了计算机辅助设训软件包，这种软件包就是用在锦纶聚合反应上[7]。巴陵石化使用此软件对帘子布工程的物料平衡经过计算后，发现与外商所设计的数据和显示情况基本一致。同时也应用在了尼龙加压之前的聚合反应器中。中国纺织大学还开展了VK管锥形挡板结构最优化的训一算机辅助设计，提出了供设备设计用的锥形挡板的部分结构参数[8]。
在尼龙6生产过程和设备开发中，中国乡镇企业也发挥了重要作用。上海东名化纤设备工厂开发了一系列聚合管道，规格从500到1800毫米都有。慈溪尼龙工厂和其他制造商多年来一直在使用这种聚合管,而它的聚合物生产已经具有120t/d的能力。 东名化纤工厂使用大规模聚合管(1 200毫米以上)，而且其结构有自己的特点，上端部分使用多层同心圆连起来，并且将七圈同心圆加热套套在联苯加热器（1600毫米）聚合管上,每层之间都有连接管,所以加热效果会比较好 ,并用作聚合物熔体的分布器,这样其流动速度就会均匀。底层使用多层内置线圈，这与Inventa公司的VK管相类似。这是冷却管,传热效率高,1到2摄氏度的温差。近年来，东名化纤厂改变了第二层同轴加热套管，将反应段变短同时增加平衡段，从而提高了聚合物的质量[8]。1.532t/d的萃取塔也是该工厂生产的。三个同心圆分布管上会开出许多小洞，这就显得与其他分配器不太一样。这种结构可以使萃取水进塔时能够均匀地提取。有七个内部挡板会在萃取塔内部,这与NOY公司的萃取塔内结构类似,但与Inventa公司的缝隙更大的萃取塔的上层部分也有类似。但是这个设备与先进设备相比还有很大的差距，塔萃取水的浓度仅为6%左右[4]。
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