锦纶聚合生产监控系统设计萃取回收部分控制
本课题来源于锦纶化纤企业，主要设计了一套基于PLC的锦纶聚合过程中的萃取回收部分控制系统。通过分析萃取回收过程的工艺流程，确定了系统的控制要求，建立了以PLC为控制核心、WinCC为上位机的监控系统方案。在此基础上构建了PLC控制系统框架，完成了电气线路设计、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了萃取、干燥、单体回收蒸发、单体回收过滤的PLC控制程序，并将现场参数、设备运行状态、故障信息等上报WinCC监控界面，基本实现了萃取回收生产过程的监控功能，完成了设计要求。关键词 锦纶聚合，萃取回收，PLC控制，WinCC监控
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 锦纶6聚合发展过程 2
1.3 锦纶6聚合工艺流程 3
2 方案设计 6
2.1 控制系统的设计任务 6
2.2 控制系统的构建 7
2.3 控制系统的设计步骤 8
3 硬件设计 9
3.1 PLC选型与硬件配置 9
3.2 PLC的输入输出点与接线图 10
4 萃取回收控制系统的程序设计 14
4.1 控制程序的框架与功能 14
4.2 萃取程序设计 15
4.3 干燥程序设计 18
4.4 单体回收蒸发程序设计 21
4.5 单体回收过滤程序设计 24
5 系统调试 29
5.1 PLC程序的仿真调试 29
5.2 系统综合调试 31
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
附 录：PLC程序 37
1 绪论
1.1 课题背景
本课题来源于锦纶化纤企业，淮安锦纶化纤有限公司座落于淮安涟水经济开发区，它是金轮集团在淮安进行投资的一个重点项目投资额达到2.17亿元，占地面积达到500亩，年产达到20000吨，在淮安涟水经济开发区属于龙头企业。公司设有聚合、纺牵、加捻、织布、浸胶五个标准化生产车间，5个职能部门。第一期8条龙生产线投资35000万元，占地505 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
亩，厂房面积12万平方米，拥有员工1400人，配有1400毫米聚合设备及纺丝卷绕机、牵伸机、初捻机、复捻机、织布机、浸胶机等整体浸胶帘子布生产流水线。锦纶6又叫做聚酰胺6或者尼龙6，是己内酰胺的均聚物，由其制成的化学纤维具有多个优点，包括高耐磨、高强度、吸湿性好、回弹性好、耐疲劳好和良好的染色性[1]。本课题的任务是根据上位机的主控指令及参数设置完成萃取到回收等生产环节的PLC控制，并将现场参数、运行状态、故障状态等信息上报监控界面。
随着经济的发展，市场需求不断地增加，因此企业需要扩大生产规模，伴随着自动化控制技术的发展与进步，使得锦纶聚合控制系统不断地更新与发展。聚合过程是一个非常重要的反应过程在锦纶工业丝生产过程中，锦纶聚合过程是一个连续、复杂的控制过程，该过程分为熔融、调配、前聚、后聚、切粒、萃取、干燥、输送、单体回收等一系列监控过程[2]。首先，原料己内酰胺单体在反应釜中经熔融后进入原料中间罐，加入添加剂经过搅拌，再加入消光剂二氧化钛等一系列化学反应后变成己内酰胺熔体，熔体经过滤器过滤后由两台输送泵送到储存罐。然后，储存罐内的己内酰胺熔体由变频进料泵送到预热器预热，经联苯蒸汽预热后，再送到预聚釜中进行预聚。预聚后的熔体由一台变频出料泵送到一个直形聚合管中进行高温聚合，生成聚己内酰胺，产生的聚己内酰胺熔体由铸带泵送到铸带槽冷却，再由切粒机切粒[2]。生成的湿切片被送到湿切片接收罐内，切片直接送到萃取单元。在萃取塔中还没反应完全的己内酰胺和一些聚合物等通过热水萃取去除，并被送到回收单元蒸发、过滤。在萃取塔中切片由上到下，热的除盐水由下至上，经过萃取过的切片从萃取塔的底部由离心机分离后，经泵送到干燥塔顶部，干燥塔经连续干燥变成干切片。这种切片是工业丝生产的原料，整个聚合系统升温是靠4台联苯炉组成的联苯系统升温加热的[2]。
从整个萃取至回收工艺过程来看，系统需要控制的检测点太多，需要控制的设备复杂且多，如果采用常规智能仪表控制将大大增加工程成本，而可编程序控制器（PLC）结构简单，编程方便，性能优越，可靠性强，通用灵活，因此现在已经广泛应用于工业生产过程及其他自动控制中[2]。在这里我们采用可编程序控制器(S7300)进行控制，不仅使设计更加紧凑，而且也具有更高的性能价格比[2]。
1.2 锦纶6聚合发展过程
锦纶6是我国最早实现工业化生产的合成纤维。自20世纪80年代末、90年代初锦纶工业丝行业在中国开始发展至今，锦纶工业丝行业的生产技术与工艺取得了显著的进步[3]。我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[4]。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。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。
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[4]。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[4]。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。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[5]。大型锦纶6聚合装置的国产化对提高项目的经济效益具有极其重大的意义，在已有国产化技术开发基础上，首先实现40～50t/d的装置，然后进一步实施100～150t/d的技术开发，使我国的锦纶6聚合生产技术达到世界先进水平[4]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 锦纶6聚合发展过程 2
1.3 锦纶6聚合工艺流程 3
2 方案设计 6
2.1 控制系统的设计任务 6
2.2 控制系统的构建 7
2.3 控制系统的设计步骤 8
3 硬件设计 9
3.1 PLC选型与硬件配置 9
3.2 PLC的输入输出点与接线图 10
4 萃取回收控制系统的程序设计 14
4.1 控制程序的框架与功能 14
4.2 萃取程序设计 15
4.3 干燥程序设计 18
4.4 单体回收蒸发程序设计 21
4.5 单体回收过滤程序设计 24
5 系统调试 29
5.1 PLC程序的仿真调试 29
5.2 系统综合调试 31
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
附 录：PLC程序 37
1 绪论
1.1 课题背景
本课题来源于锦纶化纤企业，淮安锦纶化纤有限公司座落于淮安涟水经济开发区，它是金轮集团在淮安进行投资的一个重点项目投资额达到2.17亿元，占地面积达到500亩，年产达到20000吨，在淮安涟水经济开发区属于龙头企业。公司设有聚合、纺牵、加捻、织布、浸胶五个标准化生产车间，5个职能部门。第一期8条龙生产线投资35000万元，占地505 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
亩，厂房面积12万平方米，拥有员工1400人，配有1400毫米聚合设备及纺丝卷绕机、牵伸机、初捻机、复捻机、织布机、浸胶机等整体浸胶帘子布生产流水线。锦纶6又叫做聚酰胺6或者尼龙6，是己内酰胺的均聚物，由其制成的化学纤维具有多个优点，包括高耐磨、高强度、吸湿性好、回弹性好、耐疲劳好和良好的染色性[1]。本课题的任务是根据上位机的主控指令及参数设置完成萃取到回收等生产环节的PLC控制，并将现场参数、运行状态、故障状态等信息上报监控界面。
随着经济的发展，市场需求不断地增加，因此企业需要扩大生产规模，伴随着自动化控制技术的发展与进步，使得锦纶聚合控制系统不断地更新与发展。聚合过程是一个非常重要的反应过程在锦纶工业丝生产过程中，锦纶聚合过程是一个连续、复杂的控制过程，该过程分为熔融、调配、前聚、后聚、切粒、萃取、干燥、输送、单体回收等一系列监控过程[2]。首先，原料己内酰胺单体在反应釜中经熔融后进入原料中间罐，加入添加剂经过搅拌，再加入消光剂二氧化钛等一系列化学反应后变成己内酰胺熔体，熔体经过滤器过滤后由两台输送泵送到储存罐。然后，储存罐内的己内酰胺熔体由变频进料泵送到预热器预热，经联苯蒸汽预热后，再送到预聚釜中进行预聚。预聚后的熔体由一台变频出料泵送到一个直形聚合管中进行高温聚合，生成聚己内酰胺，产生的聚己内酰胺熔体由铸带泵送到铸带槽冷却，再由切粒机切粒[2]。生成的湿切片被送到湿切片接收罐内，切片直接送到萃取单元。在萃取塔中还没反应完全的己内酰胺和一些聚合物等通过热水萃取去除，并被送到回收单元蒸发、过滤。在萃取塔中切片由上到下，热的除盐水由下至上，经过萃取过的切片从萃取塔的底部由离心机分离后，经泵送到干燥塔顶部，干燥塔经连续干燥变成干切片。这种切片是工业丝生产的原料，整个聚合系统升温是靠4台联苯炉组成的联苯系统升温加热的[2]。
从整个萃取至回收工艺过程来看，系统需要控制的检测点太多，需要控制的设备复杂且多，如果采用常规智能仪表控制将大大增加工程成本，而可编程序控制器（PLC）结构简单，编程方便，性能优越，可靠性强，通用灵活，因此现在已经广泛应用于工业生产过程及其他自动控制中[2]。在这里我们采用可编程序控制器(S7300)进行控制，不仅使设计更加紧凑，而且也具有更高的性能价格比[2]。
1.2 锦纶6聚合发展过程
锦纶6是我国最早实现工业化生产的合成纤维。自20世纪80年代末、90年代初锦纶工业丝行业在中国开始发展至今，锦纶工业丝行业的生产技术与工艺取得了显著的进步[3]。我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[4]。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。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。
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[4]。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[4]。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。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[5]。大型锦纶6聚合装置的国产化对提高项目的经济效益具有极其重大的意义，在已有国产化技术开发基础上，首先实现40～50t/d的装置，然后进一步实施100～150t/d的技术开发，使我国的锦纶6聚合生产技术达到世界先进水平[4]。
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