plc的溶剂回收控制系统设计
本课题主要是设计一套基于PLC的溶剂回收控制系统，要求是采用精馏方式将原料中的丙酮进行高纯度提纯并进一步提纯残液中的乙醇；着重对基于PLC的溶剂回收控制系统进行硬件配置和软件设计，具体研究工作如下首先概述了课题研究背景、研究的目的和意义，介绍了丙酮和乙醇两种有机溶剂，综述了溶剂回收国内外研究现状与发展趋势。在介绍溶剂回收控制系统工艺流程的基础上，设计了基于PLC的溶剂回收控制系统方案；对系统控制PLC、触摸屏、阀门等进行了选型和分析，介绍了系统编程软件STEP7和组态监控软件WinCC。对系统基于触摸屏的控制柜面板、系统网络组态和硬件配置进行了设计，给出了系统硬件配置I/O分配表；完成了系统主程序和氮气吹扫、丙酮连续精馏、乙醇连续精馏、报警处理、急停、系统排空、手动模式等子程序的设计和梯形图程序编写与调试。最后，结合系统WinCC组态监控部分对系统进行了联合调试，调试结果验证了设计方案的可行性和正确性。关键词 丙酮，乙醇，PLC，精馏，硬件配置，软件设计，联合调试
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究的目的和意义 1
1.3有机溶剂概述 1
1.3.1 丙酮概述 1
1.3.2 乙醇概述 2
1.4 溶剂回收国内外研究现状和发展趋势 2
1.5 精馏工艺概述 3
1.6 工作安排 4
2 基于PLC的溶剂回收控制系统方案设计 4
2.1溶剂回收控制系统工艺流程介绍 4
2.2 溶剂回收控制系统主要模块选择 5
2.2.1 PLC的选择 5
2.2.2 触摸屏的选择 7
2.2.3 其它主要器件选择 8
2.3 溶剂回收控制系统设计方案 8
2.4 系统编程软件STEP7介绍 9
2.4.1 STEP7简介 9
2.4.2 STEP7编程功能 10
2.5 系统监控组态软件WinCC介绍 10
3 系统控制柜板面设计和硬件配置 10
3.1 基于触摸屏的溶剂回收控制柜面板设计 10
3.2 系统硬件组态设计 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
11
3.2.1 系统的硬件配置 11
3.2.2 I/O分配表 11
4 基于PLC的溶剂回收控制系统软件设计 13
4.1系统主程序模块 14
4.1.1 组织块OB1 14
4.1.2 组织块OB35 15
4.2系统子程序模块 17
4.2.1 FC1氮气吹扫模块 17
4.2.2 FC2丙酮连续精馏模块 18
4.2.3 FC3乙醇连续精馏模块 22
4.2.4 FC4报警处理模块 22
4.2.5 FC5急停模块 24
4.2.6 FC6系统排空模块 25
4.2.7 FC7手动模式模块 26
5程序调试 27
5.1 PLC软件程序调试 27
5.2 系统控制部分与组态监控联合调试 32
总结与展望 35
致 谢 36
参考文献 37
附录A：系统报警处理操作表 39
附录B：异常情况处理（阀位信号异常）操作表 41
1 绪论
1.1 课题研究背景
为了处理工业生产中排放的有机溶剂废气，设计了一套基于PLC的有机溶剂回收控制系统，该控制系统由PLC和触摸屏等组成。
如今有机溶剂被广泛的应用于油漆、医药、造纸、印刷、纺织等各个行业领域中，而且在各个行业中对于有机溶剂的使用量都非常大。虽然这些有机物各不相同，但是它们却有一个十分重要的特点，那就是容易提取出特定的有机化合物，这些有机化合物通常都含有一定的毒素，正如媒体常常报道的酸雨现象就与这有这重大联系，同时一些有机物挥发出来的氯氟烷烃对大气臭氧层有非常大的危害，所以在工业生产中有效地回收提取有机溶剂显得尤为重要[1~4]。
1.2 课题研究的目的和意义
随着社会工业化程度的不断发展，有机废气污染现象已经变得越来越严重，与此同时这也造成了资源的浪费。为了保证我国经济绿色健康可持续的发展，同时也为了合理利用资源，有机溶剂回收已经成为现代城市发展中不可缺少的一个环节。近年来，随着国家对环境保护意识不断增强，对于有机溶剂回收过程自动化程度的要求也不断提高。因此利用先进的控制技术和设备对有机溶剂回收过程进行监控是满足上述要求的最有效方法。同时，由于有机溶剂回收过程所建立的数学模型较为复杂，求解也非常困难，很难应用到实际控制当中去。因此在有机溶剂回收过程中，对其建进行模研究具有非常重要的意义。
1.3有机溶剂概述
1.3.1 丙酮概述
丙酮，被称为二甲基酮，是最单一的饱和酮。它是一种透明液体，拥有刺鼻的气味。沸点是56.53℃，易溶于水和乙醇、甲醇、乙醚、吡啶、氯仿等有机溶剂。容易挥发、易燃，易与其他物质发生化学反应。在工业上生产丙酮以异丙苯法为主。丙酮主要被用作溶剂用于炸药、塑料、橡胶、纤维、皮革、石油、涂料等行业里，也能够作为烯酮、环氧树脂、碘仿、聚异戊二烯橡胶、氯仿、乙醋酐等物质的重要原料。
丙酮是重要的有机合成原料之一，它可被用于生产有机玻璃、碳酸酯、医药、农药等。也用作为稀释剂，清洁剂，萃取剂。在油脂等工业中用作提取剂。用于制备有机玻璃单体、佛尔酮、异佛尔、二丙酮醇、己二醇、甲基异丁基酮、甲基异丁基甲醇、酮双酚A、氯仿、碘仿等重要化工原料[2，4]。
1.3.2 乙醇概述
乙醇也称为酒精。是一种有机物，在正常温度与压力下为无色透明液体，易挥发，其水溶液具有酒的气味与刺激的辛辣味，微甜。沸点是78.3℃，易燃，它的水蒸气与空气形成的混合物具有爆炸性。可以与水任意互溶，也能溶于大部分有机溶剂，如丙酮、乙醚等。乙醇在各个行业都具有广泛的用途。如用乙醇制造染料、醋酸、饮料、香水、燃料等。在医疗上也常用高浓度的乙醇作消毒剂使用，乙醇还可用以制造提取乙醛、乙醚、乙胺等化工原料，同时也是制取染料、涂料、清洁剂和其他产品的原料[4]。
1.4 溶剂回收国内外研究现状和发展趋势
对于溶剂回收方法，早在1925年欧洲的一些国家就开发出固定床活性碳吸附装置。这一种方法可用于治理任何浓度的常温有机废气，但是在处理低浓度、大风量有机废气时，设备显得庞大笨拙，也不经济。对于排气温度较高浓度有机废气的治理，首先由美国于1950年开发成功以天然气为燃料的直接燃烧技术。该法需将有机废气加热到760℃，方可将有机溶剂氧化分解为无害的CO2和H2O，其缺点是耗费成本高。后来科学家们又开发出催化燃烧技术，在催化剂的作用下，可以用较低的温度将有机溶剂氧化分解，这种方法大大降低了成本并且产生的NOx量非常少。但其任然有缺点，这种方法需要对废气中易引起催化剂中毒的物质和粉尘进行前处理，而且在催化燃烧装置中使用的热交换器换热效率较低，约在50％。为了提高热效率，降低运行成本，美国于1975年开发出换热效率在90％以上的蓄热式燃烧装置。由于其运行费用的降低，因此，可用于治理中等浓度有机废气[3]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究的目的和意义 1
1.3有机溶剂概述 1
1.3.1 丙酮概述 1
1.3.2 乙醇概述 2
1.4 溶剂回收国内外研究现状和发展趋势 2
1.5 精馏工艺概述 3
1.6 工作安排 4
2 基于PLC的溶剂回收控制系统方案设计 4
2.1溶剂回收控制系统工艺流程介绍 4
2.2 溶剂回收控制系统主要模块选择 5
2.2.1 PLC的选择 5
2.2.2 触摸屏的选择 7
2.2.3 其它主要器件选择 8
2.3 溶剂回收控制系统设计方案 8
2.4 系统编程软件STEP7介绍 9
2.4.1 STEP7简介 9
2.4.2 STEP7编程功能 10
2.5 系统监控组态软件WinCC介绍 10
3 系统控制柜板面设计和硬件配置 10
3.1 基于触摸屏的溶剂回收控制柜面板设计 10
3.2 系统硬件组态设计 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
11
3.2.1 系统的硬件配置 11
3.2.2 I/O分配表 11
4 基于PLC的溶剂回收控制系统软件设计 13
4.1系统主程序模块 14
4.1.1 组织块OB1 14
4.1.2 组织块OB35 15
4.2系统子程序模块 17
4.2.1 FC1氮气吹扫模块 17
4.2.2 FC2丙酮连续精馏模块 18
4.2.3 FC3乙醇连续精馏模块 22
4.2.4 FC4报警处理模块 22
4.2.5 FC5急停模块 24
4.2.6 FC6系统排空模块 25
4.2.7 FC7手动模式模块 26
5程序调试 27
5.1 PLC软件程序调试 27
5.2 系统控制部分与组态监控联合调试 32
总结与展望 35
致 谢 36
参考文献 37
附录A：系统报警处理操作表 39
附录B：异常情况处理（阀位信号异常）操作表 41
1 绪论
1.1 课题研究背景
为了处理工业生产中排放的有机溶剂废气，设计了一套基于PLC的有机溶剂回收控制系统，该控制系统由PLC和触摸屏等组成。
如今有机溶剂被广泛的应用于油漆、医药、造纸、印刷、纺织等各个行业领域中，而且在各个行业中对于有机溶剂的使用量都非常大。虽然这些有机物各不相同，但是它们却有一个十分重要的特点，那就是容易提取出特定的有机化合物，这些有机化合物通常都含有一定的毒素，正如媒体常常报道的酸雨现象就与这有这重大联系，同时一些有机物挥发出来的氯氟烷烃对大气臭氧层有非常大的危害，所以在工业生产中有效地回收提取有机溶剂显得尤为重要[1~4]。
1.2 课题研究的目的和意义
随着社会工业化程度的不断发展，有机废气污染现象已经变得越来越严重，与此同时这也造成了资源的浪费。为了保证我国经济绿色健康可持续的发展，同时也为了合理利用资源，有机溶剂回收已经成为现代城市发展中不可缺少的一个环节。近年来，随着国家对环境保护意识不断增强，对于有机溶剂回收过程自动化程度的要求也不断提高。因此利用先进的控制技术和设备对有机溶剂回收过程进行监控是满足上述要求的最有效方法。同时，由于有机溶剂回收过程所建立的数学模型较为复杂，求解也非常困难，很难应用到实际控制当中去。因此在有机溶剂回收过程中，对其建进行模研究具有非常重要的意义。
1.3有机溶剂概述
1.3.1 丙酮概述
丙酮，被称为二甲基酮，是最单一的饱和酮。它是一种透明液体，拥有刺鼻的气味。沸点是56.53℃，易溶于水和乙醇、甲醇、乙醚、吡啶、氯仿等有机溶剂。容易挥发、易燃，易与其他物质发生化学反应。在工业上生产丙酮以异丙苯法为主。丙酮主要被用作溶剂用于炸药、塑料、橡胶、纤维、皮革、石油、涂料等行业里，也能够作为烯酮、环氧树脂、碘仿、聚异戊二烯橡胶、氯仿、乙醋酐等物质的重要原料。
丙酮是重要的有机合成原料之一，它可被用于生产有机玻璃、碳酸酯、医药、农药等。也用作为稀释剂，清洁剂，萃取剂。在油脂等工业中用作提取剂。用于制备有机玻璃单体、佛尔酮、异佛尔、二丙酮醇、己二醇、甲基异丁基酮、甲基异丁基甲醇、酮双酚A、氯仿、碘仿等重要化工原料[2，4]。
1.3.2 乙醇概述
乙醇也称为酒精。是一种有机物，在正常温度与压力下为无色透明液体，易挥发，其水溶液具有酒的气味与刺激的辛辣味，微甜。沸点是78.3℃，易燃，它的水蒸气与空气形成的混合物具有爆炸性。可以与水任意互溶，也能溶于大部分有机溶剂，如丙酮、乙醚等。乙醇在各个行业都具有广泛的用途。如用乙醇制造染料、醋酸、饮料、香水、燃料等。在医疗上也常用高浓度的乙醇作消毒剂使用，乙醇还可用以制造提取乙醛、乙醚、乙胺等化工原料，同时也是制取染料、涂料、清洁剂和其他产品的原料[4]。
1.4 溶剂回收国内外研究现状和发展趋势
对于溶剂回收方法，早在1925年欧洲的一些国家就开发出固定床活性碳吸附装置。这一种方法可用于治理任何浓度的常温有机废气，但是在处理低浓度、大风量有机废气时，设备显得庞大笨拙，也不经济。对于排气温度较高浓度有机废气的治理，首先由美国于1950年开发成功以天然气为燃料的直接燃烧技术。该法需将有机废气加热到760℃，方可将有机溶剂氧化分解为无害的CO2和H2O，其缺点是耗费成本高。后来科学家们又开发出催化燃烧技术，在催化剂的作用下，可以用较低的温度将有机溶剂氧化分解，这种方法大大降低了成本并且产生的NOx量非常少。但其任然有缺点，这种方法需要对废气中易引起催化剂中毒的物质和粉尘进行前处理，而且在催化燃烧装置中使用的热交换器换热效率较低，约在50％。为了提高热效率，降低运行成本，美国于1975年开发出换热效率在90％以上的蓄热式燃烧装置。由于其运行费用的降低，因此，可用于治理中等浓度有机废气[3]。
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