反应釜监控系统设计_控制部分
反应釜监控系统设计__控制部分[20200102174013]
反应釜是一种用于物理或化学反应的不锈钢容器，其内部材料反应时，釜内的温度、压力等的控制质量直接会影响到生产的效率和质量指标。未经水解处理的污水污泥对环境会有很大的危害，故本课题以污水污泥在反应釜内的热水解为例，利用西门子S7-300系列的PLC对反应釜内的特征参量进行控制。 本课题通过分析污泥污水热水解反应的生产工艺要求，实现对进料流量、液位、温度等控制与调节。采用液位、温度、压力传感器等对要求进行热水解的污水液位、温度、压力等进行控制。在进行温度控制时，采用热电阻传感器以及PID控制方式对蒸汽阀的开合度进行控制，确保液体的温度达到工艺要求。按具体工艺要求经STEP7语言编程后进行分步调试，最后与WINCC进行通讯联接，利用WINCC来实现监控功能。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:反应釜,PLC,热水解反应,PID控制
目 录
1 引言 1
1.1 反应釜的分类及其特点 1
1.2 污泥热水解的必要性 2
1.3 课题研究的内容与意义 3
2 基于反应釜控制的污泥热水解系统分析 3
2.1 反应釜结构 3
2.2 反应釜工作原理 4
2.3 反应釜温度控制 5
2.4 反应釜污泥热水解控制要求 6
3 开发工具简介 7
3.1 S7-300系列PLC简介 7
3.2 STEP7编程软件简介 8
4 硬件选择 8
4.1 PLC系统硬件构成 9
4.2 反应釜控制系统的地址分配 12
4.3 PLC外部接线图 14
4.4 反应釜外部器件构成 14
5 基于PLC热水解控制系统的设计 18
5.1 反应釜污泥热水解的工作流程 18
5.2 反应釜污泥热水解的PLC程序编写 19
6 反应釜控制系统程序的调试 31
6.1 程序的模拟调试 31
6.2 PLC调试过程分析 32
6.3 PLC与WINCC的连接 34
结论 36
致谢 37
参考文献 38
附录：程序梯形图 39
1 引言
伴随现代工业技术的快速发展，反应釜被利用在石化业、橡胶农药业、染料业、医药食品业等各个方面，利用的范围相当的大。其控制质量直接会影响到生产的效率和质量指标，所以，必须要把系统的安全性和可靠性放在反应釜控制系统设计的首位保证反应釜安全、稳定的运行，避免不必要的损失。本课题以热水解反应为例，对反应釜的控制系统进行设计与研究。
污水在处理过程中，会产生很多的有毒物质，这些物质对人的身体会产生不利的影响，同时对自然环境也会有所损害。针对这些问题，我们会将污泥进行热水解，杀死污泥中的微生物，并将污泥内的重金属去除，转化为无害的物质。热水解反应过程大致有原材料进料、材料升温、保温、排压以及卸料等五个阶段。本课题在分析污泥污水热水解反应的生产工艺的基础之上，结合PLC对热水解反应的控制，是热水解反应更加有效地进行，完成对物料液位、流量、温度及反应釜的压力等可控量进行控制与调节，以得到最好的处理成果。
1.1 反应釜的分类及其特点
反应釜适用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等领域，它是用来完成水解过程、液体的结晶、液体的蒸馏、货物的储存、恒温反应等各种工艺流程的容器。在反应釜控制系统的设计过程中，我们可以从反应容器的结构设计以及参数相关配置出发，实现系统所要求对物料的加热、冷却和蒸发等功能。
1.1.1 反应釜类型
反应釜的类型很多，依照各种分类的方法，反应釜种类分为：
1) 可按通电、蒸汽、远红外等不同的加热物料方式分类等；此外，还可按反应釜夹套的冷却、釜内盘管冷却等冷却方式分类。
2) 按反应釜体的原料构成又可分为钢衬反应釜、不锈钢反应釜、碳钢反应釜等。
3) 按反应釜工作时其内部压力的高低，可将反应釜分为常压、正压和副压反应釜。
4) 按搅拌器搅拌形状，可分为桨叶式、锚桨式、框式、螺带式等。
5) 根据反应釜的导热模型的构造，可分类为夹套式、外半管式、内盘管式及组合式反应釜等。
1.1.2 反应釜的特点
反应釜反应过程中会受外界的干扰，其干扰源有温度、反应物质种类、浓度等，这些因素会对反应釜产生较大的影响。此外，反应釜内的材料在其反应的过程中，通常会伴有高温、高压、易燃、易爆,其生产的安全性就很重要,所以质量较高的反应釜控制器的研发就尤为重要。在日常的生产中，反应釜的温度对产品的产量、质量有很大的影响，生产的安全性也与之息息相关。因此如何对反应釜内各种反应的温度、压力等各种变量进行合理有效的控制，就十分的重要。
1.2 污泥热水解的必要性
1.2.1 污水的危害
污水对水环境产生的危害主要表现为水质恶化、降低水体的功能等级和改变水体用途、污染饮用水源和危害人体健康等。污水中包括大量的致癌、致畸的有害物质。其中，卤代烃能使人的肝脏肿大、变异，使细胞坏死并致癌，成为当前饮用水源的主要污染物。污水中的重金属可能会在生物之间捕食过程中不断地累积，即便是在微量的水重金属物质也会对人类身体健康产生不良的影响。
1.2.2 污水污泥的构成特点
由于污水的来源及污水处理的工艺各不相同，污水处理后污泥的成分非常复杂。污泥主要包括：有机物体碎片、细菌、细菌无机物颗粒状、胶体。污泥外观为黑褐色或黑色外观的污泥泥饼。泥饼状物质的含水量很高，容易腐败变质，其气味是很臭的。
1.2.3 城市污水污泥的分类
根据各类的分类方法，污水污泥可分为下列几种：
按污水来源可分为：
1) 生活污水污泥的产生：生活污水仅处理后被污水处理厂排放的污泥料。
2) 工业污水污泥的产生：在工业生产过程中产生的污水污泥。
按污泥处理的不同阶段可分为：
1) 生污泥：在经过初步处理后从污泥沉淀池中排放出来的污水污泥。
2) 浓缩污泥：污泥经过初步处理后，经浓缩得到的污泥；
3) 消化污泥：污泥经过预处理后，厌氧消化所得的部分，此部分也被称为熟污泥；
4) 脱水污泥：被浓缩过的污泥在经过脱水后所得到污泥；
5) 干化污泥：污水污泥在经过干化处理步骤后的到的污泥。
1.3 课题研究的内容与意义
按照上面所列举的事实，我们会发现对自然环境的保护就机器的重要了。在当今时代，这些问题会影响和制约人类社会发展。随着社会生产的不断发展，很多的工业和生活污水在未经处理就被肆意排放，要么就是仅仅通过简单处理被就被排入河流中,从而导致环境中的水体质量以及人类的生活饮水被不同程度的污染。因此，建立一套稳定、高效的污泥反应釜热水解处理系统是解决水污染问题的有效途径。
2 基于反应釜控制的污泥热水解系统分析
2.1 反应釜结构
反应釜通常是由反应釜体、反应釜盖、反应夹套、搅拌器及相关结构等组成。其主要构造如图1所示，反应容器和搅拌机是反应釜的最主要构成部分。
1) 反应容器包括筒体、换热元件及内部构件。筒体一般为钢制罐形容器，在化学反应时，课先将物料通入筒内，使物料进行化学反应。热交换元件保持反应釜内的温度。一般热交换元件为夹套，它位于筒体的外部，是用焊接或法兰连接的方法构建的钢结构部件，它在容器外壁构成了一个封闭空间。将加热或冷却材料通入到这个空间，通过热传导，可对物料进行加热或冷却，介质的流量由电磁阀控制。
反应釜是一种用于物理或化学反应的不锈钢容器，其内部材料反应时，釜内的温度、压力等的控制质量直接会影响到生产的效率和质量指标。未经水解处理的污水污泥对环境会有很大的危害，故本课题以污水污泥在反应釜内的热水解为例，利用西门子S7-300系列的PLC对反应釜内的特征参量进行控制。 本课题通过分析污泥污水热水解反应的生产工艺要求，实现对进料流量、液位、温度等控制与调节。采用液位、温度、压力传感器等对要求进行热水解的污水液位、温度、压力等进行控制。在进行温度控制时，采用热电阻传感器以及PID控制方式对蒸汽阀的开合度进行控制，确保液体的温度达到工艺要求。按具体工艺要求经STEP7语言编程后进行分步调试，最后与WINCC进行通讯联接，利用WINCC来实现监控功能。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:反应釜,PLC,热水解反应,PID控制
目 录
1 引言 1
1.1 反应釜的分类及其特点 1
1.2 污泥热水解的必要性 2
1.3 课题研究的内容与意义 3
2 基于反应釜控制的污泥热水解系统分析 3
2.1 反应釜结构 3
2.2 反应釜工作原理 4
2.3 反应釜温度控制 5
2.4 反应釜污泥热水解控制要求 6
3 开发工具简介 7
3.1 S7-300系列PLC简介 7
3.2 STEP7编程软件简介 8
4 硬件选择 8
4.1 PLC系统硬件构成 9
4.2 反应釜控制系统的地址分配 12
4.3 PLC外部接线图 14
4.4 反应釜外部器件构成 14
5 基于PLC热水解控制系统的设计 18
5.1 反应釜污泥热水解的工作流程 18
5.2 反应釜污泥热水解的PLC程序编写 19
6 反应釜控制系统程序的调试 31
6.1 程序的模拟调试 31
6.2 PLC调试过程分析 32
6.3 PLC与WINCC的连接 34
结论 36
致谢 37
参考文献 38
附录：程序梯形图 39
1 引言
伴随现代工业技术的快速发展，反应釜被利用在石化业、橡胶农药业、染料业、医药食品业等各个方面，利用的范围相当的大。其控制质量直接会影响到生产的效率和质量指标，所以，必须要把系统的安全性和可靠性放在反应釜控制系统设计的首位保证反应釜安全、稳定的运行，避免不必要的损失。本课题以热水解反应为例，对反应釜的控制系统进行设计与研究。
污水在处理过程中，会产生很多的有毒物质，这些物质对人的身体会产生不利的影响，同时对自然环境也会有所损害。针对这些问题，我们会将污泥进行热水解，杀死污泥中的微生物，并将污泥内的重金属去除，转化为无害的物质。热水解反应过程大致有原材料进料、材料升温、保温、排压以及卸料等五个阶段。本课题在分析污泥污水热水解反应的生产工艺的基础之上，结合PLC对热水解反应的控制，是热水解反应更加有效地进行，完成对物料液位、流量、温度及反应釜的压力等可控量进行控制与调节，以得到最好的处理成果。
1.1 反应釜的分类及其特点
反应釜适用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品等领域，它是用来完成水解过程、液体的结晶、液体的蒸馏、货物的储存、恒温反应等各种工艺流程的容器。在反应釜控制系统的设计过程中，我们可以从反应容器的结构设计以及参数相关配置出发，实现系统所要求对物料的加热、冷却和蒸发等功能。
1.1.1 反应釜类型
反应釜的类型很多，依照各种分类的方法，反应釜种类分为：
1) 可按通电、蒸汽、远红外等不同的加热物料方式分类等；此外，还可按反应釜夹套的冷却、釜内盘管冷却等冷却方式分类。
2) 按反应釜体的原料构成又可分为钢衬反应釜、不锈钢反应釜、碳钢反应釜等。
3) 按反应釜工作时其内部压力的高低，可将反应釜分为常压、正压和副压反应釜。
4) 按搅拌器搅拌形状，可分为桨叶式、锚桨式、框式、螺带式等。
5) 根据反应釜的导热模型的构造，可分类为夹套式、外半管式、内盘管式及组合式反应釜等。
1.1.2 反应釜的特点
反应釜反应过程中会受外界的干扰，其干扰源有温度、反应物质种类、浓度等，这些因素会对反应釜产生较大的影响。此外，反应釜内的材料在其反应的过程中，通常会伴有高温、高压、易燃、易爆,其生产的安全性就很重要,所以质量较高的反应釜控制器的研发就尤为重要。在日常的生产中，反应釜的温度对产品的产量、质量有很大的影响，生产的安全性也与之息息相关。因此如何对反应釜内各种反应的温度、压力等各种变量进行合理有效的控制，就十分的重要。
1.2 污泥热水解的必要性
1.2.1 污水的危害
污水对水环境产生的危害主要表现为水质恶化、降低水体的功能等级和改变水体用途、污染饮用水源和危害人体健康等。污水中包括大量的致癌、致畸的有害物质。其中，卤代烃能使人的肝脏肿大、变异，使细胞坏死并致癌，成为当前饮用水源的主要污染物。污水中的重金属可能会在生物之间捕食过程中不断地累积，即便是在微量的水重金属物质也会对人类身体健康产生不良的影响。
1.2.2 污水污泥的构成特点
由于污水的来源及污水处理的工艺各不相同，污水处理后污泥的成分非常复杂。污泥主要包括：有机物体碎片、细菌、细菌无机物颗粒状、胶体。污泥外观为黑褐色或黑色外观的污泥泥饼。泥饼状物质的含水量很高，容易腐败变质，其气味是很臭的。
1.2.3 城市污水污泥的分类
根据各类的分类方法，污水污泥可分为下列几种：
按污水来源可分为：
1) 生活污水污泥的产生：生活污水仅处理后被污水处理厂排放的污泥料。
2) 工业污水污泥的产生：在工业生产过程中产生的污水污泥。
按污泥处理的不同阶段可分为：
1) 生污泥：在经过初步处理后从污泥沉淀池中排放出来的污水污泥。
2) 浓缩污泥：污泥经过初步处理后，经浓缩得到的污泥；
3) 消化污泥：污泥经过预处理后，厌氧消化所得的部分，此部分也被称为熟污泥；
4) 脱水污泥：被浓缩过的污泥在经过脱水后所得到污泥；
5) 干化污泥：污水污泥在经过干化处理步骤后的到的污泥。
1.3 课题研究的内容与意义
按照上面所列举的事实，我们会发现对自然环境的保护就机器的重要了。在当今时代，这些问题会影响和制约人类社会发展。随着社会生产的不断发展，很多的工业和生活污水在未经处理就被肆意排放，要么就是仅仅通过简单处理被就被排入河流中,从而导致环境中的水体质量以及人类的生活饮水被不同程度的污染。因此，建立一套稳定、高效的污泥反应釜热水解处理系统是解决水污染问题的有效途径。
2 基于反应釜控制的污泥热水解系统分析
2.1 反应釜结构
反应釜通常是由反应釜体、反应釜盖、反应夹套、搅拌器及相关结构等组成。其主要构造如图1所示，反应容器和搅拌机是反应釜的最主要构成部分。
1) 反应容器包括筒体、换热元件及内部构件。筒体一般为钢制罐形容器，在化学反应时，课先将物料通入筒内，使物料进行化学反应。热交换元件保持反应釜内的温度。一般热交换元件为夹套，它位于筒体的外部，是用焊接或法兰连接的方法构建的钢结构部件，它在容器外壁构成了一个封闭空间。将加热或冷却材料通入到这个空间，通过热传导，可对物料进行加热或冷却，介质的流量由电磁阀控制。
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