plc的化工反应釜的温度控制系统设计(附件)【字数：13154】
摘 要温度是在工业生产中经常见到的工艺参数之一，所有的物理变化和化学反应都与温度有着密切的联系。而在科学研究方面还是生产等众多的领域，温度也是极其重要而又普遍的热工参数之一。不同生产情况下的温度控制，我们所采用的加热方式，控制方案也会有不同。例如冶金、机械、化工等各类工业生产中所使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等。温度控制系统的过程复杂多变，存在很多的不确定性，所以这对系统要求很高。化工反应釜中的温度控制惯性大，具有延迟时间，所以在实际操作中有有一些困难产生。所以在这里为了达到预期中较为理想的控制，运用的西门子S7-300系列的PLC设备，用WinCC作为监控设备，运用PID的算法控制基础，来实现对连续反应釜的温度控制。该系统使用STEP7和WinCC软件进行编程，在仿真器上进行的模拟调试以及利用组态画面进行的试验都获得了成功，可以证明这种方案符合基本工艺需求，是实际可行的，可以为实际操作提供应用参考。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 研究现状 1
1.3 连续搅拌反应釜简介 2
1.4 连续搅拌反应釜工作原理 3
1.5 连续搅拌反应釜温度控制难点 3
1.6 本论文主要研究内容 4
第二章 反应釜算法设计 5
2.1 数字PID简介 5
2.2 数字PID控制原理 5
2.2.1 PID的基本概念 5
2.2.2 PID控制分析 6
2.2.3 PID参数设定 7
2.3 PID控制算法 7
第三章 系统硬件设计 9
3.1 可编程控制器简介 9
3.2 PLC的工作原理 9
3.3 PLC的主要优点 10
3.4 S7300简介 12
3.5 下位机过程设计系统 13
第四章 WinCC监控系统设计 20
4.1 WinCC组态软件介绍 20
4.2 监控画面的设计 20
4.3 WinCC与S7300之间通讯的实现 21
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
.4 结果分析 22
第五章 总结 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1课题研究背景
在我国国民经济迅猛发展的过程中，化工生产行业起到的作用是不容小视的，而反应釜则是化工生产中实现化学反应不可或缺的设备。反应釜相对于机械和密料的密封具有更好的密封性，解决了泄露这一关键的问题。这就成为很过介质首选的，比如容易爆炸，亦或有毒的气体。都首选反应釜作为其加温搅拌主要设备。化工生产过程，我们选取反应釜进行主要的反应，在正常的生产过程中，反应釜的温度控制程度决定了产品的质量以及产量，同时也会影响在化工过程中的安全。所以这里对自动控制算法的应用显得很重要，并且对反应釜温度掌控的精确性也一样重要。当然温度存在着不确定性，它容易被周围的环境所影响，这就造成现在的难点，现在对温度自动控制还是研究实践之中。
在整个化工行业中，对精度的追求是一直不变的一个目标，无论是过去、现在还是未来，这个方向在各个领域中一直都没有改变。
1.2研究现状
在现代的化工生产之中，反应釜是现在经常使用的一种设备。在过去的生产之中，都是使用人工来进行操作的。这种操作需要操作人在现场进行观察，对控制过程之中仪表的数值来判断参数的好坏，在根据自己的经验做出相应的措施。但是我们都知道，人工自己手动操作仪器，浪费大量的时间，资源，而且还达不到精确的控制，降低的生产的效率，还特别容易发生事故。
伴随着现代科学的飞速发展，整个化工工业向着大规模，效率高，可以连续发展的这个方向发展着，而反应釜也在这个发展之中，产生了双闭环回路控制高效于原来的单闭环控制;而在地域控制这个控制系统之中，以前较为分散的控制模式，也正慢慢的变成集散控制这个方向转变，这就使得现在的控制系统变成的一个控制网络，将原先分散的控制点，现在集中起来统一由中亚控制统筹;为了满足现代工业对现在情况复杂多变的控制要求，需要把原来单一的智能控制算法和相智能控制算法还有多个智能控制算法相互结合，达到更好的控制效果;而且在现在的数据采集，还有数据的维护检测，也是逐渐的使用多参数对比检测来代替原来的单一的参数数据检测，这就使得系统拥有更好的可靠性，还有助于对最终输出结果起到一定的帮助。
现代化工业拥有全新的技术特点，所以现在更多的理论知识正逐渐的向实际中的生产中进行实践，如信息处理技术、现场总线控制系统、各种智能控制技术、软计算技术和快速仿真技术、多媒体技术等。过程控制采用的技术工具，由基地式仪表、气动单元式组合式仪表、电动单元组合式仪表Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型，发展到现在的可编程单回路、双回路、三回路调节器和分散综合控制系统(DCS)。当前，传统的DCS正借助于微处理器硬软件和通信网络技术，朝着标准化、开放化和尽量采用市场通用的优良硬、软件的方向，逐渐地、相互融合地向开放的DCS发展。
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图11 反应釜结构示意图
1.3连续搅拌反应釜简介
连续搅拌反应釜的构成是搅拌容器和搅拌机这两大部分。图11是其的基本结构图。筒体，换热元件组成搅拌容器，传动、密封装置还有搅拌轴、器则是构成的搅拌机。在反应釜中我们通常使用一种钢制的容器，装入物料等，并在其内部发生化学反应，这种我们称作为筒体。对于其内部化学反应的温度控制，我们所采取的方法是在内部添加一些换热元件。这里常常使用夹套这种元件，使用焊接亦或是法兰的接法使其变成各种各样的刚体结构环绕在筒体的四周，从而形成了一个与容器外壁相对封闭的一个空间。在这时候通过电磁来控制介质的流动，这里使用加热或者冷却的介质，利用夹套传热，这就可以使物料加热亦或是冷却。化学反应的进行需要能量和流动状态，而搅拌器正好提供了化学反应中所需要的东西。当然了对于搅拌器，市面上有许许多多类型，我们这里就使用最简单的桨式搅拌器。反应釜的密封性对其实验或者反应的进行很重要，因为反应物可能产生有毒亦或是容易燃烧的气体或者是物料，这里对反应物的纯度也是有一定的要求。搅拌轴则是由电动机工作带动，同时推动了搅拌器工作，物料的循环就是利用这种方式提供了动力。这里就需要用到传动设备了，它包含了电动机、减速机、以及机架这几种装置。因为需要向反应釜中添加和排出物料，在设备的顶端和低端，都设计了一个出口，分别作为加料口和出料口。因为是对温度的控制，所以还要对温度进行测量，我们就在罐内装有一个温度计套。
1.4 连续搅拌反应釜工作原理
在正常的化工反应进行之前，首先要对反应物进行混合，这里要注意反应物的比例，否则会造成事故。然后和催化剂一起投放到反应釜之中，这时候用一定的高压蒸汽，通过夹套来使反应釜中的物料温度上升，为了是温度保持均匀，需要使用搅拌器均匀搅拌来匀速提高温度。当温度达到了我们事先预计值的时候，就要保持温度恒定不变，在化学反应正常结束之后，加冷却物料，是使开始冷却。在很多时候，我们需要继续升温，再一次保持温度恒定，是得出的数据更稳定。温度高低，影响着反应的转换率，还有反应进行的深浅，是产品的质量得不到保证，所在，恒温阶段是核心段。放热反应是这种化学反应中常常伴随出现的一种正常现象，它的热速率和反应温度是有一定联系的，是一种正反馈关系。简单的来说，外界或者其他的干扰，加速反应的温度，使其上升，这就加快了反应的速度，就加快了放热的速度，会是反应的温度上升极快，从而破坏了产品，这也可能产生“聚爆”现象，产生事故。这个时候，我们通常加入一些冷却物料，来消除这个现象，保持反应釜内的温度，转移出多余的热量，并且可以通过对冷却物的可控制，使温度达到预期标准。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 研究现状 1
1.3 连续搅拌反应釜简介 2
1.4 连续搅拌反应釜工作原理 3
1.5 连续搅拌反应釜温度控制难点 3
1.6 本论文主要研究内容 4
第二章 反应釜算法设计 5
2.1 数字PID简介 5
2.2 数字PID控制原理 5
2.2.1 PID的基本概念 5
2.2.2 PID控制分析 6
2.2.3 PID参数设定 7
2.3 PID控制算法 7
第三章 系统硬件设计 9
3.1 可编程控制器简介 9
3.2 PLC的工作原理 9
3.3 PLC的主要优点 10
3.4 S7300简介 12
3.5 下位机过程设计系统 13
第四章 WinCC监控系统设计 20
4.1 WinCC组态软件介绍 20
4.2 监控画面的设计 20
4.3 WinCC与S7300之间通讯的实现 21
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
.4 结果分析 22
第五章 总结 25
致 谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1课题研究背景
在我国国民经济迅猛发展的过程中，化工生产行业起到的作用是不容小视的，而反应釜则是化工生产中实现化学反应不可或缺的设备。反应釜相对于机械和密料的密封具有更好的密封性，解决了泄露这一关键的问题。这就成为很过介质首选的，比如容易爆炸，亦或有毒的气体。都首选反应釜作为其加温搅拌主要设备。化工生产过程，我们选取反应釜进行主要的反应，在正常的生产过程中，反应釜的温度控制程度决定了产品的质量以及产量，同时也会影响在化工过程中的安全。所以这里对自动控制算法的应用显得很重要，并且对反应釜温度掌控的精确性也一样重要。当然温度存在着不确定性，它容易被周围的环境所影响，这就造成现在的难点，现在对温度自动控制还是研究实践之中。
在整个化工行业中，对精度的追求是一直不变的一个目标，无论是过去、现在还是未来，这个方向在各个领域中一直都没有改变。
1.2研究现状
在现代的化工生产之中，反应釜是现在经常使用的一种设备。在过去的生产之中，都是使用人工来进行操作的。这种操作需要操作人在现场进行观察，对控制过程之中仪表的数值来判断参数的好坏，在根据自己的经验做出相应的措施。但是我们都知道，人工自己手动操作仪器，浪费大量的时间，资源，而且还达不到精确的控制，降低的生产的效率，还特别容易发生事故。
伴随着现代科学的飞速发展，整个化工工业向着大规模，效率高，可以连续发展的这个方向发展着，而反应釜也在这个发展之中，产生了双闭环回路控制高效于原来的单闭环控制;而在地域控制这个控制系统之中，以前较为分散的控制模式，也正慢慢的变成集散控制这个方向转变，这就使得现在的控制系统变成的一个控制网络，将原先分散的控制点，现在集中起来统一由中亚控制统筹;为了满足现代工业对现在情况复杂多变的控制要求，需要把原来单一的智能控制算法和相智能控制算法还有多个智能控制算法相互结合，达到更好的控制效果;而且在现在的数据采集，还有数据的维护检测，也是逐渐的使用多参数对比检测来代替原来的单一的参数数据检测，这就使得系统拥有更好的可靠性，还有助于对最终输出结果起到一定的帮助。
现代化工业拥有全新的技术特点，所以现在更多的理论知识正逐渐的向实际中的生产中进行实践，如信息处理技术、现场总线控制系统、各种智能控制技术、软计算技术和快速仿真技术、多媒体技术等。过程控制采用的技术工具，由基地式仪表、气动单元式组合式仪表、电动单元组合式仪表Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型，发展到现在的可编程单回路、双回路、三回路调节器和分散综合控制系统(DCS)。当前，传统的DCS正借助于微处理器硬软件和通信网络技术，朝着标准化、开放化和尽量采用市场通用的优良硬、软件的方向，逐渐地、相互融合地向开放的DCS发展。
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图11 反应釜结构示意图
1.3连续搅拌反应釜简介
连续搅拌反应釜的构成是搅拌容器和搅拌机这两大部分。图11是其的基本结构图。筒体，换热元件组成搅拌容器，传动、密封装置还有搅拌轴、器则是构成的搅拌机。在反应釜中我们通常使用一种钢制的容器，装入物料等，并在其内部发生化学反应，这种我们称作为筒体。对于其内部化学反应的温度控制，我们所采取的方法是在内部添加一些换热元件。这里常常使用夹套这种元件，使用焊接亦或是法兰的接法使其变成各种各样的刚体结构环绕在筒体的四周，从而形成了一个与容器外壁相对封闭的一个空间。在这时候通过电磁来控制介质的流动，这里使用加热或者冷却的介质，利用夹套传热，这就可以使物料加热亦或是冷却。化学反应的进行需要能量和流动状态，而搅拌器正好提供了化学反应中所需要的东西。当然了对于搅拌器，市面上有许许多多类型，我们这里就使用最简单的桨式搅拌器。反应釜的密封性对其实验或者反应的进行很重要，因为反应物可能产生有毒亦或是容易燃烧的气体或者是物料，这里对反应物的纯度也是有一定的要求。搅拌轴则是由电动机工作带动，同时推动了搅拌器工作，物料的循环就是利用这种方式提供了动力。这里就需要用到传动设备了，它包含了电动机、减速机、以及机架这几种装置。因为需要向反应釜中添加和排出物料，在设备的顶端和低端，都设计了一个出口，分别作为加料口和出料口。因为是对温度的控制，所以还要对温度进行测量，我们就在罐内装有一个温度计套。
1.4 连续搅拌反应釜工作原理
在正常的化工反应进行之前，首先要对反应物进行混合，这里要注意反应物的比例，否则会造成事故。然后和催化剂一起投放到反应釜之中，这时候用一定的高压蒸汽，通过夹套来使反应釜中的物料温度上升，为了是温度保持均匀，需要使用搅拌器均匀搅拌来匀速提高温度。当温度达到了我们事先预计值的时候，就要保持温度恒定不变，在化学反应正常结束之后，加冷却物料，是使开始冷却。在很多时候，我们需要继续升温，再一次保持温度恒定，是得出的数据更稳定。温度高低，影响着反应的转换率，还有反应进行的深浅，是产品的质量得不到保证，所在，恒温阶段是核心段。放热反应是这种化学反应中常常伴随出现的一种正常现象，它的热速率和反应温度是有一定联系的，是一种正反馈关系。简单的来说，外界或者其他的干扰，加速反应的温度，使其上升，这就加快了反应的速度，就加快了放热的速度，会是反应的温度上升极快，从而破坏了产品，这也可能产生“聚爆”现象，产生事故。这个时候，我们通常加入一些冷却物料，来消除这个现象，保持反应釜内的温度，转移出多余的热量，并且可以通过对冷却物的可控制，使温度达到预期标准。
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