生产过程控制系统设计(PLC控制)

毕业设计（论文）报告纸共76页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊毕业设计（论文）任务书课题名称生产过程控制系统设计（PLC控制）学院(部)电子与控制工程学院专业电气工程及其自动化班级28040501学生姓名周良军学号2804050124月日至月日共周指导教师(签字)教学院长(签字)年月日毕业设计（论文）报告纸共76页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊毕业设计任务书一、设计内容（论文阐述的问题）本设计的背景是利用造纸工业产生的废液生产颗粒状复合肥料,要求为该生产过程设计相应的控制系统。造纸企业污染排放是我国水污染的一个主要原因。将造纸厂的废水直接排放会导致生态环境严重恶化，而废水污染治理不仅技术复杂，而且投资很大，因此造纸废液治理成为企业和社会日益关注的问题。另一方面，造纸黑液也含有大量的可利用成分，其中含氮、钾（硫酸钾）、磷、硅及有机物等因此。可以将造纸厂排出的黑液浓缩后，与有机质预配料混合,再通过喷雾干燥成复合肥，达到治理造纸黑液的目的。利用造纸工业产生的废液生产颗粒状复合肥的简化工艺过程如图所示。由图可见，经浓缩后的造纸黑液经泵P1送入1#储料罐，有机配料浓液经泵P2送入2#储料罐中。经泵P3、P4将两种液体输入反应器3#罐中，先加热到一定温度，然后进行搅拌。搅拌一段时间后由P5送入4#原料罐中，再由高压泵P5打入压力式干燥器中进行干燥处理，产品由干燥器下部收集。对上述过程控制要求如下：一、用PLC实现逻辑控制：(1)按下总启动按钮,P1、P2启动运行，将浓缩造纸黑液和配料浓液分别打入1#、2#罐；（2）1#、2#罐控制：1#、2#罐液位达到上限时P1、P2↓，P3、P4↑；1#、2#罐液位达到上限时P3、P4↓，P1、P2↑。（3）3#罐控制3#罐液位达到上限时：1）P3、P4↓；2）电加热器↑，加热到40OC时，电加热器↓，搅拌电机↑；3）搅拌时间到2min时搅拌电机↓，P5↑。3#罐液位达到下限时，P5↓。（4）4#原料罐控制：毕业设计（论文）报告纸共76页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊P5↓4#罐液位达到上限时送风机↑→电磁阀V↑→P6↑P5↑4#罐液位达到下限时P6↓→电磁阀V↓→送风机↓二、过程参数检测：1、反应器温度；2、干燥器温度；3、蒸气加热器出口温度；4、高压泵P6出口压力5、1～4#罐液位指示三、用自动化仪表实现干燥器内温度控制控制：1、控制方案设计（控制量、干扰量等）2、调节器选择（型号、控制规律、正/反作用等）3、调节阀（作用形式、流量特性等）4、工程设计（仪表接线图等）四、设计原始资料（实验、研究方案）1、1#、2#罐尺寸φ×H(mm)：3000×5000；反应器尺寸φ×H(mm)：2000×30004#罐尺寸φ×H(mm)：5000×80002、高压泵压力(Mpa)：2～63、干燥器进风温度(°C)：300-3504、反应器电加热功率(KW)：305、P1～P4功率（KW）：5.5；P5功率（KW）：7.5；P6功率（KW）：12；6、送风机功率（KW）：7.5三、设计完成后提交的文件和图表（论文完成后提交的文件）1.计算说明书部分：（1）设计背景及工艺过程描述（2）FX2N系列PLC的主要特点（3）过程控制系统的工程设计方法（4）PLC控制系统构成（5）干燥器温度控制方案的确定毕业设计（论文）报告纸共76页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊（6）过程检测控制仪表及主要控制电器选择（7）PLC逻辑控制程序的设计及分析说明（8）元件名称及符号一览表（9）设计总结2、图纸部分：1、控制工艺流程图2、主电路原理图3、PLC接线原理图4、过程控制方框图5、控制柜元件布置图6、仪表接线图注：以上图纸任选一张手工绘制。四、毕业设计（论文）进程安排序号设计（论文）各阶段名称日期（教学周）1收集资料，学习相关知识2过程控制系统设计3PLC控制系统逻辑控制系统设计4PLC控制程序的设计5工程图纸绘制、审定6设计完善，答辩准备五、主要参考资料毕业设计（论文）报告纸共76页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊长安大学毕业设计（论文）开题报告表课题名称生产过程控制系统设计（PLC控制）课题来源自选项目课题类型工程设计指导教师王俭老师学生姓名周良军学号2804050124专业电气工程及其自动化毕业设计（论文）报告纸共76页第6页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊一、课题意义：可编程控制器（PLC）产生于上世纪六十年代，作为一种新兴的工业控制设备，它集合了计算机技术和自动化技术。其灵活可靠、功能强大、使用方便的优点，使得可编程控制器在控制系统中的应用越来越广泛。随着科技的飞速发展，现在的可编程控制器已经拥有了很多的功能，可以用于逻辑控制、模拟控制、设备控制、自动化生产控制等。还可以与其他的计算机等设备组成集散控制系统。可编程控制器之所以能得到飞速发展，是因为它和传统的电器控制相比有很多优点，它继承了传统控制方式的控制效果和功能，它还有传统控制方式无法实现的功能。具体的说，相对于传统的控制方式，它有以下优点：1.控制方法，传统控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合进行控制逻辑，其明显的缺点是线多且复杂、体积大、功耗大。系统一旦架构完毕，将无法进行实时的系统改进和升级。可编程控制器因为采用了计算机技术，其逻辑是以方程式的方式存在存储器里，因此，在结构上体积小、接线少、功耗小。触点结构也可以灵活的扩展。2.控制速度，传统控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快，程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。3.控制精度，传统控制电路由于机械接触问题，无法达到可编程控制器精度高。4.可靠性，传统的控制系统用机械触点接触，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而PLC大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，PLC还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。正因为上述优点，可编程控制系统在工业控制中的普遍应用是势在必行。对于造纸废液处理系统，使用可编程控制系统进行控制，也能极大的提高生产效率和节约成本。毕业设计（论文）报告纸共76页第7页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊二、课题的目前发展状况随着技术的发展和市场需求的增加，PLC的结构和功能正在不断的改进，各个厂家也在不断推出自己的新产品，产品的更新换代速度很快。在造纸废液处理这个领域，传统的技术大多使用的传统的控制方式——继电器式。但是很多大型现代化的污水处理企业已经开始使用PLC控制系统。相比之下，PLC控制系统在控制性能和了或新性上都超过传统控制方式，在行业内也得到了广泛的认可。逐步在新一轮的技术改造中占据优势。PLC正朝着两个方向发展，一是微小型，具有体积更小、速度更快、功能更强、多功能、兼容性更好等特点，为小型化、低成本的控制要求服务；二是大型，在具有以上特点的同时，还具有网络化、通信等特点，以满足组网功能，组建整个工厂的自动化控制系统。在造纸行业的应用，也会是朝着这个方向发展。三、设计方案的初步考虑(或“主要技术路线”)造纸废液生产颗粒状复合肥料（plc）控制系统主要分两大（系统）部分组成，一是配料反应系统，二是干燥处理系统。配料反应系统：要实现配料，其方法大致有：1、通过调节泵P3、P4的流量来实现对原料成比例注入反应罐的控制。2、通过调节1#、2#罐的液位上下限来实现对原料成比例注入反应罐的控制。3、在反应罐中设置上中下三个液位限，按先后顺序注两种原料，以此来实现对原料成比例注入反应罐的控制。本反应罐需要一定的时间进行加热和搅拌，所以无需连续注入原料，因此，选择第三种方式实现。反应罐中恒温搅拌阶段温度波动小于±1℃，其控制过程示意图如图所示：干燥处理系统：原材料经过反应、加热、搅拌等工序以后，形成了高浓度的糊状物质，储存调节器温度检测反应罐毕业设计（论文）报告纸共76页第8页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊在4#原料罐中，经过高压泵P6打入到干燥器中，干燥后最终得到我们的产品。要实现该干燥过程的自动控制，首先要选择出合适的被控参数，要检测产品是否干燥合格，最直接的方法就是检测产品中的水分，但是由于技术等原因，测量水分十分困难，所以，我们选择干燥器温度作为被控参数。温度波动小于±2℃.在干燥过程中分别有原料流量、空气量、蒸汽量影响干燥器温度，分别会形成不同的控制方式，具体的控制示意图分别如下：图1图2图3按照图1使用原料流量作为控制参数时，控制通道滞后最小，对干燥温度的校正是最灵敏的，绕的通道的时间延迟大并且作用位置靠近调节阀，从控制毕业设计（论文）报告纸共76页第9页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊方面来看是最好的选择。但是，该生产过程的最终产品是颗粒状的复合肥料，要检测产品的生产能力会很难实现，因此，图1所示控制工艺不可取。图2、图3所示控制工艺区别在于：由于换热器是一双容对象，时间常数大，因而采用风量为控制参数时，图2控制系统的控制通道的时间常数小，扰动通道的时间常数则大；采用蒸汽量为控制参数时（图3），控制通道时间常数大，扰动通道时间常数反而小。此外，采用风量为控制参数时，扰动作用点位置靠近调节阀，根据相关选择控制参数的原则，选择空气量为控制参数的方案为最佳，亦即图2控制方案。四、课题的进程安排1、2月20日——4月5日收集资料，学习相关知识2、4月5日——4月20日。。。。。。。。。。控制方案设计3、4月20日——5月5日。。。。。。。。。。。总体设计4、5月5日——5月15日。。。。。。。。。。。控制程序设计5、5月15日——5月20日工程图纸绘制、审定6、5月20日——6月1日设计完善，答辩准备毕业设计（论文）报告纸共76页第10页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊指导教师意见及建议：指导教师签名：年月日注：1、课题来源分为：国家重点、省部级重点、学校科研、校外协作、实验室建设和自选项目；课题类型分为：工程设计、专题研究、文献综述、综合实验。2、此表由学生填写，交指导教师签署意见后方可开题。毕业设计（论文）报告纸共76页第11页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要在我国，造纸业是传统的用水大户，造纸企业污水排放是我国水污染的一个主要原因。将造纸厂的废水直接排放会导致生态环境严重恶化，而废水污染治理技术复杂，投资大，造纸废液治理成为企业和社会日益关注的问题。另一方面，造纸黑液也含有大量的可利用成分，其中含氮、钾、磷、硅及有机物等。因此，可以将造纸厂排出的废液浓缩后，与有机质预配料混合,再通过喷雾干燥成复合肥，达到治理造纸废液的目的。本设计的背景是利用造纸工业产生的废液生产颗粒状复合肥料，要求为该生产过程设计相应的自动控制系统。首先要通过工艺流程确定控制内容，根据控制内容确定系统控制方案。系统中包含逻辑控制和过程控制。逻辑控制是控制生产过程中各台设备的起停，用FX2N系列PLC编程实现。过程控制是对干燥器内的温度进行控制，令其保持在一定的数值，过程控制部分用常规仪表实现。整个设计通过逻辑控制与过程控制的配合，可以实现生产过程全自动，保证产品质量，进行故障报警及显示关键字：生产过程，控制系统，PLC，仪表毕业设计（论文）报告纸共76页第12页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊