本科毕业设计---基于组态的苯基苯酚甲醛树脂中式反应装置的自动控制.doc
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1、毕业设计(论文)基于组态的苯基苯酚甲醛树脂中式反应装置的自动控制Based King View phenyl phenol formaldehyde resin reactor Chinese Automatic Control 班级 机械制造与自动化(过程装备) 学生姓名 学号 指导教师 职称 教授 讲师 导师单位 徐州工业职业技术学院 论文提交日期 2013年11月11号 徐州工业职业技术学院毕业设计(论文)任务书 课题名称 基于组态的苯基苯酚甲醛树脂 中式反 应装置的自动控制 课题性质 班 级 过程装备 学生姓名 导师职称 教授 讲师 一选题意义及背景为推动了苯基苯酚的应用和合成工艺的发
2、展。本论文对制造苯基苯酚甲醛树脂的中式反应进行自动化处理,以达到批量生产。在此项目中采用三菱PLC软件编程控制以及组态软件控制。二毕业设计(论文)主要内容:本论文研究内容是应用三菱PLC,通过三菱PLC的编程软件将程序输入PLC中,以达到生产苯基苯酚甲醛树脂中式反应装置的自动控制以及组态王软件对苯基苯酚甲醛树脂生产进行自动化生产三 计划进度:1、 第一周 查阅相关资料,确定设计大纲2、 第二周 熟悉工艺流程,对装置硬件设备进行选型,并进行电路的设计3、 第三周 应用组态软件进行相应设置4、 第四周 PLC梯形图设计5、 第五周 对论文进行修改6、 第六周 准备答辩四毕业设计(论文)结束应提交的
3、材料:1、论文2、电路配线图3、程序梯形图4、组态指导教师 教研室主任 年 月 日年 月 日论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真实性承诺本人郑重声明:所提交的作品是本人在指导教师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,内容真实可靠,不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为,本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。毕业生签名: 日 期: 指导教师关于学生论文真实性审核的声明本人郑重声明:已经对学生论文所涉及的内容进行严格
4、审核,确定其内容均由学生在本人指导下取得,对他人论文及成果的引用已经明确注明,不存在抄袭等学术不端行为。指导教师签名: 日 期: IV摘要可编程控制器PLC是专为工业应用而设计的进行数字运算操作的电子控制装置。由于其具有可靠性高,功能强,编程简单,人机交互界面友好等特性而广泛用于工业控制系统。本文以三菱PLC为代表,结合组态王工业自动控制系统针对其主要特点及在苯基苯酚甲醛树脂生产中的应用问题进行探讨, 以期通过本文的阐述促进三菱PLC技术在工业电气自动化中的推广应用,以及苯基苯酚甲醛树脂的自动化生产。设计的程序要求完成该装置自动运行功能如:自动计量加料过程、温度自动检测、压力检测、变频调速等。
5、合理分配PLC后模块应用。关键词:PLC 组态 自动控制 变频调速SummaryProgrammable controller PLC is designed for industrial applications designed for digital electronic control unit arithmetic operations.Because of its high reliability, powerful, simple programming,interactive features such as user-friendly and widely used in i
6、ndustrial control systems.In this paper,as the representative of Mitsubishi PLC combined king view industrial automatic control system for its main characteristics and the phenyl phenol formaldehyde resin production application problems are discussed, in order to promote the adoption of this exposit
7、ion Mitsubishi PLC technology in the promotion of industrial electrical automation applications, and phenyl phenol form aldehyde resin automated productionKey words: PLC automatic control inverter configuration2目录摘要1Summary2第一章 绪论11.1 课题背景背景及研究目的和意义11.2 PLC以及组态软件在行业中的应用与发展11.3毕业设计研究内容1第二章 工艺流程及控制要求1
8、2.1 工艺简介12.2 控制要求2第三章、硬件组成23.1 可编程控制器的基础23.1.1可编程控制器的基本概念23.1.2 PLC的硬件结构33.1.2.1、中央处理器CPU33.1.2.2存储器33.1.2.3、输入/输出接口电路33.1.4 PLC的工作方式53.1.5 PLC选型63.1.6 Fx2N-4AD特殊功能模块简介363.1.6.1、简介63.1.6.2、外形尺寸73.1.6.3 配线73.1.6.4 安装使用说明83.1.6.5 缓冲存储器(BFM)的分配93.1.6.6通道选择103.1.7 Fx2N-4DA特殊功能模块简介4103.1. 8Fx2N-4AD-PT特殊功
9、能模块113.1.8.1 外形尺寸123.1.8.2 环境指标123.1.8.3电源指标123.1.8.4 性能指标123.2、电动执行机构173.2.1 电动执行机构的分类173.2.2电动调节阀的选型173.2.3 主要技术参数173.2.3.1执行机构173.4 变频器183.4.1定义183.4.2变频器的基本工作原理183.4.3变频器选型193.4.4变频器标准接线图和端子规格203.4.4.1标准接线图203.4.4.2输入输出端子规格说明203.5 压力传感器223.6 液位计选型243.7 PT100传感器24第四章 使用软件介绍2541 PLC软件编程2542 组态王软件的
10、介绍26第五章 设计思想及程序335.1计量加料控制365.2温度控制及反馈395.2.1温度检测4053压力检测4054变频器调速4155开关量的阀门控制42总结44致谢45第一章 绪论1.1 课题背景背景及研究目的和意义苯基苯酚甲醛树脂产品外观为淡黄色至红棕色粘稠液体或透明固体,能溶于乙醇。有热塑性和热固性两种。目前以油溶性邻苯基苯酚甲醛树脂为主,能做出寿命长、而且对水和碱稳定性能极好的清漆,这种清漆具有极强耐久性和耐候性,特别适用于潮湿寒冷和海上船只使用。尤其是船舶漆,具有极佳的耐久性,特别适用于海上船只。我国邻苯基苯酚生产始于20世纪70年代后期,主要为上海染料化工厂、天津市卫津化工厂
11、、锦西化工总厂、大连化工研究院等从磺化法苯酚的蒸馏残渣中回收,先后逐步停产。1998年葫芦岛市洋洋化工有限公司建成年产250吨邻苯基苯酚装置从磺化法苯酚的蒸馏残渣中提取邻苯基苯酚,同时联产对苯基苯酚。但随着磺化法生产苯酚装置的关停并转,邻苯基苯酚产量越来越少,主要依赖进口。2003年盐城市华业医药化工有限公司在国内首家建成了年产200吨环己酮路线合成邻苯基苯酚新工艺中试装置,促进苯基苯酚的应用开发。据资料分析我国市场需求量约为15002500吨/年, 目前远远不能满足需求,随着我国石油化工快速发展,应尽快利用环己酮一步法催化合成苯基苯酚技术进行商品化开发。1为推动了苯基苯酚的应用和合成工艺的发
12、展。本论文对制造苯基苯酚甲醛树脂的中式反应进行自动化处理,以达到批量生产。在此项目中采用三菱PLC软件编程控制以及组态软件控制。1.2 PLC以及组态软件在行业中的应用与发展PLC的快速发展发生在上世纪80年代至90年代中期。在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了很大的提高和发展。PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取得了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、变成简单等特点。20世纪80年代,由于计算机和微电子技术的迅猛发展,使得PLC功能日益增强,可进行模拟量控制、位置控制和PID控制
13、等。所以现在的PLC的功能已远远超出逻辑控制的功能,故称为“可编程控制器”,简称PC,但为了不和个人计算机混肴,故仍习惯用PLC作为可编程控制器的缩写。目前PLC已广泛应用于各工业领域,成为现代化控制的三大支柱(PLC、机器人和计算机辅助设计/制造)之一。1.3毕业设计研究内容本论文研究内容是应用三菱PLC,通过三菱PLC的编程软件将程序输入PLC中,以达到生产苯基苯酚甲醛树脂中式反应装置的自动控制以及组态王软件对苯基苯酚甲醛树脂生产进行自动化生产。第二章 工艺流程及控制要求 2.1 工艺简介苯基苯酚甲醛树脂生产工艺分为两个部分,第一部分为邻苯基苯酚和甲醛进行催化缩合合成树脂,第二部分为蒸馏脱
14、水及溶剂制得产品。工艺流程图如图2-1:图2-12.2 控制要求1、加料控制:根据生产要求,要求将37%的甲醛水溶液和乙醇按设定的比例计量自动加入到反应釜中,也可以操作者手动完成。启动蒸汽加热,当温升至50C时加入催化剂,加入催化剂由人工完成。2、反应阶段:加入催化剂后,对反应釜继续进行加热;同时开启电动机对物料进行搅拌,反应釜内反应温度为温度控制在110C左右,夹套内温度在200C以内,液相间温度控制在1105C。控制搅拌转速为50-100r/min,反应时间为5-6h.整个过程溶液基本没什么变化。反应釜内压力控制在6kgf(=0.6Mpa)以内。3、过滤冷凝:将反应后物料放入抽滤罐中,开启
15、水环式真空泵抽滤机(抽滤瓶配以布氏漏斗,用铜丝网代替滤纸),先过滤掉催化剂,将催化剂倒入回收瓶中,得到浑浊的深清色滤液。将滤液倒入蒸馏釜中,按碱性离子交换树脂催化法中的滤液蒸馏方法操作,同样进行加热搅拌蒸馏,当无溜出液时,停止加热;进入冷凝阶段,待温度在甲醛沸点时,打开甲醛接收罐,待温度在乙醇沸点时打开乙醇接收罐的阀门。第三章、硬件组成3.1 可编程控制器的基础3.1.1可编程控制器的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。PLC是一种数字运算操作系统,专为在工业环境下应用而设计,它采用可编程的存储器,用来在其内
16、部执行逻辑运算、顺序控制、定时计数等的指令,并通过输入和输出控制各种类型机械或生产过程。23.1.2 PLC的硬件结构PLC是一种适用于工业级控制的专用电子计算机,采用了典型的计算机结构,硬件系统结构如图3-1图3-13.1.2.1、中央处理器CPUCPU是整个PLC的核心,CPU在整个PLC控制系统中的作用就像人的大脑一样,是一个控制指挥的中心。在PLC中,CPU是按照固化在ROM中的系统程序所设计的功能来工作的,它能监测和诊断电源、内部电路工作状态以及用户程序中的语法错误,并按照扫描方式执行用户程序。它的执行过程如下:(1) 取样外部输入信号送入输入映像存储器中存储起来。(2) 按存储的先
17、后顺序取出用户指令,进行编译。(3) 完成用户指令规定的各种操作。(4) 将输出映像存储器中的结果送到输出端子。(5) 响应各种外部设备(如编程器、打印机等)的请求。3.1.2.2存储器PLC的存储器分为系统存储器和用户存储器,提供PLC文件 运行平台。系统存储器用来存放系统程序,完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运通信及各种参数设定等功能。用户存储器用来存放用户编制的梯形图程序或用户数据,一般由RAM、EPROM、EEPROM构成。RAM是随机存取存储器,它工作速度高、价格低、改写方便,为防止掉电时信息的丢失,常用高效的锂电池作后备电源。3.1.2.3、输入/输出接口电路输入/
18、输出接口电路就是将PLC与现场各种输入输出设备连接起来的部件。PLC应用于工业现场,要求其输入接口能将现场的输入信号转换成微处理器能接收到信号,且最大限度地排除干扰信号,提高可靠性;输出接口能将微处理器送出的弱电信号放大成强电信号,以驱动各种负载,因此PLC采用了专门设计的输入输出接口设备。1、输入接口电路 输入接口电路一般由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。采用光电耦合电路实现了现场输入信号CPU电路的电气隔离,增强了PLC内部与外部电路不同电压之间的电气安全,同时通过电阻分压及RC滤波电路,可滤掉输入信号的高频抖动和降低干扰噪声,提高PLC输入信号的抗干扰能力。直流输入的接口电路如图3
19、-2图3-2直流输入的接口电路2、输出接口电路 输出接口电路通常有3种类型:继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型的输出电路类似,只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。3、扩展接口和通信接口 PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连,使PLC的配置更加灵活,以满足不同控制系统的需要;通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连,从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。3.1.2.3电源PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源,内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、
20、12V、24V直流电源,使PLC能正常工作。3.1.3PLC的特点(一)可靠性高,抗干扰能力强PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件,接线可减少到继电器控制系统的1/101/100,因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气
21、接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。(二)硬件配套齐全,功能完善,适用性强PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品,并且已经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力,可直接驱
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