电气控制技术课程设计
题目 加热反应炉的PLC控制
一、概述
加热炉温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，加热反应炉整体由四个
阀：排气阀、进料阀、氮气阀、泄放阀，四个传感器：压力传感器、温度传感器、上液面传感器、下液面传感器，锅炉，加热器及加热接触器等组成。加热反应炉是工业生产中常用的重要设备，过去仅依靠人工进行操作，往往存在送料、温度、压力等条件变化不能有效控制的问题，产品质量不稳定，造成原料浪费，给企业带来经济损失。因此可编程序控制器PLC以其可靠性高、功能强、控制灵活等特点，且编程简单，使用方便已成为目前工业现场的首选控制装置。使用自动控制系统能有效的提高生产的安全性，大大降低了事故的发生率，并能提高生产效率，使原材料的使用率达到最大。在系统中，硬件上采用技术比较的成熟的可编程逻辑控制器，开发上采用了PLC的开关量和模拟量输入模块，实现对模拟量的采集；方法上运用的是过程控制中常用的反馈与串级控制方法，保证了系统的稳定性和安全性。
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图1 加热反应炉结构示意图
二、设计任务和要求
1．根据上述加热反应炉加热工艺过程，编制PLC控制程序，并画出I／0电气接口图。 2．调试程序，模拟运行。
三、设计方案
１.工艺过程和控制要求 1．送料控制
①检测下液面SQ2、炉内温度ST、炉内压力SP是否都小于给定值(整定值均为逻辑量)。 ②若是小于给定值，则开启排气阀YVl和进料阀YV2。
③当液位上升到上液面SQl时，应关闭排气阀YVl和进料阀YV2。 ④延时20s，开启氮气阀YV3，氮气进人反应炉，炉内压力上升。 ⑤当压力上升到给定值时，即SP=“1”时，关闭氮气阀。 2．加热反应控制
①交流接触器KM带电，接通加热炉发热器EH的电源。
②当温度升高到给定值时(ST：“1”)，切断加热器电源，交流接触器KM失电o ③延时10min加热过程结束。 3．泄放控制
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①打开排气阀，使炉内压力降到预定的最低值(SP：“0”)。
②打开泄气阀，当炉内溶液降到下液面(SQ2=“0”)时，关闭泄放阀和排气阀。系统恢复到原始状态，准备进入下一循环。 2 .加热反应炉工作原理
加热反应炉温度控制系统基本构成如下图所示，它由PLC主控系统、固态继电器、加热炉、温度传感器等4个部分组成。
图2 加热反应炉温度控制系统基本组成
加热炉温度控制实现过程是:首先温度传感器将加热炉的温度转化为电压信号，PLC主控系统内部的A/D将送进来的电压信号转化PLC可识别的数字量，然后 PLC将系统给定的温度值与反馈回来的温度值进行比较并经过PID运算处理后，给固态继电器输入端一个控制信号控制固态继电器的输出端导通与否从而使加热炉开始加热或停止加热。
3 .加热反应炉的输入输出设备表：
根据加热反应炉自动控制系统的要求，需要 6 个输入点，5 个输出点，共 11 个I/O 点。
输入设备 启动按钮 停止按钮 上液面感应器 下液面感应器 压力感应器 温度感应器
输出设备 加热接触器 排气阀 进料阀 氮气阀 泄放阀 3
表1
4 . I、O地址表：
加热反应炉的输入信号共有6个，输出信号共有5个，均为开关量，其输入输出地址编排表如下图所示。 变量： X1 初值： 0 X2 0 开关量输入 炉内温度 X3 0 开关量输入 上液面检测 X4 0 开关量输入 炉内压力 Y1 1 开关量输出 排气阀 Y2 1 开关量输出 进料阀 Y3 1 开关量输出 氮气阀 Y4 1 开关量输出 泄放阀 Y5 1 开关量输出 加热炉电源 T0 0 开关量输入 定时器时间到 T1 0 开关量输入 定时器启动 SB1 0 开关量输入 启动按钮 SB2 0 开光量输入 启动按钮 K 0 数值 类型： 开关量输入 功能： 下液面检测 表2
定时器时间 5 .I、O电器接口图：
根据I、O地址编排表，其I、O电器接口图如下图所示。
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图3 加热反应炉的PLC I、O电器接口图
6 .控制流程图：
由加热反应炉控制系统实现的功能，结合 PLC 可以设计如图所示的系统控制流程。按下启动按钮SB1后，系统运行；按下停止按钮 SB2 后，系统停止。
第一阶段：送料控制，检测下液面 SL1, 炉内温度ST, 炉内压力SP是否小于给定值（都为“0”）若 YV1 和进料阀 YV2 。当液位上升到上液位设定值时，SL2=1, 应关闭排气阀YV1 和进料阀 YV2 。延时 10S, 开启氮气阀 YV3,氮气进入反应炉，炉内压力上升。当压力上升到给定值时，即SP=1,关闭氮气阀。送料过程结束。
第二阶段：加热反应控制，接通反应炉电源KM, 开始对反应炉加温。当温度上升到给定值时（此时信号 ST=1），切断加热电源。延时 10S ，加热过程结束。
第三阶段：泄放控制，打开排气阀 YV1,使炉内压力降到给定值以下（此时 SP=0）。
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加热反应炉的PLC控制
