侯 鵬

（兗礦魯南化工有限公司，山東 滕州 277500）

己烯分離控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

侯 鵬

（兗礦魯南化工有限公司，山東 滕州 277500）

本文根據(jù)己烯分離的工藝特點(diǎn)簡(jiǎn)要闡述了控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、硬件構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)，分析系統(tǒng)的各個(gè)組成部分對(duì)系統(tǒng)的影響，應(yīng)用STEP7軟件開(kāi)發(fā)了調(diào)節(jié)和累計(jì)、開(kāi)關(guān)量連鎖、流量累計(jì)等程序。

己烯；分離；可編程邏輯控制器

0 引言

己烯工業(yè)是基礎(chǔ)原材料工業(yè)，對(duì)輕工紡織、機(jī)械電子、藥物等產(chǎn)業(yè)具有明顯的拉動(dòng)作用，其分離后產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。為此結(jié)合自動(dòng)控制領(lǐng)域的智能控制理論和技術(shù)，開(kāi)發(fā)適合我國(guó)己烯裝置特點(diǎn)的智能控制，對(duì)于提高裝置操作平穩(wěn)性和產(chǎn)品質(zhì)量合格率，以及提高目的產(chǎn)品收率和提高裝置處理能力，優(yōu)化產(chǎn)品分布，節(jié)能降耗、延長(zhǎng)開(kāi)工周期，提高裝置效益十分重要。

1 工藝流程

原料罐中的原料由泵（P0101）引入己烯塔（T0101），由于己烯沸點(diǎn)較低，在壓力和溫度達(dá)到一定的程度時(shí)，己烯由己烯塔頂部流出，通過(guò)己烯塔冷卻器（E0102）進(jìn)入己烯塔回流罐（V0101）。進(jìn)入己烯塔回流罐（V0101）的己烯含有部分雜質(zhì)，雜質(zhì)通過(guò)泵（P0103）回到己烯塔（T0101）；己烯直接流入己烯產(chǎn)品中間罐（V0103），存入己烯產(chǎn)品罐。

進(jìn)入己烯塔的環(huán)己烷，由己烯塔底部，通過(guò)泵（P0102）進(jìn)入環(huán)己烷塔（T0102），環(huán)己烷由環(huán)己烷塔頂部流出，通過(guò)環(huán)己烷冷卻器（E0104）進(jìn)入環(huán)己烷回流罐（V0102）。進(jìn)入環(huán)己烷回流罐（V0102）的環(huán)己烷含有部分雜質(zhì)，雜質(zhì)通過(guò)（P0105）回到環(huán)己烷塔（T0102），環(huán)己烷直接流入環(huán)己烷產(chǎn)品中間罐（V0104），存入環(huán)己烷產(chǎn)品罐。環(huán)己烷罐塔底的雜質(zhì)通過(guò)泵（P0104），經(jīng)過(guò)環(huán)己烷塔釜液冷卻器（E0105），流入殘液回收罐。

2 自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制方案及控制規(guī)律

在設(shè)計(jì)中，針對(duì)問(wèn)題分析和實(shí)際需要，我們最終設(shè)計(jì)了單回路控制方案、串級(jí)回路控制方案、單點(diǎn)顯示及報(bào)警連鎖控制方案。

控制規(guī)律采用PID控制規(guī)律。

PID控制器是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史，它 以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。

2.2 硬件選型

PLC選用西門(mén)子S7-300系列PLC模塊。

CPU模塊選用314型，模擬量輸入模塊選用SM 331，模擬量輸出模塊選用SM 332 ，數(shù)字輸入模塊選用SM 321，數(shù)字輸出模塊選用SM 322。

現(xiàn)場(chǎng)儀表型號(hào)規(guī)格如下：

法蘭式壓力變送器PI0101、PI0102：TS2005，PN 1.0，DN 10，0～0.25 Mpa；

雙法蘭液位變送器LT0101、LT0102：TS1151DP，PN1.0，DN20，L=500mm（LT0101）L=900mm（LT0102）；

熱電阻溫度計(jì)TE0101～TE0110： WZPK-238S， M27*2 ，PT100

（L=250，TE 0101，TE0102，TE 0104，TE 0105）（L=160，TE 0103） （L=157，TE 0106，TE 0107）（L=229，TE 0108（L=170，TE 0109，TE0110）

小口徑單座調(diào)節(jié)閥LV0101，LV0102： HLS單座閥；

彈性壓力表PI01～PI10： Y-100 ，M20*1.5，0～0.25 Mpa。

2.3 控制程序開(kāi)發(fā)

結(jié)合己烯分離生產(chǎn)工藝流程，應(yīng)用STEP7軟件開(kāi)發(fā)了數(shù)值轉(zhuǎn)換、開(kāi)關(guān)量連鎖、流量累計(jì)等程序，實(shí)現(xiàn)模擬量輸入量程轉(zhuǎn)換，模擬量輸出量程轉(zhuǎn)換，連鎖等重要功能。

在STEP7中主要有以下幾種類(lèi)型的塊：

組織塊——OB（Organization Block）

功能——FC（Function）

功能塊——FB（Function Block）

系統(tǒng)功能——SFC（System Function）

系統(tǒng)功能塊——SFB（System Function Block）

背景數(shù)據(jù)塊——背景DB（Instance Data Block）

共享數(shù)據(jù)塊——共享DB（Share Data Block）

結(jié)構(gòu)化編程是與線(xiàn)性編程相對(duì)的一種編程方式。在線(xiàn)性編程方式中，所有的程序指令都寫(xiě)在主程序OB1中以實(shí)現(xiàn)一個(gè)自動(dòng)化控制任務(wù)；而在結(jié)構(gòu)化編程方式中，將自動(dòng)化任務(wù)分解為能夠反映某種過(guò)程工藝、功能或可以反復(fù)使用的更小的任務(wù)塊（FC或者FB），OB1通過(guò)調(diào)用這些塊來(lái)完成整個(gè)自動(dòng)化任務(wù)。

在插入的功能FC1、數(shù)據(jù)塊DB1等塊中編寫(xiě)內(nèi)容。在FC1中使用梯形圖語(yǔ)言（LAD）進(jìn)行編譯，在庫(kù)中找出FC105、FC106等功能。編譯結(jié)束后把程序以L(fǎng)AD放入組織塊OB1中，OB是直接被操作系統(tǒng)調(diào)用的用戶(hù)程序塊，OB1的優(yōu)先級(jí)為1，是對(duì)應(yīng)于循環(huán)執(zhí)行的主程序的程序塊。

下面以數(shù)值轉(zhuǎn)換模塊（FC105）為例，簡(jiǎn)單介紹一下模擬量輸入量程轉(zhuǎn)換子程序。

數(shù)值轉(zhuǎn)換模塊（FC105），其功能是接受一個(gè)整型值（IN），并將其轉(zhuǎn)換為以工程單位表示的介于下限和上限（LO_LIM和HI_LIM）之間的實(shí)型值，將結(jié)果寫(xiě)入OUT。

其功能可用如下等式表示：

OUT=［（（FLOAT（IN）-K1）/（K2-K1））*（HI_LIM-LO_LIM）]+LO_LIM（1）

常數(shù)K1和K2根據(jù)輸入值是BIPOLAR還是UNIPOLAR設(shè)置。BIPOLAR：假定輸入整型值介于-27648與27648之間，因此K1=-27648.0，K2=+27648.0；

UNIPOLAR：假定輸入整型值介于0和27648之間，因此K1=0.0，K2=+27648.0。

如果輸入整型值大于K2，輸出（OUT）將鉗位于HI_LIM，并返回一個(gè)錯(cuò)誤。如果輸入整型值小于K1，輸出將鉗位于LO_LIM，并返回一個(gè)錯(cuò)誤。

3 仿真調(diào)試

完成了畫(huà)面的組態(tài)以及下位機(jī)硬件組態(tài)，最后連接上位機(jī)組態(tài)畫(huà)面與下位機(jī)程序的連接，通過(guò)S7-PLCSIM的仿真功能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的仿真調(diào)試。

通過(guò)仿真調(diào)試，邏輯關(guān)系正常，設(shè)計(jì)達(dá)到分離要求。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)應(yīng)用在工程方面，可以減輕操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作質(zhì)量，并減少了經(jīng)濟(jì)投入，提高了產(chǎn)品的合格率；使系統(tǒng)安全、平穩(wěn)的運(yùn)行。具有很好的市場(chǎng)前景。