己烯分离控制系统设计
2014-12-24侯鹏
侯 鹏
（兖矿鲁南化工有限公司，山东 滕州 277500）
己烯分离控制系统设计
侯 鹏
（兖矿鲁南化工有限公司，山东 滕州 277500）
本文根据己烯分离的工艺特点简要阐述了控制系统的总体设计方案、硬件构成和软件设计，分析系统的各个组成部分对系统的影响，应用STEP7软件开发了调节和累计、开关量连锁、流量累计等程序。
己烯；分离；可编程逻辑控制器
0 引言
己烯工业是基础原材料工业，对轻工纺织、机械电子、药物等产业具有明显的拉动作用，其分离后产品广泛应用于经济社会各个领域。为此结合自动控制领域的智能控制理论和技术，开发适合我国己烯装置特点的智能控制，对于提高装置操作平稳性和产品质量合格率，以及提高目的产品收率和提高装置处理能力，优化产品分布，节能降耗、延长开工周期，提高装置效益十分重要。
1 工艺流程
原料罐中的原料由泵（P0101）引入己烯塔（T0101），由于己烯沸点较低，在压力和温度达到一定的程度时，己烯由己烯塔顶部流出，通过己烯塔冷却器（E0102）进入己烯塔回流罐（V0101）。进入己烯塔回流罐（V0101）的己烯含有部分杂质，杂质通过泵（P0103）回到己烯塔（T0101）；己烯直接流入己烯产品中间罐（V0103），存入己烯产品罐。
进入己烯塔的环己烷，由己烯塔底部，通过泵（P0102）进入环己烷塔（T0102），环己烷由环己烷塔顶部流出，通过环己烷冷却器（E0104）进入环己烷回流罐（V0102）。进入环己烷回流罐（V0102）的环己烷含有部分杂质，杂质通过（P0105）回到环己烷塔（T0102），环己烷直接流入环己烷产品中间罐（V0104），存入环己烷产品罐。环己烷罐塔底的杂质通过泵（P0104），经过环己烷塔釜液冷却器（E0105），流入残液回收罐。
2 自控系统设计
2.1 控制方案及控制规律
在设计中，针对问题分析和实际需要，我们最终设计了单回路控制方案、串级回路控制方案、单点显示及报警连锁控制方案。
控制规律采用PID控制规律。
PID控制器是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的。PID控制器问世至今已有近70年历史，它 以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
2.2 硬件选型
PLC选用西门子S7-300系列PLC模块。
CPU模块选用314型，模拟量输入模块选用SM 331，模拟量输出模块选用SM 332 ，数字输入模块选用SM 321，数字输出模块选用SM 322。
现场仪表型号规格如下：
法兰式压力变送器PI0101、PI0102：TS2005，PN 1.0，DN 10，0～0.25 Mpa；
双法兰液位变送器LT0101、LT0102：TS1151DP，PN1.0，DN20，L=500mm（LT0101）L=900mm（LT0102）；
热电阻温度计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）
小口径单座调节阀LV0101，LV0102： HLS单座阀；
弹性压力表PI01～PI10： Y-100 ，M20*1.5，0～0.25 Mpa。
2.3 控制程序开发
结合己烯分离生产工艺流程，应用STEP7软件开发了数值转换、开关量连锁、流量累计等程序，实现模拟量输入量程转换，模拟量输出量程转换，连锁等重要功能。
在STEP7中主要有以下几种类型的块：
组织块——OB（Organization Block）
功能——FC（Function）
功能块——FB（Function Block）
系统功能——SFC（System Function）
系统功能块——SFB（System Function Block）
背景数据块——背景DB（Instance Data Block）
共享数据块——共享DB（Share Data Block）
结构化编程是与线性编程相对的一种编程方式。在线性编程方式中，所有的程序指令都写在主程序OB1中以实现一个自动化控制任务；而在结构化编程方式中，将自动化任务分解为能够反映某种过程工艺、功能或可以反复使用的更小的任务块（FC或者FB），OB1通过调用这些块来完成整个自动化任务。
在插入的功能FC1、数据块DB1等块中编写内容。在FC1中使用梯形图语言（LAD）进行编译，在库中找出FC105、FC106等功能。编译结束后把程序以LAD放入组织块OB1中，OB是直接被操作系统调用的用户程序块，OB1的优先级为1，是对应于循环执行的主程序的程序块。
下面以数值转换模块（FC105）为例，简单介绍一下模拟量输入量程转换子程序。
数值转换模块（FC105），其功能是接受一个整型值（IN），并将其转换为以工程单位表示的介于下限和上限（LO_LIM和HI_LIM）之间的实型值，将结果写入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）
常数K1和K2根据输入值是BIPOLAR还是UNIPOLAR设置。BIPOLAR：假定输入整型值介于-27648与27648之间，因此K1=-27648.0，K2=+27648.0；
UNIPOLAR：假定输入整型值介于0和27648之间，因此K1=0.0，K2=+27648.0。
如果输入整型值大于K2，输出（OUT）将钳位于HI_LIM，并返回一个错误。如果输入整型值小于K1，输出将钳位于LO_LIM，并返回一个错误。
3 仿真调试
完成了画面的组态以及下位机硬件组态，最后连接上位机组态画面与下位机程序的连接，通过S7-PLCSIM的仿真功能实现对整个系统的仿真调试。
通过仿真调试，逻辑关系正常，设计达到分离要求。
4 结论
本设计应用在工程方面，可以减轻操作工人的劳动强度，提高了工作质量，并减少了经济投入，提高了产品的合格率；使系统安全、平稳的运行。具有很好的市场前景。
