毕业设计论文-化条工生产设备—蒸煮罐控制系统研究

1、西 京 学 院本科毕业设计(论文)化工生产设备蒸煮罐控制系统研究院、 系： 机电工程系 学科专业： 机械设计制造及其自动化 学 生： 学 号： 指导教师： 2010年 4月41西京学院学士学位论文 中文摘要化工生产设备蒸煮罐控制系统研究摘 要21世纪人们越来越注重食品健康的安全，于是先进设备应运而生，并且设备具备小型化、智能化、多功能化和网络化等优良特征。本论文介绍了化工生产设备蒸煮罐控制系统的总体设计过程。主要介绍了当前蒸煮罐控制系统的现状及其发展趋势，以及蒸煮罐控制系统中的输水管网要求、供电要求、自动控制元件、温度控制电路、水位控制电路、液体混合搅拌控制电路，并使其温度plc实现化、液位p

2、lc实现化、液体混合搅拌plc实现化。该系统具有节约能源，减少环境污染，且能改变人民的生活质量，便于用户调节控制能量等方便的优点。论文详细介绍了系统的三大部分：罐体设计、管网连接、控制系统。三大部分又分别介绍：控制器、温控电路、液控电路的工作原理以及电路的设计。关键词：蒸煮罐设计 管网连接 控制系统 电路连接 温度电路 液控电路西京学院学士学位论文 英文摘要chemical production facilities - cooking pot control systemabstractin the 21st century， there is a growing emphasis on f

3、ood health, safety, came into being so advanced equipment and facilities in a small, intelligent, multi-functional and network characteristics such as good. this paper describes the chemical production equipment - cooking pot control system design process. introduces the current status of cooking po

4、t control system and its development trends, as well as cooking pot control system pipe network requirements, power requirements, control components, temperature control circuit, the water level control circuit, the liquid mixing control circuit, and implementation of plc to the temperature, liquid

5、level implementation of plc, plc to achieve mixing of the liquid. the system is saving energy, reducing environmental pollution, and can change the quality of life, energy and other user-friendly regulation and control advantages of convenience. this paper introduces the system of three parts: the t

6、ank design, pipe network connection, the control system. they were introduced three parts: control, temperature control circuit, the working principle of hydraulic control circuits and circuit design. keywords: cooking pot design pipe connections control system circuit connection temperature circuit

7、 hydraulic control circuit西京学院学士学位论文 主要符号表主 要 符 号 表plc 可控制编程器eps 聚苯乙烯苯板 xps 挤塑式聚苯乙烯保温板 应力 表面平滑度 mpa 压力 温度 hf 水头损失 沿程摩阻系数v 断面平均流速yk 传导系数he 上游端水头值hset 额定工作水头值c 计时器 pls 上升沿检测脉冲m 辅助继电器orb 串联电路块的并联rst 返回主母线 西京学院学士学位论文 目录目 录中文摘要英文摘要主要符号表绪 论11.控制系统罐体研究31.1罐体材料处理说明31.1.1 罐体用钢处理31.1.2罐体隔热处理41.2罐体设计51.2.1结构设计

8、51.2.2罐体设计样图72.控制系统管网研究162.1管网负荷分析182.2输水管网要求192.3管网附件分析202.4图论法管网模型213电网控制系统研究233.1控制系统原理243.2控制系统结构253.2.1供电要求263.2.2自动控制元件263.2.3温度控制电路273.2.4水位控制电路293.2.5液体混合搅拌控制电路313.3温度、液位、液体混合搅拌plc实现化323.3.1温度plc实现化323.3.2液位plc实现化373.3.3液体混合搅拌plc实现化39结 论41致 谢42参考文献43西京学院学士学位论文 绪论绪 论蒸煮罐设备其最初应用在化工厂或炼油厂中，对于整个过程

9、的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，三废处理及环境保护等各方面都有重大的影响。相对于医药食品化工工业，蒸煮罐杀菌还是一个比较新的行业应用。高压蒸汽灭菌设备也就是“杀菌消毒业”中的杀菌蒸煮罐，其广泛应用于糖果、制药、乳品、酒类、糕点、蜜饯、饮料、罐头、卤味等食品的加工，也可用于大型餐厅或食堂熬汤、烧菜、炖肉、熬粥等，是食品加工提高质量、缩短时间、改善劳动条件的良好设备，是国民生产生活中的重要设备之一。蒸煮罐杀菌工业发展到今天，似乎还是方形罐、椭圆形罐、圆柱桶罐等几种，其中大多数还是长方形圆柱形罐，形状也没什么大的变化，这种杀菌蒸煮罐是沿用历史最长、应用面最广的一种灭菌方式，如今仍在广泛应用。但

10、是人们已经在传统的方式上进行了改进，推出了一系列的蒸汽式灭菌设备，提高了灭菌质量，缩短了灭菌周期。如今国内已有多数公司生产这种设备，其相关部门还在积极的开发新产品。在我国，随着我国经济社会高速发展，对外开放的全面化以及国外先进产品的进入，我国的医药食品化工杀菌行业也跟着快速的发展，因此对蒸煮罐杀菌设备的需求也越来越大。由于巨大的经济效益以及科技的不断发展进步和各种食品加工品的出现，对蒸煮罐杀菌技术和蒸煮罐杀菌设备都提出了新的挑战，蒸煮罐杀菌机械在流通领域中发挥着越来越大的作用。对比国外新型设备，国内传统的杀菌罐主要存在以下几个问题：1. 耗能大、效率低传统蒸煮罐杀菌的加热方式主要以电加热为主，

11、这种老式的加热方式升温非常慢，而且耗能很大。2. 结构简单、配置落后一般无反压装置，国内压力精度一般在0.05mpa左右。实验型与实际生产用不配套。由于国内实验型在技术和配置上的先天不足，无法满足新开发产品的杀菌工艺要求。目前蒸煮罐杀菌机械竞争日趋激烈，未来的蒸煮罐杀菌机械将配合产业自动化，促进蒸煮罐杀菌设备总体水平提高。发展多功能、高效率、低消耗的蒸煮罐杀菌设备，已是本行业的发展趋势。从目前来看，蒸煮罐杀菌技术正朝着以下几个趋势发展：1.机电一体化机电一体化是未来蒸煮罐杀菌机械发展的趋势，它摒弃了常规蒸煮罐杀菌机械中的繁琐和不合理部分，而将机械、微机、微电子、传感器等多种学科的先进技术融为一

12、体，给蒸煮罐杀菌机械在设计、制造和控制方面都带来了深刻的变化，从根本上改变了蒸煮罐杀菌机械的现状。 2.机械功能多元化工商业产品已趋向精致化及多元化，在大环境变化下，因此，多元化、弹性化且具有多种切换功能的蒸煮罐杀菌机种才能适应市场需求。 3.结构设计标准化、模组化由于集成技术的发展，充分利用原有机型模组化设计，可在短时间内转换新机型及其设备。 4.控制智能化目前蒸煮罐杀菌机械厂家普遍使用plc控制器，虽然plc弹性很大，但仍未具有电脑所拥有的强大功能。未来蒸煮罐杀菌机械必须具备多功能化、调整操作简单等条件，基于电脑的智能型仪器将成为食品化工蒸煮罐杀菌控制器的新趋势。 5.小型快速为适应医疗和

13、其它杀菌用，国外许多公司推出了小型快速蒸汽灭菌器。这种灭菌器多采用高温高压的方式，使灭菌仓的温度可达121134，容积一般为10升，灭菌仅需69分钟，可满足大部分临床的需要。虽然蒸煮罐行业属于配套行业，但它涉及国民经济的许多领域，特别是医疗食品行业，更是依赖于蒸煮罐行业的技术进步和配套服务，因此，我们不能忽视蒸煮罐机械落后的现状，努力积极推动蒸煮罐业走上快速健康发展的自动化道路,为“蒸煮罐杀菌大国”向“蒸煮罐杀菌强国”迈进，让国外进口设备在国内市场上只起到拾遗补缺的作用。这就要求国内蒸煮罐杀菌机械行业的发展速度逐年提升，不断有新产品专利和创新。 所以，有必要对蒸煮罐设备进行研究。西京学院学士学

14、位论文 第一章控制系统罐体研究1.控制系统罐体研究光亮的金属质感是钢板固有的本质，新世纪又为它增添了竞争优势。金属制品因为外表很好，所以在全世界各处都可以找出它引人入胜的地方。但是，不管它如何引人注目，对于使用者来说，主要考虑的是三大因素：成本、环境和消费者的需求。这三大因素中，最显而易见的是成本。努力降低材料成本而又不影响产品的质量，对这一行来说是非常必要的。一般来说，制罐技术几乎没有太多的限制，不论是过去还是现在，制罐厂和钢板供应商都在尽力制作更为高质量的产品，加工越来越薄的金属产品，而且还在不断地探索更好的材料，使金属的关键部位更好的成形，并获得更好的性能。所以要想获得更好蒸煮罐设备，只

15、有对产品进行综合考虑，而使产品更加深入人心。1.1罐体材料处理说明1.1.1 罐体用钢处理罐体用钢的性能可以通过热处理来实现，要达到预期性能应对45号钢实施热处理工艺，钢在加热和冷却过程中会发生组织结构的变化。加热后保温时间的长短和随后冷却速度的高低，也会影响组织结构的转变。使钢质本身组织结构的变化改变了钢的性能。钢的热处理就是对钢施以不同的加热、保温和冷却来获得所需要性能的一种工艺。罐体用钢常用的热处理工艺有正火、淬火、固熔回火热处理，还有罐体用钢经焊接后的消除应力热处理等。1.罐体用钢的正火所谓钢的正火就是将钢加热到ac3以上300c500c，使钢中的各种金属组织都转变为奥氏体，随后在静止

16、空气中冷却。钢经正火热处理后可使晶粒细化，改善钢的组织和力学性能。经电渣焊的罐体用钢也应经焊后正火热处理。2.罐体用钢的淬火所谓钢的淬火就是将钢加热到ac3以上某一温度，并在此温度保温一段时间后快速冷却。经淬火后的铁素体钢将获得马氏体、索氏体组织，以便提高钢的强度和硬度。淬火是在水或油中冷却，比正火在静止空气中冷却要快得多。3.罐体用钢的回火钢的回火就是将钢加热到低于ac1以下某温度，停留一段时间后在空气中冷却，使经正火或淬火后钢的金属组织继续转变和分解以及碳化物颗粒集聚和长大。以便改善钢的强度脆性和过高的内世力。钢经回火热处理后可以获得最终需要良好的综合性能。4.罐体用钢的退火退火就是将钢加

17、热到低于ac1以下，停留数小数后缓慢冷却至室温，一般在罐内冷却至3000c左右出罐空冷。钢经退火后能消除钢中的残余应力，因此退火也称消除应力热处理。也是罐焊接件消除焊接应力常用的热处理方法。罐用钢的热处理一般按钢材的技术条件规定在钢厂进行，对于焊后需经退火热处理的钢板，罐体制造厂常要求钢厂只进行正火热处理。杀菌罐体的内层由于要承受高温，所以一般应该为不锈钢304#不锈钢板，外层一般起保护作用，可用经过热处理的45号钢或201#不锈钢板，当然从长远使用来说，最好用304#不锈钢板，比较耐腐蚀，特别适合放置于室外。在本案中，内层采用304#不锈钢板，外层采用经过热处理的45号钢。1.1.2罐体隔热

18、处理杀菌罐体隔热层是为了达到保温效果而设计的，杀菌罐体是由内层和外层组成的，内外层之间是保温层，厚度为5mm。可用作隔热层材料的有以下几种：1.玻璃棉玻璃棉国内质量相差相当大。很多小厂家就是用废品拉制成的。纤维长度太短。人接触到会很剌手，还会吸入肺中，环境污染太厉害，并且它容易吸水，有效使用寿命比较短。因此玻璃棉在国外已经禁止使用了，但国内还在用，最主要就是因为便宜。2.岩棉岩棉，和玻璃棉差不多，但差的岩棉有少量幅射性，不常用。主要用于高温，高腐蚀的屋顶处理。3.发泡玻璃发泡玻璃在内装修很少用到，国内用的不多。最主要的优点是抗冲击性非常强，耐腐蚀性非常好。4.保温砂浆保温砂浆价格便宜，用法方便

19、。但是，处理完之后，若在上面做别的处理就比较麻烦。从使用经验上来看，用于外保温的使用寿命不是很长，内保温可能会好一点。5.聚胺脂聚胺脂保温性能比较好，0.024左右的导热系数。但缺点是使用寿命不长。基本上二十年必须要换一次。6.eps，聚苯乙烯苯板eps，聚苯乙烯苯板的导热系数为0.035，密度一般为18以上，不过对于它的环保性还有争议。据有相关文献说，eps会缓慢释放流离苯，对生殖系统有影响。7.xps，挤塑式聚苯乙烯保温板xps，挤塑式聚苯乙烯保温板的导热系数为0.028左右。好的xps密度在45以上。因为是高温挤出的，游离苯的状态比eps少很多。因为xps属于新产业，我国国内还没有有关详

20、细资料，据了解它是唯一不吸水高效保温、不滋生霉菌的材料，使用寿命可达五六十年。8.高分子材料目前国际通用的是聚氨酯，其保温性能最好，操作比较方便，虽然造价稍高，但保温性能好。在本案中，中间保温层采用聚氨酯。1.2罐体设计1.2.1结构设计1. 端盖的分析计算设计端盖从结构上讲，分为罐盖和环两部分。罐盖从应力分析的角度讲，可分为球壳(或圆柱壳)和环两个部件，其所受外载是内压力和作用于齿上的轴向载荷等。详细的内力求解，应力分析、强度条件可用罐盖法兰上的齿及罐体法兰的齿将它们的根部视为悬臂梁来等效计算。应力校核条件如下： 式中：h力臂（如图1.1），可取齿的“中点”；l齿的长度；t齿的厚度；n齿数；

21、hd作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力； hg 操作状态下需要的最小垫片压紧力； ht 流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力之差； di法兰内直径； dg垫片压紧力作用中心圆直径；pc设计压力mpa； 图1.1端盖齿2. 罐内物料的滑轨因受热胀冷缩的影响，所以罐内加热前后大小不一样，因为甩焊接连接拘束度过大，易产生裂纹。为避免送料小车撞击后端盖，应在滑轨尽端设置挡块，并且控制两轨顶面的高度差应不大于20mm，轨距偏差不大于30mm，且应对称布置。3. 罐体数据 表1.1罐体数据 项目罐号长度mm直径mm45钢热处理304#不锈钢板额定压力mpa1号罐270

22、02220外用内用1.62号罐27002200外用内用0.053号罐27002200外用内用0.054号罐15001500外用内用0.05为避免产生较大应力集中现象，应将各过渡部位做成圆弧过渡，对根处的过渡圆角一般不小于5mm，对封头与顶环连接处则应有较大的过渡圆弧，一般不小于50mm。1.2.2罐体设计样图在本案中，罐体设计采用手绘和cad机算计制图两种画法，图样数据代表现实生产中真实设计要求，其重要数据采用以上图表：每个罐体数据。在生产中特别注意焊接缝处的力学要求及其安全性要求，以下为四罐的cad图：图1.2杀菌罐明细表1.21筒体10接管法兰2滑道11加热电阻3鞍座12高温温控水蒸汽喷汽

23、管4接管法兰13皮垫片5等长双头螺栓螺母14垫片6加热管接头15滑头勾圆7垫片16预紧栓8接管法兰排气口17预紧板9固定板18接管法兰排水口其材料用45号热处理钢、中间保温层采用聚氨酯，各个参数详见手绘图样或cad计算机制图。图1.3净水罐明细表1.31接管法兰8过滤层更换门2鞍座9过滤层3接管法兰10接管法兰4接管法兰115接管法兰126人孔137筒体14其材料用45号热处理钢，各个参数详见手绘图样或cad计算机制图。图1.4消毒液罐明细表1.41筒体7接管法兰2接管法兰8人孔3鞍座9接管法兰4接管法兰105接管法兰116接管法兰12其材料用45号热处理钢，各个参数详见手绘图样或cad计算机

24、制图。图1.5搅拌罐明细表1.51螺栓螺母10接管法兰2接管法兰11垫片3接管法兰12罐盖4框式椭圆底搅拌器13接孔法兰5筒体14站台6垫板鞍座15搅拌轴7接管法兰16普通平键8接管法兰17电动机9螺母18其材料用45号热处理钢，各个参数详见手绘图样或cad计算机制图。西京学院学士学位论文 第二章控制系统管网研究2.控制系统管网研究管道管网的水力平衡计算是供水系统规划设计、经济评价和运行治理的基础。水力平衡计算的目的就是在确定管径的情况下求出满足连续方程和能量方程的各节点压力水头和各管段流量。目前常用的水力平衡计算方法有线性理论法，有限元法等等。所有这些方法各有所长，适用范围各不相同，有的还需

25、人工假设管段流量，使输入数据工作量增大，且未考虑管网附件的影响。本案介绍的图论法将复杂的管网处理为相应的“网络图”，其易于计算大型的复杂管网。且计算过程可同时考虑管网附件，如控制阀、流量泵、压力表、温控阀等，使计算结果更符合实。图论原理：图论原理是解决现实问题的好方法，它的思想是把具体的、抽象的、立体的简化为简单易懂的，容易求解的东西。在供水管网中的应用就是将供水管网中的管段概化成一条线段，将有附件的管段看成图中的非凡管段，边与边由节点相连。这样，一个供水系统的管网图就转化为图论中的网络图。常见的蒸煮罐设备系统如图2.1所示。冷水通过蓝色管网供给水调阀，通过给水调节阀进入净水罐，冷水在经过净水

26、罐的净化后，存入净水罐中下层，然后经过加热装置加热到预定值，此时，冷水变为热水，然后，热水在经过橙色管网流量泵进入搅拌罐。在水经过此过程的同时，消毒液也通过蓝色管网供给水调阀，通过给水调节阀进入消毒液罐，消毒液在经过罐后，存入消毒液罐中，然后经过过滤装置，然后，过滤后的消毒液经过流量泵进入搅拌罐。两种液体在搅拌罐中经搅拌后，通过橙色管网、水调阀送入汽化装置。在经过汽化后，通过浅蓝色管网、水调阀、流量泵进入主罐杀菌罐。（如图2.1，除红线和绿线外） 图2.1蒸煮罐设备系统明细表2.1杀菌罐对加热管控制水净化罐对阀控制消毒液罐对阀控制搅拌罐对排气阀控制手动设置气化装置对阀控制加热装置对阀控制过滤网

27、对m2控制1液位控制器接头对m3控制2加热装置接头对阀控制3自动压力表接头对阀控制4自动控制表接头5加热管接头6气化装置接头7液位控制器接头8液位控制器接头9电动机接头10流量泵接头11流量泵接头对m1控制在本案中，化工生产设备蒸煮罐控制系统以大型化工基地为目标，以食品、医疗、消毒、杀菌业的上下游有机结合、协调发展为特色。主要包括：三个必须罐子、一个或若干个杀菌罐、若干钢管。为了在满足大规模杀菌区域负荷的需求的同时，整合若干个杀菌主罐，同时本着着眼于未来的发展、服务社会的原则，加强食品卫生的理念，按照节能、环保、经济的原则，即在本设计中采用大容量、高参数、高效率管网设备以取代已建成的现有小容量

28、、低参数、低效率，实现区域综合发展，实现控制资源消耗以及主要污染物排放的目的。2.1管网负荷分析在这里，区域杀菌业热负荷指标需要区域杀菌业产业特点进行预测。一般情况下，食品加工、医疗、消毒业多的地区，其负荷往往较大，对区域负荷的预测应遵循各企业生产过程的特点，通过综合考虑各个方面的影响因素，确定区域的中远期目标，本案地区采取企业生产用管网建设，所需蒸汽参数分为1.6 mpa。根据计算结果得到各节点的水压后，即可在管网平面图上用插值法按比例绘出等水压线。也可从节点水压减去地面标高得出各节点的自由水压，在管网平面图上绘出等自由水压线。本案中等水压线的意义作用（图示2.2）：1.评价管网设计计算的合

29、理程度2.反映管径选择的合理程度3.反映控制点的选择是否正确 图2.2等水压线随着区域企业数量的增加，杀菌管、水净化罐、消毒液罐、搅拌罐相应的管网建设将不断增加。2.2输水管网要求为了进一步提高供水可靠性，可在平行管线之间用连接管相连（本案不涉及，但有预留口）。这样做，当管线某处损坏时，无需整条管线全部停止工作，而只须用阀门关闭损坏的一段进行检修。设平行管线数n，每条管线的摩阻s,水泵流量q,输水系统流量降落比, qa随升高而提高,sa随升高而提高,连接管段数m，则每根管被分成（m+1）段（全部管段直径一样）。正常工作时： 一段损坏时： m=0时：， 2.3管网附件分析实际管网中，有许多控制、

30、安全、量测设施，如控制阀、流量泵、压力表、温控阀等附件，对管网运行产生重要影响。传统计算方法都未涉及到管网附件问题，不仅使计算准确性受损，而且其计算程序无法用于日常治理工作。图论法处理管网附件时，将附件所在管段视为非凡管段，这些管段的摩损式要根据其附件的水力学特征计算摩损值，再加入到管网中进行水力平衡计算。在此本案给出几种较常见管网附件的处理方法。1.普通阀门闸板式阀门是用得最多的一种阀门，在一般的水力计算过程中，闸板式阀门的水头损失计算一般引用公式hf=v2/2g，（沿程摩阻系数，v断面平均流速,g重力加速度）。2.安全法安全法（减压阀）可控制管网中设备压力值保持在某一范围内，而不致压力太高

31、，且兼有逆止阀的作用。安全法有一额定工作压力，当其上游压力超过工作压力时，其下游端会维持一恒定的压力。若上游压力低于工作压力，则减压阀不起作用。若下游水头高于上游，prv相当于处于工作状态的逆止阀，管段流量为零。安全法的工作状态如下：设上游节点i，下游节点j，管长l，整个管段的传导系数yk，上游端水头值he，额定工作水头值hset，管段上游节点水头值hi，管段下游节点水头值hj。（1）当hehset且hihj，减压阀对水流没有影响，可视为普通管段，传导系数就是yk。（2）当hehset且hihj，减压阀处于工作状态，下游端水压力等于hset，管段流量qk是水头hset和hj以及传导系数的函数。

32、这种情况就好象在减压阀处有一固定水头为hset的水库在向其供水，管段流量可表示为：qk0。（3）当hihj，减压阀就相当于一个逆止阀，管段中没有流量通过，传导系数为零，yk0。3.流量泵水流流过水泵之后，水头不仅未象普通管段那样减少，反而增加了，这就是水泵扬程。但也可把扬程视为“管段”的“水头损失”，只是这“水头损失”是负值。流量泵一般选用离心泵，其流量和扬程关系可由水泵特性曲线表示。对水泵来说，有实际意义的是落在水泵高效区的一小段曲线。因此可用适合管网计算的曲线拟合水泵特性曲线。其水泵与输水管路联合工作的工况如图2.3所示。 图2.3水泵与输水管路联合工作的工况2.4图论法管网模型任何管道的

33、水力计算都可以用管段流量q，水头损失h，管径d，管长l和管壁条件c等5个因素来描述。一般d、l和c为已知条件，只有q和h未知。因此，求解一个管网的水力平衡问题，可从两方面考虑：一是利用q和h的关系，消去h，以q为未知量计算，求出q后，反求h；二是首先消去q，以h为未知量计算；解出h之后，再反求。图论法也可从这两方面入手，即求流量式和求枝摩损式。前者只适用于环状网，而后者则适用于所有类型的管网，所以本案着重介绍后者。设一管网有j个节点，p条管段，l个环，则三者满足lpj+1的关系。管网的每一管段都有q和h两个未知量，因而未知量的个数为2p。但管网环方程有l个，线性无关的连续性方程有j1个，总数为

34、l+j1p个，不能求解2p个未知量。因此，必须借助p个管段摩损方程式才可以求出结果来。西京学院学士学位论文 第三章电网控制系统研究3电网控制系统研究蒸煮罐设备控制，是近几十年来开发的一项新技术，它是软件、硬件、自动控制、罐体节能等几项技术紧密结合的产物，我国目前大多数工业蒸煮罐设备仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。工业蒸煮罐设备采用微机控制和原有的控制方式相比具有以下明显优势： 1直观而集中的显示罐体各运行参数。能快速计算出机组在正常运行和启停过程中的有用数据，能在显示器上同时显示罐体运行的水位、压力、罐膛

35、负压、蒸汽含量、测点温度等数十个运行参量的瞬时值、累计值及给定值，并能按需要在罐体的结构示意画面的相应位置上显示出参数值。给人直观形象，减少观察的疲劳和失误； 2可以按需要随时打印或定时打印，能对运行状况进行准确地记录，便于事故追查和分析，防止事故的瞒报漏报现象； 3在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数； 4减少了显示仪表，还可利用软件来代替许多复杂的仪表单元，从而减少了投资也减少了故障率； 5提高罐内的热效率。从已在运行的系统来看，采用plc控制后热效率可比以前提高5-10%； 6罐体是一个多输入多数出、非线性动态对象，诸多调解量和被调量间存在着耦合通道。例如

36、当罐膛内的负荷变化时，所有的被调量都会发生变化。故而理想控制应该采用多变量解偶控制方案，而建立解偶模型和算法通过plc实现比较方便；7蒸煮罐设备微机控制系统经扩展后可构成分级控制系统，可与工厂内其他节点构成工业以太网，这是企业现代化管理不可缺少的；8作为蒸煮罐设备控制装置，其最重要的是保证罐的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。在采用plc控制的蒸煮罐设备控制系统中，有十分周到的安全机制，可以设置多点声光报警，和自动连锁停罐。杜绝由于人为疏忽造成的重大事故。综合以上所述种种优点可以预见采用plc控制蒸煮罐设备系统是行业的大势所趋。下面我们来共同探讨蒸煮罐设备电路控制系统的原理和结构。

37、3.1控制系统原理常见的蒸煮罐设备系统如图3.1所示。冷水通过蓝色管网供水，水调阀进行控制开启，通过给水调节阀进入净水罐，冷水在经过净水罐的净化后，存入净水罐中下层，当水达到一定高度时，传感器反馈信息到控制台，并且自动关闭水调阀，当超过一定值时，自动打开安全阀。在后水经过加热装置加热到预定值，此时，冷水变为热水。然后，热水在经过橙色管网流入流量泵，然后进入搅拌罐，流量泵经控制台人工设置后进行自动控制，达到将要与消毒液配比出的浓度。在水经过此过程的同时，消毒液也通过蓝色管网供给，水调阀进行控制开启，通过给水调节阀进入杀毒液罐，当达到消毒液时，传感器反馈信息到控制台，并且自动关闭水调阀，当超过一定

38、值时，自动打开安全阀。然后消毒液经过过滤装置，再经过流量泵进入搅拌罐。当两种液体进入搅拌罐时，经人工或传感器反馈开启搅拌器。两种液体在搅拌罐中经搅拌后，通过橙色管网、水调阀送入汽化装置，汽化装置为人工设置。在经过汽化后，通过浅蓝色管网、水调阀、流量泵进入主罐杀菌罐，在主罐中喷汽管管壁有压力传感器喷汽小管，当温度不够时，温度传感器反馈信息到流量泵，流量增大，压力增大，压力传感器喷汽小管打开，当超过一定值时，自动打开安全阀。（如图3.1）图3.1 蒸煮罐设备电路控制3.2控制系统结构蒸煮罐设备控制系统，一般由以下几部分组成，即由罐体本体、仪表、plc、上位机、手自动切换操作、执行机构及阀、电动机等

39、部分组成，仪表将罐内的温度、压力、液量、转速等量转换成电压、电流等送入plc微机。控制系统包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，用操作器控制变频器、电机及阀等，自动控制时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。plc微机对整个系统的运行进行监测、报警、控制以保证系统正常、可靠地运行，除此以外为保证系统运行的安全，在进行plc微机系统设计时，对罐内水位、压力、温度等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和汽压有双重甚至三重报警装置，以免系统发生重大事故。plc微机控制系统由工控机、显示器、打印机、plc、手操器、报警装置等组成，能完成对给水阀、流量泵、搅拌速度、安全阀、温

40、度传感器、压力传感器、液位传感器等进行自动控制，使罐内的水位、蒸汽、压力、温度保持在规定的数值上，以保证系统的安全运行，平稳操作，达到降低能耗、提高杀菌质量的目的，同时对运行参数，如压力、温度、流速、搅拌速度等有流程动态模拟图画面并配有数字说明，还可对水位、压力、罐内温度等进行越限报警，发出声光信号，还可定时打印出十几种运行参数的数据。以形成生产日志和班、日产耗统计报表，有定时打印、随机打印、自定义时间段打印等几种方式。3.2.1供电要求化工生产中应用的电气部分包括动力、照明、避雷、弱点、变电、配电等。就化工生产用电电压而言，一般最高位6000v中小型电机常为380v,而输电网中都是高电压（有

41、10330kv范围内七个高电压等级），所以从输电网引入电源必须经变压后方可使用。有工厂变压电时，可以直接引入低压线。为了减少电损耗和节约用电，通常用较高的电压将电流送到车间电室，经过降压后在使用。一般为6000v或3000v，低压为380v。高压为6000v时，150kw以上的电动机选用6000v，150kw以下的电机选用380v。高压为3000v时，100kw以上的电机选用3000v，100kw以下的电机选用380v.本案选用120kw、380v，转速为1500r/min的电机。 使用易燃、易爆物料，系统一般较为复杂，中途不允许突然停电。为此，根据化工生产工艺特点及物料危险程度的不同，对供电

42、的可靠性有不同的要求。按照电力设计规范，将电力负载分成三级，按照用电要求从高到低分为一级、二级、三级。本案采用二级方案，即为用电设备不会突然中断，造成火灾，爆炸，机器损坏或人员伤亡的严重事故。3.2.2自动控制元件化工生产过程的自动控制主要对温度、压力、流量、液位、成分和物性等参数的控制问题。其基本要求可归为三项，即安全性、经济性、和稳定性。安全性是指在整个生产过程中，确保人身和设备的安全，通常采用参数越限报警、事故报警和连锁保护等措施加以保证。由于工程工业高度连续和间断性连续以及大型化的特点，通过在线故障预测和诊断，设计容错控制系统等手段，进一步提高运行的安全性。经济性，在通过对生产过程的局

43、部优化或整体优化控制，达到地生产成本、高生产效率和能量充分利用的目的。稳定性的要求是指控制系统具有抑止外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力。因此，选择如表3.1所示。表3.1自动控制元件表号数量温度/oc表压/mpa液位/m用途fx2n2lc3根据实际设定对测温度进行控制cd40693根据实际设定对液位高度进行控制3.2.3温度控制电路1.电路组成与功能如图所示是fx2n2lc温度模块的接线端子口，当温度达到设定的值时，可以自动停止加热，当低于设定值时，又可以自动加热。（如图3.2） 图3.2 fx2n2lc接线端子表3.2 接线端子口端口名称说 明功能作用24+ ，24-开关电源接外界2

44、4v直流电com开关电源接24-out1， out2输出端接固态继电器直流侧负极ct电流互感器 接电流互感器s1ct电流互感器 接电流互感器s2fg接地端和接地端以及主机接地端进行三级接地pta/ptb/tc+ptb/tc-电阻线 接热电偶或铂电阻热电偶正级热电偶负级根据系统控制流程图以及fx2n2lc温度模块的端子口特点，设计fx2n-2lc温控加热器控制图如下3.3所示。图3.3 fx2n2lc电路配线连接图表3.3 电路配线连接图明细表名 称说 明功能作用24+，24-，com开关电源运行停止ssr操作机（固态继电器）对加热系统控制out1， out2输出端接固态继电器直流侧负极ct电流

45、互感器电流检测反馈ptb/tc+热电偶正级测温度上线反馈ptb/tc-热电偶负级测温度下线反馈fg接地端和接地端以及主机接地端进行三级接地pta/电阻线接热电偶或铂电阻2.工作原理该电路是集温度检测控制电路、电源电路、加热电路组成的。当fx2n2lc引脚接通时其内部pdi（比例、积分、微分控制器）进行运算，然后out1、out2输出信号给ssr，经过ssr内部处理，对加热器进行控制，被控对象随时返回信号给热电偶，并在fx2n2lc中处理，从而重复以上循环。3.2.4水位控制电路1.电路组成与功能如下图3.4所示，图中由六反相器cd4069、晶体二极管vd和发光二级管组成的水位控制电路，可广泛应

46、用于生活中。 图3.4水位控制电路（d1-d6为cd4069）表3.4水位控制电路明细表名 称说 明功能作用m1、m2金属探测棒决定报警水位d1-d6cd4069运算判断led1、led2发光二极管指示灯vd反相截止保护d5、d6r1电阻保护m1、m2r2电阻保护led1、led2r3电阻保护vdr4电阻保护cc电容保护htd喇叭发出报警声音2.工作原理 在图示电路中，m1、m2为金属探测棒，其位置决定了报警水位。当水位低于报警水位时，m1、m2棒之间为开路，d1的输入端为高电平状态，d2的输出端为高电平状态，发光二极管led1反相截止，d3的输入端此时输出低电平，因此红灯点亮。同时，d4输出

47、高电平状态，vd反相截止，由d5和d6组成的音频振荡器起振，发出报警声音。当水位高于报警水位时，m1、m2棒之间近似为短路，d1的输入端为低电平状态，d2的输出端也为低电平状态，因此绿灯亮。同时，d4输出为低电平状态，vd导通，音频振荡器停振，不发出报警声音。3.cd4069芯片介绍cd4069由6个反相电路组成。它具有电源电压可操作性，低功率消耗，高噪声抗扰以及对称的控制上升和下降次数。（1）cd4069引脚 cd4069引脚如图3.5示。引脚功能如图表所示。图3.5 cd4069引脚图表3.5 cd4069引脚图明细表引脚名称说明引脚名称说明a、b、c、d、e、f输入端vss接地端g、h、

48、i、j、k、l反相输出端vdd接电源端（2）cd4069特性较宽的电源电压范围：3.05v；高噪声抗扰：4.5vdd标准值；3.2.5液体混合搅拌控制电路fx系列plc有定时器56个(t0-t55)，定时器的时基脉冲为100ms（0.1s）每个定时器的定时范围从0.1s-3276.7s，定时指令占用步数3步。当m8028被驱动时(即m8028=1)：定时器t32-t55的时基脉冲为10ms(0.01s)即t32-t35的定时时基脉冲为0.01s。下图3.6为正反转搅拌电路图及其表3.6正反转搅拌电路图明细表。 图3.6正反转搅拌电路图表3.6正反转搅拌电路图明细表名 称说 明功能作用sb0事故

49、开关紧急停止sa联动开关开关作用sat开关开关作用plc可控制编程器开关作用km1、km2续电器开关开关作用saq1、saq2开关开关作用x1、x2限位开关到达时起开关作用rj开关开关hl1、hl2、hl3指示灯分别代表不同a、b接电源通电3.3温度、液位、液体混合搅拌plc实现化蒸煮罐设备控制系统可用编程序控制器plc进行控制，它适应于大型系统控制，由于plc具有输入输出光电隔离、停电保护、自诊断等功能，所以抗干扰能力强，能置于环境恶劣的工业现场中工作。plc易用于通信和联网，多台plc进行链接及与计算机进行链接，实现一台计算机和若干台plc构成分布式控制网络，另外使用plc加上位机的控制系统具有很好的扩容性，如需要增加控制点或控制回路只需添加少量输入输出模块即可，为以后的控制系统升级改造和其他功能的添加打下良好基础，也为以后一机多罐控制系统等其他工厂级自动化网络打下良好基础。虽然，从短期的角度看价格稍高，如果从长远观点看，其寿命长，故障率低，易于维修，值得选用。本案采用plc微机方案。3.3.1温度p