加熱爐溫度控制系統是比較常見和典型的過程控制系統，加熱反應爐整體由四個閥：排氣閥、進料閥、氮氣閥、泄放閥，四個傳感器：壓力傳感器、溫度傳感器、上液面傳感器、下液面傳感器，鍋爐，加熱器及加熱接觸器等組成。加熱反應爐是工業生產中常用的重要設備，過去僅依靠人工進行操作，往往存在送料、溫度、壓力等條件變化不能有效控制的問題，產品質量不穩定，造成原料浪費，給企業帶來經濟損失。因此可編程序控制器PLC以其可靠性高、功能強、控制靈活等特點，且編程簡單，使用方便已成為目前工業現場的首選控制裝置。使用自動控制系統能有效的提高生產的安全性，大大降低了事故的發生率，并能提高生產效率，使原材料的使用率達到最大。在系統中，硬件上采用技術比較的成熟的可編程邏輯控制器，開發上采用了PLC的開關量和模擬量輸入模塊，實現對模擬量的采集；方法上運用的是過程控制中常用的反饋與串級控制方法，保證了系統的穩定性和安全性。

設計任務和要求

1．根據上述加熱反應爐加熱工藝過程，編制PLC控制程序，并畫出I／0電氣接口圖。

2．調試程序，模擬運行。

設計方案

１.工藝過程和控制要求

1．送料控制

①檢測下液面SQ2、爐內溫度ST、爐內壓力SP是否都小于給定值(整定值均為邏輯量)。

②若是小于給定值，則開啟排氣閥YVl和進料閥YV2。

③當液位上升到上液面SQl時，應關閉排氣閥YVl和進料閥YV2。

④延時20s，開啟氮氣閥YV3，氮氣進人反應爐，爐內壓力上升。

⑤當壓力上升到給定值時，即SP=“1”時，關閉氮氣閥。

2．加熱反應控制

①交流接觸器KM帶電，接通加熱爐發熱器EH的電源。

②當溫度升高到給定值時(ST：“1”)，切斷加熱器電源，交流接觸器KM失電o

③延時10min加熱過程結束。

3．泄放控制

①打開排氣閥，使爐內壓力降到預定的最低值(SP：“0”)。

②打開泄氣閥，當爐內溶液降到下液面(SQ2=“0”)時，關閉泄放閥和排氣閥。系統恢復到原始狀態，準備進入下一循環。

2 .加熱反應爐工作原理

加熱反應爐溫度控制系統基本構成如下圖所示，它由PLC主控系統、固態繼電器、加熱爐、溫度傳感器等4個部分組成。

加熱爐溫度控制實現過程是:首先溫度傳感器將加熱爐的溫度轉化為電壓信號，PLC主控系統內部的A/D將送進來的電壓信號轉化PLC可識別的數字量，然后PLC將系統給定的溫度值與反饋回來的溫度值進行比較并經過PID運算處理后，給固態繼電器輸入端一個控制信號控制固態繼電器的輸出端導通與否從而使加熱爐開始加熱或停止加熱。

3 .加熱反應爐的輸入輸出設備表：

根據加熱反應爐自動控制系統的要求，需要 6 個輸入點，5 個輸出點，共 11 個I/O 點。

表1

4 . I、O地址表：

加熱反應爐的輸入信號共有6個，輸出信號共有5個，均為開關量，其輸入輸出地址編排表如下圖所示。

表2

5 .I、O電器接口圖：

根據I、O地址編排表，其I、O電器接口圖如下圖所示。

6 .控制流程圖：

由加熱反應爐控制系統實現的功能，結合 PLC 可以設計如圖所示的系統控制流程。按下啟動按鈕SB1后，系統運行；按下停止按鈕 SB2 后，系統停止。

第一階段：送料控制，檢測下液面 SL1, 爐內溫度ST, 爐內壓力SP是否小于給定值（都為“0”）若 YV1 和進料閥 YV2 。當液位上升到上液位設定值時，SL2=1, 應關閉排氣閥YV1 和進料閥 YV2 。延時 10S, 開啟氮氣閥 YV3,氮氣進入反應爐，爐內壓力上升。當壓力上升到給定值時，即SP=1,關閉氮氣閥。送料過程結束。

第二階段：加熱反應控制，接通反應爐電源KM, 開始對反應爐加溫。當溫度上升到給定值時（此時信號 ST=1），切斷加熱電源。延時 10S ，加熱過程結束。

第三階段：泄放控制，打開排氣閥 YV1,使爐內壓力降到給定值以下（此時 SP=0）。打開泄放閥YV4 ，當爐內溶液下降到下液面以下（此時 SL1=0 ）,關閉泄放閥 YV4 和排氣閥YV1 。系統恢復到原始狀態準備進入下一循環。

根據加熱反應爐對電氣控制系統的要求，本設計控制系統包括手動在內的共6個輸入信號：下液面檢測信號X1，爐內溫度X2上液面檢測信號X3，爐內壓力X4；X5,X6分別為手動自動切換按鈕。PLC的5個輸出信號Y1—Y5分別代表排氣閥，進料閥，氮氣閥，泄放閥，反應爐加熱，定時器T1,T2為0.1S定時器。

加熱反應爐控制系統主要由上位機的監控部分、PLC 系統，信號檢測部分及執行機構幾部份組成通過在線實時記錄、監控和顯示數據，傳遞設備的實時狀態，接受并執行系統實時控制命令，通過控制電磁閥開閉，滿足系統控制的要求。