基于组态的苯基苯酚甲醛树脂中式反应装置的自动控制毕业设计论文 精品.docx

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基于组态的苯基苯酚甲醛树脂中式反应装置的自动控制毕业设计论文精品

毕业设计（论文）

基于组态的苯基苯酚甲醛树脂中式反应装置的自动控制

BasedKingViewphenylphenolformaldehyderesinreactorChineseAutomaticControl

班级机械制造与自动化（过程装备）

学生姓名学号

指导教师职称教授讲师

导师单位徐州工业职业技术学院

论文提交日期2013年11月11号

徐州工业职业技术学院

毕业设计（论文）任务书

课题名称基于组态的苯基苯酚甲醛树脂

中式反应装置的自动控制　　

课题性质　　　　　　　　　　

班级过程装备

学生姓名　　　　

导师职称教授讲师

一．选题意义及背景

为推动了苯基苯酚的应用和合成工艺的发展。

本论文对制造苯基苯酚甲醛树脂的中式反应进行自动化处理，以达到批量生产。

在此项目中采用三菱PLC软件编程控制以及组态软件控制。

二．毕业设计（论文）主要内容：

本论文研究内容是应用三菱PLC，通过三菱PLC的编程软件将程序输入PLC中，以达到生产苯基苯酚甲醛树脂中式反应装置的自动控制以及组态王软件对苯基苯酚甲醛树脂生产进行自动化生产

3．计划进度：

1、第一周查阅相关资料，确定设计大纲

2、第二周熟悉工艺流程，对装置硬件设备进行选型，并进行电路的设计

3、第三周应用组态软件进行相应设置

4、第四周PLC梯形图设计

5、第五周对论文进行修改

6、第六周准备答辩

四．毕业设计（论文）结束应提交的材料：

1、论文

2、电路配线图

3、程序梯形图

4、组态

指导教师教研室主任

年月日年月日

论文真实性承诺及指导教师声明

学生论文真实性承诺

本人郑重声明：

所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。

毕业生签名：

日期：

指导教师关于学生论文真实性审核的声明

本人郑重声明：

已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。

指导教师签名：

日期：

摘要

可编程控制器PLC是专为工业应用而设计的进行数字运算操作的电子控制装置。

由于其具有可靠性高，功能强，编程简单，人机交互界面友好等特性而广泛用于工业控制系统。

本文以三菱PLC为代表，结合组态王工业自动控制系统针对其主要特点及在苯基苯酚甲醛树脂生产中的应用问题进行探讨，以期通过本文的阐述促进三菱PLC技术在工业电气自动化中的推广应用，以及苯基苯酚甲醛树脂的自动化生产。

设计的程序要求完成该装置自动运行功能如：

自动计量加料过程、温度自动检测、压力检测、变频调速等。

合理分配PLC后模块应用。

关键词：

PLC组态自动控制变频调速

Summary

ProgrammablecontrollerPLCisdesignedforindustrialapplicationsdesignedfordigitalelectroniccontrolunitarithmeticoperations.Becauseofitshighreliability,powerful,simpleprogramming,interactivefeaturessuchasuser-friendlyandwidelyusedinindustrialcontrolsystems.Inthispaper,astherepresentativeofMitsubishiPLCcombinedkingviewindustrialautomaticcontrolsystemforitsmaincharacteristicsandthephenylphenolformaldehyderesinproductionapplicationproblemsarediscussed,inordertopromotetheadoptionofthisexpositionMitsubishiPLCtechnologyinthepromotionofindustrialelectricalautomationapplications,andphenylphenolformaldehyderesinautomatedproduction

Keywords:

PLCautomaticcontrolinverterconfiguration

第一章绪论

1.1课题背景背景及研究目的和意义

苯基苯酚甲醛树脂产品外观为淡黄色至红棕色粘稠液体或透明固体，能溶于乙醇。

有热塑性和热固性两种。

目前以油溶性邻苯基苯酚甲醛树脂为主，能做出寿命长、而且对水和碱稳定性能极好的清漆，这种清漆具有极强耐久性和耐候性，特别适用于潮湿寒冷和海上船只使用。

尤其是船舶漆，具有极佳的耐久性，特别适用于海上船只。

我国邻苯基苯酚生产始于20世纪70年代后期，主要为上海染料化工厂、天津市卫津化工厂、锦西化工总厂、大连化工研究院等从磺化法苯酚的蒸馏残渣中回收，先后逐步停产。

1998年葫芦岛市洋洋化工有限公司建成年产250吨邻苯基苯酚装置从磺化法苯酚的蒸馏残渣中提取邻苯基苯酚，同时联产对苯基苯酚。

但随着磺化法生产苯酚装置的关停并转，邻苯基苯酚产量越来越少，主要依赖进口。

2003年盐城市华业医药化工有限公司在国内首家建成了年产200吨环己酮路线合成邻苯基苯酚新工艺中试装置，促进苯基苯酚的应用开发。

据资料分析我国市场需求量约为1500～2500吨/年，目前远远不能满足需求，随着我国石油化工快速发展，应尽快利用环己酮一步法催化合成苯基苯酚技术进行商品化开发。

[1]

为推动了苯基苯酚的应用和合成工艺的发展。

本论文对制造苯基苯酚甲醛树脂的中式反应进行自动化处理，以达到批量生产。

在此项目中采用三菱PLC软件编程控制以及组态软件控制。

1.2PLC以及组态软件在行业中的应用与发展

PLC的快速发展发生在上世纪80年代至90年代中期。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到了很大的提高和发展。

PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取得了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、变成简单等特点。

20世纪80年代，由于计算机和微电子技术的迅猛发展，使得PLC功能日益增强，可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等。

所以现在的PLC的功能已远远超出逻辑控制的功能，故称为“可编程控制器”，简称PC，但为了不和个人计算机混肴，故仍习惯用PLC作为可编程控制器的缩写。

目前PLC已广泛应用于各工业领域，成为现代化控制的三大支柱（PLC、机器人和计算机辅助设计/制造）之一。

1.3毕业设计研究内容

本论文研究内容是应用三菱PLC，通过三菱PLC的编程软件将程序输入PLC中，以达到生产苯基苯酚甲醛树脂中式反应装置的自动控制以及组态王软件对苯基苯酚甲醛树脂生产进行自动化生产。

第二章工艺流程及控制要求

2.1工艺简介

苯基苯酚甲醛树脂生产工艺分为两个部分，第一部分为邻苯基苯酚和甲醛进行催化缩合合成树脂，第二部分为蒸馏脱水及溶剂制得产品。

工艺流程图如图2-1：

图2-1

2.2控制要求

1、加料控制：

根据生产要求，要求将37%的甲醛水溶液和乙醇按设定的比例计量自动加入到反应釜中，也可以操作者手动完成。

启动蒸汽加热，当温升至50°C时加入催化剂，加入催化剂由人工完成。

2、反应阶段：

加入催化剂后，对反应釜继续进行加热；同时开启电动机对物料进行搅拌，反应釜内反应温度为温度控制在110°C左右，夹套内温度在200°C以内，液相间温度控制在110°±5°C。

控制搅拌转速为50--100r/min，反应时间为5--6h.整个过程溶液基本没什么变化。

反应釜内压力控制在6kgf（=0.6Mpa）以内。

3、过滤冷凝：

将反应后物料放入抽滤罐中，开启水环式真空泵抽滤机（抽滤瓶配以布氏漏斗，用铜丝网代替滤纸），先过滤掉催化剂，将催化剂倒入回收瓶中，得到浑浊的深清色滤液。

将滤液倒入蒸馏釜中，按碱性离子交换树脂催化法中的滤液蒸馏方法操作，同样进行加热搅拌蒸馏，当无溜出液时，停止加热；进入冷凝阶段，待温度在甲醛沸点时，打开甲醛接收罐，待温度在乙醇沸点时打开乙醇接收罐的阀门。

第三章、硬件组成

3.1可编程控制器的基础

3.1.1可编程控制器的基本概念

可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。

PLC是一种数字运算操作系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程的存储器，用来在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时计数等的指令，并通过输入和输出控制各种类型机械或生产过程。

[2]

3.1.2PLC的硬件结构

PLC是一种适用于工业级控制的专用电子计算机，采用了典型的计算机结构，硬件系统结构如图3-1

图3-1

3.1.2.1、中央处理器CPU

CPU是整个PLC的核心，CPU在整个PLC控制系统中的作用就像人的大脑一样，是一个控制指挥的中心。

在PLC中，CPU是按照固化在ROM中的系统程序所设计的功能来工作的，它能监测和诊断电源、内部电路工作状态以及用户程序中的语法错误，并按照扫描方式执行用户程序。

它的执行过程如下：

（1）取样外部输入信号送入输入映像存储器中存储起来。

（2）按存储的先后顺序取出用户指令，进行编译。

（3）完成用户指令规定的各种操作。

（4）将输出映像存储器中的结果送到输出端子。

（5）响应各种外部设备（如编程器、打印机等）的请求。

3.1.2.2存储器

PLC的存储器分为系统存储器和用户存储器，提供PLC文件运行平台。

系统存储器用来存放系统程序，完成系统诊断、命令解释、功能子程序调用管理、逻辑运通信及各种参数设定等功能。

用户存储器用来存放用户编制的梯形图程序或用户数据，一般由RAM、EPROM、EEPROM构成。

RAM是随机存取存储器，它工作速度高、价格低、改写方便，为防止掉电时信息的丢失，常用高效的锂电池作后备电源。

3.1.2.3、输入/输出接口电路

输入/输出接口电路就是将PLC与现场各种输入输出设备连接起来的部件。

PLC应用于工业现场，要求其输入接口能将现场的输入信号转换成微处理器能接收到信号，且最大限度地排除干扰信号，提高可靠性；输出接口能将微处理器送出的弱电信号放大成强电信号，以驱动各种负载，因此PLC采用了专门设计的输入输出接口设备。

1、输入接口电路输入接口电路一般由光电耦合电路和微电脑输入接口电路组成。

采用光电耦合电路实现了现场输入信号CPU电路的电气隔离，增强了PLC内部与外部电路不同电压之间的电气安全，同时通过电阻分压及RC滤波电路，可滤掉输入信号的高频抖动和降低干扰噪声，提高PLC输入信号的抗干扰能力。

直流输入的接口电路如图3-2

图3-2

直流输入的接口电路

2、输出接口电路输出接口电路通常有3种类型：

继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。

继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型的输出电路类似，只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。

3、扩展接口和通信接口PLC的扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要；通信接口的功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其他的PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话。

3.1.2.3电源

PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。

3.1.3PLC的特点

（一）可靠性高，抗干扰能力强

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

（二）硬件配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

（三）易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（四）容易改造

系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

（五）体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。

它的重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制器。

3.1.4PLC的工作方式

1、输入采样阶段。

在此阶段，顺序读入所有输入端子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。

2、程序执行阶段。

PLC对用户程序进行扫描。

3、输出刷新阶段。

当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。

PLC工作流程图如图3-3：

PLC工作过程流程图3-3

3.1.5PLC选型

对控制器的基本要求是，能够实时显示采集阀门状态信息，并加以分析、判断，控制电动阀门的正确运行，实时显示电动阀门的开度，同时保持与控制中心的通信。

考虑开关量输入输出的数量，模拟量输入精度及连锁等各方面情况，选用三菱PLC系列-FX2n-48MR，本机带有24个输入点和24个输出点，FN2N是FX2N系列中功能最强速度最高的微型PLC，内置用户存储器8K步，可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，可有多种特殊功能扩展，实现多种特殊控制功能（PID、高速计数、A/D、D/A、等）。

有功能很强的数学指令集。

通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接。

3.1.6Fx2N-4AD特殊功能模块简介[3]

3.1.6.1、简介

Fx2N-4AD模块特殊模块有四个输入通道。

输入通道接收模拟信号并将其转化成数字量，这成为A/D转换。

Fx2N-4AD最大分辨率是12位。

基于电压或电流的输入/输出的选择通过用户配线来完成，可选用的模拟值范围是-10V到10VDC（分辨率5mV）,并且/或者4到20mA，-20到20mA（分辨率：

20uA）

Fx2N-4AD和FX2n主单元之间通过缓冲存储器交换数据，Fx2N-4AD消耗FX2n主单元或有源扩展单元5V电源槽30mA的电流。

3.1.6.2、外形尺寸

图3-4

3.1.6．3配线

配线图如图3-5：

图3-5

3.1.6.4安装使用说明

3.1.6.4.1环境指标

项目

说明

环境指标（除下面一项之外）

与FX2n主单元的相同

耐压绝缘电压

5000VAC,1分钟（在所有端子和地之间）

表3-1

3.1.6.4.2电源指标

项目

说明

模拟电路

24DC±10%,55mA

（源于主单元的外部电源）

数字电路

5VDC,30mA（源于主单元的内部电源）

表3-2

3.1.6.4.3性能指标

模拟输出

表3-3

模拟输入继续......

图3-6

注：

预设范围根据模拟模块缓冲存储器的适当设置进行选择。

所选电流/电压输入必须和正确的输入端子连接相匹配。

3.1.6.5缓冲存储器（BFM）的分配

表3-4

续表3-4

带*号的缓存器（BFMS）可以使用TO指令从PLC写入。

不带*号的缓冲存储器的数据可以使用FROM指令读入PLC

在从模拟特殊功能模块读出数据之前，确保这些设置已经送入模拟特殊功能模块中。

否则，将使用模块里面以前保存的数值。

缓冲存储器提供了利用软件调整偏移和增益值的手段。

偏移（截距）：

当数字输出为0时的模拟输入值。

增益（斜率）：

当数字输出为+1000时的模拟输入值。

3.1.6.6通道选择

通道的初始化由缓冲存储器BFM#0中的4位十六进制数字H0000控制。

第一位字符控制通道1，而第四个字符控制通道4。

设置每一个字符的方式如下：

O=0：

预设范围（-10V到10V）O=2：

预设范围（-20mA到20mA）

O=1：

预设范围（+4mA到+20mA）O=3:

通道关闭OFF

模拟到数字转换速度的改变

在FX2n的BFM#15中写入0或1，就可以改变A/D转换的速度。

不过要注意下列几点：

为保持高速转换率，尽可能少地使用FROM/TO指令。

注：

当改变了转换速度后，BFM#1-#4将立即设置到缺省值，这一操作将不考虑他们原有的数值。

如果速度改变作为正常程序执行的一部分时，请记住此点。

3.1.7Fx2N-4DA特殊功能模块简介[4]

Fx2N-4DA模块特殊模块有四个输出通道。

输出通道接收数字信号并转化成等价的模拟信号，这成为D/A转换。

Fx2N-4DA最大分辨率是12位。

基于输入/输出的电压电流选择通过用户配线来完成，可选用的模拟值范围是-10V到10VDC（分辨率5mV）,并且/或者0到20mA，（分辨率：

20uA），可被每个通道分别选择。

Fx2N-4DA和FX2n主单元之间通过缓冲存储器交换数据，Fx2N-4DA共有32个缓冲存储器（每个是16位）。

Fx2N-4DA占用FX2n扩展总线的8个点。

这8个点可以分配成输入或输出。

Fx2N-4DA消耗FX2n主单元或有源扩展单元5V电源槽30mA的电流。

表3-5

缓冲存储器（BFM）的分配

FX2n-4DA和MPU之间通过缓冲存储器（16位32点RAM）传输数据

1、[BFM#0]输出模式选择：

BFM#0的值使每个通道的模拟输出和电流输出之间切换。

采用4位十六进制数的形式，第一位数字是通道1（CH1）的命令，而第二位数字则是通道2的（CH2）,以此类推，这四个数字值分别代表下列项目：

O=0：

设置电压输出模式（-10V到10V）

O=1：

设置电流输出模式（+4mA到+20mA）

O=2：

设置电流输出模式（0mA到+20mA）

3.1.8Fx2N-4AD-PT特殊功能模块

Fx2N-4AD-PT特殊功能模块将来自四个箔温度传感器（PT100，3线，100Ω）的输入信号放大，并将数据转换成12位的可读数据，存储在主处理单元（MPU）中，摄氏度和华氏度数据都可读取，读分辨率是0.2°C到0.3°C/0.36°F到0.54°F，所有的数据传输和参数设置都可以通过Fx2N-4AD-PT占用Fx2N扩展总线的8个点。

这8个点可以分配成输入或输出。

Fx2N-4AD-PT消耗FX2n主单元或有源扩展单元5V电源槽30mA的电流。

3.1.8．1外形尺寸

图3-7

3.1.8.2环境指标

项目

说明

环境指标（除下面一项之外）

与FX2n主单元的相同

耐压绝缘电压

5000VAC,1分钟（在所有端子和地之间）

表3-6

3.1.8.3电源指标

项目

说明

模拟电路

24V±10%,50mA

数据电路

50VDC,30mA（源于主单元的内部电源）

表3-7

3.1.8.4性能指标

项目

摄氏度

华氏度

通过读取适当的缓冲区,可以得到℃和°F两种数据

模拟输入信号

箔温度PT100传感器（100Ω），3线，4通道（CH1，CH2，CH3，CH4），3850PPM/℃,DIN43760,JISC1604-1989

传感器电流

1mA传感器100ΩPT100

补偿范围

-100℃到+600℃

-148到+1112

数字输出

-1000到6000

-1480到+11120

12位转换11数据位+1符号位

最小可测温度

0.2℃到0.3℃

0.36°F到0.54°F

总精度

全范围的±1%（补偿范围）参考7.0节的特殊EMC考虑

转换速度

4通道15ms

表3-8

模拟输入继续......

图3-8

缓冲存储器（BFM）的分配

BEM

内容

*#1-#4

将被平均的CH1到CH4的平均温度可读值（1到4,096）缺省值=8

*#5-#8

CH1到CH4在0.1℃单位下的平均温度

*#9-#12

CH1到CH4在0.1℃单位下的当前温度

*#13-*#16

CH1到CH4在0.1°F单位下的平均温度

*#17-*#20

CH1到CH4在0.1°F单位下的当前温度

*#21-*#27

保留

*#28

数字范围错误锁存

#29

错误状态

#30

识别号K2040

#31

保留

表3-9

各模块接线图如下：

1、

3.2、电动执行机构