西门子PLC在化学反应炉温控系统中的应用探讨

目前，我国很多化工厂对化学反应炉的温度控制，依然采用手工操作。这种工作方式的缺点是：工人工作紧张，反应炉温度波动很大，而且控制室气温很高，工作条件艰苦。鉴于此，我们用西门子PLC对其进行改造，实现整个工艺的控制，同时希望提高控制精度在±0.5 ℃以内。我们采用西门子CPU224，设计出该温控自动化系统，取得较好效果。
　　1 化学工艺过程和技术要求
　　反应炉里主要是聚合反应，炉内有搅拌器，炉外有夹套层，供冷却水进入以控制温度。聚合反应原理：首先按照一定比例将反应物加入反应炉中，然后向反应炉中通入蒸汽，温度达到预定温度时停止加热，这时报警系统提示加催化剂，于是开始聚合反应，伴有强烈的放热反应，该阶段是控制关键，要求保持恒温。这种聚合反应不仅仅是化学反应，还有相应的物理变化，是一种突发性很强的放热效应；在恒温阶段，设定时刻提示报警，提醒用户加各种小料。按生产工艺要求，聚合反应包括若干个升温段、恒温段、冷却段。
　　聚合反应功能要求：（l）对温度曲线进行实时准确跟踪。（2）可以手动／自动切换。（3）对温度过高、过低和定时时间到达进行报警或自动开启保护措施。（4）温度偏差控制在±0.5℃以内。
　　2 系统组成
　　我们选用了西门子公司S7-200系列PLC模块。控制器为CPU224，此外，还有热电阻模块EM231、模拟量4路输入通用模块EM231、模拟量4路输出模块EM232。其中热电阻模块EM23 1对温度传感器信号进行转换；模拟量通用模块EM231的一路通道对水压信号进行处理；模拟量输出模块EM232两路通道分别控制搅拌机和模拟量水阀门。为了生产安全，系统还设计了应急措施，进行温度控制时，若温度相对于设定值过高，则打开另外一个开关量冷却水阀门；若温度过低，则打开排水阀门，使温度上升。图1为系统框架图。控制信号地址分配见表1。


　　3 软件设计
　　对于温控系统，我们采用了PID控制算法。
　　数字位置式PID表达式如下：

　　我们在传统PID控制算法上作了改进。对于积分部分，在实际工程中采用了“变速积分”、“抗积分饱和”等处理方法。

　　4 结束语
　　实验证明，该系统达到预期效果，可以将温度误差控制在±0.5℃以内，而且动态性能比较好，用户比较满意。