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基于 PLC 的化工精馏塔控制系统

摘要

PLC 作为在现在工业中应用最多的控制软件，在化工精馏的控制中也起重要作

用。PLC 具有非常高的可靠性，并且操作简单，编程简单入手，而且随着工业的开

展越来越多并且功能强大的 PLC 已经被开发出来而且应用逐渐走向成熟。对于化工

生产中的精馏过程，具有控制因素复杂，要求的控制指标又必须非常准确，各因素

及控制过程的联系非常复杂，功能强大编程简单的 PLC 非常适合精馏过程的控制。

在诸多的控制要素中，温度的控制占据着核心地位，因此我的设计主要是选用适宜

的 PLC，并且选择最能满足工艺要求的过程控制方案来实现化工精馏塔中塔底的温

度。

我的设计主要任务是是根据一个具体化工精馏塔设计的要求，运用 PLC 来完成

控制。在此设计中要做的具体工作是详细了解精馏塔的工艺过程和它对控制系统的

要求，根据精馏塔的要求来进展 PLC 的选型，过程控制的选择与设计，输入输出量

确实定，并且能够画出具体的设计图，还有软件程序的编写。最终要到达的效果是

能够编出 PLC 程序，并且能够在计算机上模拟运行。

关键词：化工精馏塔，PLC 控制，串级控制，PID 算法

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Chemical Distillation Column Control System Based on PLC

Abstract

PLC in industrial control software has bee most popular software, also

play an important role in chemical distillation control. PLC not only has a very

high reliability and simple operation but also has simple programming

ways.And with the development of the industry more and more PLC which has

huge faction has been developed and gradually gone to mature. For distillation

process of chemical production, it has plex control factors, requirements of the

control targets must be very precise, the factors and the control processof

contactisveryplex.Accordingto these traits,powerful PLC is suitable for

distillation process control. In all control factors, the temperature control

occupies the core position, so in my design,my main task is to selectthe suitable

PLC, and choose the mostreasonablescheme to realize the chemicalrequirement

in the column bottom temperature.

In my design,the main task is,according to the requirements of a specific

chemical rectification tower design, to use PLC toacplish control. In this design,

the specific work I must to do is to get hang of details about distillation process

and its requirement for control system.According to the requirement of the

rectifying column,to choose the type of PLC as well as the choice of process

control and then design the system,to determine points of input and output,

and can draw the detailed design drawing, and to writesoftware programs .

Finally the effect will be to achieved is to be able to write PLC program, and is

able to run on the puter simulation.

Key words: Chemical rectification column, PLC control, cascade control,

PID algorithm

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第一章绪论

精馏塔的根本原理就是化工原料混合物在高温加热的情况下根据各种纯洁物沸

点和挥发度的不同来提纯。可见温度在整个精馏过程中必须的维持相对稳定，且应

该具有较高的准确度。在整个的精馏过程中最主要的设备就是精馏塔，再沸器，冷

凝器，回流泵等也起着辅助作用以将温度，在各种设备的配合中到达精馏产物纯度

高，产量稳且多的要求。精馏对于工业生产来说起着举足轻重的作用，但是精馏塔

的温度，流量，压力等各因素在这个复杂的系统中却往往得不到很好的控制，所以

一直以来精馏塔控制系统的研究一直是化工行业中研究的热点。现在国内外已经针

对工业生产中中运用最普遍的PLC控制的精馏塔系统做了很多研究，从PLC的开发到

PLC与精馏塔各个设备的结合问题，目前已经相对完善。根本的温度，流量等因素

的控制已经能稳定控制。但是所缺乏之处就是PLC的研究与现实生产中的PLC还存在

着脱轨现象，而解决这种现象就要要求一是将研究投入到生产，而是需要改善生产

系统的设计，使之能够适应PLC的性能。本设计做的就是第二方面，根据精馏塔的

要求，来选择最优的设计方案。相对于国内来说，国外精馏系统开展的相比照拟先

进。国外现在无论是在塔的处理能力还是塔的处理效率方面都已有了先进的技术，

例如他们创造的能增加板的处理面积的将MD塔板的悬挂降液管技术移植到常规板

式塔上的技术，另外在PLC的开发方面，现在工业生产中大局部都用一直在不连续

更新的西门子系列的PLC。国内也紧跟时代的步伐，不断的将世界上的新技术运用

到我国的生产中，并且根据自己的情况在不断地完善，根据实际情况，用科技引领

工业使我们国家现在开展工业的宗旨。但是目前的控制系统虽然具有控制精度高和

硬件简单的特点，但是很多PLC的强度功能仍然存在着很大的局限性，因此如何进

一步将PLC的功能在精馏塔的控制当中还需要做更多的研究。

1.1 化工精馏塔研究的目的及意义

精馏塔在石化生产作为一个重要的设备被广泛使用。他的角色是加热混合液体

使其控制在一定的温度，然后提纯其中的纯洁物。精馏过程是基于每种成分的相对

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挥发度的不同,别离混合物的各种成分。对于一个正常的精馏塔塔顶和塔底产品必须

一个应满足一定纯度,另一个在一定纯度X围内。在上述情况下,保持能源消耗最低。

从这个过程监管要求四个方面:

(1)质量要求:使塔底和塔顶的纯度一个保证在一个确定的纯度，另一个维持在一定的

纯度X围内;

(2)处理要求:为了保证稳定高产必须要保证进给速率应该平衡,平稳；

(3)物料平衡要求:为了保持物料平衡生产稳定，必须要保证塔釜及溜出液回流罐的液

位比拟稳定;

(4)约束条件:正常运转的塔,必须满足一些条件,使汽液两相流束应该在一个特定的限

制,所以经常设置在顶部的柱底之间的一些压差测量和报警。

不仅仅精馏塔需要满足上面的四个需求,而且其他与之相连的的配套设备也要满足

这些要求。而且在整个工艺过程中都应该准确的控制响应的因素以满足控制指标的

要求。

精馏过程是化工生产中的核心过程，而精馏塔的稳定控制更是保证精馏正常进

展的重要环节。通过对精馏过程的了解，其需要控制的变量非常多，需要操作的变

量也多，而且各个变量之间的耦合方式很复杂，组合方式多。因此要合理的选择所

以过程控制系统并且将PLC与精馏塔的控制完美结合，这样才能保证精馏过程的顺

利高效运行。

1.2 化工精馏塔的研究现状

国内外研究趋势根本上是采用西门子系列PLC，目前大局部的PLC已经都具有了

精馏塔控制所需要的功能，但是目前国内外的研究似乎都已经到达一个饱和期，很

难再有新的突破，再就是，开发PLC的种类比拟多，很多新型比拟成熟的PLC却存在

与现在的工业情况接不上轨的情况，因此虽然开发PLC很重要，但是真正将PLC运用

到实际的工业生产中还需要将实际的设备与软件结合到一块考虑，鼓励基层工作人

员积极的搞研发是很多国家和企业都在着力办的事情。因此精馏塔与现有PLC的适

合度已经成为现在研究的热点。

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