一种基于PLC的反应釜控制电路的制作方法

本实用新型涉及自动控制领域，尤其涉及一种基于PLC的反应釜控制电路。

背景技术：

化工生产在我国的国民经济建设中占有很重要的地位，而反应器是化工生产中实现化学反应的主要设备。反应器可以有很多种类和结构，而反应釜就是一类非常重要的反应容器。它被控对象繁多，如：外界条件、原料纯度、催化剂的类型、原料添加数量的变化、循环水、热水或加热蒸汽温度、流量的变化等，对系统的影响较大，使系统本身具有较大的时变性、非线性和时滞性，控制起来非常困难。对于一个被控量的单回路，简单控制系统解决了大部的控制问题。但对于滞后较大，时间常数较大，干扰多而剧烈的现象，控制质量较差，对各个过程变量内部存在相关过程，控制系统相互之间会出现干扰等等。

小规模非连续式化工生产的许多工序是在带有夹套的反应釜中进行的。在二十世纪，反应釜的生产绝大多数处于手工阶段，更多的还是沿用传统的温度计、压力表，通过人工巡视检查，操作工人根据反映主要工艺参数的仪表指示情况，用人工来改变化学反应条件，生产过程单凭经验进行。手工操作，不仅操作工的劳动强度大，控制精度不高，且若操作不当，极易引发安全事故。现有的反应釜自动控制装置主要采用单元组合仪表组成控制系统，然而由于反应过程存在严重的非线性和时滞性，控制精度较低。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种基于PLC的反应釜控制电路，以便提高系统的控制精度与安全性。

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种基于PLC的反应釜控制电路，包括电源单元，所述电源单元分别为搅拌单元、电加热单元以及投料单元供电，所述电源单元还经电源转换单元为PLC、HMI以及传感器单元供电，所述PLC还分别与所述HMI、传感器单元、搅拌单元、电加热单元以及投料单元相连接。

优选的是，所述电源单元外接380V/50Hz交流电，所述380V/50Hz交流电经门柜开关为后续电路器件供电；从所述门柜开关的出线端引出第一A相线接线端、第一B相线接线端以及第一C相线接线端。

优选的是，所述电源转换单元的电路结构如下：从所述第一A相线接线端、第一B相线接线端以及第一C相线接线端引出第三断路器，从所述第三断路器的出线端引出第三A相线接线端、第三B相线接线端以及第三C相线接线端，从所述第三A相线接线端以及中性线接线端引出第四断路器，从所述第四断路器的出线端引出开关电源，所述开关电源将电压转换为+24V电。

优选的是，所述传感器单元包括用于采集反应釜内实时压力的远传压力表、分别安装在不同的物料输送管道上的第一质量流量计和第二质量流量计、用于检测反应釜内温度的第一温度传感器、用于检测夹套内温度的第二温度传感器以及用于检测调压模块输出电压的电压变送器。

优选的是，所述PLC采用施耐德TM241系列，所述PLC的CPU模块的电源连接端与所述开关电源的输出端相连接，所述PLC的CPU模块还分别与编码器、第一组启停控制按钮、第二组启停控制按钮、急停控制按钮相连接，其中第一组启停控制按钮包括第一点动常开按钮和第一点动常闭按钮，用于控制所述电加热单元的动作；第二组启停控制按钮包括第二点动常开按钮和第二点动常闭按钮，用于控制所述搅拌单元的动作，所述PLC的CPU模块还分别与第一接触器的线圈以及声音报警器相连接；所述PLC的第一模拟量输入模块的电源连接端与所述开关电源的输出端相连接，远传压力表与所述PLC的第一模拟量输入模块相连接，所述PLC的第一模拟量输入模块还与电压变送器相连接；所述PLC的第二模拟量输入模块的电源连接端与所述开关电源的输出端相连接，所述PLC的第二模拟量输入模块还分别与第一质量流量计、第二质量流量计相连接；所述PLC的模拟量输入输出模块的电源连接端与所述开关电源的输出端相连接，所述PLC的模拟量输入输出模块还分别与第一温度传感器、第二温度传感器以及调压模块相连接。

优选的是，所述电加热单元的电路结构如下：所述第一A相线接线端、第一B相线接线端以及第一C相线接线端经第一接触器的常开触点与调压模块相连接，所述调压模块还分别与所述PLC以及加热电阻相连接，所述加热电阻设置在反应釜的夹套里；电压变送器用于检测所述调压模块的输出电压，并将检测到的电压传送至所述PLC。

优选的是，所述搅拌单元的电路结构如下：所述第一A相线接线端、第一B相线接线端以及第一C相线接线端经第二断路器与第一变频器相连接，所述第一变频器还与搅拌电机相连接，所述搅拌电机的轴上还安装有编码器，所述编码器与所述PLC相连接。

优选的是，所述投料单元的电路结构如下：从第三A相线接线端、第三B相线接线端以及第三C相线接线端分别引出第二变频器以及第三变频器，所述第二变频器还与第一计量泵电机相连接，所述第三变频器还与第二计量泵电机相连接。

本实用新型的该方案的有益效果在于上述基于PLC的反应釜控制电路简单明了，智能化、自动化程度高，避免了人工手动操作，提高了系统的控制精度与安全性；温度串级控制回路由于增加了副控制回路，使控制系统的抗干扰性能、动态性能、工作频率及自适应能力都得到明显改善，控温精度得以提高。

附图说明

图1示出了本实用新型所涉及的基于PLC的反应釜控制电路的原理框图。

图2示出了本实用新型所涉及的电源单元的电气原理图。

图3示出了本实用新型所涉及的电源转换单元的电气原理图。

图4（a）至图4（d）示出了本实用新型所涉及的PLC的接线图。

图5示出了本实用新型所涉及的电加热单元的电气原理图。

图6示出了本实用新型所涉及的搅拌单元的电气原理图。

图7示出了本实用新型所涉及的投料单元的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型所涉及的基于PLC的反应釜控制电路包括电源单元1，所述电源单元1分别为搅拌单元2、电加热单元3以及投料单元4供电，所述电源单元1还经电源转换单元5为PLC6、HMI7（人机界面）以及传感器单元8供电，所述PLC6还分别与所述HMI7、传感器单元8、搅拌单元2、电加热单元3以及投料单元4相连接。其中所述PLC6与HMI7之间通过EtherNet网络通讯连接。

如图2所示，所述电源单元1外接380V/50Hz交流电，所述380V/50Hz交流电经门柜开关QF1为后续电路器件供电。从所述门柜开关QF1的出线端引出第一A相线接线端A、第一B相线接线端B以及第一C相线接线端C。

如图3所示，所述电源转换单元5的电路结构如下：从所述第一A相线接线端A、第一B相线接线端B以及第一C相线接线端C引出第三断路器QF3，从所述第三断路器QF3的出线端引出第三A相线接线端A3、第三B相线接线端B3以及第三C相线接线端C3，从所述第三A相线接线端A3以及中性线接线端N引出第四断路器QF4，从所述第四断路器QF4的出线端引出开关电源GS1，所述开关电源GS1将电压转换为+24V电。

本实用新型所涉及的PLC6可采用施耐德TM241系列，如图4（a）所示，所述PLC6的CPU模块的电源连接端与所述开关电源GS1的输出端相连接，所述PLC6的CPU模块还分别与编码器PG、第一组启停控制按钮、第二组启停控制按钮、急停控制按钮SB5相连接，其中第一组启停控制按钮包括第一点动常开按钮SB1和第一点动常闭按钮SB2，用于控制所述电加热单元3的动作；第二组启停控制按钮包括第二点动常开按钮SB3和第二点动常闭按钮SB4，用于控制所述搅拌单元2的动作。所述PLC6的CPU模块还分别与第一接触器KM1的线圈以及声音报警器D1相连接。如图4（b）所示，所述PLC6的第一模拟量输入模块的电源连接端与所述开关电源GS1的输出端相连接，远传压力表P与所述PLC6的第一模拟量输入模块相连接，所述远传压力表P的电源连接端与所述开关电源GS1的输出端相连接，所述PLC6的第一模拟量输入模块还与电压变送器81相连接。如图4（c）所示，所述PLC6的第二模拟量输入模块的电源连接端与所述开关电源GS1的输出端相连接，所述PLC6的第二模拟量输入模块还分别与第一质量流量计G1、第二质量流量计G2相连接。如图4（d）所示，所述PLC6的模拟量输入输出模块的电源连接端与所述开关电源GS1的输出端相连接，所述PLC6的模拟量输入输出模块还分别与第一温度传感器T1、第二温度传感器T2以及调压模块31相连接。

如图5所示，所述电加热单元3的电路结构如下：所述第一A相线接线端A、第一B相线接线端B以及第一C相线接线端C经第一接触器KM1的常开触点KM1-1与调压模块31相连接，所述调压模块31还分别与所述PLC6以及加热电阻相连接，所述加热电阻包括第一加热电阻R1、第二加热电阻R2以及第三加热电阻R3，所述加热电阻设置在反应釜的夹套里。电压变送器81用于检测所述调压模块31的输出电压，并将检测到的电压传送至所述PLC6。

如图6所示，所述搅拌单元2的电路结构如下：所述第一A相线接线端A、第一B相线接线端B以及第一C相线接线端C经第二断路器QF2与第一变频器UF1相连接，所述第一变频器UF1还与搅拌电机M1相连接，所述搅拌电机M1的轴上还安装有编码器PG，所述编码器PG与所述PLC6相连接；所述第一变频器UF1还与搅拌运行指示灯HL1相连接。

如图7所示，所述投料单元4的电路结构如下：从第三A相线接线端A3、第三B相线接线端B3以及第三C相线接线端C3分别引出第二变频器UF2以及第三变频器UF3，所述第二变频器UF2还与第一计量泵电机M2相连接，所述第三变频器UF3还与第二计量泵电机M3相连接。在本实施例中，各变频器均可以采用施耐德ATV32系列，所述PLC6与各变频器之间通过CANopen通讯连接。

在本实施例中，所述HMI7可采用施耐德GXU系列触摸屏，所述传感器单元8包括远传压力表P、第一质量流量计G1、第二质量流量计G2、第一温度传感器T1、第二温度传感器T2以及电压变送器81，如图4-5所示，其中所述远传压力表P用于采集反应釜内实时压力，所述第一质量流量计G1、第二质量流量计G2分别安装在不同的物料输送管道上，所述第一温度传感器T1用于检测反应釜内的温度，所述第二温度传感器T2用于检测夹套内的温度，所述电压变送器81用于检测所述调压模块31的输出电压。

在具体的测控过程中，当进行反应釜内的温度调控时，触发所述第一组启停控制按钮；所述HMI7向所述PLC6发送调温控制指令，所述PLC6在接收到上述调温控制指令时，将所述第一温度传感器T1传送来的釜内实时温度值与HMI7发送来的预设温度进行比较，并进行内部PID（比例积分微分控制规律）运算，得到温度控制命令，所述第二温度传感器T2传送夹套实时温度值至PLC6，在PLC6内部与上述温度控制命令进行P（比例控制规律）运算，PLC6输出控制命令至所述调压模块31，从而调节电加热功率。所述PLC6也会将所述第一温度传感器T1、第二温度传感器T2传送来的釜内与夹套实时温度值，以及电压变送器81采集的加热电压传送至所述HMI7中，进行实时温度记录。

当进行反应釜搅拌控制时，触发第二组启停控制按钮；所述HMI7向所述PLC6发送搅拌速度控制命令，所述PLC6发送速度命令至所述第一变频器UF1，所述第一变频器UF1控制搅拌电机M1运转；搅拌电机M1上安装编码器PG，所述PLC6以高速计数采集编码器PG数据，编程计算搅拌电机M1实时转速，与HMI7发送的速度命令比较，调节第一变频器UF1的输出频率，进而调控搅拌转速；同时，所述PLC6把实时转速传送至所述HMI7中，进行实时速度记录。

当进行反应釜物料投入控制时，所述HMI7向所述PLC6发送物料投入流量与启停命令，所述PLC6根据接收到的命令进行内部计算转换为速度命令，发送至所述第二变频器UF2以及第三变频器UF3，所述第二变频器UF2以及第三变频器UF3分别控制第一计量泵电机M2以及第二计量泵电机M3运转，进行物料输送；第一质量流量计G1、第二质量流量计G2采集的流量数据，以4-20ma模拟量回传至所述PLC6，PLC6编程计算实时流量，与HMI7发送的流量命令比较，调节第二变频器UF2以及第三变频器UF3的输出频率，进而调控第一计量泵电机M2以及第二计量泵电机M3的投料速度；同时，所述PLC6把实时流量传送至所述HMI7中，进行实时流量记录。

所述远传压力表P采集釜内实时压力，以4-20ma模拟量输出至所述PLC6，PLC6编程计算实时压力，所述HMI7输入釜内压力上下限，当实时压力超出上下限范围进行报警；同时，所述PLC6把实时压力传送至所述HMI7中，进行实时压力记录。

本实用新型所涉及的基于PLC的反应釜控制电路简单明了，智能化、自动化程度高，避免了人工手动操作，提高了系统的控制精度与安全性；温度串级控制回路由于增加了副控制回路，使控制系统的抗干扰性能、动态性能、工作频率及自适应能力都得到明显改善，控温精度得以提高。