plc在制氮机上的应用毕业论文(编辑修改稿)

plc在制氮机上的应用毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

sa制氮机相比价格要凌驾逾越 15%以上。 167。 32 系统构成 PSA 制氧系统主要由空气压 缩机、空气净化系统，空气储罐、切换阀、吸附器和氧气缓冲罐等组成。 原料空气经空压机压缩后，经过除尘、除油 、干燥后，进入空气储罐，再经过左进气阀进入左吸附塔。 此时塔压力升高，压缩空气中的氮分子被沸石分子筛吸附，未被吸附的氧气则穿过吸附床层，经过出气阀进入氧气缓冲罐。 这个过程称为吸附，持续时间为几十秒。 吸附过程结束后，左吸附塔与右吸附塔通过均压阀连通，使两塔压力达到均衡，这个过程称之为均压，持续时间约为 3~5秒。 均压结束后，压缩空气又经过右进气阀，进入右吸附塔，重复上述吸附过程。 同时左吸附塔中被分子筛吸附的氧气通过左排空阀解压释放至大气当中，此过程称为解吸，吸附饱和的分子筛从而得到再生。 同样，左塔吸附时右塔同时也 在解吸。 右塔吸附结束后，同样进入均压过程，然后再切换到左塔吸附，如此循环交替，连续生产氧气。 上述基本工艺步骤都是由 PLC 和自动切换阀来实现自动控制。 167。 33 工作原理 焦作大学机电工程学院毕业设计 xiii PSA 制氮机是根据变压吸附原理，采用高品质的碳分子筛作为吸附剂，在一定的压力下，从空气中制取氮气。 经过纯化干燥的压缩空气，在吸附器中进行加压吸附、减压脱附。 由于空气的动力学效应，氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氮，氧被碳分子筛优先吸附，氮在气相中被富集起来，形成成品氮气。 然后经减压至常压，吸附剂脱附所吸附的氧气等杂质，实现再生。 一 般在系统中设置两个吸附塔 A 和 B，一塔吸附产氮，另一塔脱附再生，通过控制装置控制气动阀的启闭，使两塔交替循环，以实现连续生产高品质氮气之目的。 一、基础知识 1．气体知识 氮气作为空气中含量最丰富的气体，取之不竭，用之不尽。 它无色、无味，透明，属于亚惰性气体，不维持生命。 高纯氮气常作为保护性气体，用于隔绝氧气或空气的场所。 氮气（ N2）在空气中的含量为 %（空气中各种气体的容积组分为： N2： %、 O2： %、氩气： %、 CO2： %、其它还有 H CH N2O、 O SO NO2 等，但含量极少），分子量为 28，沸点： ℃ ，冷凝点： 210℃。 2．压力知识 变压吸附（ PSA）制氮工艺是加压吸附、常压解吸，必须使用压缩空气。 现使用的吸附剂 —— 碳分子筛最佳吸附压力为 ~，整个制氮系统中气体均是带压的，具有冲击能量。 二、 PSA 制氮工作原理： 变压吸附制氮机是以碳分子筛为吸附剂，利用加压吸附，降压解吸的原理从空气中吸附和释放氧气，从而分离出氮气的自动化设备。 碳分子筛是一种以煤为主要原料，经过研磨、氧化、成型、碳化并经 过特殊的孔型处理工艺加工而成的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂，呈黑色，其孔型分布如下图所示： 焦作大学机电工程 学院毕业设计 xiv 碳分子筛的孔径分布特性使其能够实现 O N2的动力学分离。 这样的孔径分布可使不同的气体以不同的速率扩散至分子筛的微孔之中，而不会排斥混合气（空气）中的任何一种气体。 碳分子筛对 O N2 的分离作用是基于这两种气体的动力学直径的微小差别， O2 分子的动力学直径较小，因而在碳分子筛的微孔中有较快的扩散速率， N2 分子的动力学直径较大，因而扩散速率较慢。 压缩空气中的水和 CO2 的扩散同氧相差不大，而氩扩散较慢。 最终从吸 附塔富集出来的是N2和 Ar 的混合气。 碳分子筛对 O N2的吸附特性可以用平衡吸附曲线和动态吸附曲线直观表现出来： 由这两个吸附曲线可以看出，吸附压力的增加，可使 O N2的吸附量同时增大，且 O2 的吸附量增加幅度要大一些。 变压吸附周期短， O N2 的吸附量远没有达到平衡（最大值），所以 O N2扩散速率的差别使 O2 的吸附量在短时间内大大超过 N2 的吸附量。 变压吸附制氮正是利用碳分子筛的选择吸附特性，采用加压吸附，减压解吸的循环周期，使压缩空气交替进入吸附塔（也可以单塔完成）来实现空气分离 ，从而连续产出高纯度的产品氮气。 167。 34 控制过程 PSA 制氮系统的工艺流程图如图 1 所示。 图 1 中空气压缩机用来提供足够的气量和相对恒定的输入压力（ ～）的原料气。 经冷干机除水、除油、除固态粒子等净化处理后，为了能连续不断的输出恒定的氮气。 系统设置 A、 B 两个吸附塔进行交替工作，由气源系统来的纯净压缩空气，经电磁气动控制阀 Y Y2由吸附塔 A 下部进入塔体。 焦作大学机电工程学院毕业设计 xv 经吸附塔中碳分子筛床层吸附，并逐步向上推进。 在此过程中，空气中的氧分子被吸附在碳分子筛微孔中，而氮被浓缩在气相中，由塔上部流出，经 电磁气动控制阀 Y Y8进入氮气储罐，此过程即为 A塔吸附制氮。 与此同时， B吸附塔中吸附的氧分子经由电磁气动控制阀 Y5 排空，即 B 塔解吸至常压。 A、 B 两塔交替进行连续供氮。 当 A 塔中碳分子筛对氧的吸附量将达到平衡时，则该塔立即停止吸附，此时 Y Y Y Y8 均处于关闭状态，而 Y Y Y Y7 同时处于开启状态。 实行 A、 B两吸附塔均压，均压后即切换进入 B塔吸附、 A塔解吸状态。 此时压缩空气经电气控制阀 Y Y3进入 B 吸附塔下部，经 B塔中碳分子筛床层吸附。 分离出来的氮气经 Y Y8 进入氮气储罐，即 B塔吸附制氮。 这样 A、 B 两塔交替吸附、解吸，即形成连续不断的向氮气储罐输送氮气。 以上Y1— Y8 电气控制阀的动作顺序、切换时间等全部由 PLC 控制，使二塔连续不断供应合格氮气。 在正常工作时自动循环过程如下： 按程序启动键→冷干机启动→延时 X 秒→空挂机启动→延时 X 秒→进入吸附 A→延时 X秒→均压 A=B→延时 X秒→吸附 B延时 X 秒→均压 B=A→延时 X秒→再次进入吸附 A，如此自动循环，按停止键。 系统全部停止工作。 在制氮机工作过程的各个阶段。 阀 Y1— Y8的工作状态如表 2所示： 表 2系统手动、自动操作时电磁阀工作状态表 阀号 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 吸附 A + + + + + 均压 A=B + + + + 吸附 B + + + + + 均压 B=A + + + + 注：① +表示该阀处于开启状态；②在均压 A=B，均压 B=A时 要比 Y⋯Y 滞后焦作大学机电工程 学院毕业设计 xvi X秒开启。 ③ 上延时 X秒均应在 099 9 秒 任 意设置调 控制要求有手动和自动两种工作方式，并要求在手动方式时能进行 Y1— Y8阀的检查。 在手动能独立起动、停止空压机和冷干机；能显示吸附 A、均压 A=B、吸附B、均压 B=A 四个阶段 Y1— Y8 的开启情况；各 项操作均应有指示灯显示。 自动工作时，应该能按照自动工艺流程要求工作。 并能在模拟工艺流程图中显示相应工作状态。 同时对自动运行过程中的各延时时间均要能任意调节，并能实时显示和查询当前延时设定值。 167。 41 PLC 可编程控制器部分 2 1 输人／输出点数的确定与 PLC 的选择 根据工艺流程和控制要求分析． PSA制氮机的输入信号有 19 个．分别是手动操作按钮、自动操作按钮、自动起动按钮、停止按钮 空压机起动按钮、冷干机起动按钮、吸附 A按钮、均压 A=B 按钮、吸附 B 按钮、均压 B=A 按钮、阄检测按钮、 Y 一 Y 阀检 测按钮 (8个 )；阀检测按钮只有在手动方式下起作用，而 Y．一Ye阎检测按钮只有在阀检测按钮按下后有阀检测指示后才起作用。 输出信号也是 19 个．分别是 Y 一 Y 日阀输出 (8个 )、手动状态指示 自动状态指示、自动Y8 焦作大学机电工程学院毕业设计 xvii 起动指示、停止指示、空压机工作指示、冷干机工作指示、吸附 A 指示、均压A=B 指示、吸附 B 指示、均压 B=A 指示．阀检测指示。 即在每一个输入信号旁边均有相应的指示。 电磁阀 Y 一 的工作电压为直流 24v，功率 8W。 根据一般的设计方法，至少要选带 19 点输入点和 19 点输出点的 PLC，或采用主机加扩展的方式用了 外加 L16T 作为扩展单元．并用 CL02DS 作为参数设定和监控单元。 SM 一 16T具有 10 个输入点和 6个输出点，采用直流 24V 汇点输入方式，直流 24V晶体管(NPN 型 )输出方式。 SM 一 16T 本身的工作电压为交流 220V，并带有 RS 一 485和 RS 一 232 通讯接 I： Z1．可实现 CCM 协议、无协 }义通讯。 RS232 接 I： Zl又兼作编程 I： Zl。 程序的存放采用 FlashROM，无需后备电池； L 一 16T 有 16个输出点，采用直流 24V晶体管 (NPN 型 )输出方式， L一 16T 与 SM 一 16T之间通过 RS 一 485 进行通讯；通过 CL 一 02DS 液晶式显示设定单元可进行参数的设定和监控，它与 SM一 16T 之间通过 RS一 232 进行通讯 22 输入／输出点的编号分配和输入／输出接线图 412 PLC 选型和性能指标 根据系统的应用领域、采集数据的类型和大小、 I/O 点数、以及设置数据需要得内存大小，本文中所选用的 PLC 是西门子公司的产品 S7200 系列， CPU的型号是 CPU226。 CPU226 集成了 24 点输入和 16 点输出，共有 40个数字量 I/O点。 可连接 7个扩展模块，最大扩展至 248点数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O。 CPU226 有 13KB 程序和数据存储空间， 6 个独立的 30kHz 高速脉冲输出，具有PID控制器。 CPU226 配有 2个 RS485通信编程口，具有 PPI 通信、 MPI通信和自由方式通信能力，用于较高要求的中小型控制系统。 413 PLC 内部分配 CPU226I/O 接口及内部寄存器分配如表 1和表 2。 表 1 内部存储器使用 焦作大学机电工程 学院毕业设计 xviii 触摸屏 PID 参数设定置 VW10 风机组启动位 M0． 0 触摸屏 PID 参数增益 VW12 手动、自动转换 M0． 1 触摸屏 PID 参数采样时间 VW14 电机急停 M0． 2 触摸屏 PID 参数积分时间 VW16 自动 空压 机组 1 启动位 M1． 0 触摸屏 PID 参数微分时间 VW18 自动 空压 机组 2 启动位 M1． 1 PID 反馈量（ PVn） VD100 手动 空压 机组 1 启动位 M1． 2 PID 给定置（ SPn） VD104 手动 空压 机组 2 启动位 M1． 3 PID 输出置（ Yn） VD108 防 止 空压 机组 1 频繁启动位 M1． 4 PID 增益（ KC） VD112 防止 空压 机组 2 频繁启动位 M1． 5 PID 采样时间（ T） VD116 压力下限位 M2． 0 PID 积分时间（ TI） VD120 空压 机组 1 轴温报警位 M20． 0 PID 微分时间（ TD） VD124 空压 机组 1 轴温断电切换位 M20． 1 模拟输入压力值存储 VD128 空压 机组 1 定温报警位 M20． 2 压力下限存储 VD132 空压 机组 1 定温断电切换位 M20． 3 空压 机组 1轴承温度 VD1 空压 机组 2 轴温报警 M20焦作大学机电工程学院毕业设计 xix 80 位 ． 4 空压 机组 1定子温度 VD184 空压 机组 2 轴温断电切换位 M20． 5 空压 机组 2轴承温度 VD188 空压 机组 2 定温报警位 M20． 6 空压 机组 2定子温度 VD192 空压 机组 2 定温断电切换位 M20． 7 手动报警 VD196 414 输入输出外部接线 CPU226 接线规则如下： （ 1） DC输入端中 1M、 ～ 为第 1组， 2M、 ～ 2组组成， 1M、 2M 分别为各级公共端。 DC24V 的负极接公共端 1N 或 2M。 输入开关的一端接天 DC24V 的正极，输入开关的另一端连接到 CPU226 各输入端。 DC 输出端中 1M、 1L+、 ～ 为第 1 组， 2M、 2L+、 ～ 为第 2 组组成。 1L+、 2L+分别为公共端。 第 1 组 DC24V 的负极接 1M端，正极接 1L+端。 输出负载的一端接到 1M端，输出负载的另一端接到 CPU226 各输出端。 第 2组的接线与第 1组相似。 接继电器输出端的 1L端。 负载的另一端分别接到 CPU226 各继电器输出端子。 第 2 组的接线与第 1组相似。 根据接线规则， PLC 输入 /输出接线和变频器接线。