文 献 综 述

一、课题概述

本课题以连续反应器为对象，以西门子S7-300PLC为控制器，设计一套控制方案和监控系统，实现对反应釜的温度、液位、压力和进料流量及其内部物料的组份进行自动控制，并采用WINCC组态软件设计一套监控系统以实现对反应釜工作过程的实时监测与远程控制。

二、反应釜控制技术

随着科学技术的迅速发展和生产力水平的不断提高，反应釜在日常的生活或者化工生产等领域应用十分广泛，因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视。现在，全世界依旧以每年3-5%的速度递增，而我国由于反应釜设备行业起步较晚，有关技术跟国外相比仍然有一定的差距。虽然我国反应釜设备在国内市场占有率颇高，反应釜设备对国内来说供应充足，但是由于国内企业规模比较小产业集中度不高，规模化应用还未完全形成，在国内竞争激烈下企业生存空间受到影响，在国际上没有优势，与外商企业的产品相比竞争相当激烈，难以与国外抗衡。由于我国反应釜设备的生产技术与国外相比仍有差距，主要表现为核心技术掌握不足，其焦点主要集中在技术水平、产品质量、价格方面与售后服务。所以目前技术研发是我国反应釜设备领域发展的关键问题。但是随着我国工业化的快速的发展和科学技术的不断进步以及反应釜设备行业的市场需求量与日俱增，使得反应釜技术正处于快速发展当中，近些年来，国内反应釜已经由自动工作取代人工操作，并采用了PLC和智能控制仪表[1]。目前，反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程的压力容器，例如反应器、反应釜、分解锅、聚合釜等[2]。根据反应釜的制造结构可分为开式平盖式反应釜、开式对焊法兰式反应釜和闭式反应釜三大类，每一种结构都有他的适用范围和优缺点。

反应釜在日常生活或者化工生产等领域应用十分广泛。其发展趋势一方面表现为大容积化，这是增加产量、减少批量生产之间的质量误差、降低产品成本的有效途径和发展趋势[3]。另一方面，反应釜的搅拌器已由单一搅拌器发展到用双搅拌器或外加泵强制循环。国外，除了装有搅拌器外，尚使釜体沿水平线旋转，从而提高反应速度[4]。而且，自动化和连续化的生产基本代替了笨重的间隙手工操作，如采用程序控制，既可保证稳定生产，提高产品质量，增加收益，减轻体力劳动，又可消除对环境的污染[5]。最后，合理有效地利用热能，选择最佳的工艺操作方案和加强保温措施，提高传热效率以便将热损失降至最低限度，并且余热或反应后产生的热能可以充分地被综合利用，以及热管技术的应用，将是今后发展的方向[6]。

然而，在反应釜实际的应用过程中要考虑的问题也不少。根据不同的工艺条件需求进行容器的结构设计与参数配置，设计条件、过程、检验及制造、验收需依据相关技术标准，以实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配反应功能[7]。基于反应条件对反应釜结构功能及配置附件的设计，从开始的进料-反应-出料均能够以较高的自动化程度完成预先设定好的反应步骤，对反应过程中的温度、压力、力学控制（搅拌、鼓风等）、反应物/产物浓度等重要参数进行严格的调控。其结构一般由釜体、传动装置、搅拌装置、加热装置、冷却装置、密封装置组成。相应配套的辅助设备：分馏柱、冷凝器、分水器、收集罐、过滤器等。为满足反应釜工作要求,并保证反应釜本体的安全经济运行,要求反应釜的控制系统具有完善的自动检测、自动程序控制、自动保护等功能。而反应釜是一多变量、多回路、多耦合的复杂系统,扰动源比较多,要保证安全有效的反应环境,其工作过程中的各主要工艺参数必须严格控制[8]。为此,反应釜的主要控制任务为不仅要保持反应釜内液位在规定的范围波动以及进料稳定，而且要保持反应釜内部的压力在安全的范围内和稳定反应器内反应物的温度、压力，同时，保持反应过程的安全有效性和经济性也是重要的考虑因素[9]。

三、PLC控制技术

随着技术的发展，PLC技术的应用越来越广泛。可以毫不夸张地说，当今社会已经完全无法离开它了。早期的PLC主要用来代替工业控制中由继电器、数字电路等组成的逻辑控制电路，但是随着微电子技术应用范围的不断扩展，PLC在实现顺序逻辑控制的同时也具备了运动控制、定时控制、计数控制、步进控制、数据处理、模数和数模转换以及通信联网等诸多功能。由此PLC 得到了广泛的应用，尤其是近年来，PLC技术得到了长足的进步，为了适应工业化控制，PLC 的造价成本不断降低，但是功能却越来越强大。

PLC是专为工业生产自动化控制设计的一种电子操作设备，主要是通过采集信息，将信息转变为控制信号，进行分析处理，然后以模拟信号或者数字信号的形式输出，以达到控制机械设备的目的。一般而言，无须任何保护措施就可以直接在工业环境中使用。同时，由于PLC具有体积小、功能强、编程容易、维护方便，以及组网灵活等一系列优点，特别是它的高可靠性和较强的适应环境的能力，使得发展30多年的PLC已十分成熟与完善，目前在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。被称为现代工业技术的三大支柱（PLC技术、机器人技术、CAD/CAM）之一[10]。