液氯计量系统自动化装置设计论文正文解读
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青岛科技大学本科毕业设计（论文） 1 1.绪论 1.1本课题的研究背景与意义 随着电子信息技术、计算机技术、自动控制技术、PLC的发展，化工产品的灌装计量控制系统在短短的几十年内取得了巨大的进步，极大地促进了工业、农业以及第三产业的发展。虽然化工产品的灌装计量控制系统已经问世这么久，但对它的定义仍仁者见仁，智者见智。原因之一在于化工产品的灌装计量控制系统还在不断发展、不断的完善，新的功能、机型陆续地出现，涵盖的内容也越来越丰富。 众所周知，化工产业在我国的国民经济中占有举足轻重的地位，有关专家指出，随着电子信息产业及其相关行业的快速发展，我国化工行业的灌装计量控制系统也在不断的向前发展。 同时，中国化工产品的灌装计量控制系统已发展成世界化工行业中有重大影响和极大市场占有率行业。因此，化工产品的灌装计量控制系统市场发展潜力巨大。 无论是大型企业，还是中小企业，要完成化工流体的灌装计量控制， 靠人力手工劳动是不行的，因为一般来讲化工流体的灌装工作强度大，还需要一定的精度，人工劳动速度也慢，因而灌装出来的产品在质量上远远不能满足人们的要求。而在使用灌装计量控制系统时，不仅保证了连续批量灌装计量的准确性和控制的可靠性，而且还可以大大的节省人力，提高生产效率。并且具有占地小，安全可靠、维修方便、使用灵活的特点。因此我们有必要设计、制造该液体自动分装系统。 本设计的意义在于全面检验并巩固学生所学专业知识，掌握化工产品的灌装计量控制系统的全过程，灵活运用所学理论知识，提高计算机控制系统的设计能力，学会绘图软件及编程软件的使用，进一步拓宽知识面，更好地培养学生理论联系实际、分析问题、解决问题的能力，为毕业以后尽快适应专业设计环境打下良好基础。
1.2液氯计量系统简介 液氯是重要的化工原料， 它的用途非常广泛，为强氧化剂，可用于纺织、造纸工业的漂白，自来水的净化、消毒，镁及它金属的炼制，制取农药、洗涤液氯计量系统的自动化装置设计 2 剂、塑料、橡胶、医药等各种含氯化合物。同时也是一种危险化学品，具有剧毒性、强腐蚀性、高氧化性、强剌激性等特性。在液氯生产、运输、储存、使用等环节中，诱发安全事故的因素很多，稍有不慎，极易导致灾难性事故，造成人员伤亡和财产损失，甚至导致生态环境的严重破坏。 因氯气为危险化学品，应避免一切人体接触。并且由于处于低温状态下工作，必须有准确的计量装置确保进入贮槽或槽车或罐的液氯不过量。
1.2.1液氯计量控制系统国内外发展状况 目前有以下几种计量方式： 1、传统浮球式液位计 液氯比重比较大，采用浮球式液位计又经济又实用。其原理是自液氯储槽顶部插入一内含空心浮球的钢网筒，浮球随着储槽内液面变化沿钢网筒上下浮动，通过储槽上方的液位计指示液位。浮球式液位计相对而言，价格低廉。但安装和维护时避免不了需要打开设备及与液氯接触，易造成氯气泄漏及物料损失。由于氯气中水分及液氯中酸泥的影响，浮球有可能与钢网管卡死，易造成液位指示误差及增加检修次数。 2、外测式液位计 外测式液位计是在液氯储槽底部外壁吸附一个仪表测量头，检测容器产生的微小振动，再将容器在不同液位下的振动转换为电信号，经过判别和复杂计算后，得出液位值。外测式液位计安装简单，仅需将仪表测量头吸附在储槽容器外壁，避免了设备开孔（仅需在在测量头吸附处对设备进行打磨），消除了氯气泄漏的隐患。避免了测量仪器与液氯接触减少腐蚀，检修及安装也相对容易。 3、 液氯质量流量计 槽车充装操作时，为防止因液位计失误造成超装，一般采用先将液氯装入计量槽计量后再装入槽车。经计量槽后再装槽车，虽然减少了超装的可能，但是重复操作，即增加了工人的劳动强度又加大了液氯泄漏的风险还加大了液氯的损失量。 由此，我们可以设计一套由西门子PLC、DBST双剪切梁式称重传感器、气动球阀和触摸屏等元器件组成的自动计量及自动控制灌装系统，通过此计量控制系统既可以保证连续批量灌装计量的准确性及连续批量灌装控制的可靠性，也可以保证液氯在运输、储存、使用等方面的安全性。
1.2.2液氯计量控制系统的发展趋势 随着现代化科学的发展，科技的进步，简单而传统的灌装技术已经远远不青岛科技大学本科毕业设计（论文） 3 能满足于生产和生活的需求，于是需要人们进一步的设计出更高技术、更快速度、精度更高的灌装技术，以适应生产的要求，满足人们日益增长的物质文化需求，提高人们的生活水平和生活质量。 步入21世纪，随着电子技术的飞速发展，化工产品的灌装计量控制系统也将步入新的时代，利用多技术融合的设计原则，结合新的方法和技术，不断地往以下几个方向发展： 1.设备向多功能化发展。使用同一台机器，就可以灌装不同质量的产品、使用不同质量的称重罐体，而且可以实现在线显示等功能。多功能化的发展方向能够适应用户改变称重罐体、改变灌装流体质量的需要，尽量减少企业的生产成本。更换部件也能够适应封口形式的变化，产品的适应性更广，市场的竞争力更强。例如，在本课题中液氯剂量控制系统中，根据操作人员对触摸屏称重量的设定，可实现称重罐体的去皮、罐装定量设定、罐装启动、称重在线显示以及控制阀自动控制等功能。 2.集机、电、气、光、磁一体化发展。PLC可编程控制器普遍应用于灌装计量控制系统中，大型设备更是采用计算机控制，人机界面显示，故障自我诊断，实现了设备运行的智能化。在线检测装置和计量装置配套完备，能自动检测各项参数、计量精确，并且集机、电、气、光、磁为一体的高新技术产品也应不断大量涌现。 3.全自动化操作。随着新一轮工业革命的推广，社会化大生产逐步走进现实生产，为了满足生产和生活的需要，就必须要往全自动管理的方向发展，利用当代的高新技术进行操作和管理，提高劳动生产率，进一步为实现质量和产量的最优化结合。 现代灌装技术的目标是精确、高效、自动化。精确的灌装量、灌装过程的高速、减少尽量小的液损、整条生产线的最优化控制，都由于电子技术的实际应用而成为可能。现在，液氯计量控制系统全线的自动控制水平高和全线效率高，在线检测装置和计量装置配套完备，能自动检测各项参数，计量精确。 综上所述，我国灌装计量控制系统制造业虽然起步晚，基础薄弱，但经过二十多年技术的不断引进、工艺装备的技术改造、CAD计算系统辅助设计的普遍应用，整体的产品质量提高很快。但是，与国外先进技术的差距尚且存在，主要表现在研究开发的滞后，试验手段（如灌装阀工作原理的定量分析）欠缺。国内化工行业的优胜劣汰和集约化发展，也将造成化工产品的灌装计量控制技术不断前进，必将促进具有技术实力企业的进步和发展。 液氯计量系统的自动化装置设计 4 1.3论文的主要内容 本论文论述了一种用西门子S7-300 PLC作为控制部分的液氯的计量控制系统的工作原理与实现过程。该系统主要包括数据采集模块、控制器模块、人机交互界面模块。其中数据采集模块由称重传感器和A/D转换部分组成。主要硬件指PLC以及扩展模拟量模块的输入输出设备等部分。软件部分描述了控制系统流程图、系统的分装过程工作流程等。 论文的具体结构和内容安排如下： 第一章，绪论部分，主要介绍了论文的研究背景与意义及论文的主要内容，包括液氯计量控制系统的现况分类及其发展趋势等。 第二章，首先对液氯生产、液化、输送方式做了简单介绍，然后又对液氯输送过程中安全隐患、危害、及泄露事故发生时的处置等。 第三章，主要介绍了液氯计量控制系统各部分的控制指标及现场操作流程。 第四章，具体阐述了系统各模块的硬件设计，主要包括数据采集模块、控制器模块、人机交互界面模块等主要硬件的介绍。 第五章，软件设计部分，主要简单介绍了软件设计的整体思路、控制系统的流程及灌装过程的流程等内容。 第六章，总结和展望部分，对灌装计量控制系统进行了总结，概述了系统的性能及特点，提出了一些针对性的解决思路和设想，并展望了其发展前景。 青岛科技大学本科毕业设计（论文）
5 2.液氯参数及生产 2.1物料 外观和体态：常温下氯为黄绿色气体，液态的氯是黄色透明液体。 理化性质：液氯为黄绿色的油状液体，有毒，有窒息性气味。分子式Cl2。分子量70.91。在15℃时比重为1.4256，在标准状况下，沸点为-34.6℃，凝固点为-101.5℃。在水分存在下对钢铁有强烈腐蚀性。溶于水和易溶于碱液。遇水生成次氯酸和盐酸，次氯酸再分解为盐酸新生态氯、氧和氯酸。氯与一氧化碳在高热条件下，可生成光气。在日光下与混合时会发生燃烧爆炸。与许多物质反应引起燃烧和爆炸液氯为基本化工原料，可用于冶金、纺织、造纸等工业，并且是合成盐酸、聚氯乙烯、塑料、农药的原料。用高压钢瓶包装，净重500kg、1000kg;槽车罐装，净重25吨左右/罐。贮于阴凉干燥通风处，防火、防晒、防热。 项目 指标 优等品 一等品 二等品 氯含量，% ≥ 99.8 99.6 水份含量，% ≤ 0.015 0.030 技术指标:GB-T5138-1996 危害特性：液氯不会燃烧，但可助燃。一般可燃物大都能在氯气中燃烧，一般易燃气体或蒸汽也都能与氯气形成爆炸性混合物。氯气能与许多化学品如乙炔、松节油、乙醚、氨、燃料气、烃类、氢气、金属粉末等猛烈反应发生爆炸或生成爆炸性物质。它几乎对金属和非金属都有腐蚀作用。
2.2液氯制造 制取纯净氯气。不管是离子膜法电解制碱或是金属阳极法电解制碱，联产的氯气总有一定的杂质，对于某些使用场合来说，需要纯度较高的氯气，而干燥以后的原料氯气是无法满足要求的。在氯气液化过程中，绝大部分氯气得到冷凝，不凝性的气体作为尾气排出，使液态氯纯度得到了提高。 便于运输和贮存。氯气液化以后，体积大大缩小，氯气的密度为3.2kg/m3，而液氯的密度可达13-16kg/m3，因此，便于长距离运输。
