基于PLC的环氧乙烷生产装置ESD的研究与设计

摘要

环氧乙烷生产原料及产品均为易燃、易爆物料，主流程长而复杂并且存在高温、高压情况。由于生产装置运行过程中参数条件变化频繁，稍有异常容易发生故障导致爆炸、火灾等危险。一旦发生事故，对人员和设备伤害极大。为了保证突发情况时的稳定、安全，根据环氧乙烷工艺流程及其设备特点，设计了一套装置紧急停车系统。重点内容如下：
　　1、了解紧急停车系统的定义、组成、发展、特点、常用指标等。
　　2、介绍环氧乙烷工艺流程，分析环氧乙烷生产的装置特点，进行原材料控制分析、中间材料生产控制分析、成品控制分析。
　　3、针对该工艺流程，对核心单元进行ESD联锁逻辑设计，具体停车联锁保护包括：反应单元、循环气压缩机、二氧化碳脱除系统、环氧乙烷精制单元泵。另外将罐区火气安全系统与管道安全联锁保护系统独立开来，提高安全水平。最终给出系统整体设计方案。
　　4、环氧乙烷装置ESD的硬件设计、选型与组态。包括确定PLC的型号、统计I/O点数与种类，使用西门子STEP7软件编辑符号变量，选择需要模块的数量、设计选择现场仪表、硬件之间的连接设计、系统硬件组态。
　　5、环氧乙烷装置 ESD的通信组态与仿真实现，通过 PLCSIM仿真器对程序不断测试仿真，最终保证事故发生的时候能够及时联锁停车。
　　6、采用 WinCC组态软件对联锁监控界面进行设计，对需要控制的工艺参数实现实时监控。本课题的ESD系统监控界面设计主要有：登录系统、主菜单画面、历史数据趋势界面、报警记录界面。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 紧急停车系统概述

1.2.1 紧急停车系统的定义与组成

1.2.2 紧急停车系统的发展及应用

1.2.3 紧急停车系统主要产品介绍

1.2.4 紧急停车系统与集散控制系统

1.3 紧急停车系统的设计

1.3.1 紧急停车系统安全性等级

1.3.2 紧急停车系统常用指标

1.3.3 紧急停车系统设计原则

1.4 论文的主要内容及安排

第2章 环氧乙烷装置的工艺流程及控制需求

2.1 氧化法制取环氧乙烷工艺流程及工艺条件

2.1.1 工艺流程

2.1.2 工艺条件

2.2 环氧乙烷装置的控制要求

2.2.1 原材料控制分析

2.2.2 中间材料生产控制分析

2.2.3 成品控制分析

第3章 环氧乙烷装置ESD的联锁及总体结构设计

3.1 环氧乙烷装置ESD的联锁逻辑设计

3.1.1 环氧乙烷反应单元ESD系统

3.1.2 循环气压缩机ESD系统

3.1.3 二氧化碳脱除单元ESD系统

3.1.4 环氧乙烷精制单元ESD系统

3.1.5 精制单元泵及罐区火气安全联锁系统

3.1.6 管道安全联锁保护系统

3.2 环氧乙烷装置ESD的总体结构

第4章 环氧乙烷装置ESD的硬件设计及组态

4.1 PLC容量的确定

4.1.1 系统的I/O点数统计

4.1.2 PLC存储器容量确定

4.2 S7-315F故障安全型PLC系统

4.3 ESD系统的硬件设计

4.3.1 控制站的硬件配置

4.3.2 ET-200分布式I/O站的选型

4.4 测量仪表的设计与选型

4.4.1 气体流量测量元件的选型

4.4.2 压力测量元件的选型

4.4.3 液位计的选型

4.4.4 温度测量仪表的选型

4.4.5 火气探测器的设计

4.4.6 腐蚀程度监测传感器设计

4.4.7 信号报警器的选择

4.5 ESD系统硬件组态

4.5.1 创建新项目S7-300 ESD

4.5.2 配置硬件

4.5.3 配置ET 200M分布式I/O站

4.5.4 I/O点组态

第5章 环氧乙烷装置ESD软件及监控界面的设计

5.1 S7-PLC仿真的实现

5.1.1 ESD系统程序编程举例

5.1.2 系统模拟仿真

5.2 ESD通信功能的实现

5.2.1 OPC技术

5.2.2 OPC服务器的组态

5.2.3 OPC服务器与WinCC之间的连接

5.3 ESD监控界面设计

5.3.1 组态软件WinCC

5.3.2 登录系统的设计

5.3.3 主菜单页面设计

5.3.4 火气监测界面设计

5.3.5 历史趋势图界面设计

5.3.6 报警记录界面设计

第6章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果