“工业搅拌过程”控制系统设计

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1、“工业搅拌过程”控制系统设计“化工混料过程”控制系统设计1分析研究被控对象与明确控制任务1.1分析研究被控对象图1.1.1是一个典型的化工混料过程，两种配料（配料A和配料B）在一个混合罐中由搅拌器混合，混合后的产品通过一个排料阀排出混料罐。图1.1.1搅拌系统示意图系统中各个区域被控对象的工艺要求描述如下：配料A和配料B区域：ò每种配料的管道都配备有一个入口阀、一个进料泵以及一个进料阀；ò进料管安装有流量传感器；ò当急停按钮被按下时，进料泵运行立即停止；ò当罐的液面传感器指示罐满时，进料泵运行立即停止；ò当排料阀打开时，进料泵运行立即停

2、止；ò在启动进料泵后最开始的1秒中内必须打开入口阀和进料阀。ò在进料泵停止后（来自流量传感器的信号）阀门必须立即被关闭以防止配料从泵中泄露。ò进料泵的启动与时间监控功能相结合，换句话说，在泵启动后的7秒之内，流量传感器会报告溢出。第1页共20页“工业搅拌过程”控制系统设计ò当进料泵运行时，如果流量传感器没有流量信号，进料泵必须尽可能快地断开。ò进料泵启动地次数必须进行计数。（维护间隔）混合罐区域：ò当急停按钮被按下时，搅拌电机的启动必须被锁定。ò当罐的液面传感器指示“液面低于最低限”时，搅拌电机的启动必须被锁定。ò当排料阀打开时，搅拌电

3、机的启动必须被锁定。ò搅拌电机在达到额定速度时要发出一个响应信号。如果在电机启动后10秒内还未接收到信号，则电机必须被断开。ò必须对搅拌电机的启动次数进行计数（维护间隔）。ò在混合罐中必须安装三个传感器：――罐装满：一个常闭触点。当达到罐的最高液面时，该触点断开。――罐中液面高于最低限：一个常开触点。如果达到最低限，该触点关闭。――罐非空：一个常开触点，如果罐不空，该触点闭合。排料区域：ò罐内产品的排出由一个螺线管阀门控制。ò这个螺线管阀门由操作员控制，但是最迟在“罐空”信号产生时，该阀门必须被关闭。ò当急停按钮被按下时，打开排料阀必须

4、被锁定。ò当罐的液面传感器指示罐空时，打开排料阀必须被锁定。ò当搅拌电机在工作时，打开排料阀必须被锁定。1.2明确控制任务该“工业搅拌过程”是一个典型的顺序控制，本次设计，准备采用“上位机监控”+“下位机控制”+“操作面板”的方式对整个“工业搅拌过程”进行控制。第2页共20页“工业搅拌过程”控制系统设计2控制任务的分解与被控对象的描述2.1控制任务的分解在定义了要控制的过程之后，将项目分割成相关的组或区域。我们可把系统分为四部分，如图2.1.1所示：图2.1.1系统划分示意图第3页共20页“工业搅拌过程”控制系统设计2.2被控对象的描述

5、配料A和配料B区域的流程图如图2.2.1所示：图2.2.1配料A和配料B区域的流程图第4页共20页“工业搅拌过程”控制系统设计混合罐区域流程图如图2.2.2所示：图2.2.2混合罐区域流程图第5页共20页“工业搅拌过程”控制系统设计排料区域流程图如图2.2.3所示：图2.2.3排料区域流程图第6页共20页“工业搅拌过程”控制系统设计3系统硬件设计3.1操作面板设计要让一个操作员启动、停止和监控过程，就需要一个操作站。操作站有一下配备：ò用于控制过程中最重要的阶段的开关。使用“resetmaintenancedisplay（复位维护显示）

6、”开关，你可以关掉电机的维护显示灯，复位相应的计数器，使维护间隔为0。ò指示过程状态的指示灯。ò紧急停机开关。根据系统的要求，可设计工业搅拌控制系统操作站如图3.1.1所示。图3.1.1系统操作站操作面板第7页共20页“工业搅拌过程”控制系统设计3.2工业现场系统硬件结构设计工业现场系统结硬件构设计如图3.2.1所示：图3.2.1工业现场系统结构设计如图3.2.1所示，该图是实际工业现场的硬件结构框图，由三部分组成：监控单元、控制单元和现场设备。（1）监控单元一台安装了WinCC组态软件的PC机，上面显示用于监控“工业搅拌过程”的工艺画

7、面。（2）控制单元由一个S7-300的CPU和对应的I/O模块组成，主要用于过程控制。（3）现场设备包括现场工业搅拌过程和操作员站两个部分。第8页共20页“工业搅拌过程”控制系统设计3.3系统硬件资源分配“工业搅拌过程”控制系统的I/O地址表如表3.3.1所示:表3.3.1“工业搅拌过程”控制系统的I/O地址表第9页共20页“工业搅拌过程”控制系统设计4系统软件设计4.1系统软件结构图系统软件结构图如图4.1.1所示：图4.1.1系统软件结构图在本系统中，通过在一台PC机上安装三个工控软件，从而模拟工业现场的实际情况，使学生在没有相关硬

8、件的情况下，也能通过软件模拟的方式，完成整个“工业搅拌过程”控制系统的设计。在图4.1.1中，给出了软件模拟方式下三个工控软件与实际工业现场不同部分的对应关系。即WinCC组态软件对应WinCC组态软件，实