畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-工廠蒸發(fā)車間監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)） .doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙西安建筑科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 課題名稱： 工廠蒸發(fā)車間監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)）學(xué) 院：信息與控制工程學(xué)院專 業(yè)：自動(dòng)化姓 名： 學(xué) 號(hào)：_201051102 _ 教師(簽字)：_二 五 年 三 月 二十八 日一、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的目的與要求1、 設(shè)計(jì)目的：通過(guò)工廠蒸發(fā)車間監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使學(xué)生總結(jié)四年來(lái)所學(xué)知識(shí)，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)得到綜合訓(xùn)練，使得理論教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合。培養(yǎng)大學(xué)生的科研創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)精神。2、 要求：認(rèn)真努力，勤于實(shí)踐，獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，實(shí)事求是，不弄虛作假，不抄襲他人成果。 嚴(yán)格遵守紀(jì)律，按時(shí)按要求（包括形式要求與撰寫要求）完成指導(dǎo)教師安排的工作。凡不按要求完成且在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)改進(jìn)的，不得進(jìn)行下一步的設(shè)計(jì)工作。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ( 設(shè)計(jì) ) 須符合形式要求及撰寫要求 （請(qǐng)參照學(xué)校有關(guān)規(guī)定 ）；所有要求提供的文檔材料（除實(shí)習(xí)日記及已有要求的）一律按學(xué)校對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫格式的要求撰寫。 二畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容（含主要技術(shù)參數(shù)） 畫出工藝流程平面圖；統(tǒng)計(jì)工藝要求的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)，以及參數(shù)范圍； 設(shè)計(jì)dcs系統(tǒng)配置，畫出系統(tǒng)框圖； 列出設(shè)備清單，包括設(shè)備型號(hào)、臺(tái)件數(shù)、生產(chǎn)廠家； 制定出監(jiān)控參數(shù)編號(hào)表； 選出系統(tǒng)通信方案； 采用組態(tài)軟件制定系統(tǒng)管理方案；協(xié)調(diào)上、下微機(jī)工作； 寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目應(yīng)完成的工作 畫出工藝流程平面圖；統(tǒng)計(jì)工藝要求的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)，以及參數(shù)范圍； 設(shè)計(jì)dcs系統(tǒng)配置，畫出系統(tǒng)框圖； 列出設(shè)備清單，包括設(shè)備型號(hào)、臺(tái)件數(shù)、生產(chǎn)廠家； 制定出監(jiān)控參數(shù)編號(hào)表； 選出系統(tǒng)通信方案； 采用組態(tài)軟件制定系統(tǒng)管理方案；協(xié)調(diào)上、下微機(jī)工作； 寫出自己的心得體會(huì)。四、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)程的安排 序號(hào) 設(shè)計(jì)（論文）各階段任務(wù)日 期 備 注 1收集有關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)的參考資料第14周2畫出工藝流程平面圖；統(tǒng)計(jì)工藝要求的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)，以及參數(shù)范圍；第5周3設(shè)計(jì)dcs系統(tǒng)配置，畫出系統(tǒng)框圖；第6周4列出設(shè)備清單，包括設(shè)備型號(hào)、臺(tái)件數(shù)、生產(chǎn)廠家； 制定出監(jiān)控參數(shù)編號(hào)表。第79周 5選出系統(tǒng)通信方案第10周 6采用組態(tài)軟件制定系統(tǒng)管理方案；協(xié)調(diào)上、下微機(jī)工作；第1113周 7寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。第1415周五應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)： 、氧化鋁生產(chǎn)工藝參考書(shū)；、西門子s7系列plc使用說(shuō)明書(shū)；、測(cè)量?jī)x表手冊(cè)；、控制網(wǎng)通信原理；、dcs系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；、有關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)方面的參考資料。六、 任務(wù)執(zhí)行日期：自_05_年_3_月_9_日起，至_05_年_6_月_20_日止。 七、審核批準(zhǔn)意見(jiàn)指導(dǎo)教師（簽字） _ 教研室主任（簽字）_ 主管院長(zhǎng)（主 任）（簽字）_ 工廠蒸發(fā)車間監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)）專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化0101班學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： 工廠蒸發(fā)車間監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)（硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)）摘 要本文研究課題為工廠蒸發(fā)車間監(jiān)控系統(tǒng)。山西鋁廠采用拜耳法進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn)，母液蒸發(fā)過(guò)程是一道重要工序。母液蒸發(fā)過(guò)程工藝復(fù)雜，要檢測(cè)、控制的參數(shù)主要有壓力、溫度、密度（濃度）、液位、流量等。本文結(jié)合蒸發(fā)車間的生產(chǎn)工藝，設(shè)計(jì)了蒸發(fā)車間生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)。本文給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)采用了集散控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，采用組態(tài)軟件組態(tài)王進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，采用可編程控制器plc進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)控制，并采用modbus實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。重點(diǎn)介紹了集散控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)論述了集散控制系統(tǒng)的硬件及協(xié)議。關(guān)鍵詞： 拜耳法，集散控制系統(tǒng)(dcs)，可編程控制器(plc)，組態(tài)王，simulink， modbussupervisory and control system design of evaportranspiration workshop on factory(the hardware design)abstractthe subject for the research of this text is the supervisory and control system design of evaportranspiration workshop on factory. the method, bayer is used to produce al2o3 in shan xi aluminum factory ,among the production craft, mother liquor evaporation course is an important process. the mother liquor evaporation course craft is complicate; the parameters have to be controlled and measured are pressure, temperature, density (density), liquid location, flow, etc. this text combines the production technology of evaporation workshop at first, has designed the workshops automatic control system. this text provides the overall design of the system: have designed and adopted the collecting and distributing control system to control the whole system entirely, have adopted configuration software to control in real time, adopt programmable logical controller (plc) that control equipments, adopt modbus that realize data interchange. has introduced the hardware configuration of the distributed control system especially, and described the hardware and agreements of the collecting and distributing control system in detail.key words: bayer, distributed control system (dcs), programmable logical controller (plc), king view, simulink , modbus目 錄1 緒 論12 蒸發(fā)車間工藝流程22.1氧化鋁生產(chǎn)的拜耳法原理22.2 氧化鋁生產(chǎn)蒸發(fā)工藝流程22.2.1 概述22.2.2 工藝流程圖43 蒸發(fā)工藝的監(jiān)控方案設(shè)計(jì)63.1 監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)控制的要求63.2監(jiān)控系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介74 系統(tǒng)的集散控制104.1集散控制系統(tǒng)104.1.1集散控制系統(tǒng)的基本概念104.1.2 集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征114.1.3集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)124.2 dcs的體系結(jié)構(gòu)124.2.1 dcs的硬件結(jié)構(gòu)134.2.2 dcs的集中監(jiān)控154.3 系統(tǒng)的集散控制硬件設(shè)計(jì)184.3.1 蒸發(fā)器監(jiān)控參數(shù)點(diǎn)184.3.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)備194.3.3下位機(jī)plc可編程控制器的設(shè)計(jì)204.3.4現(xiàn)場(chǎng)智能儀表變送器315 系統(tǒng)通信方案355.1 plc的通信設(shè)計(jì)355.1.1 plc通信網(wǎng)絡(luò)概念355.1.2 plc網(wǎng)絡(luò)各級(jí)子網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議配置規(guī)律355.2 siemens數(shù)據(jù)通信365.2.1 利用modbus協(xié)議進(jìn)行通信365.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)385.3.1 plc與上位機(jī)之間的通信386 組態(tài)管理396.1組態(tài)王簡(jiǎn)介396.1.1組態(tài)王概述396.1.2組態(tài)王的工作原理396.2組態(tài)王組態(tài)軟件的具體設(shè)計(jì)407 系統(tǒng)仿真417.1 系統(tǒng)仿真概述417.2動(dòng)態(tài)仿真工具simulink簡(jiǎn)介42總結(jié)43致謝44參考文獻(xiàn)45附錄461 緒 論在拜耳法生產(chǎn)氧化鋁工藝中，母液蒸發(fā)過(guò)程是保持生產(chǎn)系統(tǒng)液量平衡，濃縮溶液，排除生產(chǎn)過(guò)程中積累的碳酸鈉、硫酸鈉等雜質(zhì)以及配置合格循環(huán)堿液的一道重要工序。母液蒸發(fā)過(guò)程工藝復(fù)雜，要檢測(cè)、控制的參數(shù)主要有壓力、溫度、密度（濃度）、液位、流量等。早在20世紀(jì)80年代，世界上有色冶金發(fā)達(dá)的國(guó)家如、加拿大、美國(guó)、英國(guó)等在氧化鋁生產(chǎn)的蒸發(fā)工序中就已經(jīng)較完整地采用或部分的采用集散控制系統(tǒng)，分層控制體系進(jìn)行自動(dòng)控制。在我國(guó)，20世紀(jì)90年代中后期，少數(shù)氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)在拜耳法種分母液蒸發(fā)過(guò)程中先后采用了智能調(diào)節(jié)器、工控機(jī)或小型集散控制系統(tǒng)，對(duì)某些蒸發(fā)的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了一定程度的自動(dòng)控制。目前國(guó)內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)中，大多數(shù)蒸發(fā)車間的現(xiàn)狀是各工藝參數(shù)的檢測(cè)都要靠人工到現(xiàn)場(chǎng)讀取和記錄，不能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程及時(shí)進(jìn)行調(diào)控，指標(biāo)優(yōu)化困難極大，而且工藝所要求的參數(shù)由人工操作控制，精度差，現(xiàn)場(chǎng)跑冒滴漏現(xiàn)象嚴(yán)重，給安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患，也極大的影響了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。目前山西鋁廠的十余套工業(yè)控制系統(tǒng)均是各自獨(dú)立地完成本工序的監(jiān)控任務(wù)。生產(chǎn)系統(tǒng)沒(méi)有形成全廠級(jí)的生產(chǎn)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。生產(chǎn)總調(diào)仍然依靠傳統(tǒng)的電話詢問(wèn)和各流程定時(shí)報(bào)告情況和生產(chǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)，以此為依據(jù)來(lái)協(xié)調(diào)指揮生產(chǎn)。在生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如焙燒、溶出、第五蒸發(fā)等，其控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況較好，起到了穩(wěn)定生產(chǎn)的良好效果，其它系統(tǒng)則由于一次儀表監(jiān)測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀況不好或系統(tǒng)本身問(wèn)題等多方面因素，運(yùn)行狀況不是十分理想。采用燒結(jié)拜耳混聯(lián)法進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn)，蒸發(fā)車間是拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝中水量平衡的重要環(huán)節(jié)，用來(lái)濃縮溶液和分離在過(guò)程中積累的雜質(zhì)（純堿、硫酸鹽大部分有機(jī)物等)。根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案和鋁廠蒸發(fā)車間的實(shí)際工藝對(duì)過(guò)程控制的要求及企業(yè)發(fā)展的需要，選用運(yùn)行可靠、功能強(qiáng)大的dcs控制系統(tǒng).上位機(jī)使用組態(tài)王，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。下位機(jī)采用智能模塊plc。而連接上位機(jī)組態(tài)王與下位機(jī)可編程控制器plc的總線系統(tǒng)用modbus來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。從而實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。2 蒸發(fā)車間工藝流程2.1氧化鋁生產(chǎn)的拜耳法原理所謂拜耳法是因?yàn)樗怯蒶.j.拜耳在18891892年提出而得名的。一百年來(lái)它已經(jīng)有了許多改進(jìn)，但仍然習(xí)慣的沿用著拜耳法這個(gè)名稱。拜耳法在處理低硅鋁土礦，特別是用在處理三水鋁石型鋁土礦時(shí)，流程簡(jiǎn)單，作業(yè)方便，產(chǎn)品質(zhì)量高，其經(jīng)濟(jì)效果遠(yuǎn)非其他方法所能比美。目前全世界生產(chǎn)的氧化鋁和氫氧化鋁，有90%以上是用拜耳法生產(chǎn)的。拜耳法包括兩個(gè)主要過(guò)程。一項(xiàng)是氧化鈉與三氧化二鋁摩爾比為1.8的鋁酸鈉溶液在常溫下，只要添加氫氧化鋁作為晶體，不斷攪拌，溶液中的三氧化二鋁便可以呈氫氧化鋁徐徐吸出，直到其中氧化鈉與三氧化鋁的摩爾比提高到6為止，這也就是鋁酸鈉溶液的晶體分解過(guò)程。另一項(xiàng)，已經(jīng)吸出了大部分氫氧化鋁的溶液，在加熱時(shí)，又可以溶出鋁土礦中的氧化鋁水合物，這也就是利用種分母液溶出鋁土礦的過(guò)程。交替使用這兩個(gè)過(guò)程就能夠一批批的處理鋁土礦，從中得出純的氫氧化鋁產(chǎn)品，構(gòu)成所謂拜耳法循環(huán)。2.2 氧化鋁生產(chǎn)蒸發(fā)工藝流程2.2.1 概述拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝中水量平衡的重要環(huán)節(jié)，用來(lái)濃縮溶液和分離在過(guò)程中積累的雜質(zhì)（純堿、硫酸鹽大部分有機(jī)物等)。種分車間送來(lái)的原液主要是氫氧化鈉、碳酸鈉、硫酸鈉和氧化鋁等的混合液，在原液槽經(jīng)原液泵打入蒸發(fā)組，在新蒸汽的加熱下，進(jìn)行逆流自然蒸發(fā)。從蒸發(fā)器組出來(lái)的高濃度混合溶液，即蒸發(fā)母液由出料泵打至沉降槽中，碳酸鈉、硫酸鈉和氧化硅等在雜質(zhì)在沉降槽自動(dòng)析出，并沉降濃縮溶液，底流經(jīng)底流泵送到過(guò)濾機(jī)以濾餅形式排出雜質(zhì)；沉降槽溢流和過(guò)濾機(jī)出來(lái)的濾液一同進(jìn)入溢流槽，經(jīng)溢流泵送到其他工序調(diào)整成為符合生產(chǎn)要求的循環(huán)母液供給礦漿植被車間配料。工藝流程中，蒸發(fā)器組是拜耳法生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是蒸發(fā)車間的主要設(shè)備。下圖2.1是拜耳法工藝原理示意圖。圖2.1拜耳法工藝原理示意圖蒸發(fā)車間共有16臺(tái)蒸發(fā)器，分為5組，其中1、2、3、5組三效作業(yè)，第4組四效作業(yè)。組蒸發(fā)器由效、效、效和、級(jí)閃蒸發(fā)器組。原液經(jīng)原液泵依次打入效、效和效。各效之間由導(dǎo)料泵過(guò)料。加熱蒸汽按照效、效、效的方向進(jìn)入各效加熱。并且，前一效的二次蒸汽作為后一效的熱源使用。效出來(lái)的二次蒸汽經(jīng)水冷器冷卻后，凝結(jié)成水進(jìn)入熱水池作循環(huán)水使用。由于料液流經(jīng)的方向與蒸汽進(jìn)入各效的方向相反，這種蒸發(fā)方式稱為逆流自然蒸發(fā)。效出來(lái)的料液再經(jīng)過(guò)、級(jí)閃蒸器降溫減壓后，送往沉降槽分離。如圖2.2所示。圖2.2 蒸發(fā)器組流程示意圖2.2.2 工藝流程圖圖2.3蒸汽流程圖 共 59 頁(yè) 第 60 頁(yè)圖2.4原液流程圖3 蒸發(fā)工藝的監(jiān)控方案設(shè)計(jì)3.1 監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)控制的要求蒸發(fā)車間的改造工程首先要建立自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各工藝參數(shù)的集中顯示，以便對(duì)生產(chǎn)過(guò)程及時(shí)進(jìn)行調(diào)控，從而改變目前人工到現(xiàn)場(chǎng)讀取和記錄數(shù)據(jù)再層層傳送，指標(biāo)優(yōu)化困難大的現(xiàn)狀。另外，由于蒸發(fā)作業(yè)存在著很大的檢測(cè)滯后性(即蒸發(fā)過(guò)程發(fā)生后，較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)如三效作業(yè)為1小時(shí)，檢測(cè)儀器無(wú)法檢測(cè)到料液的密度值)，再加上環(huán)境溫度的干擾，給蒸發(fā)作業(yè)的自動(dòng)控制帶來(lái)困難。同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，系統(tǒng)往往連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行，控制系統(tǒng)是否可靠，直接關(guān)系到財(cái)產(chǎn)安全及經(jīng)濟(jì)效益，因此，對(duì)蒸發(fā)車間的自動(dòng)控制設(shè)備和系統(tǒng)提出以下要求:1、可靠性:可靠性是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最基本原則，要求控制系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作情況下不出現(xiàn)故障。2、實(shí)時(shí)性高:即能夠在對(duì)象允許的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制、計(jì)算和處理，一般控制系統(tǒng)采集和控制的參數(shù)是比較關(guān)鍵的，這些參數(shù)的變化可能會(huì)影響到正常生產(chǎn)或經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此這就要求控制系統(tǒng)能夠及時(shí)地反映出這些參數(shù)的變化，并加以處理控制，保證生產(chǎn)正常高效運(yùn)行。3、安全性:要求系統(tǒng)中有專用的監(jiān)控裝置，用于監(jiān)視系統(tǒng)的工藝設(shè)備、電源等工作情況，故障時(shí)將系統(tǒng)自動(dòng)切換到安全裝置并發(fā)出聲光報(bào)警。系統(tǒng)中還要有安全聯(lián)鎖以防止誤操作，控制系統(tǒng)能進(jìn)行軟手操和緊急手操，能實(shí)現(xiàn)雙向無(wú)擾動(dòng)切換，在任何情況下，都有操作手段，防止操作失靈。4、抗干擾能力:蒸發(fā)過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)條件差，因此要求控制設(shè)備必須要采用光電隔離、防爆防塵等技術(shù)措施。5、使用維護(hù)方便:要求控制系統(tǒng)原理易于掌握，具有模塊化的組件和功能，易于檢驗(yàn)維修。6、人機(jī)界面友好:要求界面系統(tǒng)簡(jiǎn)單明了，實(shí)用方便，易于操作。3.2監(jiān)控系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介考慮當(dāng)前自動(dòng)控制技術(shù)的新發(fā)展及企業(yè)發(fā)展的需要，選用運(yùn)行可靠、功能強(qiáng)大的dcs控制系統(tǒng).采用dcs控制系統(tǒng)，上位機(jī)使用組態(tài)王，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。下位機(jī)采用智能模塊plc，采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。而連接上位機(jī)組態(tài)王與下位機(jī)可編程控制器plc的總線系統(tǒng)用modbus來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。從而實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架為：圖3.1集散控制系統(tǒng)已發(fā)展成為工業(yè)過(guò)程自動(dòng)控制的主流。隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)、通行技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)、顯示技術(shù)、軟件技術(shù)、安裝布線技術(shù)等系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，集散控制系統(tǒng)也不斷發(fā)展和更新，各制造廠商相繼推出和更新各自的集散控制系統(tǒng)商品，在系統(tǒng)的開(kāi)放性、功能的綜合性和先進(jìn)性、操作的方便性和可靠性等方面都有不同程度的改進(jìn)和提高。產(chǎn)品的應(yīng)用范圍已不僅僅是工業(yè)控制領(lǐng)域的各個(gè)行業(yè)，而是向制造過(guò)程自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化的綜合管理方向發(fā)展。并且集散控制系統(tǒng)的功能分層是集散控制系統(tǒng)的體系特征，它充分反映了集散控制系統(tǒng)的分散控制、集中管理的特點(diǎn)。集散控制系統(tǒng)的主要特性是它的集中管理和分散控制。而且，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)使集散控制系統(tǒng)不僅主要用于分散控制，而且向著集成管理的方向發(fā)展，系統(tǒng)的開(kāi)放不僅是不同制造廠商的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品可以互相連接，而且使得他們可以方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的開(kāi)放也使得第三方的軟件可以方便的在現(xiàn)有的集散控制系統(tǒng)上應(yīng)用。集散控制系統(tǒng)的好處：(1)減少等裝置:由于可以將在現(xiàn)場(chǎng)相鄰的一些儀表用一條現(xiàn)場(chǎng)總線相連再通往控制室，這樣就可以將隔離器、端子柜、終端及卡件的數(shù)量減少，因而還可減少裝置及裝置室的空間。(2)免去了數(shù)字與模擬的轉(zhuǎn)換:由于現(xiàn)場(chǎng)總線是實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，所以可免去了像那樣需要進(jìn)行的（數(shù)字模擬）與（模擬數(shù)字）轉(zhuǎn)換，是精度可以從提高到。(3)減少了電纜:由于電纜的大幅減少，費(fèi)用（還包括安裝幾調(diào)試在內(nèi)）可以節(jié)約或更多。(4)可以產(chǎn)生智能化的現(xiàn)場(chǎng)儀表:一臺(tái)多變量的變送器可以同時(shí)測(cè)出管道內(nèi)流體的壓力、溫度及流量，因此一臺(tái)多變量的變送器能頂上臺(tái)變送器之用；如此等等。(5)改善調(diào)節(jié)的性能:集散控制系統(tǒng)中由于將調(diào)節(jié)功能下放到現(xiàn)場(chǎng)儀表去以后是控制周期大為縮短，從而改善了調(diào)解的功能。又由于主機(jī)的負(fù)荷得以減輕，集散控制系統(tǒng)可以從事與系統(tǒng)更復(fù)雜、更先進(jìn)的工作，如過(guò)程的優(yōu)化等任務(wù)。(6)降低了工程費(fèi)用:采用了集散控制系統(tǒng)以后，不但減少了工程設(shè)計(jì)的工作量與圖紙，而且也減少了安裝與調(diào)試的工作量，這些都意味著費(fèi)用的降低。因此，在本次設(shè)計(jì)中我們選用了集散控制系統(tǒng)的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的。本設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控及修改或初始化系統(tǒng)，可用組態(tài)王軟件來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)工藝流程，同時(shí)，設(shè)置實(shí)時(shí)曲線，歷史曲線，報(bào)表及報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的變化情況。而現(xiàn)場(chǎng)中的變化情況需要通過(guò)智能模塊可編程控制器plc上傳到上位機(jī)組態(tài)王來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)modbus協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為了滿足系統(tǒng)的性能要求，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，所以對(duì)控制算法有一定的要求，這就用到系統(tǒng)仿真simulink來(lái)判斷系統(tǒng)是否達(dá)到性能要求。4 系統(tǒng)的集散控制4.1集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)是以微處理器為基礎(chǔ)的集中分散型控制系統(tǒng)。自70年代中期第一套集散控制系統(tǒng)問(wèn)世以來(lái)，集散控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，越來(lái)越多的儀表和控制工程師已經(jīng)認(rèn)識(shí)到集散控制系統(tǒng)必將成為過(guò)程工業(yè)自動(dòng)控制的主流，在計(jì)算機(jī)集成控制制造系統(tǒng)cims（computer integrated manufacturing system）或計(jì)算機(jī)集成作業(yè)系統(tǒng)cips（computer integrated production system）中，集散控制系統(tǒng)將成為主角，發(fā)揮他們的優(yōu)勢(shì)。4.1.1集散控制系統(tǒng)的基本概念集散控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（dccs）又名分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱集散型控制系統(tǒng)（dcs），目前它尚無(wú)確切的定義，其實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)。它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互滲透發(fā)展而產(chǎn)生的，既不同于分散的儀表控制系統(tǒng)，又不同于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它是吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)，在它們的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門系統(tǒng)工程技術(shù)，具有很強(qiáng)的生命力和顯著的優(yōu)越性。集散型控制系統(tǒng)概況起來(lái)由集中管理部分、分散控制檢測(cè)部分和通信部分組成。集中管理部分又可分為工程師站、操作站和管理計(jì)算機(jī)。工程師站主要用于組態(tài)和維護(hù)，操作站則用于監(jiān)視和操作，管理計(jì)算機(jī)用于全系統(tǒng)的信息管理和優(yōu)化控制。分散控制檢測(cè)部分按功能可分控制站、檢測(cè)站或現(xiàn)場(chǎng)控制站，它用于控制和檢測(cè)。通信部分連接集散型控制系統(tǒng)的各個(gè)分布部分，完成數(shù)據(jù)、指令及其他信息的傳遞。集散型控制系統(tǒng)軟件是由實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信軟件、組態(tài)軟件和各種應(yīng)用軟件所組成。使用組態(tài)軟件這一工具，就可生成用戶所要求的實(shí)用系統(tǒng)。集散型控制系統(tǒng)具有通用性強(qiáng)，系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便、顯示操作集中、人機(jī)界面友好、安裝簡(jiǎn)單規(guī)范化、調(diào)試方便、運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn)。它能夠適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的各種需要，提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平和管理水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗和原材料消耗，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證生產(chǎn)安全，促進(jìn)工業(yè)技術(shù)發(fā)展，創(chuàng)造最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。集散控制系統(tǒng)的主要特性是它的集中管理和分散控制。而且，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)使集散控制系統(tǒng)不僅主要用于分散控制，而且向著集成管理的方向發(fā)展，系統(tǒng)的開(kāi)放不僅是不同制造廠商的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品可以互相連接，而且使得他們可以方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的開(kāi)放也使得第三方的軟件可以方便的在現(xiàn)有的集散控制系統(tǒng)上應(yīng)用。4.1.2 集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征(1)分級(jí)遞階控制結(jié)構(gòu)集散控制系統(tǒng)是由相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)組成，按一定的優(yōu)先和從屬關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)。它在垂直方向和水平方向都是分級(jí)的。最簡(jiǎn)單的集散控制系統(tǒng)至少是在垂直方向上分為二級(jí)，即操作管理級(jí)和過(guò)程控制機(jī)。在水平方向上各個(gè)過(guò)程控制級(jí)之間是相互協(xié)調(diào)的分級(jí)，它們把數(shù)據(jù)向上送到操作管理級(jí)，同時(shí)接收操作管理機(jī)的指令，各個(gè)水平分級(jí)之間也進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，這樣的系統(tǒng)是分級(jí)的遞階系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)形式有三種：多層結(jié)構(gòu)，多級(jí)結(jié)構(gòu)和多重結(jié)構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)按系統(tǒng)中決策的復(fù)雜性分級(jí)，對(duì)于一個(gè)存在不確定因素的復(fù)雜控制系統(tǒng)，控制功能遞階分層由四層實(shí)現(xiàn)：直接控制層；優(yōu)化控制或監(jiān)視層；學(xué)習(xí)層或適應(yīng)層；自組織層。多級(jí)結(jié)構(gòu)是為了減少同一級(jí)的各子系統(tǒng)之間信息的交換和決策的沖突，在分散的各決策子系統(tǒng)上添加一級(jí)協(xié)調(diào)級(jí)，用于下級(jí)決策的協(xié)調(diào)和信息的交換。多重結(jié)構(gòu)是指用一組模型從不同角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述的多級(jí)結(jié)構(gòu)，層次的選擇即觀察的角度受觀察者的知識(shí)的程度和對(duì)系統(tǒng)興趣的約束。(2)分散控制結(jié)構(gòu)是針對(duì)集中控制可靠性差的缺點(diǎn)而提出的，是一個(gè)自制的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，可以是垂直型，水平型及混合復(fù)合型。分散的含義不單是分散控制，它還包括了其它含義。分散的目的是為了使危險(xiǎn)分散，提高設(shè)備的可利用率。體現(xiàn)在組織人事的分散，地域的分散，功能的分散，負(fù)荷的分散。(3)冗余化結(jié)構(gòu)為提高系統(tǒng)的可靠性，集散控制系統(tǒng)在重要設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)有影響的公共設(shè)備上常采用冗余結(jié)構(gòu)。常采用的冗余結(jié)構(gòu)方式有：同步運(yùn)轉(zhuǎn)方式；待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方式；后退運(yùn)轉(zhuǎn)方式；多級(jí)操作方式。4.1.3集散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（1）分散過(guò)程控制裝置它是系統(tǒng)與過(guò)程之間的接口，適應(yīng)惡劣的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程環(huán)境；具有分散控制，實(shí)時(shí)性和獨(dú)立性。是集散控制系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程間的界面，生產(chǎn)過(guò)程的各種過(guò)程變量通過(guò)分散過(guò)程裝置轉(zhuǎn)化為操作監(jiān)視的數(shù)據(jù)，而操作的各種信息也通過(guò)分散過(guò)程控制裝置送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在分散過(guò)程控制裝置內(nèi)，進(jìn)行模擬量與數(shù)字量的相互交換，完成對(duì)控制算法的各種運(yùn)算，對(duì)輸入與輸出量進(jìn)行有關(guān)的軟件濾波及其它的一些運(yùn)算。（2）集中操作和操作管理裝置它是操作人員與集散控制系統(tǒng)間的界面，操作人員通過(guò)操作管理裝置了解生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行狀況，并通過(guò)它發(fā)出操作指令給生產(chǎn)過(guò)程。生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)在操作管理裝置上顯示，以便于操作人員監(jiān)視和操作。主要功能是集中各分散過(guò)程控制裝置送來(lái)的信息，通過(guò)監(jiān)視和操作，把操作命令下送各分散過(guò)程控制裝置信息量大；具有易操作性，并且溶銷性好。（3）通信系統(tǒng)分散過(guò)程控制裝置與操作管理裝置之間需要有一個(gè)橋梁來(lái)完成數(shù)據(jù)之間的傳遞和交換，這就是通信系統(tǒng)。主要用于數(shù)據(jù)通信。具有開(kāi)放性，互操作性。4.2 dcs的體系結(jié)構(gòu)新型的dcs開(kāi)放型的體系結(jié)構(gòu)，可方便的與生產(chǎn)管理的上位計(jì)算機(jī)相互交換信息，形成計(jì)算機(jī)一體化生產(chǎn)體系，實(shí)現(xiàn)工廠的信息管理一體化。（1）直接控制級(jí)是dcs的基礎(chǔ)，其主要任務(wù)有：（1）進(jìn)行過(guò)程數(shù)據(jù)采集（2）進(jìn)行直接數(shù)據(jù)的過(guò)程控制（3）進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)的測(cè)試和診斷（4）實(shí)施安全性，冗余化方面的措施。（2）過(guò)程管理級(jí)主要是應(yīng)付單元內(nèi)的整體優(yōu)化，并對(duì)其下層產(chǎn)生確切的命令，在這一層可完成的功能有：優(yōu)化過(guò)程控制，自適應(yīng)回路控制，優(yōu)化單元內(nèi)各裝置，使它們密切配合，通過(guò)獲取直接控制層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)已進(jìn)行單元內(nèi)的活動(dòng)監(jiān)視，故障檢測(cè)存檔，歷史數(shù)據(jù)的存檔，狀態(tài)報(bào)告和備用。（3）生產(chǎn)管理級(jí)產(chǎn)品規(guī)劃和控制級(jí)完成一系列的功能，要求有比系統(tǒng)和控制工程更寬的操作和邏輯分析功能，根據(jù)用戶的訂貨情況，庫(kù)存情況，能源情況來(lái)規(guī)劃各單元中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和規(guī)模，并且可使產(chǎn)品重新計(jì)劃，隨時(shí)更改產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)是工廠自動(dòng)化系統(tǒng)高層所需要的，有了產(chǎn)品重新組織和柔性制造的功能，就可以應(yīng)付由于用戶訂貨變化所造成的不可預(yù)測(cè)的事件。（4）工廠經(jīng)營(yíng)管理級(jí)經(jīng)營(yíng)管理級(jí)居于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的最高一層，它的范圍很廣，包括工程技術(shù)方面，經(jīng)濟(jì)方面，商業(yè)事務(wù)方面，人事活動(dòng)方面以及其他方面的功能。4.2.1 dcs的硬件結(jié)構(gòu)dcs 的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的硬件和軟件都具有靈活的組態(tài)和配置能力。dcs 的硬件系統(tǒng)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將不同數(shù)目的現(xiàn)場(chǎng)控制站，操作員站和工程師站連接起來(lái)，共同完成各種采集，控制，顯示，操作和管理功能。（1）dcs的過(guò)程控制級(jí)過(guò)程控制級(jí)的功能在dcs 中，各種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表（如各種傳感器，變送器等）送來(lái)的過(guò)程控制信號(hào)均由過(guò)程控制級(jí)個(gè)單元進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集，濾除噪聲信號(hào)，進(jìn)行非線性校正及各種補(bǔ)償運(yùn)算，折算成相應(yīng)的工程量，根據(jù)組態(tài)要求還可以進(jìn)行上下限報(bào)警及累計(jì)量計(jì)算。所有測(cè)量值和報(bào)警值經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到操作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，供實(shí)時(shí)顯示，優(yōu)化計(jì)算，報(bào)警打印等。在過(guò)程控制單元中，根據(jù)過(guò)程控制組態(tài)還可以進(jìn)行各種閉環(huán)反饋控制，批量控制與順序控制等，并可接受操作站發(fā)來(lái)的各種手動(dòng)操作命令進(jìn)行手動(dòng)控制，從而提供了對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的直接調(diào)節(jié)控制功能。 用于過(guò)程控制級(jí)的可編程控制器(plc) 構(gòu)成dcs過(guò)程控制級(jí)越來(lái)越多地采用了各種智能數(shù)字調(diào)節(jié)器與可編程控制器，新型的數(shù)字調(diào)節(jié)器與plc不僅容量更大，速度更快，而且都增設(shè)了較強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通信能力?？梢圆捎靡粤畠r(jià)的雙絞線為傳輸介質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)，將作為主節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)控制站與作為從節(jié)點(diǎn)的數(shù)十個(gè)數(shù)字調(diào)節(jié)器，plc或數(shù)字化智能變送器連接在一起，dcs的控制功能進(jìn)一步分散，控制速度與功能及系統(tǒng)的可靠性又得以進(jìn)一步的提高。在小型的dcs中，是以數(shù)字調(diào)節(jié)器與plc為過(guò)程級(jí)而用個(gè)人計(jì)算機(jī)為管理機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)。（2）dcs 現(xiàn)場(chǎng)控制站電源：是具有效率高、穩(wěn)定性無(wú)干擾得交流供電系統(tǒng)。有的采用冗余的雙電源供電方式?？刂朴?jì)算機(jī)：是一個(gè)智能化的可獨(dú)立運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，必須由cpu、存儲(chǔ)器、總線、i/o通道等基本部分組成。（3）可編程控制器可編程控制器是一種以微處理器為核心的過(guò)程控制裝置，它主要配置的是開(kāi)關(guān)量i/o通道，用于執(zhí)行順序控制功能。各廠家生產(chǎn)的plc均以標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化。plc主要用于生產(chǎn)過(guò)程中按時(shí)間順序控制或邏輯順序控制的場(chǎng)合，以取代復(fù)雜的繼電器控制裝置。在專用編程器上輸入全部梯形圖后，編程器即自動(dòng)將其編輯成微處理器可執(zhí)行的內(nèi)部程序，經(jīng)過(guò)試運(yùn)行考驗(yàn)合格后，固化到eprom中，安裝到plc上就可以執(zhí)行輸入的程序，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制。plc在運(yùn)行過(guò)程中不停的巡回檢測(cè)個(gè)接點(diǎn)的狀態(tài)，根據(jù)其變化和預(yù)定的時(shí)序與邏輯關(guān)系，相應(yīng)的改變個(gè)內(nèi)部及電氣化啟動(dòng)定時(shí)器，最終輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)以控制生產(chǎn)過(guò)程。程序運(yùn)行周期由程序長(zhǎng)短和cpu指令執(zhí)行實(shí)踐所確定，一般為數(shù)十毫秒。在較新型的plc中，也提供了模擬量控制模板，同時(shí)也提供了pid等控制算法，plc所特有的高可靠性和它不斷增強(qiáng)的功能，使它在dcs的過(guò)程控制級(jí)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。4.2.2 dcs的集中監(jiān)控1、顯示操作站dcs的集中操作監(jiān)控級(jí)（組態(tài)）主要是顯示操作站，它完成顯示、操作、記錄、報(bào)警等功能。它把過(guò)程參量的信息集中化，把各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)配置的控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過(guò)簡(jiǎn)單的操作，進(jìn)行過(guò)程量的顯示、各種工藝流程圖的顯示、趨勢(shì)曲線的顯示以及改變過(guò)程參數(shù)，如設(shè)定值、控制參數(shù)、報(bào)警狀態(tài)等信息，這就是它的顯示操作功能。顯示操作站的另一功能是系統(tǒng)組態(tài)，因此可進(jìn)行控制系統(tǒng)的生成、組態(tài)。顯示操作站主要是由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、鍵盤、crt顯示器、打印機(jī)等幾部分構(gòu)成。（1）監(jiān)控計(jì)算機(jī)當(dāng)今的dcs的顯示操作站功能強(qiáng)、速度快、記錄數(shù)據(jù)大，因此對(duì)顯示操作站的監(jiān)控計(jì)算機(jī)提出了很高的要求。一般dcs的顯示操作站的監(jiān)控計(jì)算機(jī)都采用16位或32位的微機(jī)，內(nèi)存一般在416mb。目前許多新推出的dcs采用工業(yè)pc機(jī)（通常為486、586計(jì)算機(jī)）來(lái)做顯示操作站的監(jiān)控計(jì)算機(jī)。（2）鍵盤在顯示操作站中，有兩種類型的鍵盤，一種為操作員鍵盤；另一種為工程師鍵盤。工程師鍵盤通常利用標(biāo)準(zhǔn)ascii代碼101鍵盤；操作員鍵盤則是面向操作工操作鍵盤，力求操作簡(jiǎn)單、直觀、易掌握。顯示操作站為用戶提供儀表化的操作環(huán)境，通過(guò)crt操作來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)分散型控制系統(tǒng)的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。它是信息集中分配中心，也是顯示操作的中心。具有控制系統(tǒng)的生成、組態(tài)、集中監(jiān)視操作、報(bào)警、顯示、報(bào)表、通信等功能；顯示操作站主要是和操作員以及工程師有關(guān)的系統(tǒng)的功能；操作員在運(yùn)轉(zhuǎn)整個(gè)系統(tǒng)時(shí)作必要的操作功能，工程師為了進(jìn)行系統(tǒng)的生成和維護(hù)時(shí)作必要的工程師功能。（3）操作員功能操作員功能主要是指正常運(yùn)行時(shí)的工藝監(jiān)視和運(yùn)行操作，主要由畫面指示構(gòu)成。 ddc標(biāo)準(zhǔn)三畫面總貌畫面：用來(lái)監(jiān)視分散型控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，可指示出儀表的位號(hào)，測(cè)量的光柱圖形。在本畫面中可指示出一些運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)，相應(yīng)的儀表位號(hào)指示變成紅色，在閃光的同時(shí)，發(fā)出報(bào)警聲音。組貌畫面：將ddc控制回路分成小組，通常每組8個(gè)回路，在操作時(shí)操作對(duì)應(yīng)的鍵，就可選擇出相應(yīng)的組貌畫面。ddc組貌畫面每幅顯示8個(gè)ddc回路?；芈樊嬅妫阂卜Q調(diào)整畫面?；芈樊嬅骘@示單個(gè)ddc回路的各參數(shù)，利用此畫面可進(jìn)行控制參數(shù)的修改、設(shè)定，完成單個(gè)回路的控制作用。在回路處于串級(jí)狀態(tài)下，在回路畫面上可同時(shí)顯示出相關(guān)回路的狀態(tài)及參數(shù)。 圖形顯示功能可進(jìn)行工藝流程圖的顯示，一幅工藝流程圖由二部分組成：一個(gè)是不隨工作狀況變化的基本圖形，稱之為靜態(tài)圖；另一個(gè)是隨工作狀況的變化而變化的數(shù)據(jù)、曲線、圖形等，稱之為動(dòng)態(tài)圖，并且定時(shí)刷新其變化部分。工藝流程圖可利用彩色crt顯示器的多種顏色予以組合，從而做到顯示美觀，醒目。 趨勢(shì)曲線畫面趨勢(shì)曲線可被存儲(chǔ)起來(lái)，以便具有歷史趨勢(shì)曲線的顯示功能，一般可達(dá)到一天或一個(gè)月，必要時(shí)還可以將趨勢(shì)曲線存儲(chǔ)起來(lái)在軟盤中加以保存。操作員可通過(guò)趨勢(shì)曲線的變化及時(shí)掌握過(guò)程變化情況。也可以通過(guò)歷史趨勢(shì)曲線分析控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，分析事故原因，產(chǎn)品質(zhì)量好壞的原因，有助于分析和管理。 操作指導(dǎo)畫面為了指導(dǎo)操作員準(zhǔn)確及時(shí)地操作，幫助操作員記憶眾多的操作項(xiàng)目，而設(shè)計(jì)了操作指導(dǎo)畫面。如果按畫面要求操作正確，則能正常進(jìn)展；否則，非但不接受錯(cuò)誤操作，而且工序無(wú)法前進(jìn)，從而保證了安全生產(chǎn)。 報(bào)警畫面報(bào)警畫面按時(shí)間順序記錄過(guò)程數(shù)據(jù)發(fā)生上、下限報(bào)警和設(shè)備異常等，并且用顏色變化、閃光文字和聲響來(lái)區(qū)分報(bào)警級(jí)別，以引起操作員注意，立即采取相應(yīng)措施。在實(shí)時(shí)報(bào)警窗口中，為報(bào)警窗口規(guī)定報(bào)警窗口變量名、報(bào)警窗口的外觀等信息。為按鈕建立命令語(yǔ)言連接程序來(lái)更新報(bào)警窗口。（4）工程師功能工程師功能主要包括系統(tǒng)的組態(tài)功能、系統(tǒng)的控制功能、系統(tǒng)的維護(hù)功能、系統(tǒng)的管理功能等。系統(tǒng)的組態(tài)功能：構(gòu)成一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，需進(jìn)行系統(tǒng)的組態(tài)工作，系統(tǒng)工程師可依照給定的運(yùn)算功能模塊進(jìn)行選擇、連接、組態(tài)和設(shè)定參數(shù)，用戶無(wú)須編制程序。系統(tǒng)的控制功能：執(zhí)行由系統(tǒng)組態(tài)功能所生成的系統(tǒng)控制。包括：反饋控制功能，完成預(yù)定的開(kāi)關(guān)量輸入輸出順序控制功能。系統(tǒng)的維護(hù)功能：用于定期檢驗(yàn)各個(gè)作業(yè)，且在系統(tǒng)的建立、修改時(shí)，把內(nèi)容保存在盤中。系統(tǒng)的管理功能：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，包括監(jiān)視功能和控制功能的管理、制表、事故報(bào)警、打印等管理。2、顯示操作站的配置由64位監(jiān)控計(jì)算機(jī)pentiumiv，一個(gè)48.26cm（19英寸）分辨率是640*448的彩色監(jiān)視器和鍵盤組成。電子模件包括微處理器/存儲(chǔ)器板、顯示發(fā)生器板、局域網(wǎng)接口板、外圍接口板等等。監(jiān)視器可選用觸摸屏幕的，是一種光標(biāo)定位裝置，安裝在crt屏幕表面。采用101鍵盤和觸摸式功能鍵盤。外圍設(shè)備有軟盤驅(qū)動(dòng)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)（用于制表打?。⑹髽?biāo)（光電式）等。軟盤采用3.5in,還外加一個(gè)dvdrom驅(qū)動(dòng)器，硬盤容量有80gb。4.3 系統(tǒng)的集散控制硬件設(shè)計(jì)4.3.1 蒸發(fā)器監(jiān)控參數(shù)點(diǎn)蒸發(fā)器是蒸發(fā)過(guò)程的主體設(shè)備，要監(jiān)控的參數(shù)很多，例如，液位、汽室壓力、液室壓力(真空度)、溶液溫度、汽室溫度、蒸汽流量和出料密度等，這些參數(shù)能否得到穩(wěn)定控制，對(duì)于提高蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)指標(biāo)有極其重要的意義。以i效為例，蒸發(fā)器監(jiān)控參數(shù)點(diǎn)如圖表4.1所示。其它效基本相同。序號(hào)變量名變量說(shuō)明類型參數(shù)范圍單位1pt101效汽室壓力模擬量輸入0-0.6mpa2pt102效汽室壓力模擬量輸入0-0.3mpa3pt103效汽室壓力模擬量輸入0-0.3mpa4pt106閃蒸氣壓力模擬量輸入-0.1-0.3mpa5pt107閃蒸氣壓力模擬量輸入-0.1-0.3mpa6te101效汽室溫度模擬量輸入0-1707te102效汽室溫度模擬量輸入0-1708te103效汽室溫度模擬量輸入0-1709te104閃溶液溫度模擬量輸入0-15010te105閃溶液溫度模擬量輸入0-15011te1061-1#冷凝水溫度模擬量輸入0-17012te1071-2#冷凝水溫度模擬量輸入0-17013te1082#冷凝水溫度模擬量輸入0-17014te1093#冷凝水溫度模擬量輸入0-17015te110原液溫度模擬量輸入0-10016te111新蒸汽溫度模擬量輸入0-30017lt1011-1#冷凝水液位模擬量輸入0-2m18lt1021-2#冷凝水液位模擬量輸入0-2m19lt1032#冷凝水液位模擬量輸入0-2m20lt1043#冷凝水液位模擬量輸入0-2m21ft101原液流量模擬量輸入0-300m3/h22ft102新蒸汽流量模擬量輸入0-50m3/h23dt101原液密度模擬量輸入0-3g/cm324dt102蒸發(fā)器出料密度模擬量輸入0-3g/cm325bj101 故障信號(hào)模擬量輸入26bj102報(bào)警信號(hào)數(shù)字量輸出表4.1 蒸發(fā)器監(jiān)控點(diǎn)4.3.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)備為了保證整個(gè)控制系統(tǒng)的高可靠性，工業(yè)pc、檢測(cè)儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用曾在大量程中被證明有效可靠、性能價(jià)格比較好的成熟產(chǎn)品，以保證整個(gè)控制系統(tǒng)的高可靠性。其中主要設(shè)備一覽表如表4.2所示。設(shè)備清單設(shè)備名稱、型號(hào)臺(tái)件數(shù)生產(chǎn)廠家pc機(jī)聯(lián)想inter pentium 4 processor 550含超線成（ht）技術(shù)的英特爾 奔騰 4處理器3.0ghz2聯(lián)想（北京）有限公司打印機(jī)聯(lián)想dp6001聯(lián)想（北京）有限公司plcs7-3001西門子（中國(guó)）有限公司表 4.24.3.3下位機(jī)plc可編程控制器的設(shè)計(jì)一、plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：在最大限制地滿足被控對(duì)象控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全可靠；并考慮到今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇plc機(jī)型時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有余地。1、plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容（1）分析控制對(duì)象，明確設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，它是整個(gè)設(shè)計(jì)的依據(jù)。（2）選定plc的型號(hào)及所需的輸入/輸出模塊，對(duì)控制系統(tǒng)的硬件進(jìn)行配置。（3）編制plc的輸入/輸出分配表和繪制輸入/輸出端子接線圖。2、plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟如圖4.2所示分析控制對(duì)象plc控制系統(tǒng)的硬件配置分配i/o編號(hào)編制程序室內(nèi)調(diào)試 現(xiàn)場(chǎng)總調(diào)固化程序圖4.2(1) 分析控制對(duì)象在確定采樣plc控制后，應(yīng)對(duì)被控對(duì)象（機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過(guò)程）工藝流程的特點(diǎn)和要求作深入了解、詳細(xì)分析、認(rèn)真研究，明確控制的任務(wù)、范圍和要求，根據(jù)工業(yè)指標(biāo)，合理地制定和選取控制參數(shù)，使plc控制系統(tǒng)最大限度地滿足被控對(duì)象的工藝要求。（2）plc控制系統(tǒng)的硬件配置plc控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括plc機(jī)型的選擇、輸入/輸出模塊的選擇、畫出輸入/輸出端子的接線圖的內(nèi)容。(3) 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)就是在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，分配輸入/輸出點(diǎn)地址號(hào)，分配輸入輸出元件地址號(hào)，編寫用戶應(yīng)用程序。根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)出梯形圖、功能圖或語(yǔ)句表等語(yǔ)言的程序，這是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心工作。（4）程序并調(diào)試程序?qū)⒕幾g通過(guò)的程序可下載到plc中，先進(jìn)行室內(nèi)模擬調(diào)試，然后再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)調(diào)試。如果控制系統(tǒng)是由幾個(gè)部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試。調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。（5）程序固化若程序需頻繁修改，可選用ram；若長(zhǎng)期使用不需改變或試運(yùn)行期結(jié)束，可選用eprom或eeprom。把已調(diào)試通過(guò)的程序?qū)懭雃prom或eeprom，將程序固化，plc控制系統(tǒng)就可正式投運(yùn)。二、plc i/o通道分配表plc i/o表（輸入部分）單元號(hào)00端子號(hào)地址號(hào)說(shuō)明db0.0db0.0i效汽室壓力db0.1db0.1ii效汽室壓力db0.2db0.2iii效汽室壓力db0.3db0.3閃蒸氣壓力db0.4db0.4閃蒸氣壓力單元號(hào)01端子號(hào)地址號(hào)說(shuō)明db1.0db1.0i效汽室溫度db1.1db1.1ii效汽室溫度db1.2db1.2iii效汽室溫度db1.3db1.3閃溶液溫度db1.4db1.4閃溶液溫度單元號(hào)02端子號(hào)地址號(hào)說(shuō)明db2.0db2.01-1#冷凝水溫度db2.1db2.11-2#冷凝水溫度db2.2db2.22#冷凝水溫度db2.3db2.33#冷凝水溫度db2.4db2.4原液溫度db2.5db2.5新蒸汽溫度單元號(hào)03端子號(hào)地址號(hào)說(shuō)明db3.0db3.01-1#冷凝水液位db3.1db3.11-2#冷凝水液位db3.2db3.22#冷凝水液位db3.3db3.33#冷凝水液位單元號(hào)04端子號(hào)地址號(hào)說(shuō)明db4.0db4.0原液流量db4.1db4.1新蒸汽流量單元號(hào)05端子號(hào)地址號(hào)說(shuō)明db5.0db5.0原液密度db5.1db5.1蒸發(fā)器出料密度單元號(hào)06端子號(hào)地址號(hào)說(shuō)明db6.0db6.0故障信號(hào)plc i/o表（ 輸出部分）單元號(hào)07端子號(hào)地址號(hào)說(shuō)明db7.0db7.0報(bào)警信號(hào)表4.3三、plc i/o通道分配圖圖4.3 壓力輸入模塊地址分配圖圖4.4溫度輸入模塊地址分配圖圖4.5 溫度輸入模塊地址分配圖 圖4.6 液位輸入模塊地址分配圖 圖4.7流量輸入模塊地址分配圖 圖4.8 密度輸入模塊地址分配圖 圖4.9 報(bào)警輸入模塊地址分配圖 圖4.10報(bào)警輸出模塊地址分配圖四、plc s7-300的擴(kuò)展1、s7-300概述s7-300pc功能強(qiáng)，速度快，擴(kuò)展靈活，它具有緊湊，無(wú)槽位限制的模塊化結(jié)構(gòu)。s7-300pc的主要變量是：最大數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)數(shù)為：1024；最大模擬量輸入輸出數(shù)為128；存儲(chǔ)容量為：20-512kb；位操作指令執(zhí)行周期為0.3-0.6us；定時(shí)器64-128；計(jì)數(shù)器32-64。組成s7-300的主要組成部分有電源模塊（ps）、中央處理單元cpu模塊、接口模塊（im）、信號(hào)模塊（sm）、功能模塊（fm）以及導(dǎo)軌（rack）等，通過(guò)mpi網(wǎng)的接口直接與編程器pg、操作員面板op和其他s7 plc 相連。（1） cpu 模塊中央處理單元cpu模塊有多種型號(hào)，如cpu312ifm，cpu312，cpu313，cpu314，cpu315，cpu315-2dp等，其程序容量、指令執(zhí)行速度、可擴(kuò)展的i/o 點(diǎn)數(shù)，計(jì)數(shù)器/定時(shí)器數(shù)量等隨序號(hào)的遞增而增加。cpu模塊除完成執(zhí)行用戶程序的主要任務(wù)外，還為s7-300