基于DCS的造紙廠紙機配漿控制監(jiān)控系統(tǒng)設計

西安建窺科技大學課程設計(論文)任務書一、課程設計(論文)題目二、本次課程設計(論文)應達到的目的程控制器》等相關專業(yè)選修課程之后進行的一次全面的綜合訓練，算機控制系統(tǒng)工程設計的基本理論、方法和技能容和要求，整合各專業(yè)課程的理論知識和方法，做到理論培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力和獨立完成三、本次課程設計(論文)任務的主要內(nèi)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、1.熟悉造紙廠紙機配漿系統(tǒng)的工藝，進行1/0節(jié)點的設計；5.撰寫課程設計報告一份，要求字數(shù)3000～5000字。4.組態(tài)王Version6.53用戶手冊.2006教研室主任(簽字) 21緒論 3 31.2造紙廠的工藝 52紙機配漿系統(tǒng)的工藝及I/O節(jié)點的設計 62.1紙機配漿系統(tǒng) 62.2配漿過程自動控制 62.3I/O節(jié)點的設計 73DCS控制系統(tǒng)及上下位硬件 93.1DCS系統(tǒng)簡介 93.2DCS現(xiàn)場控制站 3.3DCS操作員站 3.4下位硬件設計及選型 3.5硬件設計 3.5.1電源模塊 3.5.2中央處理器模塊 3.5.3S7-300模擬量模塊選擇 4KingView組態(tài)軟件設計 4.1KingView組態(tài)軟件簡介 4.2紙機配漿上位監(jiān)控系統(tǒng) 4.3.1監(jiān)控系統(tǒng)流程畫面設計 4.3.2報警畫面 4.3.3狀態(tài)畫面結果 造紙技術水平是國家經(jīng)濟發(fā)展標志：1、紙的消耗量達5600萬噸，居世界第2位。目前我國有造紙企業(yè)3500余家。但大多造紙業(yè)利用KingView組態(tài)軟件對其進行了編程，編1緒論系統(tǒng)總線1)主機號輸入、運算控制和命令輸出等功能的程序已預先存入內(nèi)存，當系統(tǒng)啟動后， 2)常規(guī)外部設備常規(guī)外部設備由輸入設備、輸出設備和外存儲器等組成。常規(guī)的輸入設備有鍵盤、光電輸入機等，主要用來輸入程序、數(shù)據(jù)和操作命常規(guī)的輸出設備有打印機、繪圖機、顯示器(CRT顯示器或數(shù)碼顯示器)等，主要用來把各種信息和數(shù)據(jù)提供給操作者。外存儲器有磁盤裝置(軟盤、硬盤和半導體盤)、磁帶裝置，兼有輸入/輸出兩種功能，主要用于存儲系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)。這些常規(guī)的外部設備與主機組成的計算機基本系統(tǒng)(即通常所言的計算機),用于一般的科學計算和管理是可以滿足要求的，但是用于工業(yè)過程控制，則必須增加過程輸入/輸出設備。3)過程輸入/輸出設備過程輸入/輸出設備是在計算機與工業(yè)對象之間起著信息傳遞和轉換作用的裝置，除了其中的測量變送單元和信號驅(qū)動單元屬于自動化儀表的范疇外，主要過程輸入通道包括模擬量輸入通道(簡稱A/D通道)和數(shù)字量輸入通道(簡稱DI通道),分別用來輸入模擬量信號(如溫度、壓力、流量、液位等)和開關量信號(繼電器觸點、行程開關、按鈕等)或數(shù)字量信號(如轉速、流量脈沖、BCD碼過程輸出通道包括模擬量輸出通道(簡稱D/A通道)和數(shù)字量輸出通道(簡稱DO通道),D/A通道把數(shù)字信號轉換成模擬信號后再輸出，DO通道則直接輸出開關量信號或數(shù)字量信號。4)操作臺操作臺是操作員與系統(tǒng)之間進行人機對話的信息交換工具，一般由CRT顯示器(或LED等其他顯示器)、鍵盤、開關和指示燈等構成。操作員通過操作臺可以了解與控制整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。操作員分為系統(tǒng)操作員與生產(chǎn)操作員兩種。系統(tǒng)操作員負責建立和修改控制系統(tǒng)，如編制程序和系統(tǒng)組態(tài)；生產(chǎn)操作員負責與生產(chǎn)過程運行有關的操作。為了安全和方便，系統(tǒng)操作員和生產(chǎn)操作員的操作設備一般是分開的。5)接口電路主機與外圍設備(包括常規(guī)外部設備和過程通道)之間，因為外設結構、信息種類、傳送方式、傳送速度的不同而不能直接通過總線相連，必須通過其間的橋梁——接口電路來傳送信息和命令。計算機控制系統(tǒng)有各種不同的接口電路，一般分為并行接口、串行接口、管理接口和專用接口等幾類。6)通信設備圖1-2造紙廠紙機配漿系統(tǒng)的工藝2紙機配漿系統(tǒng)的工藝及I/O節(jié)點的設計針葉木漿配漿過程：針葉木漿由4雙圓盤磨漿機和闊葉木漿配漿過程：闊木漿由2雙圓盤磨漿機和高位箱(b)配漿設備恒功率控制(通過對成線盤磨的功率自動/手動的分配，實現(xiàn)進、退刀，調(diào)整配漿設備動刀和靜刀間隙),保證配漿質(zhì)量的連續(xù)穩(wěn)定以及設備(d)系統(tǒng)設有清洗水壓力手動遙控系統(tǒng)，在配漿過程結束時用一清洗(e)系統(tǒng)設有配漿過程三通控制功能，可以實現(xiàn)連續(xù)配漿和循環(huán)配漿的切(f)配漿質(zhì)量控制，質(zhì)量控制是配漿控制的最后一個環(huán)節(jié)，用配漿度軟測量技術測得配漿度(用化驗值校正),用以控制配漿設備穩(wěn)定配漿質(zhì)量。 圖2-1生產(chǎn)線流程簡圖針木漿板或闊木漿板經(jīng)水力碎漿機碎漿后，形成4%～5%濃度的原漿，分別經(jīng)過各自的雙盤磨配漿線配漿，形成約3.6%濃度的成漿，分別儲存在各自的成漿池中。由干損紙碎漿機來的損紙漿經(jīng)盤磨配漿后，加上網(wǎng)部回收的濕損紙漿，儲存在損紙成漿池中。三種漿按一定比例配成生產(chǎn)用的混合漿，濃度調(diào)到2.5%左右，經(jīng)沖漿池稀釋后到紙機流漿箱抄造。在此過程中還要控制加入各種助劑。漿料從流漿箱出來后上紙機網(wǎng)部、真空系統(tǒng)、白水回收系統(tǒng)以及蒸汽系統(tǒng)，最后控制系統(tǒng)選用北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司的HOLLIAS-MACS。該系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術，具有可靠、先進、高性價比的特點。在硬件上，系統(tǒng)的電源、主控單元、I/O設備、網(wǎng)絡都采用冗余技術，提高了硬件的可靠性。而且，采用特殊保護措施，系統(tǒng)的所有模塊(AI、AO、DI、DO)都可帶主控柜和1#擴展柜以及漿間操作站位于漿間DCS室150W電源模塊FM911共2個，互為冗余的主控單元FM801共2個，8路模擬量輸入模塊FM148A共6個，6路模擬量輸出模塊FM151共4個，16路開關量輸入模塊共4個，16路開關量輸出模塊FM171共3個；1#擴展柜內(nèi)安裝有互為個，DI模塊共5個，DO模塊FM171共3個；3#擴展柜內(nèi)安裝有互為冗余的電模塊共1個，DO模塊FM171共1個。系統(tǒng)圖如圖4-2所示。打印機Vo接口模塊現(xiàn)場儀表、執(zhí)行器VO接口模塊#擴展柜FM171現(xiàn)場儀表、執(zhí)行器現(xiàn)場儀表、執(zhí)行器Vo接口模塊圖2-2生產(chǎn)線控制系統(tǒng)圖3DCS控制系統(tǒng)及上下位硬件MACS是北京和利時(Hollysys)開發(fā)的分層分布式的大型綜合控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用了目前世界上先進的現(xiàn)場總線技術(ProfiBus-DP總線),對控制系統(tǒng)實一臺操作員站一臺工程師站(也可利用一臺操作員站兼做工程師站),一條系統(tǒng)網(wǎng) 第10頁共20頁服務器服務器及其他現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站主處理器主處理器現(xiàn)場變送器、執(zhí)行器操作員站操作員站工程師站 操作員站(OPS)操作員站由高可靠工業(yè)微機及專用工業(yè)鍵盤、軌跡球或觸摸屏等設備和人機對話、畫面顯示等專用軟件組成。主要完成人機界面的功能，一般采用桌面型通用計算機系統(tǒng)，如圖形工作站或個人計算機等。其配置與常規(guī)的桌面系統(tǒng)相同，但要求有大尺寸的顯示器(CRT或液晶屏)和性能好的圖形處理器，有些系統(tǒng)還要求每臺操作員站使用多屏幕，以拓寬操作員的觀察范圍。為了提高畫面的顯示速度，一般都在操作員站上配置較大的內(nèi)存。MACS專用的操作員站軟件是運行在中文WindowsNT上的實施監(jiān)控軟件。該軟件包含的任務主要由模擬流程圖顯示、趨勢顯示、參數(shù)列表顯示、工藝報警顯示、日志和事件查詢顯示及控制調(diào)節(jié)和參數(shù)整定等操作功能。操作員站監(jiān)控軟件是最重要的人機界面，支持專用工業(yè)鍵盤，軌跡球或觸摸屏等外部設備。操作站硬件配置要求：奔騰100以上工業(yè)PC機；16M以上內(nèi)存；540M以上高速硬盤；支持800*600、256色以上的顯示卡和顯示器；10M100M自適應以太3.4下位硬件設計及選型上位機是指可以直接發(fā)出操控命令的計算機，屏幕上顯示各種信號變化(液單片機之類的。上位機發(fā)出的命令首先給下位機，下位機再根據(jù)此命令解釋成相應時序信號直接控制相應設備。下位機不時讀取設備狀態(tài)數(shù)據(jù)(一般為模擬量),轉換成數(shù)字信號反饋給上位機。簡言之如此，實際情況千差萬別，但萬變不離其宗：上下位機都需要編程，都有專門的開發(fā)系統(tǒng)。在概念上，控制者和提供服務者是上位機，被控制者和被服務者是下位機，也可以理解為主機和從機的關系，但上位機和下位機是可以轉換的。通常工控機，工作站，觸摸屏作為上位機，通信控制PLC,單片機等作為下位機，從而控制相關設備元件和驅(qū)動裝置。設計與選擇：SIEMENSSIMATIC運行時要進行一系列的操作，大致可分為四個階段，以故障診斷通信處理為主的公共操作，聯(lián)系工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)輸入輸出操作，執(zhí)行用戶程序的操作以及服務于外部設備的操作。S7-300PLC與其它可編程序控制器一樣都是采用分時操作的原理，即循環(huán)掃描方式，也就是說首先掃描輸入模塊的狀態(tài)，并更新輸入過程映像區(qū)寄存器，接著執(zhí)行用戶程序，最后從輸 信號模板(SM)、模板功能(FM),還可加上接口模板(IM)和通信處理器(CP)。壓120/230VAC,50/60HZ),輸出電流2A/5A/10A,輸出電壓24VDC,防短路和(d)高端CPU:317-2DP和CPU3S7-300有多種型號的模擬量模塊可供選擇。本設計選用了1個SM-331模 位模塊、2AI×12位模塊和8AI×16位模塊，分別為8通道的12位模擬量輸入模塊、2通道的12位模擬量輸入模塊、8通道的16位模擬量輸入模塊。它們除了模擬量輸出(簡稱模出，AO)模塊SM332目前有三12位模塊、2A0×12位模塊和4A0×16為模塊，分別為4通道的12位模擬量輸出模塊、2通道的12位模擬量輸出模塊和4通道的16位模擬量輸出模塊。用于調(diào)節(jié)或控制，其主要組成部分是D/A轉換器，可以用傳送指令“TPQW...”向模SM332可以輸出電壓，也可以輸出電流。在輸出電壓時，可以采用2線回路和4線回路兩種方式與負載相連。采用4線回路能獲得比較高的輸出精度。4KingView組態(tài)軟件設計關閉歷史趨勢曲線關閉實時報警窗口關閉歷史報警窗口歷史趨勢曲線四 事件時間變量名針術成漿.闊術成漿.闊術成漿.闊術成漿損紙成漿.損紙成漿.損紙成漿.損紙成漿.V《>第16頁共20頁4.3.3狀態(tài)畫面結果一闊木成漿液位大的指導，使我受益匪淺。在本次課程設計中，我們同學都相互幫助，相互學習，不僅增長了我們的知識，同時也促進了我們之間的友誼。通過本次設計，使我個人的綜合能力有很大的提高，同時也使我對自動化專業(yè)的未來就業(yè)及專業(yè)趨勢有了進一步的理解。由于本人知識面局限，設計中的不足之處請老 第18頁共20頁[1]劉翠玲，趙敏華.集散控制系統(tǒng).北京：中國林業(yè)出版社；北京大學出版社，2006.[2]張新微，陳旭東.集散系統(tǒng)及系統(tǒng)開放.北京：機械工業(yè)出版社，2005.[3]吳錫祺，何鎮(zhèn)湖.多級分布式控制與集散系統(tǒng).北京：中國計量出版社，[4]劉煥彬.制漿造紙過程自動測量與控制.北京：中國輕工業(yè)出版社，[5]王常力，羅安.分布式控制系統(tǒng)(DCS)設計與應用實例.北京：電子工業(yè)出版社，2004.[6]林錦國.過程控制.南京：東南大學出版社，2001[7]大華紙業(yè)DCS設計圖紙資料.2004.[8]大華紙業(yè)DCS技術協(xié)議.[10]吳錫祺等.多級分布式控制與集散系統(tǒng)[M].北京：中國計量出版社，2000:6-12.[11]王孟效，孫瑜，湯偉，張根寶.制漿造紙過程測控系統(tǒng)及工程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003:34-45.[12]胡壽松.自動控制原理[M].北京：科學出版社，2001:56-80.附錄資料：不需要的可以自行刪除工藝圖形符號大全第19頁共20頁氣動或液動閘閥配氣站—清管配氣站——氣體分離站———S輸氣首站—M輸氣末站或門站—*——分輸站集氣站天然氣凈化廠油田氣處理站-LPG加氣站—×—陰極保護站半地上閥室地上閥室地下閥室——主要工藝管線 次要工藝管線 交叉管線里法蘭蓋閘板閥球閥止回閥減壓閥旋塞閥三通旋塞閥旋風式分離器分離器通球指示器過濾器電動閥收球筒發(fā)球筒壓力表壓力變送器調(diào)壓閥地下管道閥室地上管道閥室溫度變送器差壓變送器立式分離器臥式分離器立式精密過濾器足—調(diào)壓閥第20頁共20頁橢圓形封頭電動液壓式閘閥電動液壓式球閥螺紋連接里程樁流量計溫度計檢查樁旋風分離器快開盲板同心異徑管接頭火炬往復壓縮機清管三通三通閥四通閥錐形過濾器網(wǎng)狀過濾器密閉式安全閥角式截止閥匯管絕緣法蘭第21頁共20頁號說明號說明用于一張圖內(nèi)只有一種管道接四通連——P——用漢語拼音字頭表示管道類別流向用圖例表示管道類別坡向指管道交叉不連接，在下方和后面的管道應斷開縮器套管伸三通連接縮器波形伸弧形伸縮器管道滑動支架方形伸縮器保溫管也適用于防結露管##防水套管多孔管第22頁共20頁軟管拆除管——可撓曲橡膠接頭地溝管管道固定支架管防護套管道立管檢查口排水明治清掃口排水暗溝通氣帽彎折管表示管道向后彎90°O9雨水斗彎折管表示管道向前彎90°O丫排水漏斗存水彎圓形地漏Ⅲ方型地漏—閥門套筒自動沖洗箱擋墩第23頁共20頁說明號說明法蘭連接活接頭承插連接轉動接頭管堵管接頭法蘭堵蓋彎管偏心異徑管正三通異徑管斜三通nn乙字管正四通喇叭口斜四通螺紋連接說明說明第24頁共20頁號閥門用于一張圖內(nèi)只有一種閥門電動閥角閥見見液動閥三通閥>>氣動閥四通閥減壓閥閘閥旋塞閥下下截止閥底閥DD球閥消聲止回閥隔膜閥碟閥溫度調(diào)節(jié)閥彈簧安全閥壓力調(diào)節(jié)閥平衡錘安全閥電磁閥Q□自動排氣閥止回閥浮球閥氣開隔膜氣閉隔膜閥第25頁共20頁閥延時自閉沖洗閥腳踏開關放水龍頭疏水器皮帶龍頭室外消火栓灑水龍頭室內(nèi)消火栓(單化驗龍頭室內(nèi)消火栓(雙肘式開關水泵接合器文文消防噴頭(開式)消防報警閥消防噴頭(閉式)衛(wèi)生器具及水池號號水盆水紙立式洗臉盆第26頁共20頁用于一張圖只有一種水盆或水池浴盆化驗盆、洗滌盆掛式小便器帶蓖洗滌盆蹲式大便器O盥洗槽OO坐式大便器污水池淋浴噴頭婦女衛(wèi)生盆O矩形化糞池HC為化糞池代號立式小便器圓形化糞池除油池YC為除油池代號放氣井沉淀池CC為沉淀池代號泄水井降溫池JC為降溫池代號①水封井中和池跌水井第27頁共20頁ZC為中和池代號雨水口水表井本圖例與流量計相同設備及儀表明號泵用于一張圖只有一種泵D管道泵離心水泵熱交換器真空泵水-水熱交換器手搖泵開水器定量泵噴射器磁水泵集氣罐過濾器除污器上圖：平面下圖：立面水錘消除暖風機第28頁共20頁器浮球液位器溫度計攪拌器水流指示器散熱器上圖：平面下圖：立面壓力表自動記錄壓力表自動記錄流量計電接點壓力表古?轉子流量計流量計減壓孔板暖通工程圖形符號線型|風管及部件|通風空調(diào)設備|閥門線型號說明號粗實線細虛線中實線細點劃線第29頁共20頁細實線細雙點劃線粗虛線VV折斷線中虛線波浪線風管及部件號說明號風管送風管上圖為可見剖面下圖為不可見剖面排風管上圖為可見剖下圖為不可見剖面風管測定孔異徑管柔性接頭中間部分也適用于軟風管異形管(天彎頭第30頁共20頁圓地方)帶導流片彎頭圓形三通消聲彎頭孔風管檢查傘形風帽筒形風帽百葉窗錐形風帽PP插板閥斜插板送風口蝶閥回風口對開式多葉調(diào)節(jié)閥圓形散流器上圖為剖面下圖為平面光圈式啟動調(diào)節(jié)閥方形散流k風管止回閥第31頁共20頁器上圖為剖面下圖為平面防火閥電動對開多葉調(diào)節(jié)閥閥三通調(diào)節(jié)通風空調(diào)設備號號通風空調(diào)設備左圖適用于帶傳動部分的設備，右圖適用于不帶傳動部分的設備加濕器空氣過濾器電加熱器消聲器減振器空氣加熱器離心式通風機空氣冷卻器軸流式通風機風機盤管噴嘴及噴霧排管風機流向：自三角形的底邊至頂點擋水板壓縮機噴霧式濾水器閥門號說明號安全閥膨脹閥散熱放風門手動排氣閥通閥第33頁共20頁管道及附件說明用于一張圖內(nèi)只有一種管道四通連接用漢語拼音字頭表示管道類別流向用圖例表示管道類別坡向指管道交叉不連接，在下方和后面的管道應斷開套管伸縮器三通連接波形伸縮器弧形伸縮器管道滑動支架方形伸縮器保溫管也適用于防結露管防水套管管多孔軟管管拆除可撓曲橡膠接頭管地溝管道