PLC在蒸馏水机控制系统改造中的应用_图文

1、 PLC 在蒸馏水机控制系统改造中的应用郭利霞(武汉船舶职业技术学院电子电气工程系 , 湖北武汉 430050摘 要 为了解决蒸馏水机控制系统不能实现自动控制 , 断电丢失控制参数和蒸馏水温度波动大等缺陷 , 使系统工作安 全可靠 、 运行平稳 , 提高蒸馏水产量和质量 , 本文根据蒸馏水机的控制要求 , 用三菱 PL C 和触摸屏重新设计了 PL C 控制 程序和触摸屏中文画面 , 完善了蒸馏水机的控制系统 。关键词 PL C ; 触摸屏 ; 蒸馏水机 ; 控制系统中图分类号 TQ460. 5 文献标志码 A 文章编号 1671-8100(2007 02-0032-05收稿日期 :2007-

2、02-08作者简介 :郭利霞 , 女 , 硕士 , 讲师 , 研究方向 :机电技术及应用。 蒸馏水机是制药厂药品安全生产及质量保证 不可缺少的重要设备 , 主要用于生产注射用水 , 为 药品生产过程清洗 、 配液和稀释等关键工艺提供 所需的纯水 。蒸馏水机的出水量是 2. 2T/h , 作不正常 , 、 质量 , 增 。 为了解决原控制系统 存在的问题 , 使系统达到安全可靠 、 运行高效平稳 和维护方便快捷等目的 , 需对原来的控制系统进 行技术改造 。1 控制系统存在的问题蒸馏水机控制系统的核心元件是三菱 PL C FX2N -64MR 和三菱 F940GO T 触摸屏 , 具有手动 /自

3、动控制 、 工作状态显示 、 监视数据 、 故障报警 声响等功能 , 几乎所有的操作均可在触摸屏上进 行 。 但在安装调试过程中 , 发现其控制系统设计 不够完善 , 存在不能自动工作的问题 , 并在运行过 程中 , 其控制系统暴露出的问题也越来越多 , 主要 表现在以下几个方面 。(1 该系统只能在温度单位为华氏度及电 阻率单位为 Mohm ×cm 下才能工作 , 无法实现在 温度单位为摄氏度 及电导率单位为 us/cm 下 工作 , 温度显示不直观 , 没有小数位显示 , 读数精 度不高 。(2 系统一旦停电 , , 温度单位由华, Mohm ×cm , , 只有在触摸

4、屏 , 方可 再次启动蒸馏水机 , 否则蒸馏水机无法正常工作 , 有时甚至出现机器故障 。(3 没有低水位自动开机的 PL C 程序 , 无法 实现机器自动启动控制 。 当蒸馏水储罐水位到达 高水位自动停机后 , 若要再次启动机器 , 操作人员 只能手动开机 , 经常出现蒸馏水储罐里的水不够 用的现象 , 增加了操作人员的劳动强度 , 降低了蒸 馏水的产量 。(4 没有温度和电导 /电阻率校验程序 , 计量 人员无法校准第一效至第五效温度和蒸馏水温度 以及纯化水和蒸馏水的电导 /电阻率 , 不符合国家 药品生产质量管理规范 GM P 的要求 。(5 触摸屏上没有控制系统的 I/O 输入输出 工

5、作状态显示 , 操作人员或维修人员无法随时查 看到系统的输入输出工作状态 , 不便于迅速查找 及解决故障问题 。2 解决控制系统存在问题的方案2. 1 总体方案通过对蒸馏水机的安装调试和现场观察 , 发 现该机器机械上无故障 , 但电气控制系统的 PL C23工程技术 武汉船舶职业技术学院学报 2007年第 2期程序和触摸屏画面有问题 。 经分析可以保持系统 原有的硬件不变 , 只改变或重新设计 PL C 程序和 触摸屏画面 , 就能解决系统存在的诸多问题 。由 于原来的 PL C 程序和触摸屏画面都设有密码保 护 , 不能下载 , 要想对其进行改造 , 只能根据蒸馏 水机的工艺控制要求 ,

6、重新编写 PL C 程序 , 参照 原来触摸屏的操作画面个数及内容来设计触摸屏 画面 。2. 2 系统工艺流程及控制要求系统工艺流程 :蒸馏水机主要由动力柜 、 控制 柜 、 5效蒸发器 、 5效分离器 、 5效预热交换器 、 冷 凝器 、 过滤器 、 呼吸器 、 纯化水泵 、 电磁阀 、 球阀 、 气 动阀 、 调节阀 、 单向阀 、 疏水阀 、 安全阀 、 316L 不锈 钢管道和各种检测元件等组成 。其工艺流程为 :纯化水回路供给的纯化水在泵的提升下 , 经过冷 凝器和 1效至 5效预热交换器 , 进入第 1效蒸发 器管程 , 同时在第 l回路供给的工厂蒸汽 ,发 ,器 , 2效 至第

7、5。 于是纯化水在纯蒸汽的 作用下 , 经过冷凝器的冷凝转化为蒸馏水 , 不合格 的蒸馏水经气动阀排放掉 , 合格的蒸馏水经气动 阀进入注射用水储罐 。另外 , 回路供给的冷却水 用于控制蒸馏水的温度和系统停机时冷却机器 , 纯化水回路的纯化水通过强冷气动阀用于机器的 后备冷却 。 系统控制要求有 :(1 蒸馏水机的工作过程由准备状态 、 待机 状态 、 注水状态 、 加热状态 、 清洗状态 、 蒸馏状态和 冷却状态组成 , 要求在触摸屏上能显示这些工作 状态 。(2 要求能在触摸屏上选择设定温度单位为 摄氏度 或为华氏度 , 电导率单位为 us/cm 或 电阻率单位为 Mohm ×

8、cm 。(3 要求在触摸屏上能显示第 l 效至第 5效 分离器及蒸馏水的温度测量值 (要有 l 位小数位 显示 、 蒸馏水及纯化水电导率或电阻率的测量 值 , 并能校验这些数值 。(4 要求在触摸屏上能启动 /停止机器 , 具有 警告 /报警画面信息显示 、 历史报警画面显示及储 存功能和输入输出状态显示画面 。其中警告有 6个 , 即 2效至 5效温度探头故障 、 l 效低温警告和 蒸馏水进罐阀没有打开警告 。当发生警告故障 时 , 机器能继续运行 , 弹出的警告画面提醒操作人 员处理 ; 报警有 22个 , 即 l 效低水位 、 l 效至 5效 高水位 、 l 效和蒸馏水温度探头故障 、

9、1效高温 、 蒸 馏水低温及高温 、 冷却水及压缩空气压力低 , 纯化 水供水泵故障 、 爆破膜故障 、 分析仪故障 、 急停报 警 、 蒸馏水及纯化水电阻率 /电导率不合格 、 蒸馏 水进罐阀没有关闭 、 蒸馏水排放阀没有打开及没 有关闭报警等 。当发生报警故障时 , 机器立即停 机 , 并弹出报警画面 。(5 具有自动蒸馏和手动蒸馏两种工作方 式 。 若蒸馏水机处于自动蒸馏方式时 , 则由注射 用水储罐的水位高低来自动控制机器的停止 /启 动 , 即当注射用水储罐高水位时机器自动停机 , 当 。 若蒸馏水(也可 , 若要再次启 , 只能由人工启动 。这种方式适用于机器 处于自动蒸馏方式且当

10、注射用水储罐水位没有到 低水位时 , 若要急于启动机器制水 , 可将机器由自 动蒸馏切换到手动蒸馏方式工作 。2. 3 控制系统的组成及功能该控制系统是由动力柜 、 PL C 、 触摸屏 、 传感 元件 、 功能模块及仪表 、 输入设备和输出执行元件 等组成 。动力柜用于接收三相 380VAC/50HZ 的电 源 , 以提供给纯化水供水泵电机和控制柜所需的 电源 。原系统采用三菱 PL C FX2N -64MR 作为系 统的主控单元 , 几乎所有的编程控制 、 数据处理及 通讯功能均由它来实现 。它具有 32个输入点和 32个输出点 , 而系统只需 18个输入点和 17个输 出点 , 因此留有

11、足够的余量 , 以备将来改进生产工 艺扩展用 。为了尽量少改动原有控制系统 PL C 的 I/0外围接线 , 让原来用于高水位停机的输入 端 X10不用 , 另外 , 还增加了注射用水储罐中低 水位 、 高水位检测信号 , 将它们分别接至输入端 X2l 和 X22。该系统具体的 I/0地址分配如表 l 所示 。该系统引入三菱 F940GO T 触摸屏 , 一方面 提高自动化水平 , 另一方面有良好的人机界面功 33PL C 在蒸馏水机控制系统改造中的应用 郭利霞 能 , 用于监控 PL C 输入和输出各点以及内部寄存 器的状况 , 同时可以在屏幕上设定控制参数启停 机器 , 还能显示实时数据

12、、 工作状态和故障信息以 及实现与 PL C 通讯等作用 。两支电导 /电阻率测量传感器用于检测纯化 水和蒸馏水电导 /电阻率 , 将它们测得的非电量信 号送电导 /电阻率分析仪处理 ;6支 Pt100热电阻 传感器用于检测第 l 效至第 5效分离器温度 , 蒸 馏水温度的 6个非电量信号送特殊功能模块 K2、 K3处理 。 功能模块及仪表包括 :(1 FX2N 4AD 为四路模拟输入特殊功能 模块 K0, 用于将来自电导 /电阻率分析仪输出的 蒸馏水和纯化水的两路 420mA 的模拟电导 /电阻率信号转变为数字信号送 PL C 处理 ;(2 FX2N 4DA 为四路模拟输出特殊功能 模块 K

13、1, 用于将来自 PL C 控制输出的两路数字 信号转变成两路 420mA 的模拟信号 , 分别传 送给蒸馏水的 I/P 驱动器和第 1驱动器 , 由两个 I/l±l 或 ±2范围内 ; (3 FX2N -4AD -P T 为四路热电阻特殊功 能模块 , 两个同样的特殊功能模块 (K2、 K3 将第 l 效至第 5效分离器温度及蒸馏水温度的 6个非 电量信号 , 转变为数字信号送 PL C 处理 ;(4 电导 /电阻率分析仪用于输出两路 4 20mA 的直流电流信号 , 其中一路对应水的电导 /电阻率 , 先接至蒸馏水电导 /电阻率记录仪 , 再与 特殊功能模块 K0的 C

14、H2串联连接后送 PL C 进 行处理 。 另一路对应纯化水的电导 /电阻率 , 直接 与特殊功能模块 K0的通道连接后送 PL C 进行 处理 ;(5 电导 /电阻率记录仪只用于蒸馏水机运 行时 , 对蒸馏水的电导 /电阻率实时打印记录 。 输入设备的开关状态是参与 PL C 控制的必 要条件 , 主要有急停按钮 、 压力开关 、 第 1效低水 位开关 、 第 l 效高水位开关等 18种开关 。输出执行元件主要接收 PL C 的输出信号 , 用 于控制报警中间继电器 CRl 、 报警指示灯 、 准备指 示灯 、 运行指示灯 、 电磁气动元件 (电磁阀 、 气动 阀 、 调节阀 和纯化水泵等

15、17种执行元件的启动 与停止 。表 1 P LC 的 I/0分配表输入 功能 输出 功能X0急停按钮 Y0报警 中 间 继 电 器 CRlXl 1效低水位开关 Y1报警指示灯X21效高水位开关 Y2准备指示灯X32效高水位开关 Y3运行指示灯X43效高水位开关 Y4记录仪启 /停中 继 CR2X54效高水位开关 Y5电子计时器X75效高水位开关 Y6蜂鸣 器 报 警 中 继 CR3X11压缩空气压力开关 Y7记录 通 道 二 中 继 CR4X12冷却水压力开关 Y17水位 控 制 电 磁 阀X13l 效中水位开关 Y20工厂 蒸 汽 温 度 控制电磁阀X14自来 水 冷 却 电 磁阀水 温 度

16、 控 制电磁阀Y23蒸馏 水 排 放 电 磁阀X2l WFI 储罐中低水位 Y24蒸馏 水 进 罐 电 磁阀X22WFI 储罐中高水位 Y25纯化 水 强 冷 电 磁阀X24分析仪蒸馏水电导中继触点 Y34纯化 水 泵 接 触 器X25分析仪纯化水电导中继触点 Y35纯化 水 泵 运 行 灯X35爆破膜开关2. 4 控制系统软件设计本系 统 触 摸 屏 所 有 画 面 均 由 SWSDS -GO TR PAC KCL 软件进行设计 , 有欢迎画面 、 主菜单 、 启动画面 、 查看数据画面 、 温度控制参数 显示画面 、 清洗时间设定 、 控制设置选择画面 、 温 度控制参数设置 、 控制功能

17、设置画面 、 PID 调节回 路选择 、 蒸馏水温度 PID 、 l #分离器温度 PID 、 PID 参数复位 、 报警设置画面 、 电导 /电阻率报警 设置 、 温度报警设置画面 、 系统设置 、 工程单位设 置 、 报警画面 、 电导 /电阻率校验 、 温度校验 、 输入 输出状态信息 、 操作规程画面和共通画面等 46个 画面 , 同时还设计有 78条注释 , 主要用于蒸馏水 机的控制参数设定 、 启停机器 、 实时数据显示 、 工 作状态显示和故障信息显示以及实现与 PL C 通 讯等作用 , 经 GT 软件编译无误后 , 从 PC 机下载 到触摸屏即可调试使用 。43武汉船舶职业技

18、术学院学报 2007年第 2期 重新设计了工程单位设置画面 , 在该画面上 温度单位的选择采用一个交替式的触摸键 (对应 PL C 辅助继电器 M74位 、 一个部件上 /下图形 开关显示以及配合 PL C 程序来实现 , 当部件图形 开关显示向上时选择摄氏度 , 对应于 PL C 辅助 继电器 M87的常闭点 , 当部件图形开关显示向下 时选择华氏度 , 对应于 PL C 辅助继电器 M87的常开点 ; 同样在该画面上电导率或电阻率单位 的选择也采用一个交替式的触摸键 (对应 PL C 辅 助继电器 M75位 、 一个部件上 /下图形开关显示 以及配合 PL C 程序来实现 , 当部件图形开

19、关显示 向上时选择电导率单位 us/cm , 对应于 PL C 辅助 继电器 M85的常闭点 , 当部件图形开关显示向下 时选择电阻率单位 Mohm ×cm , 对应于 PL C 辅 助继电器 M85的常开点 ; 凡是有温度测量值显示 的画面上 , 将数据显示的格式栏中的十进制数点 数都设为 1, 即有 l 位小数位显示 ,精确度 。,存器 (在 D200之间选用 来存贮 , 如 1效 分离器温度控制参数使用 D300,l 效分离器低温 报警设定值用 D303,1效分离器高温报警设定值 用 D304。 蒸馏水温度控制参数使用 D301, 蒸馏 水低温报警设定值用 D305, 蒸馏水高

20、温报警设定 值用 D306。纯化水电导 /电阻率报警设定值用 D409, 纯化水清洗时间设定值用 D309。蒸馏水 电导 /电阻率报警设定值用 D417, 蒸馏水清洗时 间设定值用 D308。除了增加低水位自动开机 , 高水位自动停机 的 PL C 控制程序外 。还在触摸屏的启动画面上 设有储罐低水位 , 储罐中水位 , 储罐高水位元件 , 配合 PL C 程序送 D203, 用于在触摸屏上实时显 示器储缺罐的水位 ; 设有低水位自动开门 , 高水位 自动停机元件配合 PL C 程序用于在触摸屏上实 时显示机器的水位自动控制状况 。本系统的 PL C 程序设计采用三菱 SW3D5-GPPW -

21、C 编程软件以梯形图方式编程来完成 , 程序设计的总体思路为一个顺序控制 , 系统的各 工序状态和各种电气元件动作严格按照蒸馏水机 的工艺顺序执行 , 并由相应的条件来控制切换 。 为了保证产品的质量和系统的可靠性 , 还必须严 格考虑各电气元件动作之间的前后连锁关系 , 以 及现场电气元件的反馈信号和测量信号的正确采 集 。 同时要充分考虑常规的保护环节 、 故障检测 环节 、 故障报警及显示环节 , 将系统的各类功能都 做成相应的程序段 , 并结合触摸屏共同完成一个 完整控制系统的设计 。系统 PL C 程序设计流程如图 1所示 。该流 程图的基本结构包括选择分支 、 条件判断与转移 和条

22、件循 环 , 总 体 来 说 是 一 个 顺 序 控 制 结 构 。 PL C 程序设计流程主要包括自动蒸馏程序和手 动蒸馏程序两部分 , 它们是连锁的 , 只能在开机前 进行选择 , 不能同时进行 。系统梯形图由 9个程序段组成 :特殊功能 模块初始化配置程序 ; 电导 /电阻率和温度测 量采样程序 ; ; ; 电 ; 1效和蒸馏水温 ; 启动 /停止 、 自动蒸馏和 ; 报警 /警告控制程序 ; 画面切换控制程序 。在 PL C 程序中使用了辅助继电器 M74和 M75, 并多次使用了辅助继电器 M85、 M87的常 开点及常闭点 , 并与触摸屏工程单位设置画面的 内容结合起来实现 。 在

23、 PL C 程序中将参数输入 值都使用具有停电保持用的数据寄存器 (在 D200 D511之间选用 来存贮 , 并与触摸屏上的参数 设定画面数值输入的基本栏中的元件所使用数据 寄存器相同 。 在 PL C 程序中增加了温度校验 、 电 导 /电阻率校验 、 输入输出状态的 PL C 程序 , 并将 它们与触摸屏画面的内容结合起来实现 。3 结束语对蒸馏水机控制系统进行改造后 , 彻底解决 了原控制系统存在的 6个问题 , 还使系统增加了 一些新功能 , 实现了机器的自动控制 , 具有控制精 度高 、 误差小 、 稳定性好 、 参数设置简单 、 数据显示 直观等特点 , 系统的可靠性和安全性得到

24、显著提 高 , 故障率低 , 减少了操作人员的工作强度 , 大大 地提高注射用水的产量和质量 , 保证了公司的正 常生产 。53PL C 在蒸馏水机控制系统改造中的应用 郭利霞 图 1 PL C 程序设计流程图参 考 文 献1 钟肇新 , 彭 侃 . 可编程控制器原理及应用 (第二版 M .广 州 :华南理工大学出版社 ,2001,4.2 周万珍 , 高鸿斌 . PLC 分析与设计应用 M .北京 :电子工业出版社 ,2004,1.3 张忠夫 . 机电传动与控制 M .北京 :机械工业出版社 ,2001, 7.The Application of PLC in the T echnical I

25、nnovation ofControl System for Distilled W ater MachineGU O Li 2xia(Wuhan Instit ute of Ship building Technology , Wuhan 430050, China Abstract :In order to solve t he problem t hat t he original system of distilled water machine can not realize auto co nt rol ,lose cont rol parameter after power cu

26、t ,distilled water tempera 2 (下转第 51页 63武汉船舶职业技术学院学报 2007年第 2期 基于网页探测技术的企业竞争情报系统设计 王歆萍 6. 7 系统安全管理模块 本模块用于设置系统的角色和用户 , 以及对 登陆用户进行身份的合法性检验 。在本系统中采 用用户 角色两极安全模式 , 角色设定系统的权 限 ,用户可以充当多个角色 ,不同的角色对应的权 限不同 。系统角色分为超级管理员 、 引擎管理员 、 任务管理员 、 关键字管理员 、 搜索管理员 、 信息管 理员以及系统管理员 7 种 。 现 ,一方面在网络搜索技术研究方面做了一次有 益的尝试 ,另一方面

27、将搜索技术与知识管理相结 合 ,为企业各部门之间 、 企业与合作者之间的紧密 协作提供了全然不同的信息交流环境 。 参 考 文 献 1 岳剑波 ,企业信息化与竟争情报系统 M . 情报理论与实践 1999 ,22 (2 :112115. 2 . 基于 WEB 企业竟争对手情报自动搜索平台 J . 微 朱 明 计算机应用 ,2004 (1 . 7 结 论 基于网页探测技术的企业竟争情报系统的实 Based on the Website Detection Technology Competitive Intelligence System Design ( Hubei U niversit y of Technology , Wuhan 430068 , China Abstract : In t his paper t he co nc