基于DCS的造纸厂纸机配浆控制监控系统设计

西安建窥科技大学课程设计(论文)任务书一、课程设计(论文)题目二、本次课程设计(论文)应达到的目的程控制器》等相关专业选修课程之后进行的一次全面的综合训练，算机控制系统工程设计的基本理论、方法和技能容和要求，整合各专业课程的理论知识和方法，做到理论培养学生分析问题、解决问题的能力和独立完成三、本次课程设计(论文)任务的主要内容和要求(包括原始数据、1.熟悉造纸厂纸机配浆系统的工艺，进行1/0节点的设计；5.撰写课程设计报告一份，要求字数3000～5000字。4.组态王Version6.53用户手册.2006教研室主任(签字) 21绪论 3 31.2造纸厂的工艺 52纸机配浆系统的工艺及I/O节点的设计 62.1纸机配浆系统 62.2配浆过程自动控制 62.3I/O节点的设计 73DCS控制系统及上下位硬件 93.1DCS系统简介 93.2DCS现场控制站 3.3DCS操作员站 3.4下位硬件设计及选型 3.5硬件设计 3.5.1电源模块 3.5.2中央处理器模块 3.5.3S7-300模拟量模块选择 4KingView组态软件设计 4.1KingView组态软件简介 4.2纸机配浆上位监控系统 4.3.1监控系统流程画面设计 4.3.2报警画面 4.3.3状态画面结果 造纸技术水平是国家经济发展标志：1、纸的消耗量达5600万吨，居世界第2位。目前我国有造纸企业3500余家。但大多造纸业利用KingView组态软件对其进行了编程，编1绪论系统总线1)主机号输入、运算控制和命令输出等功能的程序已预先存入内存，当系统启动后， 2)常规外部设备常规外部设备由输入设备、输出设备和外存储器等组成。常规的输入设备有键盘、光电输入机等，主要用来输入程序、数据和操作命常规的输出设备有打印机、绘图机、显示器(CRT显示器或数码显示器)等，主要用来把各种信息和数据提供给操作者。外存储器有磁盘装置(软盘、硬盘和半导体盘)、磁带装置，兼有输入/输出两种功能，主要用于存储系统程序和数据。这些常规的外部设备与主机组成的计算机基本系统(即通常所言的计算机),用于一般的科学计算和管理是可以满足要求的，但是用于工业过程控制，则必须增加过程输入/输出设备。3)过程输入/输出设备过程输入/输出设备是在计算机与工业对象之间起着信息传递和转换作用的装置，除了其中的测量变送单元和信号驱动单元属于自动化仪表的范畴外，主要过程输入通道包括模拟量输入通道(简称A/D通道)和数字量输入通道(简称DI通道),分别用来输入模拟量信号(如温度、压力、流量、液位等)和开关量信号(继电器触点、行程开关、按钮等)或数字量信号(如转速、流量脉冲、BCD码过程输出通道包括模拟量输出通道(简称D/A通道)和数字量输出通道(简称DO通道),D/A通道把数字信号转换成模拟信号后再输出，DO通道则直接输出开关量信号或数字量信号。4)操作台操作台是操作员与系统之间进行人机对话的信息交换工具，一般由CRT显示器(或LED等其他显示器)、键盘、开关和指示灯等构成。操作员通过操作台可以了解与控制整个系统的运行状态。操作员分为系统操作员与生产操作员两种。系统操作员负责建立和修改控制系统，如编制程序和系统组态；生产操作员负责与生产过程运行有关的操作。为了安全和方便，系统操作员和生产操作员的操作设备一般是分开的。5)接口电路主机与外围设备(包括常规外部设备和过程通道)之间，因为外设结构、信息种类、传送方式、传送速度的不同而不能直接通过总线相连，必须通过其间的桥梁——接口电路来传送信息和命令。计算机控制系统有各种不同的接口电路，一般分为并行接口、串行接口、管理接口和专用接口等几类。6)通信设备图1-2造纸厂纸机配浆系统的工艺2纸机配浆系统的工艺及I/O节点的设计针叶木浆配浆过程：针叶木浆由4双圆盘磨浆机和阔叶木浆配浆过程：阔木浆由2双圆盘磨浆机和高位箱(b)配浆设备恒功率控制(通过对成线盘磨的功率自动/手动的分配，实现进、退刀，调整配浆设备动刀和静刀间隙),保证配浆质量的连续稳定以及设备(d)系统设有清洗水压力手动遥控系统，在配浆过程结束时用一清洗(e)系统设有配浆过程三通控制功能，可以实现连续配浆和循环配浆的切(f)配浆质量控制，质量控制是配浆控制的最后一个环节，用配浆度软测量技术测得配浆度(用化验值校正),用以控制配浆设备稳定配浆质量。 图2-1生产线流程简图针木浆板或阔木浆板经水力碎浆机碎浆后，形成4%～5%浓度的原浆，分别经过各自的双盘磨配浆线配浆，形成约3.6%浓度的成浆，分别储存在各自的成浆池中。由干损纸碎浆机来的损纸浆经盘磨配浆后，加上网部回收的湿损纸浆，储存在损纸成浆池中。三种浆按一定比例配成生产用的混合浆，浓度调到2.5%左右，经冲浆池稀释后到纸机流浆箱抄造。在此过程中还要控制加入各种助剂。浆料从流浆箱出来后上纸机网部、真空系统、白水回收系统以及蒸汽系统，最后控制系统选用北京和利时系统工程股份有限公司的HOLLIAS-MACS。该系统采用PROFIBUS-DP现场总线技术，具有可靠、先进、高性价比的特点。在硬件上，系统的电源、主控单元、I/O设备、网络都采用冗余技术，提高了硬件的可靠性。而且，采用特殊保护措施，系统的所有模块(AI、AO、DI、DO)都可带主控柜和1#扩展柜以及浆间操作站位于浆间DCS室150W电源模块FM911共2个，互为冗余的主控单元FM801共2个，8路模拟量输入模块FM148A共6个，6路模拟量输出模块FM151共4个，16路开关量输入模块共4个，16路开关量输出模块FM171共3个；1#扩展柜内安装有互为个，DI模块共5个，DO模块FM171共3个；3#扩展柜内安装有互为冗余的电模块共1个，DO模块FM171共1个。系统图如图4-2所示。打印机Vo接口模块现场仪表、执行器VO接口模块#扩展柜FM171现场仪表、执行器现场仪表、执行器Vo接口模块图2-2生产线控制系统图3DCS控制系统及上下位硬件MACS是北京和利时(Hollysys)开发的分层分布式的大型综合控制系统，系统采用了目前世界上先进的现场总线技术(ProfiBus-DP总线),对控制系统实一台操作员站一台工程师站(也可利用一台操作员站兼做工程师站),一条系统网 第10页共20页服务器服务器及其他现场控制站现场控制站主处理器主处理器现场变送器、执行器操作员站操作员站工程师站 操作员站(OPS)操作员站由高可靠工业微机及专用工业键盘、轨迹球或触摸屏等设备和人机对话、画面显示等专用软件组成。主要完成人机界面的功能，一般采用桌面型通用计算机系统，如图形工作站或个人计算机等。其配置与常规的桌面系统相同，但要求有大尺寸的显示器(CRT或液晶屏)和性能好的图形处理器，有些系统还要求每台操作员站使用多屏幕，以拓宽操作员的观察范围。为了提高画面的显示速度，一般都在操作员站上配置较大的内存。MACS专用的操作员站软件是运行在中文WindowsNT上的实施监控软件。该软件包含的任务主要由模拟流程图显示、趋势显示、参数列表显示、工艺报警显示、日志和事件查询显示及控制调节和参数整定等操作功能。操作员站监控软件是最重要的人机界面，支持专用工业键盘，轨迹球或触摸屏等外部设备。操作站硬件配置要求：奔腾100以上工业PC机；16M以上内存；540M以上高速硬盘；支持800*600、256色以上的显示卡和显示器；10M100M自适应以太3.4下位硬件设计及选型上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，屏幕上显示各种信号变化(液单片机之类的。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据(一般为模拟量),转换成数字信号反馈给上位机。简言之如此，实际情况千差万别，但万变不离其宗：上下位机都需要编程，都有专门的开发系统。在概念上，控制者和提供服务者是上位机，被控制者和被服务者是下位机，也可以理解为主机和从机的关系，但上位机和下位机是可以转换的。通常工控机，工作站，触摸屏作为上位机，通信控制PLC,单片机等作为下位机，从而控制相关设备元件和驱动装置。设计与选择：SIEMENSSIMATIC运行时要进行一系列的操作，大致可分为四个阶段，以故障诊断通信处理为主的公共操作，联系工业现场的数据输入输出操作，执行用户程序的操作以及服务于外部设备的操作。S7-300PLC与其它可编程序控制器一样都是采用分时操作的原理，即循环扫描方式，也就是说首先扫描输入模块的状态，并更新输入过程映像区寄存器，接着执行用户程序，最后从输 信号模板(SM)、模板功能(FM),还可加上接口模板(IM)和通信处理器(CP)。压120/230VAC,50/60HZ),输出电流2A/5A/10A,输出电压24VDC,防短路和(d)高端CPU:317-2DP和CPU3S7-300有多种型号的模拟量模块可供选择。本设计选用了1个SM-331模 位模块、2AI×12位模块和8AI×16位模块，分别为8通道的12位模拟量输入模块、2通道的12位模拟量输入模块、8通道的16位模拟量输入模块。它们除了模拟量输出(简称模出，AO)模块SM332目前有三12位模块、2A0×12位模块和4A0×16为模块，分别为4通道的12位模拟量输出模块、2通道的12位模拟量输出模块和4通道的16位模拟量输出模块。用于调节或控制，其主要组成部分是D/A转换器，可以用传送指令“TPQW...”向模SM332可以输出电压，也可以输出电流。在输出电压时，可以采用2线回路和4线回路两种方式与负载相连。采用4线回路能获得比较高的输出精度。4KingView组态软件设计关闭历史趋势曲线关闭实时报警窗口关闭历史报警窗口历史趋势曲线四 事件时间变量名针术成浆.阔术成浆.阔术成浆.阔术成浆损纸成浆.损纸成浆.损纸成浆.损纸成浆.V《>第16页共20页4.3.3状态画面结果一阔木成浆液位大的指导，使我受益匪浅。在本次课程设计中，我们同学都相互帮助，相互学习，不仅增长了我们的知识，同时也促进了我们之间的友谊。通过本次设计，使我个人的综合能力有很大的提高，同时也使我对自动化专业的未来就业及专业趋势有了进一步的理解。由于本人知识面局限，设计中的不足之处请老 第18页共20页[1]刘翠玲，赵敏华.集散控制系统.北京：中国林业出版社；北京大学出版社，2006.[2]张新微，陈旭东.集散系统及系统开放.北京：机械工业出版社，2005.[3]吴锡祺，何镇湖.多级分布式控制与集散系统.北京：中国计量出版社，[4]刘焕彬.制浆造纸过程自动测量与控制.北京：中国轻工业出版社，[5]王常力，罗安.分布式控制系统(DCS)设计与应用实例.北京：电子工业出版社，2004.[6]林锦国.过程控制.南京：东南大学出版社，2001[7]大华纸业DCS设计图纸资料.2004.[8]大华纸业DCS技术协议.[10]吴锡祺等.多级分布式控制与集散系统[M].北京：中国计量出版社，2000:6-12.[11]王孟效，孙瑜，汤伟，张根宝.制浆造纸过程测控系统及工程[M].北京：化学工业出版社，2003:34-45.[12]胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2001:56-80.附录资料：不需要的可以自行删除工艺图形符号大全第19页共20页气动或液动闸阀配气站—清管配气站——气体分离站———S输气首站—M输气末站或门站—*——分输站集气站天然气净化厂油田气处理站-LPG加气站—×—阴极保护站半地上阀室地上阀室地下阀室——主要工艺管线 次要工艺管线 交叉管线里法兰盖闸板阀球阀止回阀减压阀旋塞阀三通旋塞阀旋风式分离器分离器通球指示器过滤器电动阀收球筒发球筒压力表压力变送器调压阀地下管道阀室地上管道阀室温度变送器差压变送器立式分离器卧式分离器立式精密过滤器足—调压阀第20页共20页椭圆形封头电动液压式闸阀电动液压式球阀螺纹连接里程桩流量计温度计检查桩旋风分离器快开盲板同心异径管接头火炬往复压缩机清管三通三通阀四通阀锥形过滤器网状过滤器密闭式安全阀角式截止阀汇管绝缘法兰第21页共20页号说明号说明用于一张图内只有一种管道接四通连——P——用汉语拼音字头表示管道类别流向用图例表示管道类别坡向指管道交叉不连接，在下方和后面的管道应断开缩器套管伸三通连接缩器波形伸弧形伸缩器管道滑动支架方形伸缩器保温管也适用于防结露管##防水套管多孔管第22页共20页软管拆除管——可挠曲橡胶接头地沟管管道固定支架管防护套管道立管检查口排水明治清扫口排水暗沟通气帽弯折管表示管道向后弯90°O9雨水斗弯折管表示管道向前弯90°O丫排水漏斗存水弯圆形地漏Ⅲ方型地漏—阀门套筒自动冲洗箱挡墩第23页共20页说明号说明法兰连接活接头承插连接转动接头管堵管接头法兰堵盖弯管偏心异径管正三通异径管斜三通nn乙字管正四通喇叭口斜四通螺纹连接说明说明第24页共20页号阀门用于一张图内只有一种阀门电动阀角阀见见液动阀三通阀>>气动阀四通阀减压阀闸阀旋塞阀下下截止阀底阀DD球阀消声止回阀隔膜阀碟阀温度调节阀弹簧安全阀压力调节阀平衡锤安全阀电磁阀Q□自动排气阀止回阀浮球阀气开隔膜气闭隔膜阀第25页共20页阀延时自闭冲洗阀脚踏开关放水龙头疏水器皮带龙头室外消火栓洒水龙头室内消火栓(单化验龙头室内消火栓(双肘式开关水泵接合器文文消防喷头(开式)消防报警阀消防喷头(闭式)卫生器具及水池号号水盆水纸立式洗脸盆第26页共20页用于一张图只有一种水盆或水池浴盆化验盆、洗涤盆挂式小便器带蓖洗涤盆蹲式大便器O盥洗槽OO坐式大便器污水池淋浴喷头妇女卫生盆O矩形化粪池HC为化粪池代号立式小便器圆形化粪池除油池YC为除油池代号放气井沉淀池CC为沉淀池代号泄水井降温池JC为降温池代号①水封井中和池跌水井第27页共20页ZC为中和池代号雨水口水表井本图例与流量计相同设备及仪表明号泵用于一张图只有一种泵D管道泵离心水泵热交换器真空泵水-水热交换器手摇泵开水器定量泵喷射器磁水泵集气罐过滤器除污器上图：平面下图：立面水锤消除暖风机第28页共20页器浮球液位器温度计搅拌器水流指示器散热器上图：平面下图：立面压力表自动记录压力表自动记录流量计电接点压力表古☑转子流量计流量计减压孔板暖通工程图形符号线型|风管及部件|通风空调设备|阀门线型号说明号粗实线细虚线中实线细点划线第29页共20页细实线细双点划线粗虚线VV折断线中虚线波浪线风管及部件号说明号风管送风管上图为可见剖面下图为不可见剖面排风管上图为可见剖下图为不可见剖面风管测定孔异径管柔性接头中间部分也适用于软风管异形管(天弯头第30页共20页圆地方)带导流片弯头圆形三通消声弯头孔风管检查伞形风帽筒形风帽百叶窗锥形风帽PP插板阀斜插板送风口蝶阀回风口对开式多叶调节阀圆形散流器上图为剖面下图为平面光圈式启动调节阀方形散流k风管止回阀第31页共20页器上图为剖面下图为平面防火阀电动对开多叶调节阀阀三通调节通风空调设备号号通风空调设备左图适用于带传动部分的设备，右图适用于不带传动部分的设备加湿器空气过滤器电加热器消声器减振器空气加热器离心式通风机空气冷却器轴流式通风机风机盘管喷嘴及喷雾排管风机流向：自三角形的底边至顶点挡水板压缩机喷雾式滤水器阀门号说明号安全阀膨胀阀散热放风门手动排气阀通阀第33页共20页管道及附件说明用于一张图内只有一种管道四通连接用汉语拼音字头表示管道类别流向用图例表示管道类别坡向指管道交叉不连接，在下方和后面的管道应断开套管伸缩器三通连接波形伸缩器弧形伸缩器管道滑动支架方形伸缩器保温管也适用于防结露管防水套管管多孔软管管拆除可挠曲橡胶接头管地沟管道