基于DCS的造纸厂纸机配浆监控系统设计.doc
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1、西安建筑科技大学课程设计(论文)任务书专业班级: 学生姓名: 指导教师(签名):一、课程设计(论文)题目基于DCS的造纸厂纸机配浆监控系统设计二、本次课程设计(论文)应达到的目的本次课程设计是自动化专业学生在学习了计算机控制技术与系统和过程控制及仪表两门专业必修课程及单片机原理与应用、可编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,其主要目的是加深学生对计算机控制技术相关理论和知识的理解,进一步熟悉计算机控制系统工程设计的基本理论、方法和技能;掌握工程应用的基本内容和要求,整合各专业课程的理论知识和方法,做到理论与实际的统一;培养学生分析问题、解决问题的能力和独立完成系统设计的能力
2、,并按要求编写相关的设计说明书、技术文档和总结报告等.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、技术参数、设计要求等)以造纸厂纸机配浆系统为背景,利用组态软件实现对监控系统的设计。具体要求如下:1熟悉造纸厂纸机配浆系统的工艺,进行I/O节点的设计;2掌握计算机控制系统中DCS现场控制站和操作员站的设计方法,进行上下位硬件设计与选型;3学习KingView组态软件,纸机配浆上位监控系统流程画面,分组画面、报警画面和趋势画面、历史记录的设计;4绘制系统硬件结构图;5撰写课程设计报告一份,要求字数30005000字。四、应收集的资料及主要参考文献:1王再英等.过程控制系统与仪表。机
3、械工业出版社,20062潘新民,王燕芳.微型计算机控制技术。高等教育出版社,20013王锦标。计算机控制系统.清华大学出版社,20084组态王Version6.53用户手册。2006五、审核批准意见教研室主任(签字)目录摘要31绪论31。1概述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83 DCS控制系统及上下位硬件93。1DCS系统简介93。2 DCS现场控制站103。3DCS操作员站113.4下位硬件设计及选型113.5 硬件设计123.5.1 电源模块123.5.2 中央处理器模块123。5。3 S7-
4、300模拟量模块选择124 KingView组态软件设计134。1 KingView组态软件简介134.2纸机配浆上位监控系统144。3纸机配浆上位监控系统画面设计144。3。1监控系统流程画面设计144。3.2报警画面和趋势画面设计154.3。3历史记录设计15总结16参考文献17摘 要纸在人民生活中的作用有:载体文化、信息载体;工农业材料、产品载体。保护、装饰材料-日常生活使用、建筑使用;加工材料充当特殊条件下的加工、工具材料。造纸技术水平是国家经济发展标志:1、纸的消耗量与国内生产总值增长呈同步趋势。2、纸的消耗量与人民生活水平提高呈同步趋势。2005 年我国纸产量达5600万吨,居世界
5、第2 位。目前我国有造纸企业3500余家。但大多造纸业存在问题是:设备落后、能耗、物耗高、产品质量差、档次低、进口量大等原因。近年来,我国造纸业速发展:仅2010年总产量达5115。18万吨,表观消费量5184.96万吨,人均消费量33。9 kg/人。年 本次课程设计主要是对于机制造纸中的配浆系统进行设计,以达到合理配比、智能控制、节约成本的效果。采用HOLLSYS公司的HOLLYSYSMACS多级分布式集散控制系统(DCS),对纸生产线中的控制环节进行了优化处理。本设计利用KingView组态软件对其进行了编程,编写了配浆,液位高停泵、液位高报警等程序。关键词:集散控制系统,HOLLYSYS
6、MACS,控制软件,KingView组态软件1绪论1.1概述计算机的应用促进了控制理论的发展。先进控制的理论和计算机技术的发展推动了工业控制的微机化、智能化和网络化,也推进了先进控制理论的应用.同时,先进控制理论的成功应用也促进了控制理论的持续和深入的开展。因此,计算机在工业生产和理论研究中发挥的作用是无法估量的。同时采用计算机控制可以实现工业过程连续化、大型化和精密化的要求,可以进行在线运算,完成一些比PID更灵活的控制。计算机控制是关于计算机技术如何应用于工业生产过程自动化的一门综合性学问.计算机控制的应用领域是非常广泛的,从计算机应用的角度出发,工业自动化是其重要的一个领域;而从工业自动
7、化的领域来看,计算机控制系统又是其主要的实现手段。可以说,计算机控制系统与用于科学计算及数据处理的一般计算机是两类不同用途、不同结构组成的计算机系统。计算机控制系统是融计算机技术与工业过程控制于一体的综合性技术,它是在常规仪表控制系统的基础上发展起来的。图1-1 计算机控制系统硬件组成框图1) 主机由中央处理器(CPU)、内存储器(RAM、ROM)和系统总线构成的主机是控制系统的核心。主机根据过程输入通道发送来的实时反映生产过程工况的各种信息,以及预定的控制算法,做出相应的控制决策,并通过过程输出通道向生产过程发送控制命令。主机所产生的各种控制是按照人们事先安排好的程序进行的.这里,实现信号输
8、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,CPU就从内存中逐条取出指令并执行,以达到控制目的。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、数据和操作命令。 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
9、,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,主要是指过程输入/输出通道(简称过程通道).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码等)。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
10、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
11、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) 通信设备现代化工业生产过程的规模一般比较大,其控制与管理也很复杂,往往需要几台或几十台计算机才能分级完成控制和管理任务。这样,在不同地理位置、不同功能的计算机之间就需要通过通信设备连接成网络,以进行信息交换。1。2造纸厂的工艺造纸厂,是通过机制流水线的形式进行造纸的工厂.造纸分有机制和手工两种形式。机制是在造纸机上连续进行,将适合于纸张质量的纸浆,用水稀释至一定浓度,在造纸机的网部初步脱水,形成湿的纸页,再经压榨脱水,然后烘干成纸。手工则用有竹帘、聚酯网或铜网的框架,将分散悬浮于水中的纤维抄成湿纸页,经压榨
12、脱水,再行晒干或烘干成纸。造纸机械的基本组成部分按照纸张形成的顺序分为网部、压榨、前干燥、后压榨、后干燥、压光机、卷纸机等。其工艺为流浆箱输出的纸浆在网部脱水成型,在压榨部进行压缩使纸层均匀,经过前干燥进行干燥,接着进入后压榨进行施胶,再进入后干燥器烘干处理,然后利用压光机使纸张平滑,最后通过卷纸机形成母纸卷。造纸工艺流程图如下所示:图12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2.1纸机配浆系统配浆的目的是通过配浆的机械作用,处理水中的纸浆纤维,使其发生物理化学变化而获得一些特定的性质,以满足纸或纸板生产的质量要求。针叶木浆配浆过程:针叶木浆由4双圆盘磨浆机和高位箱组成
13、的串联连续循环配浆系统.在正常工作时,系统进行串联连续循环配浆。但在有些情况下,如:刚开始配浆时,需要进行循环配浆。成浆送入针木成浆池.阔叶木浆配浆过程:阔木浆由2双圆盘磨浆机和高位箱组成的串联连续循环配浆系统。在正常工作时,系统进行串联连续循环配浆.但在有些情况下,如:刚开始配浆时,需要进行循环配浆。成浆送入针木成浆池。损纸配浆过程的其他要求:在有些配浆过程中需要间歇的对配浆设备进行清洗工作。2.2配浆过程自动控制(a)自动控制回路。配浆过程的流量自动控制回路;配浆过程差压控制及内循环量的控制。(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
14、刀间隙),保证配浆质量的连续稳定以及设备的正常运行.(c)配浆机设有浆压、水压、油温等连锁控制装置,保护设备正常运行。(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配浆设备,为下一次配浆作好准备工作。(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换功能。(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。(g)保存几组配浆过程最佳参数,可直接调用。(h)顺序停、开车控制,紧急停车控制。图21 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
15、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,最后到卷纸机.2。3I/O节点的设计控制系统选用北京和利时系统工程股份有限公司的HOLLIASMACS。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
16、.而且,采用特殊保护措施,系统的所有模块(AI、AO、DI、DO)都可带电插拔,对系统的运行不产生影响.根据工艺要求和现场情况,设置两个DCS主控室,分别位于纸间和浆间,主控柜和1扩展柜以及浆间操作站位于浆间DCS室,2#扩展柜和纸间操作站位于纸间DCS室,三个OMRON可编程控制器分别安装在现场操作台内,通过PROFIBUS-DP总线和主控单元FM801交换数据。主控柜内安装有互为冗余的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
17、;1#扩展柜内安装有互为冗余的电源模块FM911共2个,AI模块FM148A共7个,AO模块FM151共5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源模块FM911共2个,AI模块FM148A共四个,AO模块FM151共3个,DI模块共1个,DO模块FM171共1个.系统图如图42所示。图22生产线控制系统图功能化分为以下几种.主控柜:针木配浆线、阔木配浆线、损纸线、配浆系统。1#扩展柜:助剂、真空系统、白水回收系统.2扩展柜:蒸汽系统、表面施胶.PLC:各盘磨的连锁控制、恒功率控制.3 DCS控制系统及上下位硬件3.1DCS系统简介随着生产规模的扩大,信息量
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