加热炉 自动化 控制

 毕业设计

题    目：基于组态软件的加热

反应炉系统设计

系    别：电气工程系

专    业：电气自动化

铁道职业技术学院毕业设计（论文）任务书

温度是工业生产中的需要控制的典型参数，而组态控制技术是当今自动化系统应用广泛的技术之一。本课题利用三菱FX2-48MR型PLC控制各种控制阀的启停，利用组态控制技术，可以将生产过程的数据在控制室的计算机屏幕上直观地以曲线、图表、直方图、虚拟仪表等形式显示出来，还可以通过计算机鼠标或触摸屏上的按钮对现场的设备实施遥控。采用亚当7000系列的模块采集液位和温度参数，组态王6.5组态软件设计上位机监控画面，实时监控温度参数，并采用实时趋势曲线显示温度的实时变化。利用组态王的脚本语言实现控制要求。用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

关键词： 组态王  反应炉  PLC

第一章  绪论

　 安全生产关系人民群众生命财产安全，关系改革发展稳定的大局。高度重视和切实抓好安全生产工作，是贯彻落实科学发展观、维护广大人民的根本利益及构建社会主义和谐社会的必然要求。所以，在企业生产中，一些对人来说危险的场合及应用重大设备的生产过程中，需要采用先进生产技术和措施增加工作人员和生产设备的安全。

组态软件，译自英文SCADA,即 Supervision,Control and Data Aquisition(数据采集与监视控制)。

　　组态软件的应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气化铁道上又称远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。 

　　组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

　　组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件

第二章  加热反应炉控制系统的组成

2.1组态技术的组成

　 组态控制技术是一种计算机控制技术。利用组态技术构成的计算机测控系统由被控对象、传感器、I/O接口、计算机和执行机构等几部分组成。

反应炉控制系统由控制器、控制阀、被控对象、测量变送组成。

  1、控制器 

 本课题利用三菱FX2-48MR型PLC控制各种控制阀的启停。三菱公司的FX系列PLC是比较具有代表性的微型PLC，除具有基本的指令表编程以外，还可以采用梯形图编程及对应机械动作流程进行顺序设计的SFC顺序功能图编程，而且这些程序可以相互转换。在FX系列PLC中设置了高速计数器扩大了PLC的应用领域。

2、控制阀

本课题采用电磁阀。电磁阀是用来控制流体的方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用于机械控制和工业阀门上面，对介质方向进行控制，从而达到对阀门开关的控制。

3、被控对象

本课题的控制对象是加热反映炉。加热反应炉是有关企业中的重要设备,为了避免事故的发生,实现安全生产,有必要对它的状态进行实时数据监控.

4、测量变送

本课题的测量变送是指温度传感器。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。由于热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。 

2.2 组态技术的优点

　 组态（Configuration）就是模块的任意组合。采用组态技术构成的计算机系统在硬件设计上，除采用工业PC机外，系统大量采用各种成熟通用的I/O接口设备和现场设备，基本不再需要单独进行具体电路设计。这不仅节约了硬件开发时间，更提高了工控系统的可靠性。组态软件实际上是一个专为工控开发的工具软件。它有如下优点：

　 （1）为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好的完成一个复杂工程所要求的所有功能。系统设计人员可以把更多的注意力集中在如何选择最优的控制方法，设计合理的控制系统结构，选择合适的控制算法等这些提高控制品质的关键问题上。

　 （2）从管理的角度来看，用组态软件开发的系统具有与Windows一致的图形化操作界面，非常便于生产的组织与管理。

　 （3）利用组态控制技术，可以将生产过程的数据在控制室的计算机屏幕上直观地以曲线、图表、直方图、虚拟仪表等形式显示出来，还可以通过计算机鼠标或触摸屏上的按钮对现场的设备实施遥控。在控制室里监视和控制生产过程中，能及时发现和干预各种不安全状况；并且由于操作人员远离现场，可以极大地提高人员和设备的安全系数；所以，这种基于组态软件的可视化控制技术是一种很有效的安全生产技术。

性能特点：

　　（1）组态王对大容量工程具有高度的可靠性和实时性：

         数据采集性能 　　

         网络通讯性能 　　

         画面刷新性能 　　

         脚本执行性能 　　

　　（2）组态王具有易用性特点：操作简单、直观、易理解，符合工控行业使用习惯，简单实用

　　（3）组态王具有扩展性：易于进行功能扩展

　　（4）组态王具有良好开放性：提供完善的api接口，利于与其他系统对kingview系统的整合，接口内容包括：

        实时数据的访问接口 　　

 历史数据的访问接口 　　

        报警数据的访问接口 　　

        安全用户的访问接口 　　

        变量对象的配置接口 　　

        设备对象的配置接口 　　

 用户对象的配置接口 　　

第三章  组态监控系统的创建 

3.1组态控制系统的主要组成设备与控制

　 （1）系统的主要设备和支撑软件。系统由加热反应炉对象、I/O接口、计算机和组态软件组成。

　 （2）系统的工艺过程和控制。系统的运行、停止分别由启动按钮和停止按钮控制，二者信号总相反；复位按钮使系统恢复初始状态。控制过程分为送料控制，加热反应控制和泄放控制等三个阶段。

3.2定义设备

1、COM1端—新建—PLC—三菱—FX2—编程口—名称：FX2NMR

2、COM2端—新建—智能模块—亚当7000系列—串行—名称：亚当7000

表1

3.1.3  组态王中模拟程序的编写

因为此工程无法用各种智能模块和PLC，所以我在组态王内部用程序做模拟。

3.4创建画面

新建四个画面：主监控画面、实时曲线、历史曲线、画面切换。

1、连接

　 将画面与前面定义的数据对象关联起来，运行时，画面上的内容随变量的改变而变化。主监控画面：

2、实时曲线：

3、历史曲线：

4、画面切换

添加按钮用ShowPicture("");添加按钮动作“按下时”，实现各个画面的切换。

5、编写控制程序

　 按照系统所要求实现的功能，编写控制程序。

在程序命令语言中写入以下程序：

启动时：

\\\本站点\氮气阀=0;

\\\本站点\泄放阀=0;

\\\本站点\当前液位值=10;

\\\本站点\当前温度值=10;

\\\本站点\当前压力值=10;

运行时：

/*模拟实际变化*/

if(\\\本站点\加热电源==1)

\\\本站点\当前温度值=\\\本站点\当前温度值+2;

if(\\\本站点\排气阀==1)

\\\本站点\当前压力值=\\\本站点\当前压力值-2;

if(\\\本站点\进料阀==1)

\\\本站点\当前液位值=\\\本站点\当前液位值+1;

\\\本站点\当前压力值=\\\本站点\当前压力值+1;

if(\\\本站点\氮气阀==1)

\\\本站点\当前压力值=\\\本站点\当前压力值+1;

if(\\\本站点\泄放阀==1)

\\\本站点\当前液位值=\\\本站点\当前液位值-2;

\\\本站点\当前压力值=\\\本站点\当前压力值-1;

/*定义转化模拟量*/

if(\\\本站点\当前液位值<=20)

\\\本站点\下液位=1;

\\\本站点\上液位=0;

if(\\\本站点\当前液位值>=160)

\\\本站点\下液位=0;

\\\本站点\上液位=1;

if(\\\本站点\当前温度值<=20)

\\\本站点\炉内温度=1;

else

\\\本站点\炉内温度=0;

if(\\\本站点\当前压力值<=20)

\\\本站点\炉内压力=1;

else

\\\本站点\炉内压力=0;

/*模拟PLC控制*/

if(\\\本站点\启动==1 &&\\\本站点\炉内温度==1 &&\\\本站点\炉内压力==1 &&\\\本站点\下液位==1)

\\\本站点\排气阀=1;

\\\本站点\进料阀=1;

\\\本站点\氮气阀=0;

\\\本站点\泄放阀=0;

if(\\\本站点\启动==1 &&\\\本站点\上液位==1)

\\\本站点\排气阀=0;

\\\本站点\进料阀=0;

\\\本站点\氮气阀=0;

\\\本站点\泄放阀=0;

\\\本站点\计数1=\\\本站点\计数1+1;

if(\\\本站点\启动==1 &&\\\本站点\计数1>=100)

\\\本站点\氮气阀=1;

\\\本站点\排气阀=0;

\\\本站点\进料阀=0;

\\\本站点\泄放阀=0;

\\\本站点\计数1=0;

if(\\\本站点\启动==1 &&\\\本站点\炉内压力==0)

\\\本站点\氮气阀=0;

\\\本站点\排气阀=0;

\\\本站点\进料阀=0;

\\\本站点\泄放阀=0;

if(\\\本站点\启动==1 &&\\\本站点\加热电源==1)

\\\本站点\当前温度值=\\\本站点\当前温度值+2;

if(\\\本站点\启动==1 &&\\\本站点\炉内温度==0)

\\\本站点\加热电源=0;

\\\本站点\氮气阀=0;

\\\本站点\排气阀=0;

\\\本站点\进料阀=0;

\\\本站点\泄放阀=0;

\\\本站点\计数2=\\\本站点\计数2+1;

if(\\\本站点\启动==1 &&\\\本站点\计数2>=100)

\\\本站点\排气阀=1;

\\\本站点\氮气阀=0;

\\\本站点\进料阀=0;

\\\本站点\泄放阀=0;

\\\本站点\计数2=0;

if(\\\本站点\启动==1 &&\\\本站点\炉内压力==1 &&\\\本站点\上液位==1)

\\\本站点\泄放阀=1;

if(\\\本站点\启动==1 &&\\\本站点\下液位==1)

\\\本站点\计数3=\\\本站点\计数3+1;

if(\\\本站点\启动==1 &&\\\本站点\计数3>=100)

\\\本站点\泄放阀=0;

\\\本站点\排气阀=0;

　 6、实时数据显示

　 在系统实际运行的时候，可能会发生一些意外情况，甚至可能会引发事故。为了进行安全生产，需要系统显示实时的数据，并进行实时的精确监控；当意外情况发生后，需要及时查找原因，这就要求系统显示历史数据，以避免今后再次发生类似的情况。因此，系统重要数据的显示对安全生产非常重要。这也正是组态控制技术的主要优势，也是组态监控不同于普通摄像头监控录像之处。组态监控能够以各种方式灵活直观显示生产过程的参数及其变化，而普通摄像监控则不能深入到生产过程内部直观显示过程数据的变化。

　 7、结束语

　通用I/O设备（传感器和板卡），可以对加热反应炉进行进料和排料、进气和排气、加热等自动控制，可以进行数据实时显示报表输出和历史数据的记录和报表输出，并可以对反应炉内水位变化进行实时曲线显示输出和历史曲线显示输出。这样，既可以对加热反应炉进行现场的实时自动控制，又可以对加热反应炉的状态进行实时数据监控，以避免事故的发生,提高人身和设备的安全系数。当意外情况或事故发生之后，可以通过对历史数据报表和历史曲线的观察和分析，迅速总结经验，加强管理，从而避免今后再次发生类似的意外情况或事故，达到安全生产的目的。

　 总之，加热反应炉可视化安全生产控制技术的应用实现了企业生产中加热反应过程的远程监控，能预防和减少生产过程中安全事故的发生，增加了生产设备和工作人员的安全，有利于提高企业的生产效益和经济效益，体现了以人为本、关爱生命的思想，这项技术有着远大的发展前景和应。

第四章  PLC控制系统

    编程控制器是一种无触点控制设备，用户可以根据需要，通过编程器改变其内部的应用程序，来改变它对控制对象的摔制功能，简称为PLC。目前应用PLC技术已心为世界潮流。它是实现工业自动化控制的重要支柱之一，其主要特点为：

1．软件简单易学

PLC采用了计算机技术，但编程较计算机容易，它使用的是类似继电接触器控制电路图那样的“梯形图”编程方，消除了专业“鸿沟”。

2．运行稳定可靠，使用寿命长

PLC在没计和制造过程中采用了多层次的抗干扰措施，使其具有很强的抗下扰能力。运行的稳定性和可靠性较高，由于PLC内部采用了集成电路，元件的使用寿命几乎不用考虑，平均无故障工作时间约为5～10万小时，甚至更高。

3．体积小、维护方便

一台PLC的逻辑控制功能相当于传统继电器控制中的二百个继电器、几十个定时器和计数器。由于体积小，PLC是实现机电一体化的理想装置。

 4．设计施工周期短

在使用PLC完成一项控制功能的系统设计后，现场施工和PLC程序没计可以同步进行，这样大大地缩短了施工周期。

4.1 语句表

总结

在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识。在多人做项目的时候，队员的交流是非常重要的，是很关键的部分。这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，进行仿真实验，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。

不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。程序的设计思想的精巧的重要性，是不管怎么说都不为过的，好的设计可以让大家很快的明白你的思想，而且很方便的来实现它。良好的编程习惯，它可以使你的程序很方便的被别人阅读，也很方便的被更改，所以可以的话，尽可能多的写出注释，没有人会闲你写的太多。 

在设计过程中，通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。

致谢

本文是在刘勇老师精心指导和大力支持下完成的。刘老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于立体车库方面的知识，实验技能有了很大的提高。

最后，对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢。

参考文献

1．邓则名，邝穗芳编。电器与可编程序控制器应用技术。北京：机械工业出版社，1997

2．王兆义主编。小型可编程序控制器实用技术。北京：机械工业出版社，1997

3．张万忠主编。可编程序控制器实用技术。北京：化学工业出版社，2002

4．陈立定，吴玉香，苏开才编。电气控制及可编程序控制器。广州：华南理工大学出版社，2001

5．王永华主编。现代电气及可编程序控制技术。北京：北京航空航天大学出版社，2002

6．王卫星等编。可编程序控制器原理及应用。北京：中国水利水电出版社，2002

7．李俊秀，赵黎明主编。可编程序控制器应用技术实训指导，北京：化学工业出版社，2002

8．余雷声，方宗达等编。电气控制与PLC应用。北京：北京机械工业出版社，2001

9．三菱公司编。三菱FX系列可编程序控制器编程手册。2001