CCA板生产线配料设计毕业论文.docx
《CCA板生产线配料设计毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CCA板生产线配料设计毕业论文.docx（50页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
CCA板生产线配料设计毕业论文
摘要1
CCA板生产线配料设计
计控0701班*****指导教师******
摘要：
为解决传统工业中人工配料的繁琐，出错率高，生产数据无记录等一系列问题，本设计将提出一种配料系统的设计。
基于CCA纤维水泥板生产行业中的配料环节，本设计中的系统以上位机为主站，以PLC、变频器、称重仪表为从站，使用工业以太网进行主从通信，使用Profibus实现从站与各个检测、执行元件间的通信，为实现生产过程的动态监视，上位机采用Winccflexible，来实现监控，在彩色屏幕上显示出动态生产和数据。
本设计充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
关键词:
配料系统设备选型可编程控制器组态软件
CCAproductionlineingredientssystemdesign
Abstract：
Tosolvethetraditionalindustryofartificialingredientstedious,errorrate,norecordsofproductiondataandaseriesofproblems,thisdesignwillproposeabatchingsystem.
CCA-basedfibercementboardproductionindustryintheingredientspartofthedesignofthesystemformorethanslave-basedstation,PLC,inverterweighinginstrumentsfromthestationmasterfromtheuseofindustrialEthernetcommunications,theuseProfibusfromaStationandtesting,implementationofthecomponentsofthecommunication,theproductionprocessfortherealizationofdynamicmonitoring,hostcomputerusingWinccflexible,toachievecontrol,thecolorscreenshowsthedynamicproductionanddata.
Thedesignofthefulluseofcomputertechnologytotheproductionprocessforcentralizedmonitoring,control,managementanddistributedcontrol;fullyabsorbedthedistributedcontrolsystemandtheadvantagesofcentralizedcontrolsystems,theuseofstandardized,modular,systematicdesign,flexibleconfiguration,configuration.
Keywords:
batchingsystemconfigurationsoftwareprogrammablecontrollerequipmentselection
引言
在带有自动化配料系统的工业生产中，配料工序是工业生产过程中非常重要的环节，在纤维水泥板制造过程中的纤维水泥浆由木纤维、砂浆、水泥、添加剂、水等五种物料按一定比例进行配制的，其配料精度直接影响着板的质量。
因此，精确、高效的称量设备不仅能提高生产率，而且是生产优质板的保证。
国内配料厂前期投入使用的微机配料系统大部分是国外引进的。
随着我国电脑工业的发展，微机配料系统已逐步国产化，我国许多科研、生产单位都投入到开发生产的行列。
配料系统普遍存在的问题是：
配料精度低，机电控制部分的可靠性差，缺少数据库管理生产以及对生产过程的实时动态监视。
配料精度低的主要原因是电子秤系统的动态性范围小，而可靠性差，主要是中间继电器和微机控制系统的可靠性低所致，本设计中的配料系统可减少人的重复操作，并且它还可以完成人无法完成的操作，从而大大地提高工业生产效率。
结合建材行业中纤维水泥板的配料工艺控制要求与特点，这次设计采用了德国西门子公司S7-300系类可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发了配料控制系统，并已成功地应用于实践。
为了实现生产过程的动态监视，使用微机系统与PLC相连接，在彩色屏幕上显示出生产过程设备运行的状况和生产中的数据。
经实际运行，该系统技术性能优良，运行稳定可靠，操作直观方便，对配料控制取得成功。
本文以西门子S7-300系列PLC实现对配料生产线自动控制设计进行详细的阐述。
第一章可编程控制配料系统方案设计
§1.1方案比较
当前自动配料解决方案有三种：
以单片机为主控制机的自动装置、以PLC为主控制器的自动配料装置、智能自动配料装置。
各种方式优缺点如下：
（1）以单片机为主控制机的自动装置
在当代工业生产中，以单片机为控制机的自动装置层出不穷，广泛应用于工业控制中。
单片机以其价格便宜、轻巧占据市场，其功能和开发工具也相对比较完善，其完成的系统后期维护困难。
以单片机开发的智能控制设备，成本低，开发方便，功能灵活，有成熟的开发体系，完善的功能。
但其抗干扰能力有限，无法胜任于较为恶劣的工业环境。
可以与计算机通讯，但需要较复杂的编程。
由于单片机技术的限制,系统难以制作更高级的统一控制画面。
（2）以PLC为主控制器的自动配料装置
PLC组成的控制系统，性能相对稳定，抗干扰能力强，符合工业级标准，适合于恶劣的工业环境。
PLC本身输入输出点数可以灵活配置，并能自由选择添加输入输出。
其逻辑控制功能强，可长期运行于工业现场，其自身保护能力较高。
并可以与上位机建立通讯连接，完成两者的数据交换；也可以通过串口上网模块通过网络交换数据。
其完善的功能，灵活的配置，简单的编程，可靠的工作，使其广泛用于工业现场。
由于ＰＬＣ技术的成熟，容易制作上一层的监控页面。
（3）专用自动配料装置
专业自动配料装置简单易用，适合于小型控制中，能够完成简单的控制要求，其精确度较高。
但专用仪表价格较贵，不利于系统的扩展。
对成型系统扩展、维护相当困难。
在工业控制中，难以用于生产数据频繁变动和复杂逻辑算法的控制。
工业中常用于作为现场智能IO直接控制现场设备，并通过数据线将简单的数据传递到上层大型智能控制设备。
通过上面三种常用工业控制方案中，可以得到以单片机为主控制机的自动装置和智能自动配料装置，难以满足本设计的要求，所以选用以PLC为主控制器的自动配料系统方案。
§1.2系统组成
该配料系统主要采用PLC技术、变频调速控制技术、上位机，使整个自动化配料系统达到配料精确的要求。
S7-300PLC为中心，上位机与PLC之间采用以太网联接，PLC与高精度称重模块间使用WAGO模块实现数据通讯，取I/O8WORD数据方式。
高精度称重模块再将此数字重量信号传到PLC和上位机，进行控制、记录和显示。
上位机软件采用Winccflexible，来实现监控，配方数据的输入、修改、管理，报表数据的管理，该软件与PLC通过以太网连接，通过SIMATICNET软件实现数据交换。
以变频调速器为主要执行器件，电磁流量计、称重传感器、压力传感器、导波式雷达液位计等设备作为检测元件。
该配料系统充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
§1.3配料系统的控制网络结构框图
本配料系统分为两层关系，第一层为工业以太网络，上位机对下位机进行统一管理，对配方、设备运行参数、产量报表的储存，打印和统计，传送称量配方给下位机，启动称量操作，用WINCC在线监视下位机的各运行状态，下位机对配料系统进行现场控制；第二层为PROFIBUS-DP网络，PLC对高精度称重仪表进行现场控制，从高精度称重仪表取得现场高精度秤的称量值，进行
自动称量操作，并向高精度称重仪表发出各种控制指令。
主体框图见图1.1。
图1.1配料系统网络结构框图
§1.4配料系统的功能
（1）上位机监控
配料系统通过上位机，实现人机交互、通讯、显示、储存及打印等功能，并具有数据、图像显示，状态监控、数据输入、信息储存等功能。
系统可实现实时过程数据监视、模拟显示工艺流程、实时数据记录查阅、系统操作员权限设定、设置运行过程事件报警及手动与自动控制切换。
配料系统中现场监控仪表实时显示流量、载荷、累计值等。
压力、重量、液位指示通过现场显示仪表远传上位机显示。
变频器调节配备自动切换开关，与计算机通讯。
（2）自动称料
自动称料控制单元主要为一个称料模块，PLC作为辅助控制系统计算机人机界面显示配比参数及监控数据实时记录。
在自动控制方式下，单击工艺画面自动配料“启动”按钮，称重控制仪表就按设置好的配方打开称料阀。
如果系统检测到某配料罐配料阀未关，会发生报警并进入暂停状态。
称重模块根据称料快慢设有提前量，当控制仪表检测到秤称料重量达到设定值时，会前去提前量控制仪表则关闭进料阀。
提前量可认为修正或自动修正，使控制仪表控制配料秤每次配料精度达到设定的目标值。
（3）自动配料
自动配料是将已称好的原料按一定的顺序输送到搅拌罐中，同时开启搅拌。
这一控制由通过PLC来实现。
自动配料有固定顺序和可编程序两种控制方式。
在固定顺序方式下，各种原料的放料量可根据配方在人机界面上人为设定。
（4）报警事件
自动称料开始时，如果某个放料阀未关，或系统检测不到放料阀关闭信号，系统会发出报警声响，组态界面会有相应的报警报文，暂停称料仪表的称料过程，并使故障指示灯闪烁。
（5）切换报警
自动放料开始时，系统首先检查每种原料切换是否到位，如果切换不到位，报警系统开始报警，自动放料不能进行。
通过检查，认为可以放料，按复位按钮后，再按“放料”按钮才开始放料。
（6）配料溢出报警
如果配料罐中已配原料浆未放出，仍往该配料罐中放料，产生报警信号，自动放料就不能启动。
待检查确认可以放料按复位按钮，再按“放料”按钮才开始放料。
（7）急停
称料过程中，由于紧急情况需要停止称料，按下“称料急停”各个秤的进料阀就全部关闭，停止称料。
需要重新开始称料时，按“复位”按钮，再按“启动”按钮，则重新开始称料。
自动放料时，按一下“放料急停”按钮，系统会关掉所有的放料阀，停止放料、搅拌和输送。
第二章硬件设计
本设计采用SIMATICPCS7系类产品进行监视和控制。
PCS7作为硬件基础及软件开发平台，进行配料系统设计，具有很好的可靠性、稳定性和先进性。
§2.1PCS7过程控制系统
控制系统采用西门子PCS7过程控制系统，PCS7是一种模块化的基于现场总线的新一代过程控制系统，将传统的FCS和PLC控制系统的优点相结合，系统所有的硬件都基于统一的硬件平台，可以根据需要选用不同的功能组件进行系统组态。
所有的软件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下，有统一的软件平台。
它采用了现代化的软件体系结构，对项目进行管理、处理、归档和建立文件。
在项目管理上，以系统硬件和工艺过程两个不同的视角，同时进行管理。
这两个视角在程序管理器中分别称为标准分级（Standard_Hierarchy）和工艺分级（Plant_Hierarchy）。
其中，标准分级主要管理系统的硬件，如控制器、系统总线、I/O系统等；工艺分级主要管理工艺过程，它将整个工厂按工艺过程的要求，分为各个子系统，然后将各子系统映射到控制器上。
与传统DCS系统相比，FCS的组态直接面向工艺过程。
在SIMATIC程序管理下，有多种组态工具可以使用，无论采用何种组态工具，生成的组态数据都自动存到一个统一的数据库中。
这些组态工具是：
STEP7（SIMATICS7系列PLC编程语言）、WinCC（SIMATIC视窗控制中心）等。
系统采用大量新技术，在网络配置上采用标准工业以太网和PROFIBUS网络，消除了DCS和PLC系统间的界限，真正实现了仪控和电控的一体化，充分体现了全集成自动化的特点，使系统应用范围变广，是一种面向所有过程控制应用场合的开放型过程控制系统。
PCS7有以下组成部分：
1、SIMATICManager-核心应用程序，用于建立或访问PCS7项目应用程序。
2、HWConfig-组态系统硬件结构。
3、带有各种编辑器的PCS7OS-操作员站（OS）的组态。
PCS7具备了以下几个方面的特点：
1、高度的可靠性和稳定性；
2、高速度，大容量的控制器；
3、客户∕服务器的结构；
4、能灵活、可靠地嫁接于老系统；
5、集中的、友好的人机界面；
6、含有配方功能的批量处理包；
7、开放的结构，可以同管理级进行通讯；
8、同现场总线技术融为一体。
PCS7采用符合IEC61131-3国际标准的编程软件和现场设备库，提供连续控制、顺序控制及高级编程语言。
现场设备库提供的常用的现场设备信息及功能块，可大大简化组态工作，缩短工程周期。
PCS7具有ODBC，OLE等标准接口，并且应用以太网、PROFIBUS现场总线等开放网络，从而具有很强的开放性，可以很容易地连接上位机管理系统和其它厂商的控制系统。
§2.2硬件结构及网络层次
本系统主要由一个“工业以太网”和一个“网络”组成。
其中工业以太网由双绞线环网实现，其上挂接操作员站OS、工程师站ES以及S7-300PLC3个站；PROFIBUS网络主站为S7-300PLC，从站为远程I/OWAGO从站。
远程WAGO从站主要控制电机开关、砂浆、水、木纤维和添加剂及混合原料等的出口调节阀，并读入砂浆、水、木纤维和添加剂及混合原料出口的流量值。
远程I/OWAGO从站主要负责压力传感器、液位传感器和称重传感器等数据的采集。
系统结构如图2.1所示。
图2.1系统结构图
S7-300PLC通过以太网与工程师站以及操作员站相连，PLC的CPU、IM360模块、原料罐、砂浆灌、水计量、木浆罐及混合搅拌罐通过PROFIBUS网络连接。
PROFIBUS网络的连线能使系统的连线简单化，并且比传统的连线系统稳定性要高，可维护性更加的方便。
根据上述设计原理，设计的系统网络结构如图2.2所示。
图2.2网络结构图
S7-300PLC与上位机采用PROFIBUS通信方式。
S7-300系列PLC都集成有DP口，系统中各模块通过CPU的DP编程口与控制器相连组成网络，接收上位机的命令，实现数据采集和设备控制。
CPU和所有的I/O模块使用UPS电源供电，CPU外加EPROM程序和数据存储卡，并使用后备电池用于程序和运行数据的保存。
系统硬件配置主要部件名称和相关参数见表2.1。
表2.1系统硬件配置主要部件及参数表
符号
名称
规格型号
单位
数量
CPU
CPU模块
CPU315-2DP
块
1
MMC
储存器卡
512KB，E2PROM
块
1
CP343
以太网模块
6GK7,343
块
1
AI
称重模块
按照所采用软件的要求进行配置
块
2
DI
数字量输入模块
SM321，32点输入
块
1
表2.1系统硬件配置主要部件及参数表续表
符号
名称
规格型号
单位
数量
DO
数字量输出模块
SM322，32点输出
块
1
DI/DO
数字量输入/输出模块
SM323,16点输入,16点输出
块
1
WAGO
远程I/O
750-410,2点输入
块
18
WAGO
远程I/O
750-501,2点输出
块
19
WAGO
远程I/O
750-466，2通道输入
块
4
OS
操作员站
按照所采用软件的要求进行配置
台
1
ES
工程师站
按照所采用软件的要求进行配置
台
1
本控制系统模块的主要组成如下：
1、PLC的中央处理单元模块采用西门子S7-300系列的315-2DP。
S7-300是中低端的PLC应用，适合中小型项目及OEM。
S7-300是西门子系列中销售额最高的PLC，已经成功地应用于范围广泛的自动化领域。
CPU315-2DP集成了MPI接口，可以很方便的在PLC站点、操作站OS、操作员面板，建立较小规模的通讯。
它还集成了PROFIBUS-DP接口，通过DP可以组建更大范围的分布式自动化结构。
2、I/O模块
（1）、采用类型32点输入，数字量输入，用于采集设备的状态信号和对开关量进行控制。
（2）、采用类型32点输出，数字量输出，用于采集设备的状态信号和对开关量进行控制。
（3）、采用类型通道*16点的数字量输入\输出模块。
§2.3阀门选型与仪表参数设定
§2.3.1阀门的选择
本设计采用德国LOHSE阀，型号CNAP/G，LOHSE阀门的优势具体如下：
1、体壳全部用不锈钢，压力钢结构，全部防腐蚀耐酸，重量轻，便于维修，手轮支架还可作为其它开关装置或控制机构的机架。
2、导轨采用特种塑料，耐磨，具有极好的抗摩擦性能，耐温，耐酸，便于更换。
3、阀板采用不锈钢，结构特殊，可防水震荡。
4、孔的横截面=管道的直径，纤维无扭结的可能。
5、不漏水，密封耐热，耐酸，密封容易更换，但很牢固的固紧在阀体上。
6、阀板密封采用新改革的填料系统。
7、驱动元件采用证实良好的捞泽模块结构，凡我厂生产的各种阀均可互换，也可在阀进行工作时互换，减少液中固体积聚
8、保护装置：
不锈钢防护装置按德国造纸厂的安全规范，可适用于自动控制阀（根据需要可采用）本设计选型见表2.2。
表2.2阀门参数
序号
符号
设备描述
公称
直径
阀门流通能力
阀门
形式
阀门
特性
Dgmm
Kv
Cv
1
Y9.3.1.1
添加剂罐喷气阀
Dg40
11.35
13.31
气开阀
快开阀
2
Y9.3.1.4
添加剂罐进料阀
Dg40
10.31
12.13
气开阀
快开阀
3
Y7.3.1.1
水泥罐喷气阀
Dg50
9.35
10.95
气开阀
快开阀
4
Y7.3.1.4
水泥罐进料阀
Dg50
8.51
9.96
气开阀
快开阀
5
Y4.27.1.4
砂浆计量阀
Dg50
8.47
9.91
气开阀
快开阀
6
Y4.27.1.6
砂浆循环阀
Dg50
7.31
8.79
气开阀
快开阀
7
Y3.9.1.4
木浆计量阀
Dg50
9.78
10.78
气开阀
快开阀
8
Y3.9.1.6
木浆循环阀
Dg50
7.36
9.02
气开阀
快开阀
9
Y12.1.1.2
液态冲洗阀
Dg40
12.31
14.36
气开阀
快开阀
10
Y12.1.1.1
1号液态计量输出阀
Dg40
17.26
20.14
气开阀
快开阀
11
Y12.1.2.1
2号液态计量输出阀
Dg40
18.01
21.09
气开阀
快开阀
12
Y12.5.1.1
固态计量输出阀
Dg50
17.29
20.17
气开阀
快开阀
13
Y20.30.1.2
供水阀
Dg40
20.93
24.45
气开阀
快开阀
14
Y13.1.1.1
1号主搅拌罐供水阀
Dg40
20.63
24.07
气开阀
快开阀
15
Y13.1.2.1
2号主搅拌罐供水阀
Dg40
20.59
24.45
气开阀
快开阀
16
Y13.1.1.2
1号主搅拌罐卸料阀
Dg70
87.65
102.28
气开阀
快开阀
17
Y13.1.2.2
2号主搅拌罐卸料阀
Dg70
82.91
96.75
气开阀
快开阀
18
Y13.7.1.1
主搅拌罐密封水阀
Dg50
67.78
79.11
气开阀
快开阀
19
Y4.16.1.1
砂浆罐1号喂料阀
Dg50
35.21
41.1
气开阀
快开阀
表2.2阀门参数续表
序号
符号
设备描述
公称
直径
阀门流通能力
阀门
形式
阀门
特性
Dgmm
Kv
Cv
20
Y4.16.2.1
砂浆罐2号喂料阀
Dg50
34.56
40.33
气开阀
快开阀
21
Y3.9.1.1.1
木浆搅拌器密封水阀
Dg50
30.33
35.39
气开阀
快开阀
22
Y3.9.1.1
木浆罐输出阀
Dg65
52.33
61.07
气开阀
快开阀
§2.3.2仪表参数设定
设计中选用压力传感器，通过数据转换来实现读取木浆，砂浆的液位值，选用称重传感器来获取主搅拌罐、固态罐、液态罐内物料的重量值，选用导波式雷达液位计来计水泥罐、添加剂罐的物料液位，选用电磁流量计来测取主搅拌罐的出料流量值。
系统中各仪表的参数见表2.3。
表2.3仪表参数
序号
型号
单位
数据源
数据点备注
仪表下限
仪表上限
1
PMC45
bar
压力传感器P1
木纤维罐
0
1
2
PMC45
bar
压力传感器P2
1号砂浆罐
0
1
3
PMC45
bar
压力传感器P3
2号砂浆罐
0
1
4
PR6211/53D1
t
称重传感器A1
1号主搅拌罐
0
5
5
PR6211/53D1
t
称重传感器A2
2号主搅拌罐
0
5
6
PR6211/13D1
t
称重传感器A3
固态罐
0
1
7
PR6211/33D1
t
称重传感器A4
液态罐
0
3
8
FMP40
m
导波式雷达液位计L1
水泥罐
0
35
9
FMP40
m
导波式雷达液位计L2
添加剂罐
0
35
10
53W
Dm3/min
电磁流量计F1
主搅拌罐
145
4700
§2.4硬件资源分配及图表
（1）模拟量输入/输出资源分配
配料系统模拟量输入/输出资源分配如表2.4所示。
表2.4配料系统模拟量输入/输出表
接口地址
类型
对应量
内容
备注
PIW200
AI
导波式雷达液位计L2
添加剂罐液位显示
上限为35m
PIW202
AI
压力传感器P4
添加剂罐内部压力
上限为1bar
PIW204
AI
导波式雷达液位计L1
水泥罐液位显示
上限为35m
PIW206
AI
压力传感器P5
水泥罐内部压力
上限为1bar
PIW248
AI
压力传感器P2
1号砂浆
升级会员 