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发制品泡油工段控制系统设计
2010届毕业生
毕业论文
题目:
发制品泡油工段控制系统设计
院系名称：
电气工程学院专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
教师职称：
2010年05月25日
摘要
传统中假发泡油工段生产线多为手工操作，生产效率低，产品质量差，而且洗涤液的温度和用量难以得到精确控制，从而导致不必要的能源和资源浪费,另外车间生产环境恶劣。
但是随着假发制造业的快速发展，假发制作泡油工段实现自动化控制的程度越来越高。
本课题针对国内的情况，分析了泡油工段的工艺要求。
我们运用远程控制理论，采用分布式控制，实现假发泡制环境温度的自动调控，以及溶液用量的自动监控和泡制时间的定时功能。
系统的通讯稳定性是一个十分重要的问题，本文还对远程通讯的接线方式和应用做了具体分析。
采用合理有效的抗干扰的方法，使PLC通讯系统稳定正常的工作。
并在此基础上，利用台达触摸屏专用的人机软件ScreenEditor1.05.74,自行开发设计了所需的触摸屏操作界面，对界面的操作和设置方法进行了详细的解释和说明，以满足用户需要，提高了系统的可操作性。
本自动监控系统不但能减少能源的浪费，还可对废液提炼进行二次利用，提高生产效率和产品质量，降低生产成本，同时还使生产线的工况适应性和安全运行稳定性大大增强。
关键词：
泡油工段；PLC；RS485；人机界面
TitleOil-DependSectionControlSystemDesignforWigs
Abstract
Traditionally,mostsparklinginthesectionofthelineishand,Andwashing-upliquidtemperatureandusageisdifficulttogetaccuratecontrol,andproductionefficiencyandproductqualityislow,Itresultedinunnecessaryawasteofenergyandresources.Inaddition,theproductionenvironmentisabominable.Butthewigsindustrydevelopedrapidly,hairimplementationofautomationcontrolishigherandhigher.
Thissubjecttothedomesticsituation,analysissectionoftheoil,weusetheremotecontroltheoryanddistributedcontrol,implementtheautomaticcontrolsystemofthematerialconditions,Andimprovetheusageofmonitoringsolutionandpickletimetotimefunctions.Systemofcommunicationstabilityisaveryimportantissue.Thisarticleisanalysisoftheremotecommunicationterminalsandtheapplicationofaconcrete.Itusesreasonablemethodsofeffectiveanti-interference.Theplccommunicationsystemscanworkstabilityandnormally.Basedonit,useoneofthescreenstheman-machinesoftwarescreeneditor1.05.74.
Wedevelopedanddesignedtheoperatinginterfacescreensandexplainedtheoperationandthemethodsindetailandillustratetomeetusersneeds.Improvethesystemmaneuverability
Theautomaticcontrolsystemcanreduceawasteofenergy,ButalsotorefineonthesecondofNoah,increaseproductionefficiencyandproductquality,andmakeproductioncostlower.Italsomakesflexiblelineoftheconditionsandsafeoperationstabilitygreatlyenhanced.
Keywords:
Oil-DependSection;PLC;RS485;Human-MachineInterface
目次
1.引言
1.1自动控制的概念
自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节相关参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足生产条件的要求。
现在国内自动控制采用的方法，都是先测出调节参数对给定值的偏差，然后根据这个偏差，经控制系统的调节，消除干扰的影响，使调节参数再回到给定值（或允许范围）。
1.2PLC的发展概述口
可编程控制器PC（ProgrammableController）又称称为可编程序逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController），是以微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。
随着科学技术的迅猛发展，PLC的功能己经远远超过了逻辑控制的范畴，使其不仅具有逻辑控制的功能，而且具有运算、模拟量处理和通信联网等功能。
因此，人们将当今这种装置称为可编程序控制器，简称为PC。
但为了避免与个人计算机PC（PersonalComputer）混淆，所以将可编程序控制器简称为PLC。
提出PLC概念的是美国通用汽车公司。
当时，根据汽车制造生产线的需要，希望用电子化的新型控制器替代继电器控制柜，以减少汽车改型时，重新设计制造继电器控制盘的成本和时间。
把计算机的功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的通用的。
根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内。
控制器和控制对象连接方便。
这一设想提出后，首先得到美国数字设备公司价（DEc）的响应，并于1969年研制出了世界上第一台PLC（PDP.14）。
用其替代传统继电器控制系统，在GM公司汽车装配线上试用获得了巨大成功。
随着这项新技术的迅速发展，1971年日本从美国引进了这项新技术，很快就研制出了日本第一台PLC。
1973年----1974年，原西德和法国也相应研制出自己的PLC。
我国从1974年开始研制，1977年以一位微处理器MCl4500为核心的PLC，在工业上应用获得成功。
PLC主要经历了以下几个发展时期：
（1）诞生到70年代初期。
其硬件以准计算机形式出现，在I/O接口电路上可适应工业控制现场的要求。
PLC的CPU由中小规模集成电路组成，存储器为磁芯存储器。
可完成条件、定时、计数等控制，没有形成系列。
一台PLC可取代200-300个继电器。
其软件编程上，吸收了电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的特点，形成了其特有的编程语言――梯形图。
其性能优于继电器控制装置，主要用于诸如汽车自动装配线的开关量的控制方面。
（2）70年代初期到70年代末期。
PLC的CPU开始采用微处理器，存储器采用EPROM，使PLC具有了逻辑运算、定时、计数、数值计算、数据处理、计算机接口和模拟量控制等功能。
除保持原有的开关量I/O外，还增加了模拟量I/O、远程I/0和各种特殊功能，如高速计数器、PID、通信等模块。
软件上开发出自诊断程序，可靠性进一步提高。
结构上开始有整体式和模块式的区分，整机功能从专用开始向通用过渡。
在应用上，除继续用于开关量的控制以外，主要用于步进顺序控制方面，使单步步进顺序控制器控制方法得到了更为广泛的应用。
（3）70年代末期到80年代中期。
随着单片计算机的出现，使PLC开始向专用工业计算机演变。
PLC的CPU采用8位和16位微处理器，有些还采用多微处理器结构，存储器采用EPROM、CMOSRAM等，使PLC功能和处理速度大大增强，具有通信功能，增加了多种特殊功能，如浮点数运算、平方、三角函数、相关数、查表、列表、脉宽调制变换等。
软件方面开发了面向过程的梯形图语言及其变相语句表（也称逻辑符号或助记符）。
PLC的体积进一步缩小，可靠性大大提高，成本大幅度下降。
在应用上，除上述的应用领域外，还可用于数控领域。
如通过PLC控制步进电机和伺服电机，达到位置控制和机床数控的目的。
（4）80年代中期到90年代中期。
随着计算机技术飞速发展及超大规模集成电路、门阵列电路的使用，促使PLC完全计算机化。
PLC开始全面使用8位、16位微处理芯片的位片式芯片，处理速度也达到了运行一条指令只需1us的时间。
功能上己经具有高速计数、中断、A/D、D/A、PID等，可以满足过程控制要求，同时加强了联网功能。
软件上，在梯形图语言和语句表（逻辑符号）基本标准化基础上，创立了SFC（顺序流程图语言），并开发了基于个人微机的编程软件。
在应用上，除满足上述的应用领域外，还可用于模拟量的控制。
使得PLC不仅能完成过程控制，而且能对仪器仪表实施监控。
在这期间，国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC标准的草案第一稿、第二稿，在1985年发表了PLC标准草案，并于1987年2月通过了对它的定义，PLC开始向标准化、系列化发展。
（5）90年代中期至今。
RISC（精简指令系统CPU）芯片在计算机行业大量开始使用，表面贴装技术和工艺已成熟，使PLC整机体积大大缩小，PLC使用16位和32位的微处理器芯片，有的已使用RISC芯片。
CPU芯片也向专用化发展，系统程序中逻辑运算等标准化功能用超大规模门阵列电路固化。
最小的PLC只有8个I/O点，最大的PLC有32K个以上I/O点。
PLC的通信联网能力进一步加强和完善，使PLC基本都可以与计算机进行通信联网。
最快PLC处理一步程序仅需几十ns。
软件上使用容错技术，硬件上使用多CPU技术。
二三百步以上的高级指令，使PLC具有强大的数值运算、函数运算和大批量数据处理能力。
已开发出各种智能化模块。
以LCD为显示的人机智能接口普遍使用，高级的已发展到触摸式屏幕。
除手持式编程器外，大量使用了个人计算机和功能强大的编程软件。
在应用上，除上述应用领域外，主要用于系统集中监控，远距离监控等方面，使PLC可以组成局域工业控制网络和远距离工业控制网络。
同一时期，由PLC组成的PLC网络也得到飞速发展。
PLC与PLC网络成为工厂企业中首选的工业控制装置，由PLC组成的多级分布式PLC网络成为CIMS（computer-integratedmanufacturingsystem）系统不可或缺的基本组成部分。
人们高度评价PLC及其网络的重要性，认为它是现代工业自动化的支柱之一。
PLC及其网络的重要作用
从近年的统计数据看，在世界范围内，PLC产品的产量、销量、用量高居各种工业控制装置榜首，形成这一局面有其深刻的原因：
PLC集三电于一体。
工业自动化通常分为三类：
一类是控制开关量的逻辑控制系统，一类是控制慢连续量的过程控制系统，一类是控制快连续量的运动控制系统。
在传统上对于这三种控制系统使用不同的控制装置。
逻辑控制用电控装置（电气控制装置即继电器接触器控制柜），过程控制用电仪装置（电动单元组合仪表），运动控制用电传装置（电气传动控制装置）。
所谓三电指的就是电控、电仪、电传。
从现代控制装置来看，无论是逻辑控制、过程控制还是运动控制都使用计算机开发的控制装置，计算机成为三电一体的物质基础。
有两种实现三电一体化的思路：
一种是在网络一级实现三电一体化，逻辑控制装置、过程控制装置、运动控制装置尽管各不相同，但他们通过网络载体实现
基于PLC网络控制的高速铺网机的研究了三电一体化。
另一种思路是在控制装置一级实现三电一体化，一台控制装置既有逻辑控制功能，又有过程和运动控制功能。
PLC则沿着后一种思路发展三电一体化，它灵活机动，三电集成度高，适合于各种规模的自动化系统。
随着PLC的处理器处理速度的不断提高，PLC的功能不断增多，现在发展成具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的名符其实的多功能控制器。
（1）PLC网络的性能价格比高。
PLC网络经过多年的发展，已成为具有3～4级子网的多级分布式网络。
加上配置强有力的工具软件，使它成为具有工艺流程显示、动态画面显示、趋势图生成显示、各类报表制作的多种功能的系统，所有这一切使PLC网络成为工业控制中重要的组成部分。
而且PLC网络仅在关键部位配置冗余结构，提高了性价比。
（2）PLC的高可靠性。
PLC是一种具有很高可靠性的控制装置，在硬件上采取了诸如隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施，在模板机箱进行了完善的电磁兼容性设计，采用了数字滤波、指令复执、程序卷回、差错校验等一系列软件抗干扰措施及故障诊断技术。
（3）PLC采用周期循环扫描方式工作，对输入输出集中进行，这种工作方式本身具有抗干扰能力。
通常，为了防止输入开关量丢失，把循环扫描的时间控制在l00～200ms之内，这个时间比PLC所带的执行器的机电时间常数小得多，所以，其纠正错误输出的能力是十分强大的。
1.3泡油工段自动化的背景和意义
假发生产企业中，产品出厂前的清洗去污过程称为泡油工艺，泡油工段中包括大量的泡油设备、锅炉、输送管道等，如何实现车间自动化管理一直是个难题。
假发传统的生产工艺中，采用的是人工控制蒸汽的温度及其对假发的洗涤时间，那么这就与工作人员的经验有很大的关系，另外，发质也会受到很大的影响。
如果采取对蒸汽温度的自动控制和洗涤时间，那么就假发的品质就很少受到人为因素的影响。
因此，若采用自动化控制系统来生产假发的话，就能够大大提高假发的生产效率和产品质量，也改善了工人的生产环境，减少了工人数量，也就降低了生产成本，从而获得更高的利润，扩大与别人的竞争优势。
也更能够满足不同客户的需要。
泡油工段是假发生产工程中的最后环节，也是最为重要的一环，泡油工艺的好坏直接影响着假发的发质。
泡油工段对洗涤环境有着严格的温度要求和压力要求。
泡油工段中包括大量的泡油设备，泵，电动阀，锅炉，输送管道等设备。
因此维持泡油设备内的温度，压力和泡油时间长度的控制成为了制胜的关键。
而自动控制则可以使温度控制在设定温度的正负1.5摄氏度的范围内，与传统工艺的正负5度相比精度得到了很大的提高。
另外，伴随着新技术的不断出现，自动化水平逐渐的提高，应用范围也越来越广，系统成本也在逐渐降低，操作也越来越简单，智能程度也是越来越高。
1.4研究的主要内容
本设计是完成对假发生产泡油工段的自动控制，即PLC，温度传感器及其蒸汽电动阀等设备组成闭环控制系统，最终实现泡油工段中洗涤液的温度恒定，并完成洗涤液的自动添加和排放。
论文组织结构
根据本文的研究内容，本文共分五章，各章的内容安排如下：
第一章，引言。
论述了自动控制系统及其假发生产自动化的意义。
第二章，介绍了分布式控制系统（DCS）及其假发的制作工艺。
主要叙述了分布式控制系统的组织结构及其假发生产的基本过程。
第三章，介绍了系统的硬件选择和电路的设计。
第四章，介绍了PLC程序的编写和人机界面的开发。
2.泡油工段工艺及其控制系统
2.1控制系统的设计原则
任何一种控制系统的设计都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。
因此，在设计泡油工段生产线的控制系统时，应遵循以下几个基本原则：
（1）最大限度地满足被控对象的控制要求
充分发挥PLC的功能，最大限度地满足炭粉糊生产线的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。
这就要求在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。
同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。
（2）保证PLC控制系统安全可靠
保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。
这就要求设计时在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。
例如，应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。
并且提供灵活、安全的措施保证信息的等级和保密，对不同的管理角色给予不同的管理权限。
（3）力求简单、经济、使用及维修方便
一个新的控制工程固然能够提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行成本的增加。
因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大企业的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。
这就要求在设计时不但要使控制系统简单、经济，使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标，并且要求操作界面友好，操作直观方便。
（4）适应发展的需要
由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。
这就要求在选择PLC、输入、输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有余量，以便满足今后生产发展和工艺改进的要求。
（5）具有一定的先进性
采用先进的设计思想和技术，应用先进成熟的软硬件技术，保证系统具有较强的生命力，符合当前和未来企业发展的需要。
2.2DCS控制系统
随着工业现代化的发展，生产规模不断扩大，生产工艺日趋复杂，对实现生产过程自动控制的系统提出更高的要求，不但要求系统有优越的控制性能、良好的性能价格比、良好的可维修性，还要求高可靠性、灵活的构成方式和简易的操作方法。
而以往的模拟仪表控制系统和计算机直接数字控制系统很难同时满足这些要求，因而必须寻找更有效的控制系统。
大量系统理论证明，分级分布式控制是是实现大系统综合控制的理想方案。
图2.1DCS系统原理框图
图2.1是分布式控制系统的组成框图。
它是一种典型的分级分布式控制结构：
管理计算机完成定生产计划、产品管理、财务管理、人员管理以及工艺流程管理等功能，以实现生产过程的静态最优化。
监控计算机通过协调各基本控制器的工作，达到过程的动态最优化。
基本控制器则完成过程的现场控制任务。
CRT操作站是显示操作装置，完成人----控制系统过程的接口任务。
数据采集器用来收集现场控制信息和过程变化的信息。
这样，系统中的现场控制任务，可以由带有通信装置的基本控制器如PLC来完成，而且可以由一般仪表来完成。
数据采集器和基本控制器在现场对信号进行预处理后经数据高速通道再送入上一级计算机，不但减少了上级计算机的负荷，而且减少了现场电缆铺设。
DCS的基本构成可以简单地将其归纳为“三点一线"式的结构。
一线是指计算机网络和现场总线。
三点是指在网络上3种不同类型的节点：
面向被控工程的现场I/O控制站、面向操作员的操作站和面向DCS监督管理人员的工程师站。
下面介绍一下这几个组成部分。
（1）DCS的网络结构
用于DCS的计算机网络在很多方面的要求不同于通用的计算机网络，也就是说，网络需要根据现场通信实时性的要求，在确定的时限内完成信息的传送。
根据网络的拓扑结构，大致可以分为星形、总线形和环形3种。
星形网由于其必须设置一中央节点，各个节点之间的通信必须经由中央节点进行，这种变相的集中系统不符合DCS的设计原则。
目前广泛应用的网络结构是环形和总线形网。
在这两种结构的网络中，各个节点可以说是平等的，任意两个节点之间的通信可以直接通过网络进行，而不需要其它节点的介入。
（2）现场I/O控制站
现场I/O控制站是完成对过程现场I/O处理并实现直接数字控制的网络节点。
（3）操作员站
DCS的操作员站是处理一切于运行操作有关的人机界面功能的网络节点，其主要功能就是为了系统的运行操作员提供人机界面，使操作员可以通过操作员站及时了解现场运行状态和各种运行参数的当前值。
（4）工程师站
工程师站是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点。
其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件，并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。
分布式控制系统是先进的控制方案，其主要优点是：
（1）采用分布式控制结构，各控制器的任务明确，计算平衡，因此效率高。
（2）在物理上的分散结构，采用现场总线等通讯技术，减少了干扰和故障，同时大大节省了电缆。
（3）实现分布控制、集中管理，降低了风险。
（4）系统重构简单。
现场I/O控制站是DCS的核心基础，系统主要的控制功能由它来完成。
系统的性能、可靠性等重要指标也都要依靠现场控制站保证，因此对它的设计、生产及安装都有很高的要求。
其中控制站内逻辑部分和现场I/O之间的连接也很关键。
随着现场总线技术的快速发展，目前直接使用现场总线产品作为现场I/O模块和主处理的连接已很普遍，用的较多的现场总线产品有CAN、Profibus、Devicent、及FF等。
2.3通讯网络的选型与设计
现场总线技术是在工业生产对数据传输高度实时性和可靠性的要求下，伴随着数字通讯技术和半导体技术的发展而产生的。
根据国际电工委员会IEC/SC65C的定义：
现场总线是安装在生产过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式，串行和多点通讯的数据总线。
现场总线的出现，保证了数据在现场仪表层与自动控制站层之间传输的实时性和可靠性。
总的来说，现场总线具有以下特点和优点：
（1）结构上，现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式，采用智能现场设备，使得控制系统功能能够直接在现场完成，实现彻底的分散控制。
由于采用数字信号替代模拟信号，可实现一对电缆线上传输多个信号（包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息等），同时又可以为多个设备提供电源。
这就为简化系统结构、节约硬件设备、减少连接电缆与各种安装、维护费用创造了条件。
（2）技术上，系统具有开放性、互可操作性与互用性，现场设备实现了智能化和功能自治，系统结构高度分散，在某种程度上，现场总线己构成了新的全分散性控制系统的体系结构。
（3）现场总线系统的优点主要体现在以下几个方面：
①节省硬件数量与投资
②节省安装费用
③节省维护开销
④用户具有高度的系统集成自主权
⑤提高了系统的准确性与可靠性
由于现场总线的以上特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统从设计、安装到正常生产运行及检修维护，都具有优越性。
现场总线和智能仪表的出现标志着工业控制领域进入了网络时代，迅速成为了工业控制的主流。
目前国际上正在使用的现场总线名目繁多，如FF（FoundationFieldbus）基金会现场总线，WORLDFIP，CAN总线，LonWorks，PROFIBUS等。
各种现场总线都有自己的特点，适用的场合也有所
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