生产管理知识_苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计论文

1 毕业设计 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计 生产过程控制 Phenyl phenol formaldehyde resin complete sets of equipment designproduction process control 班级：过程装备与自动化过程装备与自动化 学生姓名：学号： 指导教师：职称：副教授副教授/ /高级工程师高级工程师 导师单位：徐州工业职业技术学院徐州工业职业技术学院 论文提交日期：20132013 年年 1111 月月 3030 日日 2 徐州工业职业技术学院 毕业设计任务书 课题名称：苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计 生产过程控制 课题性质：工程设计类 院系名称：机电工程系 专业：过程装备与自动化 班级：过程装备与自动化 指导教师： 学生姓名： 3 一选题意义及背景一选题意义及背景 苯基苯酚甲醛树脂是一种重要的工业产品，经济的发展对制苯基苯酚树脂 工艺和装置的效率、经济性、灵活性、安全都提出了更高的要求，同时也促进 了新型工艺、高效率装置的开发和投产。 二毕业设计（论文）主要内容二毕业设计（论文）主要内容 能熟悉运用三菱 PLC 来编写控制苯基苯酚甲醛树脂的工艺流程的梯形图， 并能将其三维动态以及在各个工艺过程中的状态显示（温度，压力，以及液位 等）在组态王上显现出来，能够正确的选用各种硬件，以及正确的完成软件的 编写。 三计划进度三计划进度 1第七周：查阅资料，完成论文的绪论，掌握初步设计方法 2第八周：熟悉 PLC 和组态王软件 3第九周：初步可以用 PLC 编写简单的梯形图并有简单的设计思想 4第十周：用组态王将其工艺流程图画出，并将主要的梯形图编出 5第十一周：画出电路接线图并完成毕业论文电子稿 6第十二周：准备毕业答辩 四毕业设计（论文）结束应提交的材料四毕业设计（论文）结束应提交的材料 1.毕业设计（论文）报告 2.毕业设计论文评阅表和交叉评阅表 3.答辩评分表 4.论文真实性承诺及指导教师声明 5.设计计算书 6.其它相关资料 指导教师教研室主任 年月日年月日 4 论文真实性承诺及指导教师声明论文真实性承诺及指导教师声明 学生论文真实性承诺学生论文真实性承诺 本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已 经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如 被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和 一切后果。 毕业生签名：日期： 指导教师关于学生论文真实性审核的声明指导教师关于学生论文真实性审核的声明 本人郑重声明： 已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核， 确定其内 容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不 存在抄袭等学术不端行为。 指导教师签名：日期： 摘要 I 摘 要 可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置， 它将传统的继电器控制技 术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性 高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度控制的要求。 在工业领域，随着自动化程度的迅速提高，用户对控制系统的过程监控要求 越来越高，人机界面的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统 进行全面监控，包括过程监测、报警提示、数据记录等功能，从而使控制系统变 得操作人性化、过程可视化，在自动控制领域的作用日益显著。 本文主要介绍了三菱 MELSOFT 系列 GX Developer 列的可编程控制器和亚 控公司的组态软件组态王的过程控制系统的设计方案。编程时调用了编程软件 ELSOFT 系列 GX Developer 中的控制模块，使得程序更为简洁，运行速度更为 理想。利用组态软件组态王设计人机界面，实现控制系统的实时监控、数据的实 时采样与处理。实验证明，此系统具有快、准、稳等优点，在工业温度控制领域 能够广泛应用。 关键词：苯基苯酚树脂可编程控制器人机界面组态王 Abstract II Abstract The programmable controller is an automatic control device for a wide range of applications, it will be the traditional relay control technology, computer technology and communication technology com., has a strong ability to control, flexible operation, high reliability, suitable for long-term characteristics of continuous work, very suitable for temperature control requirements. In the industrial field, with the rapid increase in the degree of automation, user of the process monitoring control system of the increasingly high demand, emergence of human-machine interface meets the needs of users. The man-machine interface can comprehensively monitor the control system, including process monitoring, alarm, data recording and other functions, so that the control system has become the operation of human nature, process visualization, is becoming more and more significant in the field of automatic control function. This paper describes the columns GX Developer Mitsubishi MELSOFT series programmable controller and sub controllers configuration software kings process control system design. Programming series called GX Developer programming software ELSOFT the control module, making the program more concise, runs even better. King design using the configuration software interface, the control system to achieve real-time monitoring, real-time data sampling and processing. Experiments show that this system has a fast, accurate, stable, etc., in the field of industrial temperature control can be widely used Keywords: Phenyl phenol resinTemperature ControlPLCHMIKingview 目录 1 目录目录 第一章绪论.1 1.1 研究背景及意义.1 1.2 国内外探究现状.1 1.3 毕业设计研究内容.1 第二章工艺流程及控制要求.2 第三章硬件组成.3 3.1 可编程控制器的基础.3 3.1.1 PLC 的基本概念3 3.1.2 PLC 的基本结构3 3.1.3 PLC 的工作特点4 3.1.4 PLC 的工作原理4 3.1.5 PLC 的生产和应用. 5 3.1.6 Fx2N-4AD.5 3.1.7 Fx2N-4AD-PT.7 3.1.8 Fx2N-4DA.7 3.2 电动执行机构.8 3.2.1 模拟量8 3.2.2 开关量.8 3.2.3 变频器 1.5KW.8 3.3 压力传感器.9 3.4 PT100 传感器10 3.5 液位传感器.10 3.6 PLC I/O 分配表11 3.7 配线图.11 第四章使用软件简介.15 4.1.1 PLC 控制系统设计的基本原则15 4.1.2 PLC 控制系统设计的一般步骤15 4.2 组态王简介.17 4.2.1 组态王的简介.17 4.2.2 人机界面的简介 18 4.2.3 人机界面的建立18 4.2.4 组态王的特点.21 4.2.5 组态王的控件简介 22 第五章设计思想及程序.23 5.1 计量采样.24 5.2 加料控制.25 5.3 温度控制26 5.4 压力检测.27 5.5 变频器调速.27 5.6 阀门控制.27 总结.29 致谢.30 目录 2 参考文献.31 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计生产过程控制 1 第一章绪论 1.1 研究背景及意义 我国邻苯基苯酚生产苯酚的副产物邻苯基苯酚和甲醛为原料， 在氢氧化钠催 化剂作用下， 经催化缩合， 中和、 水洗、 真空蒸馏制得热固性苯基苯酚甲醛树脂， 外观为粘稠状红棕色液体，成功地为我国铸造业提供了自己配的砂芯粘合剂，用 本剂所粘合的砂芯其抗弯性、抗 拉、流动性、透气性和固化时间等指标都比较 理想。 1.2 国内外探究现状 我国在苯基苯酚甲醛树脂方面没有成熟的生产技术， 仅检索到以邻苯基苯酚 和甲醛为原料的氢氧化钠催化缩合工艺、 以苯酚和甲醛为原料的氢氧化钠及盐酸 催化缩合工艺。 国外多采用合成法生产邻苯基苯酚，主要企业在日本、美国和德国。美国陶 氏是最早厂家， 主要采用氯苯为原料生产。 德国拜耳公司主要采用环己酮为原料， 经过二聚脱氧生产邻苯基苯酚。 国外现已开发出从环己酮一步催化法合成邻苯基 苯酚，时联产对苯基苯酚的方法， 该技术关键在于催化剂制备与选择。 1.3 毕业设计研究内容 本文主要是基于苯基苯酚甲醛树脂工艺生产的过程控制， 用三菱 MELSOFT 系列 GX Developer 软件进行梯形图的程序编写，并运用组态完成模拟，从而控 制苯基苯酚树脂的合成，继而实现其中间自动控制过程，达到现代化自动控制工 艺的过程。 第二章工艺流程及控制要求 2 第二章工艺流程及控制要求 苯基苯酚甲醛树脂生产工艺分为两个部分， 第一部分为邻苯基苯酚和甲醛进 行催化缩合合 成树脂，第二部分为蒸馏脱水及溶剂制得产品。 首先将苯酚（固体，白色晶体，加入 50L 蒸汽加热反应釜中）和甲醛（计 量罐 A 中）固液配比 1：1.3（或 1.4） ，反应温度为 3 0 ，以乙醇（计量罐 B 中）为溶剂 ，催化剂量加入 50L 蒸汽加热反应釜中，开始搅拌加热 (温度不宜 升的 过快)，转速控制在 50-100r /min 内，反应时间为 4-6 h 左右，经过滤罐过 滤掉催化剂后得乳白色溶液。 用 10L 抽滤罐将过滤罐中溶液抽到 50L 蒸馏釜中。开始搅拌加热，转速转 速控制在 5 0-100r /min 内，进行升温蒸馏脱水及溶剂，当温度升至 85时有馏 出液，经 4m2卧式冷凝蒸馏器,从而冷却得到乙醇溶液，收集在接收罐 A 中；后 期温度为 110左右，约 60-90min 后馏出液较少，温度开始升高，应控制在 110-120直至无馏出液为止，馏出液经 4m卧式冷凝蒸馏器冷凝后得到甲醛溶 液。然后停止加热、冷却，在 50L 蒸馏釜得到产品为淡黄色透明液体，即为苯 基苯酚甲醛树脂。 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计生产过程控制 3 第三章硬件组成 3.1 可编程控制器的基础 3.1.13.1.1 PLCPLC 的基本概念的基本概念 可编程逻辑控制器是一种工业控制计算机，简称 PLC（Programmable Logic Controller） ，它是将传统的继电器控制技术、现代的微电子技术、计算机技术和 通信技术融为一体的自动化控制设备。 它采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。 PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业 控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 3.1.23.1.2 PLCPLC 的基本结构的基本结构 PLC 从组成形式上一般分为整体式和模块式两种，但在逻辑结构上基本相 同。无论是整体式还是模块式，从硬件结构看，PLC 都是由微处理器（CPU）、 存储器（RAM、ROM）、输入输出接口（I/O 接口）、编程器及电源部分组成， 其 PLC 硬件结构框图如下： 图 2-1 PLC 硬件结构框图 1）微处理器（CPU） CPU 是 PLC 的运算控制中心， PLC 在 CPU 的控制下， 协调系统内部各部分 的工作，执行监控程序和用户程序，进行信息和数据的逻辑处理，产生相应的内 部控制信号，实现对现场各个设备的控制。 2）存储器（RAM、ROM） PLC 的存储器分为系统存储器（ROM）和用户存储器（RAM） 。系统存储 器用来存放系统管理程序，并固化在 ROM 内，用户不能访问和更改；用户存储 器用来存放用户编制的应用程序和工作数据，其内容可以由用户随意修改，目前 第三章硬件组成 4 较先进的 PLC 采用可随时读写的快闪存储器作为用户存储器，它不需要后备电 池，掉电时数据也不会丢失。 3）输入输出接口（I/O 接口） PLC 是通过各种 I/O 接口模块和工业现场输入与输出设备连接的，按 I/O 点 数确定模块规格及数量， I/O 模块可多可少， 但其最大数受 CPU 所能管理的基本 配置能力的限制，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 PLC 的对外功能主要是通过各种 I/O 接口模块于外界联系来实现的。 输入模 块和输出模块是 PLC 与现场 I/O 装置或设备之间的连接部件，起着 PLC 与外部 设备之间的传递信息的作用。I/O 模块分为开关量输入、开关量输出、模拟量输 入和模拟量输出等模块。 4）编程器 常见的编程器有简易手持编程器、智能图形编程器和基于 PC 的专用编程软 件。编程设备用于输入和编辑用户程序，对系统作些设定，监控 PLC 及 PLC 所 控制的系统的工作状况。编程设备在 PLC 的应用系统设计与调试、监控运行和 检查维护中是不可缺少的部件，但不直接参与现场的控制。 PLC 本质上就是一台微型计算机， 其工作原理与普通计算机类似， 具有计算 机的许多特点。但其工作方式却与计算机有着较大的不同，具有一定的特殊性。 PLC 采用循环扫描的工作方式。 工作时逐条顺序扫描用户程序， 如果一个线圈接 通或断开，该线圈的所有触点不会立即动作，需等扫描到该触点时才会动坐。 5）电源 PLC 中的电源，是为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。电源可分直流 和交流两种类型，交流输入 220VAC 或 110VAC， ，直流输入通常是 24V。 3.1.33.1.3 PLCPLC 的工作特点的工作特点 (1) 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能 。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术， 采用严格的生产工艺制造， 内部电 路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 (2) 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于 各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的 数据运算能力，可用于各种数字控制领域 。 (3) 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易， 编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器 电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电 器 电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算 机从事工业控制打开了方便之门。 (4) 体积小， 重量轻， 能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150 g ， 功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想 控制设备。 PLC 的工作过程有两个显著特点：一是周期性顺序扫描，二是集中批处理。 3.1.43.1.4 PLCPLC 的工作原理的工作原理 （1）PLC 控制逻辑的实现 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计生产过程控制 5 继电器控制系统是一种硬件逻辑系统，其三条支路是并联工作的，所以继电 器控制系统采用的是并行工作方式。 （2）PLC 的工作方式 PLC 采用反复循环的顺序扫描工作方式。PLC 从第一条指令执行开始，按 顺序逐条执行用户程序直到拥护程序结束， 然后返回第一条指令开始新的一轮扫 描，每重复一次的时间就是一个工作周期（称扫描周期） 。 （3）输入/输出的滞后现象 PLC 显著的不足之处是输入/输出有滞后现象，对于一般设备来说，其开关 量输入信号的变化周期大于程序工作周期，因此 PLC 输入/输出滞后现象对一般 工业设备来说是完全允许的，但对某些设备，如需要输出对输入做出快速反应， 可采用快速响应模块、高速计数模块以及中断处理等措施来尽量减少滞后时间。 3.1.53.1.5 PLCPLC 的生产和应用的生产和应用 1969 年美国数字设备公司（DEC）首先研制成功了世界上第一台可编程控 制器，并在通用汽车公司（GM）的自动生产线上试用成功，取得很好的效果。 从而开创了工业控制的新局面。 20 世纪 80 年代，随着大规模集成电路和微型计算机技术的发展，以 16 位 和 32 位微处理器为核心的 PLC 得到了迅速的发展，使 PLC 在设计、性能、价 格等方面都有了新的突破。目前，PLC 的生产厂家众多，产品的型号、规格不可 胜数，但主要分为欧洲、日本、美国三大块，本次采用的是日本的三菱。 随着 PLC 功能的不断完善，性价比的不断提高，PLC 的应用面也越来越广。 目前，PLC 在国内外已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、 汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PLC 的应用范围通常可分 为开关逻辑控制、运动控制、闭环过程控制、数据处理、通信及联网。 3.1.63.1.6 Fx2N-4ADFx2N-4AD 三菱 Fx2N-4AD 是三菱电机公司推出的一款 Fx2N 系列 PLC 模拟量输入模 块，有 CH1CH4 四个通道，每个通道都可进行 AD 转换，分辩率为 12 位，采 集信号电压为-10V+10V，分辩率 5mV。电流输入时，为 420mA 或-2020mA， 分辩率 20uA。 Fx2N-4AD 内部有 32 个 16 位的缓冲寄存器(BMF)， 用于与主机交 换数据。 FX2n-4AD 占用 FX2n 扩展总线的 8 个点，耗电为 5 V，30mA。Fx2N 常用的模拟量输入模块有 Fx2N-2AD、Fx2N-4AD、Fx2N-8AD 模拟量输入模块 和温度传感器输入模块。 Fx2N-4AD 通过扩展电缆与 PLC 主机相连，四个通道的外部连接则根据外 部输入电压或电流量的不同而不同。 1）其外部接口如图 3-1： 第三章硬件组成 6 图 3-1 外部接口 2）配线如下图 3-2 图 3-2 配线 3）三种模拟输入信号及其分辨率如下图 3-3： 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计生产过程控制 7 图 3-3：三种模拟输入信号及其分辨率 3.1.73.1.7 Fx2N-4AD-PTFx2N-4AD-PT FX2N-4AD-PT 是三菱 FX2N 系列 PLC 中的一款模拟量的特殊功能模块， 广 泛用于基本三菱工控搭建的自动化平台中。FX2N-4AD-PT 型模拟输入模块用于 模拟输入（电压输入和电流输入）转换成数字值，并将这个值输入到可编程控制 器中。FX2N-4AD-PT 可连接到 FX0N、FX2N 和 FX2NC 系列的可编程控制器。 3.1.83.1.8 Fx2N-4DAFx2N-4DA 三菱 FX2N-4DA 是一款模拟量模块，三菱 FX2N-4DA 有 4 个输出通道。提 供了 12 位高精度分辨率的数字输入。转换速度为 2.1ms/4 通道，使用的通道数 变化不会改变转换速度。输出的形式可为电压，也可为电流。其选择取决于接线 不同。电压输出时，两个模拟输出通道输出信号为 010V DC，05V DC；电 流输出时为 420mADC。分辨率为 2.5mV（010V DC）和 4uA（420mA） 。 数字到模拟的转换特性可进行调整。本模块需占用 8 个 I/O 点。适用于 FX1N、 FX2N、FX2N 子系列。其他的性能与 FX2N-2DA 相似。 1）其外部接口如图 3-4： 图 3-4 外部接口 2）配线如下图 3-5 第三章硬件组成 8 图 3-5 配线 3.2 电动执行机构 3.2.13.2.1 模拟量模拟量 模拟量是指变量在一定范围连续变化的量；也就是在一定范围（定义域）内 可以取任意值（在值域内） 。数字量是分立量不是连续变化量只能取几个分立值 二进制数字变量只能取两个值。 在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量。 把表示模拟量的信号叫模 拟信号。把工作在模拟信号下的电子电路叫模拟电路。 热电偶在工作时输出的电压信号就属于模拟信号， 因为在任何情况下被测温 度都不可能发生突跳， 所以测得的电压信号无论在时间上还是在数量上都是连续 的。 而且， 这个电压信号在连续变化过程中的任何一个取值都是具体的物理意义， 即表示一个相应的温度。 3.2.23.2.2 开关量开关量 “开”和“关”是电器最基本、最典型的功能。开关量，指控制继电器的接通或 者断开所对应的值，即“1”和“0”。即开关量是非连续性信号的采集和输出，包括 遥信采集和遥控输出。它有 1 和 0 两种状态，这是数字电路中的开关性质，而电 力上是指电路的开和关或者说是触点的接通和断开。 3.2.33.2.3 变变频器频器 1.5KW1.5KW 变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术， 通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。 变频器主要 由整流单元、高容量电容、逆变器和控制器组成。变频器靠内部 IGBT 的开断来 调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压， 进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、 过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应 用。 变频器原理介绍： （1）变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率 的电能控制装置。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4 个部 分组成。 整流部分为三相桥式不可控整流器， 逆变部分为 IGBT 三相桥式逆变器， 且输出为 PWM 波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计生产过程控制 9 （2）我们知道，交流电动机的同步转速表达式位： n60f (1s)/p(1) 式中 n异步电动机的转速； f异步电动机的频率； s电动机转差率； p电动机极对数。 由式(1)可知，转速 n 与频率 f 成正比，只要改变频率 f 即可改变电动机的转 速，当频率 f 在 050Hz 的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器 就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的 调速手段。 变频器其工作原理是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另 一频率的电能控制装置。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4 个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为 IGBT 三相桥式 逆变器， 且输出为 PWM 波形， 中间直流环节为滤波、 直流储能和缓冲无功功率。 变频器主要是由主电路、控制电路组成： (1)主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，它由三部分 构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电 压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。 (2)控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信 号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电 动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”以及逆变 器和电动机的“保护电路”组成。 3.3 压力传感器 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。 一般普通压力传感器的输 出为模拟信号，模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。 本次树脂合成综合各个方面考虑采用 AST4600AST4600 防爆压力传感器， 它已通过 CSA30(UL 1203)1 类 1 级防爆 A、B、C、D 组认证，结构坚固、原厂 全密封，是 AST 专门针对各种要求严格的防爆环境使用而设计的高性价比传感 器。 AST4600AST4600 防爆压力传感器优点： 全不锈钢整体结构， 无油、 无焊接、 无 O 形圈，使用温度范围广，压力范围由 0-50 至 0-10000 PSI（出厂前经渗漏检 验） ，可使用在对不锈钢兼容的液体和气体等优点。 其具体参数如下表： 电路参数 输出讯号4-20mA1-5V, 1-6V 供电电源10-28VDC10-28VDC 输出阻抗10k Ohms100 Ohms, Nominal 耗电量25mA, Max10mA 频带宽(-3dB): DC to 250 Hz(-3dB): DC to 1kHz 输出讯噪-2mV RMS 零点偏差1% of FS1% of FS 满量程偏差2% of FS1.5% of FS 第三章硬件组成 10 输出负载0-800 Ohms10-28VDC5k Ohms, Min 3.4 PT100 传感器 PT100 温度传感器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出 信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。带传感器的变送器通常 由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶或热电阻；信号转换 器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成（由于工业用热电阻和热电偶分度 表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器） ，有些变送器增 加了显示单元，有些还具有现场总线功能。 故采用 SWR 一体化防爆传感器，具体技术参数如下： （1）输入信号：pt100、pt1000 （2）输出信号：420mA，本质安全型 （3）线性：输出信号与温度呈线性对应 （4）精度： 0.1%、0.2% （5）供电电压：9.030VDC （6）环境温度： -40+85 （7）温度漂移系数： 0.01%/ （8）隔离强度： 输入/输出之间 AC1500v 1 分钟 （9）电压波动影响： 0.005% X 量程 / V DC 以下 （10）绝缘电阻： 输入/输出之间100M/DC500V （11）负载能力： RL=（U-8.0v）/0.022A （12）电压输入： 输入阻抗 5M以上 （13）输入检测电流：0.2mA(2w/3w/4w) （14）热电阻/电阻输入：输入阻抗 5M以上 （15）熔断报警检测电流： 3.5 液位传感器 需要检测原料的加入量，因原料为甲醇乙醛，并放在计量罐中，需要通过测 量液位来计算出料量。液位检测采用超声波测距。 YB6000 系列超声液位（物位）计，根据超声波收发、测量时间差原理通过 相应算法得出液位（物位）高度。产品具有自动功率调整，增益控制，温度补偿， 先进的检测技术和计算技术，提高了仪表的测量精度，丰富的 SIEMENS 类的软 件功能对干扰回波有抑制功能，广泛应用于电力、冶金、化工、建筑、粮食、给 排水等行业，既可测量液体物料也可测量固体物料。 故采用 YB6000 系列超声液位传感器，具体技术参数如下： 显示：主机 2*16LCD 背光显示液（物）位高度 量程：2 m、 8m、 10m、 15 m、 30 m、 40 m 盲区及开角：盲区 0.3-0.8 m(与量程有关)，开角小于 12 度 测量精度：0.25 分辨率：1mm 测量周期：小于 0.2 秒（根据不同要求调整） 信号输出：4-20mA（光隔离） ，负载小于 750，RS485 继电器触点容量：AC250V，7A。上下限报警输出。 环境温度：(仪表)-2550; (传感器)-2580 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计生产过程控制 11 环境湿度：相对湿度小于 85% 功 耗：小于 5W。 防护等级：IP65( 一体式);IP67(分体式传感器 ) 电 源：AC220V15%? 50Hz 或 DC-24v（18v30v） 3.6 PLC I/O 分配表 输入地址对应输出设备输入地址对应输出设备 X0反应釜出口启动开关X12接收罐 B 入口启动开关 X1反应釜出口停止开关X13接收罐 B 入口停止开关 X2气液分离器入口启动开关X20计量 1 加液启动开关 X3气液分离器入口停止开关X21计量 2 加液启动开关 X4集液罐出口启动开关X22反应釜加热启动开关 X5集液罐出口停止开关X23反应釜加热停止开关 X6冷凝器入口启动开关X24搅拌启动开关 X7冷凝器入口停止开关X25搅拌停止开关 X10接收罐 A 入口启动开关 X11接收罐 A 入口停止开关 3.7 配线图 第三章硬件组成 12 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计生产过程控制 13 第三章硬件组成 14 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计生产过程控制 15 第四章使用软件简介 4.1 PLC 软件简介 三菱 MELSOFT 系列 GX Developer 三菱全系列 PLC 程序设计软件,支持梯形图、 指令表、 SFC、 ST 及 FB、 Label 语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，结构化程 序的编写(分部程序设计)，可制作成标准化程序, 在其它同类系统中使用。 在掌握了 PLC 的硬件构成、工作原理、指令系统以及编程环境后，就可以 PLC 作为主要控制器来构造 PLC 控制系统。本章主要从系统设计结构和硬件设 计角度，介绍该项目的 PLC 控制系统基本原则和一般设计步骤。 4.1.14.1.1 PLC 控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则 任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的工 艺要求，以提高生产效率和产品质量。而在实际设计过程中，设计原则往往会涉 及很多方面，其中最基本的设计原则可以归纳为 4 点: 1.设计原则 (1) 完整性原则。最大限度的满足工业生产过程或机械设备的控制要求。 (2) 可靠性原则。确保计算机控制系统的可靠性。 (3) 经济型原则。力求控制系统简单、实用、合理。 (4) 发展性原则。适当考虑生产发展和工艺改进的需要，在 I/O 接口、通信 能力等方面留有余地。 2. 评估控制任务 根据系统所需完成的控制任务，对被控对象的生产工艺及特点进行详细分 析，特别是从以下几个方面给以考虑。 (1) 控制规模 一个控制系统的控制规模可用该系统的 I/O 设备总数来衡量。 当控制规模较 大时,特别是开关量控制的 I/O 设备较多时，最适合采用 PLC 控制。 (2) 工艺复杂程度 当工艺要求较复杂时,采用 PLC 控制具有更大的优越性. (3) 数据处理速度 若数据处理程度较低，而主要以工业过程控制为主时，采用 PLC 控制将非 常适宜。 4.1.24.1.2 PLC 控制系统设计的一般步骤控制系统设计的一般步骤 弄懂PLC的基本工作原理和指令系统后,就可以把PLC应用到实际的工程项 目中。无论是用 PLC 组成集散控制系统，还是独立控制系统，PLC 控制部分的 设计都可以参考图 4-1 所示的步骤。 第四章使用软件简介 16 评估控制任务 PLC 机型的选择 控制柜设计及布线 程序设计 联机调试 PLC 安装 程序检查、调试 控制流程的设计 程序备份 修改软、硬件 模拟运行 投入使用 是否满足要求 图 4-1PLC 控制系统设计步骤 PLC 控制系统设计包括硬件设计和软件设计。所谓硬件设计，是指 PLC 外 部设备的设计，而软件设计即 PLC 应用程序的设计。整个系统的设计分以下 5 步进行。 1. 熟悉被控对象 深入了解被控系统是设计控制系统的基础。设计人员必须深入现场，认真调 查研究，收集资料，并于相关技术人员和操作人员一起分析讨论，相互配合，共 同解决设计中出现的问题。这一阶段必须对被控对象所有功能全面的了解，对对 象的各种动作及动作时序、动作条件、必要的互锁与保护;电气系统与机械、液 压、气动及各仪表等系统间的关系;PLC 与其他设备的关系，PLC 之间是否通信 联网;系统的工作方式及人机界面，需要显示的物理量及显示方式等。 2. 硬件选择 (1) 系统 I/O 设备的选择。输入设备包括按纽、位置开关、转换开关及各种 传感器等。 输出设备包括继电器、 接触器、 电磁阀、 信号指示灯及其它执行器等。 (2) 选择 PLC。PLC 选择包括对 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源等的选 择。 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计生产过程控制 17 (3) PLC 的 I/O 端口分配。在进行 I/O 通道分配时应给出 I/O 通道分配表，表 中应包含 I/O 编号、设备代号、名称及功能等。 (4) 绘制 PLC 外围硬件线路图。画出系统其它部分的电气线路图，包括主电 路和未进入 PLC 的控制电路等。 由 PLC 的 I/O 连接图和 PLC 外围电气线路图组 成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。 (5)计数器、定时器及内部辅助继电器的地址分配。 3. 编写应用程序 根据控制系统的要求，采用合适的设计方法来设计 PLC 程序。程序要以满 足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善 系统指定的功能。程序通常还应包括以下内容： (1)初始化程序。在 PLC 上电后，一般都要做一些初始化的操作，为启动作 必要的准备，避免系统发生误动作。初始化程序的主要内容有：对某些数据区、 计数器等进行清零，对某些数据区所需数据进行恢复，对某些继电器进行置位或 复位，对某些初始状态进行显示等等。 (2)检测、故障诊断和显示等程序。这些程序相对独立，一般在程序设计基 本完成时再添加。 (3)保护和连锁程序。保护和连锁是程序中不可缺少的部分，必须认真加以 考虑。它可以避免由于非法操作而引起的控制逻辑混乱。 4. 程序调试 程序调试分为 2 个阶段，第一阶段是模拟调试、第二阶段是现场调试。程序 模拟调试是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环 境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两 种形式。 (1)硬件模拟法是使用一些硬件设备（如用另一台 PLC 或一些输入器件等） 模拟产生现场的信号，并将这些信号以硬接线的方式连到 PLC 系统的输入端， 其时效性较强。 (2)软件模拟法是在 PLC 中另外编写一套模拟程序，模拟提供现场信号，其 简单易行，但时效性不易保证。模拟调试过程中，可采用分段调试的方法，并利 用编程器的监控功能。 现场调试。当控制台及现场施工完毕，程序模拟调试完成后，就可以进行现 场调试， 如不能满足要求， 须重新检查程序和接线， 及时更正软硬件方面的问题。 5. 编写技术文件 技术文件包括设计说明书、 硬件原理图、 安装接线图、 电气元件明细表、 PLC 程序以及使用说明书等。 4.2 组态王简介 4.2.14.2.1 组态王的简介组态王的简介 组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文 SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（数据采集与监视控制） 。它在国内是一 个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件”。“组 态 （Configure）”的含义是“配置”、“设定”、“设置”等意思，是指用户通过类似“搭 积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也 就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就称为“二次开发平 台”。“监控（Supervisory Control）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对 第四章使用软件简介 18 自动化设备或过程进行监视、控制和管理。 组态王软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件。 它们处在自动控制系 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。组态软件的应用领域很 广，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)。组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控 制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式 系统。 4.2.24.2.2 人机界面的简介人机界面的简介 人机界面是指连接可编程控制器（PLC） 、变频器、直流调速器、仪表等工 业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入 工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件和软件两 部分组成。 人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、 输入单元、通讯接口、数据存贮单元等，其中处理器的性能决定了 HMI 产品的 性能高低，是 HMI 的核心单元。根据 HMI 的产品等级不同，处理器可分别选用 8 位、16 位、32 位的处理器。HMI 软件分为两部分，即运行于 HMI 硬件中的系 统软件和运行于 PC 机 Windows 操作系统下的画面组态软件（如组态王等） 。用 户必须先使用组态软件制作“工程文件”，再通过 PC 机和 HMI 产品的串行通讯 口，把编制好的“工程文件”下载到 HMI 的处理器中运行。 人机界面产品的具有以下几个特点： 系统运行过程清晰化； 系统操作简单化； 显示报警；数据归档；报表系统。 4.2.3 人机界面的建立人机界面的建立 双击工程管理器中的工程名，出现工程浏览器。在工程浏览器中，双击新建 图标，新建画面（如图 4-2 所示） 。在这里我们制作了监控主界面、实时趋势曲 线、历史趋势曲线、报警窗口等画面。 图图 4-2 新建画面新建画面 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计生产过程控制 19 1.监控主界面 打开开发系统页面后，点击“图库” ，打开图库管理器，把反应器、管道、 开关直接拖进开发页面，再利用工具箱做好“参数”按钮。完整的主界面如图 4-3 所示。运行组态王后，点击“参数”按钮，开关变绿色，系统界面切换到参 数界面，再根据工艺所取参数设定参数值，从而实现苯基苯酚甲醛树脂工艺的流 程生产。 图图 4-3 主界面主界面 2.实时趋势曲线 打开开发系统页面后，点击工具箱中的“实时趋势曲线”把实时趋势曲线放 进开发页面，然后双击曲线画面，对曲线进行设置，如 X 轴和 Y 轴的设置及标 示定义等，最后利用工具箱做好“返回主界面”按钮，即可形成如图 4-4 所示的 实时趋势曲线画面。系统运行时，实时趋势曲线会显示当前温度值的变化趋势和 设定温度值。点击“返回主界面”按钮，就会回到主界面。 图图 4-4 实时趋势曲线实时趋势曲线 第四章使用软件简介 20 3.历史趋势曲线 打开开发系统页面后，点击“图库” ，打开图库管理器，双击“历史曲线” 把它放进开发页面， 再双击历史趋势曲线画面， 对曲线进行设置， 包括曲线定义， 坐标系， 操作面板和安全属性等设置， 最后利用工具箱做好 “返回主界面” 按钮， 即可形成如图 4-5 所示的历史趋势曲线画面。系统运行时，画面上会记录某段时 间内设定温度值和当前温度值的变化曲线。点击“返回主界面”按钮，就会回到 主界面。 图图 4-5 历史趋势曲线历史趋势曲线 4.动画连接 打开主界面，双击“参数”按钮，出现如图 4-7 的动画连接画面。把按下时 选中，点击“确定” ，出现命令语言输入窗口，点击“确定” ，就完成了“开始” 按钮的动画连接设置。这样，点击“开始”后，系统就开始运行，此按钮就相当 于 PLC 硬件图中的绿色启动开关。 “停止”按钮的动画连接设置类似。 苯基苯酚甲醛树脂成套装置设计生产过程控制 21 图图 4-6动画连接动画连接 其他按钮的动画连接方法和“开始”按钮类似，只是输入的命令稍有不同。 到这里，整个人机界面（HMI）就完成了。 4.2.44.2.4 组态王的特点组态王的特点 组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概 念最早出现在工业计算机控制中，如：DCS(集散控制系统）组态、PLC（可编 程控制器）梯形图组态；人机界面生成软件就叫工控组态软件。在其他行业也有 组态的概念，如 AutoCAD，PhotoShop 等。不同之处在于，工业控制中形成的组 态结果是用在实时监控的。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定 的任务。 工控组态软件也提供了编程手段， 一般都是内置编译系统， 提供类BASIC 语言，有的支持 VB，现在有的组态软件甚至支持 C#高级语言。 组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议， 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，组态软件还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限制。 组态软件的出现使用户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，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。 它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可