基于PLC和组态软件的多功能提取罐监控系统开发研究

摘要

中药的提取是中药生产过程重要的单元操作，其工艺方法、工艺流程的选择和设备配置都将直接关系到产品的质量和经济效益。多功能提取罐是提取过程的关键设备，提高多功能提取罐的设备性能和自动化生产水平是中药现代化生产进程的重要一步。作者结合与武汉制药机械厂合作开发的智能提取罐项目，论述在多功能提取罐功能部件结构改造分析的基础上设计了提取关键生产工艺的PLC控制程序和计算机监控系统。
　　 由于中药的特殊性和复杂性，使得多功能提取罐的自动控制涉及较复杂的生产工艺和生产要求。由于药材中各种有效成分的物理性质和化学性质的差异，导致生产过程对温度、压力、浓度、流动状态等参数的变化比较敏感，设备要满足多品种的药材，并能选择不同的流程工艺。同时生产过程要求防火、防爆、灭菌等，因而控制系统执行元件较多，并要进行电气转换。
　　 运用有限元ANSYS分析软件对提取罐下排渣门不同结构进行了强度、密封安全性能分析，并对门的运行状态进行了监控，提高了设备的可靠性和安全性。
　　 本文采用FX2N系列PLC，运用与之相配的GX Developer7编程软件，通过STL和LAD两种编程语言编制了下位机的控制程序，通过控制气动阀和工艺阀及泵等，实现了提取罐常用的几种提取工艺方法（水提、醇提、回流等）的自动控制及相关工艺参数的监测和记录。
　　 控制系统上位机采用组态软件，实现现场数据实时记录和监控，设计了提取工艺模拟界面、记录查询、报警等具有Windows风格的动态操作画面和相关数据库。PLC和工控机通过PROFIBUS现场总线组成一个混合型的工业控制系统，发挥上级工业PC和下级PLC各自的优势。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 多功能提取罐控制系统的研究现状及研究意义

1.1.1 多功能提取在中药生产中的重要作用

1.1.2 多功能提取工艺现状及设备特点

1.1.3 多功能提取罐的自动控制可行性分析

1.1.4 多功能提取罐及其控制的研究现状

1.1.5 多功能提取罐控制系统的研究意义

1.2 课题研究的目的和内容

1.2.1 课题研究的目的

1.2.2 课题研究的主要内容

第2章 多功能提取控制系统安全装置分析和罐体结构改造

2.1 下排渣门强度分析

2.1.1 下排渣门的基本结构及其功能作用

2.1.2 下排渣门强度分析

2.2 下排渣门密封性能分析

2.3 投料门和排渣门的工作状态监控设计

第3章 多功能提取控制系统的总体设计

3.1 多功能提取生产工艺概述

3.1.1 多功能提取系统的组成及工作原理

3.1.2 多功能提取控制系统设计要求

3.1.3 多功能提取控制系统的功能特点

3.2 系统上位机硬件配置设计

3.3 下位机的选型及其模块配置

3.3.1 可编程控制器PLC的产生

3.3.2 可编程控制器的特点

3.3.3 PLC的应用领域及发展趋势

3.3.4 PLC与其他顺序逻辑控制系统的比较

3.3.5 本系统PLC的选型及其功能模块设计

3.3.6 传感器与执行机构

3.4 混合控制系统与组态软件

3.5 多功能提取控制系统软件开发

3.6 控制系统的控制方式

3.6.1 过程控制

3.6.2 控制算法

第4章 基于GX Developer 7的PLC控制系统设计

4.1 PLC模块概述与选配

4.1.1 FX2N-64MR-D型PLC模块

4.1.2 FX2N-4AD和FX2N-4AD-PT模拟量输入模块

4.1.3 通信模块FX-485PC-IF

4.2 GX-Developer 7软件功能特点

4.3 多功能提取系统的PLC设计

4.3.1 常压水提工艺过程分析

4.3.2 PLC地址分配

4.3.3 PLC的程序设计

第5章 世纪星组态软件在系统中的应用

5.1 世纪星组态软件简介

5.1.1 世纪星的组成

5.1.2 世纪星的基本功能

5.1.3 利用世纪星开发的基本步骤

5.2 多功能提取实况模拟界面的设计

5.3 变量记录查询界面及系统帮助界面的设计

5.4 报警记录界面及历史曲线界面的设计

5.5 网络组态界面的设计

5.6 工程配方管理及组态报表的设计

5.6.1 工程配方管理

5.6.2 组态报表

第6章 控制系统的通信实现

6.1 现场总线PROFIBUS概述

6.1.1 PROFIBUS-FMS的协议结构

6.1.2 RS485传输

6.1.3 总线存取协议

6.2 FX2N系列PLC与计算机通信方式

6.3 世纪星组态软件通信实现方式

6.3.1 世纪星支持的FX-RS485协议概述

6.3.2 FX2N与世纪星通信实现方式

6.4 FX2N PLC与世纪星之间通信的实现步骤

结语

参考文献

附录1 提取罐结构总图

附录2 控制系统的电气原理图

附录3 系统运行参数变化反应图

附录4 提取罐双罐模拟流程图

致谢

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