西安科技大学力控课程设计基于力控软件的化工厂反应炉运行监控设计.docx

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西安科技大学力控课程设计基于力控软件的化工厂反应炉运行监控设计

电控学院

基于力控软件的

化工厂反应炉运行监控设计

院（系）：

电气与控制工程学院

专业班级：

10级测控1班

姓名：

张聪聪

学号：

1006070116

2013年4月26日

摘要

组态软件，又称组态监控软件系统软件。

译自英文SCADA,即SupervisoryControlandDataAcquisition（数据采集与监视控制）。

它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。

随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。

在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。

通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。

组态软件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，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，它解决了控制系统通用性问题。

其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O产品，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口，进行系统集成。

三维力控软件的监控设计在成本、开放性、灵活性、功能和界面等方面给用户提供了最佳的控制系统解决方案。

本文介绍了基于力控软件的加热反应炉自动控制监控设计，使用了力控软件提供的基于力控软件的SIMULATOR仿真驱动。

关键词：

组态软件；力控；数据采集；过程监控

第一章反应炉自动控制的设计

1.1系统概述

北京三维力控科技有限公司（以下简称力控科技）是专业从事自主知识产权的企业信息化与自动化监控平台研发与服务的高新技术软件企业，是中国知名的工业IT软件厂商，力控科技的系列自动化软件可以为企业生产信息化提供“管控一体化”的整体解决方案，为企业MES系统提供核心实时和历史数据“引擎”平台，力控科技很早就深刻地认识到：

软件是自动化系统的核心与灵魂，并在自动化系统核心软件领域耕耘10余年，不断的研发新技术、推出新产品，力控科技以成为工业自动化领域中中国的西门子、中国的ABB为使命。

该系统使用的是ForceControlV6.0监控组态软件，力控监控组态软件基本的程序和组件包括：

工程管理器、人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序、控制策略生成器以及各种数据服务及扩展组件等。

组态软件的设计思想是面向对象（ObjectOriented）的思想，它模拟控制工程师在控制过程中的思路，围绕被控对象及控制系统的要求构造“对象”，从而生成适用于不同应用系统的用户程序。

组态软件的原理是将系统软件的基本部分和工具固定，而将与应用有关的部分变成数据文件，这些数据文件由组态工具在屏幕上编辑而成。

组态软件具有通用性强、灵活性好和良好的通用性等特点，其画面丰富、操作简单，及多种功能于一体。

1.2系统要求

该系统要求在反应炉自动控制过程中采集物位，温度，压力等关键数据，以确保电磁阀，加热设备的正确运转。

具体要求如下：

1.能准确、及时、可靠地反应炉系统的主要设备的实时运行情况。

2.能快速查看和确认反应炉自动控制系统的报警。

3.能查询，导出并打印历史报表。

4.能实现倒计时功能。

5.能实现分批卸料装车并计数的功能。

6.能实现废物处理和搅拌的功能

7.能实现手动和自动操作的功能。

8.能实现延时的功能。

1.3系统设计

1.3.1系统工艺过程及控制要求

反应炉自动控制系统主要由反应炉、电磁阀、加热设备、监测仪表，存储罐，小车，搅拌机，空气泵，废物处理系统组成。

硬件是利用力控软件提供的SIMULATOR仿真驱动实现。

按启动按钮后，系统运行；按停止按钮，系统停止。

二者信号总相反。

第一阶段：

送料控制

1.重置反应炉的液面X1，温度X2，压力X3（初始状态：

X1=0m;X2=20℃;X3=1atm）

2.按下开始键后，开启排气阀Y6和排渣阀Y5；

3.延时10秒后关掉Y5和Y6，停止排放；

4.延时5秒后，开启空气泵，排入空气；

5.延时5秒后，关闭空气泵，禁止空气排入；

6.延时10秒后，打开原料A阀Y1，快速冲入原料A；

7.延时5秒后，慢速冲入原料A；

8.延时5秒后，关掉原料A阀Y1；

9.延时5秒后，打开原料B阀Y2，快速冲入原料B；

10.延时5秒后，慢速冲入原料B；

11.延时5秒后，关掉原料B阀Y2；

12.延时10秒后，打开催化剂阀Y3，冲入催化剂，再过10秒，关掉催化剂阀Y3；

13.立即打开搅拌机J；

14.延时10秒后，关掉搅拌机J

第二阶段：

加热控制

1.打开加热源；

2.加热20秒后关闭；

第三阶段：

泄放控制

1.打开Y7，反应炉向储存罐注入部分成品,在注入小车车厢中，5秒后，小车将成品运走；

2.循环5次；

3.打开排气阀Y6，使气压降到正常值；

4.打开排渣阀Y5，使液位降为0；

5.关闭整个系统。

1.3.2上位机组态

1.3.2.1编辑上位机监控界面

根据控制系统的工艺流程建立上位机组态界面，反应炉自动控制监控系统的主界面如图所示。

图一：

反应炉自动控制系统监控界面

1.3.2.2定义外设I/O连接，选择系统的通讯方式

根据系统的网络结构，进行系统的I/O设备连接。

系统采用力控软件提供的SIMULATOR仿真驱动，系统I/O设备连接如图所示。

图二：

系统I/O设备连接

1.3.2.3定义数据库变量，进行I/O数据连接

在力控数据库中建立变量如表所示，然后将力控的变量与PLC1的各地址进行I/O数据连接。

表一：

变量表

1.3.2.4建立动画连接

根据实际控制要求进行相应的脚本程序编辑。

1.3.2.5报警界面

根据控制要求需要对反应炉的物位，温度，压力等数据进行实时监控，需要对产生报警的点能够进行饱经查询，界面如图所示。

图三：

报警界面

1.3.2.6实时趋势曲线

图四：

实时趋势曲线界面

1.3.2.7历史趋势曲线

图五：

历史趋势曲线界面

1.3.2.8专家报表

图六：

专家报表界面

第二章反应炉自动控制的运行

2.1上位机及报警和实时趋势的运行界面

设计完成后，进入力控运行界面

2.1.1起始状态

图七：

起始状态上位机运行监控界面

图八：

起始状态报警和实时趋势曲线界面

2.1.2送料过程

图九：

送料过程上位机运行监控界面（打开废物处理系统）

图十：

送料过程上位机运行监控界面（打开空气泵）

图十一：

送料过程上位机运行监控界面（送入原料）

图十二：

送料过程上位机运行监控界面（打开搅拌机）

图十三：

送料过程报警和实时趋势曲线界面

2.1.3加热过程

图十四：

加热过程上位机运行监控界面

图十五：

加热过程报警和实时趋势界面

2.1.4泄放过程

图十六：

泄放过程上位机运行监控界面1

图十七：

泄放过程上位机运行监控界面2

图十八：

泄放过程报警和实时趋势界面

2.1.5结束状态

图十九：

结束状态上位机运行监控界面

图二十：

结束状态报警和实时趋势界面

图二十一：

专家报表

2.2脚本程序

进入程序：

//重置过程

X1.PV=0;X2.PV=2;X3.PV=1;X4.PV=0;Y1.PV=0;Y2.PV=0;Y3.PV=0;Y4.PV=0;Y5.PV=0;Y6.PV=0;Y7.PV=0;J.PV=0;C.PV=0;S.PV=0;R.PV=0;X.PV=0;T.PV=0;A.PV=0;F.PV=0;H.PV=0;Y.PV=0;

程序运行周期执行：

//手动控制

//送料过程

IFS.PV==1THEN

IFT.PV<10THEN//打开Y5和Y6，排除废渣和废气

Y5.PV=1;

Y6.PV=1;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=10-T.PV;

ENDIF

IFT.PV==10THEN//10秒后关掉Y5和Y6，停止排放

Y5.PV=0;

Y6.PV=0;

ENDIF

IFT.PV>=10&&T.PV<15THEN//等待5秒

T.PV=T.PV+1;

F.PV=15-T.PV;

ENDIF

IFT.PV==15THEN

Y4.PV=1;

ENDIF

IFY4.PV==1THEN//打开Y4，冲入空气

T.PV=T.PV+1;

F.PV=20-T.PV;

ENDIF

IFT.PV==20THEN//5秒后，关掉Y4，停止冲入

Y1.PV=1;

Y4.PV=0;

ENDIF

IFY1.PV==1&&X1.PV<30THEN//10秒后，打开Y1，快速冲入原料A

X1.PV=X1.PV+6;

X3.PV=X3.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=25-T.PV;

ENDIF

IFY1.PV==1&&X1.PV>=30THEN//5秒后，慢速冲入原料A

X1.PV=X1.PV+2;

X3.PV=X3.PV+1;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=30-T.PV;

ENDIF

IFX1.PV==40&&Y7.PV==0THEN//5秒后，关掉Y1

Y1.PV=0;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=35-T.PV;

ENDIF

IFT.PV==35THEN

Y2.PV=1;

ENDIF

IFY2.PV==1&&X1.PV<70THEN//5秒后，打开Y2，快速冲入原料B

X1.PV=X1.PV+6;

X3.PV=X3.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=40-T.PV;

ENDIF

IFY2.PV==1&&X1.PV>=70THEN//5秒后，慢速冲入原料B

X1.PV=X1.PV+2;

X3.PV=X3.PV+1;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=45-T.PV;

ENDIF

IFX1.PV==80&&Y7.PV==0THEN//5秒后，关掉Y2

Y2.PV=0;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=50-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=50&&T.PV<60THEN//10秒后，打开Y3，冲入催化剂，再过10秒，关掉Y3

Y3.PV=1;

X1.PV=X1.PV+2;

X3.PV=X3.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=60-T.PV;

ENDIF

IFX1.PV==100&&T.PV<70&&T.PV>=60THEN//立即打开搅拌机J

Y3.PV=0;

J.PV=1;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=70-T.PV;ENDIF

IFT.PV==70THEN//10秒后，关掉搅拌机J

J.PV=0;

ENDIF

//加热过程

IFR.PV==1&&X2.PV<82&&T.PV>=70&&T.PV<90THEN//加热20秒

X2.PV=X2.PV+4;

X3.PV=X3.PV+1;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=90-T.PV;

H.PV=1;

ENDIF

IFT.PV==90THEN

H.PV=0;

ENDIF

//泄放过程

IFX.PV==1THEN

IFT.PV>=90&&T.PV<95THEN

C.PV=0;

Y7.PV=1;

X1.PV=X1.PV-3;

X3.PV=X3.PV-3;

X2.PV=X2.PV-3;

X4.PV=X4.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=95-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=95&&T.PV<100THEN

Y7.PV=0;

X4.PV=0;

C.PV=C.PV+25;

T.PV=T.PV+1;

Y.PV=1;

F.PV=100-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=100&&T.PV<105THEN

C.PV=0;

Y7.PV=1;

X1.PV=X1.PV-3;

X3.PV=X3.PV-3;

X2.PV=X2.PV-3;

X4.PV=X4.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=105-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=105&&T.PV<110THEN

Y7.PV=0;

X4.PV=0;

C.PV=C.PV+25;

T.PV=T.PV+1;

Y.PV=1;

F.PV=110-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=110&&T.PV<115THEN

C.PV=0;

Y7.PV=1;

X1.PV=X1.PV-3;

X3.PV=X3.PV-3;

X2.PV=X2.PV-3;

X4.PV=X4.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=115-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=115&&T.PV<120THEN

Y7.PV=0;

X4.PV=0;

C.PV=C.PV+25;

T.PV=T.PV+1;

Y.PV=3;

F.PV=120-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=120&&T.PV<125THEN

C.PV=0;

Y7.PV=1;

X1.PV=X1.PV-3;

X3.PV=X3.PV-3;

X2.PV=X2.PV-3;

X4.PV=X4.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=125-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=125&&T.PV<130THEN

Y7.PV=0;

X4.PV=0;

C.PV=C.PV+25;

T.PV=T.PV+1;

Y.PV=4;

F.PV=130-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=130&&T.PV<135THEN

C.PV=0;

Y7.PV=1;

X1.PV=X1.PV-3;

X3.PV=X3.PV-3;

X2.PV=X2.PV-3;

X4.PV=X4.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=135-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=135&&T.PV<140THEN

T.PV=T.PV+1;

F.PV=140-T.PV;

C.PV=C.PV+25;

Y.PV=5;

ENDIF/////

IFT.PV>=140&&T.PV<145THEN

C.PV=0;

Y6.PV=1;

X4.PV=0;

Y7.PV=0;

X3.PV=X3.PV-3;

X2.PV=X2.PV-1;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=145-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=145&&T.PV<150THEN

Y6.PV=0;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=150-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=150&&T.PV<155THEN

Y5.PV=1;

X1.PV=X1.PV-5;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=155-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=155THEN

Y5.PV=0;

ENDIF

ENDIF

ENDIF

//自动控制

IFA.PV==1THEN

IFT.PV<10THEN//打开Y5和Y6，排除废渣和废气

Y5.PV=1;

Y6.PV=1;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=10-T.PV;

ENDIF

IFT.PV==10THEN//10秒后关掉Y5和Y6，停止排放

Y5.PV=0;

Y6.PV=0;

ENDIF

IFT.PV>=10&&T.PV<15THEN//等待5秒

T.PV=T.PV+1;

F.PV=15-T.PV;

ENDIF

IFT.PV==15THEN

Y4.PV=1;

ENDIF

IFY4.PV==1THEN//打开Y4，冲入空气

T.PV=T.PV+1;

F.PV=20-T.PV;

ENDIF

IFT.PV==20THEN//5秒后，关掉Y4，停止冲入

Y1.PV=1;

Y4.PV=0;

ENDIF

IFY1.PV==1&&X1.PV<30THEN//10秒后，打开Y1，快速冲入原料A

X1.PV=X1.PV+6;

X3.PV=X3.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=25-T.PV;

ENDIF

IFY1.PV==1&&X1.PV>=30THEN//5秒后，慢速冲入原料A

X1.PV=X1.PV+2;

X3.PV=X3.PV+1;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=30-T.PV;

ENDIF

IFX1.PV==40&&Y7.PV==0THEN//5秒后，关掉Y1

Y1.PV=0;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=35-T.PV;

ENDIF

IFT.PV==35THEN

Y2.PV=1;

ENDIF

IFY2.PV==1&&X1.PV<70THEN//5秒后，打开Y2，快速冲入原料B

X1.PV=X1.PV+6;

X3.PV=X3.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=40-T.PV;

ENDIF

IFY2.PV==1&&X1.PV>=70THEN//5秒后，慢速冲入原料B

X1.PV=X1.PV+2;

X3.PV=X3.PV+1;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=45-T.PV;

ENDIF

IFX1.PV==80&&Y7.PV==0THEN//5秒后，关掉Y2

Y2.PV=0;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=50-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=50&&T.PV<60THEN//10秒后，打开Y3，冲入催化剂，再过10秒，关掉Y3

Y3.PV=1;

X1.PV=X1.PV+2;

X3.PV=X3.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=60-T.PV;

ENDIF

IFX1.PV==100&&T.PV<70&&T.PV>=60THEN//立即打开搅拌机J

Y3.PV=0;

J.PV=1;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=70-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=70&&T.PV<90THEN//加热20秒

J.PV=0;

X2.PV=X2.PV+4;

X3.PV=X3.PV+1;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=90-T.PV;

H.PV=1;

ENDIF

IFT.PV>=90&&T.PV<95THEN

H.PV=0;

C.PV=0;

Y7.PV=1;

X1.PV=X1.PV-3;

X3.PV=X3.PV-3;

X2.PV=X2.PV-3;

X4.PV=X4.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=95-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=95&&T.PV<100THEN

Y7.PV=0;

X4.PV=0;

C.PV=C.PV+25;

T.PV=T.PV+1;

Y.PV=1;

F.PV=100-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=100&&T.PV<105THEN

C.PV=0;

Y7.PV=1;

X1.PV=X1.PV-3;

X3.PV=X3.PV-3;

X2.PV=X2.PV-3;

X4.PV=X4.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=105-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=105&&T.PV<110THEN

Y7.PV=0;

X4.PV=0;

C.PV=C.PV+25;

T.PV=T.PV+1;

Y.PV=1;

F.PV=110-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=110&&T.PV<115THEN

C.PV=0;

Y7.PV=1;

X1.PV=X1.PV-3;

X3.PV=X3.PV-3;

X2.PV=X2.PV-3;

X4.PV=X4.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=115-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=115&&T.PV<120THEN

Y7.PV=0;

X4.PV=0;

C.PV=C.PV+25;

T.PV=T.PV+1;

Y.PV=3;

F.PV=120-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=120&&T.PV<125THEN

C.PV=0;

Y7.PV=1;

X1.PV=X1.PV-3;

X3.PV=X3.PV-3;

X2.PV=X2.PV-3;

X4.PV=X4.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=125-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=125&&T.PV<130THEN

Y7.PV=0;

X4.PV=0;

C.PV=C.PV+25;

T.PV=T.PV+1;

Y.PV=4;

F.PV=130-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=130&&T.PV<135THEN

C.PV=0;

Y7.PV=1;

X1.PV=X1.PV-3;

X3.PV=X3.PV-3;

X2.PV=X2.PV-3;

X4.PV=X4.PV+3;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=135-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=135&&T.PV<140THEN

T.PV=T.PV+1;

F.PV=140-T.PV;

C.PV=C.PV+25;

Y.PV=5;

ENDIF

IFT.PV>=140&&T.PV<145THEN

C.PV=0;

Y6.PV=1;

X4.PV=0;

Y7.PV=0;

X3.PV=X3.PV-3;

X2.PV=X2.PV-1;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=145-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=145&&T.PV<150THEN

Y6.PV=0;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=150-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=150&&T.PV<155THEN

Y5.PV=1;

X1.PV=X1.PV-5;

T.PV=T.PV+1;

F.PV=155-T.PV;

ENDIF

IFT.PV>=155THEN

Y5.PV=0;

ENDIF

ENDIF

第三章总结

经过几天的努力，关于反应炉自动控制系统的监控设计终于告一段落。

在此期间我遇到了很多一时不能解决的问题，我发现学