酸奶生产过程控制.doc

电气及自动化课程设计报告题 目： 酸奶生产过程控制 学生姓名： 学生学号： 年 级： 专 业： 班 级： 指导教师： 机械与电气工程学院制2017年5月酸奶生产过程控制设计机械与电气工程学院自动化专业1.课程设计的任务与要求1.1 课程设计的任务（1） 在了解酸奶生产的原理的前提下，运用刚刚学过的组态知识设计一组仿真设备，而且通过酸奶生产的控制进一步了解各种组态王应用的流程。（2） 由于组态软件包括组合模拟装置和仿真装置，通过它可以进一步学习与掌握各种模拟与仿真装置的原理与使用方法，实现理论与实践相结合，增强实验设计能力和动手操作能力。（3） 通过本次试验是同学们对组态王软件知识的整合和仿真设计能力的训练，并为后继课程的学习和毕业设计打下一定的基础。 1.2 课程设计的要求（1）通过使用工控组态王软件设计与仿真，设计出具体监控设备，编译出完整的程序，能够实现控制监控功能。 （2）熟悉工控组态王软件的应用。 （3）设计一个具有控制和监控的系统，能独立完成整个系统的设计。 （4）用工控组态王软件仿真实现酸奶生产控制的功能。2.酸奶生产控制设计方案制定2.1酸奶生产控制设计的原理酸奶生产是一个压力、温度、液位控制系统，它以发酵罐位主反应器，具体过程就是把新鲜原牛奶和发酵剂加入混合罐，通过监控混合罐的液位控制原料的注入量，经过搅拌充分混合注入到发酵罐，发酵完成后即可获得成品酸奶。以组态王软件知识位基础，设计一个功能相对完整的工程，即设计的工程相对独立，自成系统，工程所包含的功能比较全面，能反应所设计系统的一些实际内容。并且制作报警窗口、历史实施曲线等使之能够起到监控的作用。2.2酸奶生产控制设计的技术方案利用组态王软件的仿真过程，建立新组态王工程分为以下几个步骤：1.创建新工程 2.定义设备 3.定义变量 4.定义画面 5.建立动画连接 6.编写命令语言 7.进行运行系统的配置 8保存工程并运行调试。这些是基本的仿真步骤，必须一环连着一环，任何地方出了问题，那么这个系统就无法正确的运行，基本的设计思路如上述步骤。 组态王酸奶控制和PLC设备连接框图如下2.2（1）： 新鲜原奶 添加 发酵剂 混合液 混合液出料阀 冷却池 储存罐 成品酸奶 图2.2（1） 组态王和PLC设备连接框图 3.酸奶生产控制设计方案实施3.1设计过程3.1.1新建工程 首先新建一个工程，命名为：酸奶生产控制，存储路径为：d：download酸奶生产控制的组态。如下图3.1.1(1) 图3.1.1（1） 新建工程存储路径 然后建立一个主画面，如下3.1.1（2）所示： 3.1.1（2） 新画面建立 3.1.2 定义外部设备在组态王工程浏览器树形目录中，在“设备”中选择“COM1”选项，在右边的工作区中出现了“新建”图标，双击图标，进入设备界面，选择“仿真PLC”的“COM”项，如下图。再单击“下一步”，为仿真PLC设备取一个名称。再单击“下一步”，选择设备连接的串口为COM1。直到最后一步，如下第二张图片。设备定义完成后，可以在COM1项下看到新建的设备“PLC1” 图3.1.2（1）定义外部设备 图3.1.2（2）外部设备定义3.1.3 定义变量（1）在组态王工程浏览器树形目录中，点击“数据词典”，在右边的框中点击“新建”，定义变量“原奶液位”，为内存整型，初始值位100，最大值为1000，在点击“确定”（2）同理定义“发酵剂液位”和“成品奶液位”（3）再定义三个内存离散变量：原奶出料阀、发酵剂出料阀、成品奶出料阀。 （4）定义三个管道水流，分别为管道水流、管道水流1、管道水流2。都为内存整型。图形分别如下图3.1.3（1）原奶液位定义变量图3.1.3（2）控制水流定义变量3.1.4 定义画面（1） 如下图3.1.4（1）所示，在“工具箱”找到“图库管理器”，添加四个“反应器”，三个合适的“阀门”，并写出名称。（2） 再利用文本，添加“酸奶生产监控画面”和各器件的名称，在反应器下添加文本#。（3） 点击“工具箱”里的“立体管道”，将各个器件联系在一起构成整体。（4） 全部添加完以后，点击“全保存”。 图3.1.4（1）定义整体画面 3.1.5 建立动画连接（1） 液位模式动画设置，在画面上双击“原奶罐”图形，对话框设置如下图3.1.5（1）：变量名选择“本站点原奶液位”；填充颜色为蓝色；最小值：0，占据百分比：0；最大值：100，占据百分比：100。同理设置其他三个反应器的动画连接。（2） 设置数字式动画设置，如图3.1.5（2）（3） 设置阀门动画，如图3.1.5（3） 图3.1.5（1） 图3.1.5（2） 图3.1.5（3）3.1.6 编写命令语言在工程浏览器的目录中，选择“文件|命令语言|应用程序命令语言”，进入“应用程序命令语言”对话框图标，双击，进入编写命令语言，命令语言如下图内所示。 3.1.7 保存工程并运行调试 保存命令语言，进入主画面全保存，再切换到VIEW，打开运行画面，结果如下图3.1.7所示 图3.1.7系统运行画面 3.1.8 进行运行系统的配置3.1.8.1 实现画面切换功能（1） 建立相关控制画面，分别为报警和事件画面、实时趋势曲线画面、历史趋势曲线画面、XY控件画面、实时数据报表画面和历史数据报表，与建立主画面原理一样，如下图所示。 图3.1.8（1）报警和事件画面 图3.1.8（2）实时趋势曲线 图3.1.8（3）历史趋势曲线 图3.1.8（4）XY控件画面 图3.1.8（5）实时数据报表画面 图3.1.8（6）历史数据报表 （2） 在主画面选择工具箱中的菜单工具，找出下面的对话框，将所有的画面都添加进去。 （3） 点击命令语言，编辑命令语言（4）以上操作可实现画面切换功能3.2 系统参数计算及元器件选择 元器件包含以下三类： 1.反应器：原奶罐、发酵剂罐、成品奶罐、存储罐。 2.控制阀门：原奶出料阀、发酵剂出料阀、成品奶出料阀。 3.流水管道：流水管道、流水管道1、流水管道2。 3.3 酸奶生产控制系统整体电路图4.酸奶生产控制设计的仿真实现4.1 组态王软件介绍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。组态王kingview6.55是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。 组态王保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。组态王kingview6.55提供了丰富的、简捷易用的配置界面，提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易用的接口；该款产品的历史曲线、报表及web发布功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。 组态王在保留了原报表所有功能的基础上新增了报表向导功能，能够以组态王的历史库或KingHistorian为数据源，快速建立所需的班报表、日报表、周报表、月报表、季报表和年报表。此外，还可以实现值的行列统计功能。 组态王在web发布方面取得新的突破，全新版的Web发布可以实现画面发布，数据发布和OCX控件发布，同时保留了组态王Web的所有功能：IE浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面，IE客户端与Web服务器保持高效的数据同步，通过网络您可以在任何地方获得与Web服务器上相同的画面和数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向工业现场发布控制命令，实现实时控制的功能。组态王集成了对KingHistorian的支持，且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地提高了组态王的数据存储能力，能够更好地满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。KingHistorian是亚控新近推出的独立开发的工业数据库。具有单个服务器支持高达100万点、256个并发客户同时存储和检索数据、每秒检索单个变量超过20,000条记录的强大功能。能够更好地满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。特点： 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。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。 4.2 酸奶生产控制设计仿真实现在本次设计中，原奶罐和发酵剂罐各自通过原奶出料阀门、发酵剂出料阀门向混合罐里添加原奶和发酵剂，当原奶液面和发酵剂液面=50时，两个阀门打开，混合罐液面增加；当原奶液面和发酵剂液面=50时，这两个阀门关闭，成品奶阀门自动打开，混合罐开始通过阀门往存储罐里排混合液，直到混合液排完，阀门关闭，系统停止运行。运行结果如下图所示。4.3 酸奶生产控制设计系统测试当开始运行主画面时，系统跟命令语言预设的情况一样，在50这个分界点发生了转换，系统运行正常，罐子内部压力符合液面的多少，在常温下，反应器、阀门运行一切正常，液面数据符合运行规律，系统能够实现自动控制的功能。4.4 酸奶生产控制设计数据分析通过系统能够正常运行，还有主画面的数据体现，符合我们设计这个实验的设计要求，各项系统运行十分流畅，与我们的初衷一致。我们能够根据这个系统来实现控制酸奶生产过程。5.总结及体会通过这次设计，我对组态王的知识了解掌握了很多，对以前的知识有了进一步的拓展和延伸。开始时觉得这个设计比较难，没办法着手，于是就到网络上查找相关内容，查到了对于组态王软件使用的相关视频介绍，仔细观看，并且一边看一边练习。还对自己所做题目基于组态王的液位控制系统设计相关内容的搜索，如何将平时教室里所学知识运用于解决实际问题是有很大困难。网络上的相关内容很好的启发了思路，边学边做，并且不断向同学请教，举一反三，大家互相讨论，最后终于很大的收获。经过设备的配置，构造数据库变量，设计图形界面，建立动画连接，运行和调试，论文的撰写，这一系列的过程后，我们不仅解决了问题，而且基本熟悉了组态王这款软件。课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，回顾起此次组态王课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在整整一星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 6.参考文献1贾贵礼.组态软件控制技术主编M.北京理工大学出版社.20072组态6.0使用手册.北京亚控科技发展有限公司.20083王晓根.工业控制组态软件仿真系统中的应用M.南通:职业大学学报出版.20014袁秀英.组态控制技术M.电子工业出版社.20035马国华.监控组态软件及其应用M.清华大学出版社.20016莫晓齐、王耀南.组态软件用户图形界面的设计与开发J.计算机工程与设计.2006(1)7王晓根，秦文虎.工业控制组态软件在仿真系统中的应用J.南通职业大学学报出版.2004,18(4):37-39指导教师评语成绩（60%）指导教师签字：年 月 日答辩过程及评价成绩（40%）答辩小组签字：年 月 日院综合意见综合成绩分管院长签字（盖章）：年 月 日