PLC自動加藥開題報告

畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告學(xué)生姓名： 學(xué)號：所在學(xué)院： 電氣工程及其自動化學(xué)院專業(yè)： 自動化設(shè)計（論文）題目： 生物發(fā)酵過程自動加藥限制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)老師：2023年1月17日畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題狀況，依據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：文獻綜述一、生物發(fā)酵自動加藥限制系統(tǒng)的背景在電力、石油、化工、冶金工業(yè)、環(huán)境工程、水處理、化工、印染等領(lǐng)域中常須要將某種液體連續(xù)自動地注入到另一種液體中成為一種混合液，或者使加入的藥劑與液體中存在的某種組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以達到預(yù)期的工藝要求。生產(chǎn)過程中是連續(xù)的，這種投加工作必需同樣是連續(xù)的，須要一種既能配置溶液，又能定量定時投加藥劑的全自動加藥裝置設(shè)備［4］。微生物發(fā)酵工程是生化工程和現(xiàn)代生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。發(fā)酵過程測控系統(tǒng)是發(fā)酵系統(tǒng)中重要的組成部分，干脆影響著發(fā)酵過程生產(chǎn)。通過測控系統(tǒng)對發(fā)酵過程實施有效的監(jiān)測與限制，確保發(fā)酵過程生產(chǎn)正常運行，提高發(fā)酵的產(chǎn)量和質(zhì)量。目前所運用的發(fā)酵過程測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尚不完善，其穩(wěn)定性和限制水平普遍不高，不能很好地滿意發(fā)酵生產(chǎn)需求。因此,探討發(fā)酵過程測控系統(tǒng)的集成方法，集成智能化的發(fā)酵測控系統(tǒng)具有重要的實際應(yīng)用價值［5］。生物發(fā)酵自動加藥限制系統(tǒng)的工作原理及運行特性自動加藥設(shè)備是以計量泵為主要投加設(shè)備、將溶藥箱、攪拌器、液位計、平安閥、止回閥、壓力表、過濾器、緩沖器、管路、閥門、底座、扶梯、自動監(jiān)視系統(tǒng)、電力限制系統(tǒng)等按工藝流程須要組裝在一個公共平臺上，形成一個模塊，即所謂的撬裝式組合式單元（簡稱“撬體"）［7］o按須要將定量的藥劑放入攪拌溶液箱內(nèi)進行攪拌溶解，溶解完畢后再通過計量泵送至投加點的工作過程，加藥量的大小可自由隨意調(diào)整，以滿意不同加藥量的場所。加藥裝置，采納的是機電一體化結(jié)構(gòu)形式，從安裝上可分為固定式和移動式（推車式），每種形式的加藥裝置均配有攪拌系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)和自動限制系統(tǒng)。幾個固定式撬裝可組合成一個整體,加上變頻限制系統(tǒng)，可實現(xiàn)就地限制、遠程自動限制、手動和自動相互轉(zhuǎn)換加藥。具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、噪音低、工作平穩(wěn)、安裝簡潔、操作運用便利等優(yōu)點。加藥裝置通過不同的工藝設(shè)計，精確配置各類固體和液體的化學(xué)藥品的溶液，再用計量泵精確投加，以達到各種設(shè)計要求。如除垢、除氧、混凝、力13酸、加堿等。加藥過程可手動操作，也可通過PC機、磁翻板液位計、PH計、行程限制器、變頻器等各種電器、儀表、使加藥裝置成為機電一體化產(chǎn)品、實現(xiàn)自動限制。加藥裝置的加藥量及加藥壓力，可依據(jù)工業(yè)流程的須要，選取合適的計量泵。流量從lL/h到8000L/h,壓力從O.IMPa到25MPa范圍內(nèi)均可選擇到合適的產(chǎn)品［6］,計量泵的計量精度可高達±1%,并且可以實現(xiàn)多種介質(zhì)同時輸送，單獨調(diào)整。除此之外，這次設(shè)計還運用到了模糊PID限制的原理：模糊PID限制器，即利用模糊邏輯算法并依據(jù)肯定的模糊規(guī)則對PID限制的比例、積分、微分系數(shù)進行實時優(yōu)化,以達到較為志向的限制效果。模糊PID限制共包括參數(shù)模糊化、模糊規(guī)則推理、參數(shù)解模糊、PID限制器等幾個重要組成部分。計算機依據(jù)所設(shè)定的輸入和反饋信號，計算實際位置和理論位置的偏差e以及當前的偏差變更ec,并依據(jù)模糊規(guī)則進行模糊推理，最終對模糊參數(shù)進行解模糊，輸出PID限制器的比例、積分、微分系數(shù)。這次設(shè)計主要是測試pH值進而進行自動加藥，所以就pH自動加藥系統(tǒng)說一說：首先由pH傳感器檢測到中和池或化工反應(yīng)釜中液體的pH值，并傳輸給工業(yè)pH計，再依據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，在工業(yè)pH計上設(shè)定高、低限制點，工業(yè)pH計將輸入的pH信號和高、低設(shè)定值進行比較后輸出開關(guān)信號或比例限制信號給限制箱，由限制箱去調(diào)整限制計量泵加酸液或者堿液。本系統(tǒng)不須要人員操作，自動限制，從而大大提高了加藥的精度和工作效率，保障了生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定和人員的平安PH自動調(diào)整加藥系統(tǒng)首先在工業(yè)pH計上把被處理水所須要的PH值設(shè)定好，計量泵起先工作添加藥液，由工業(yè)pH計檢測水中的PH值，并在工業(yè)pH計限制表中顯示出來。工業(yè)pH計限制表自動將測量值與設(shè)定值進行比較.若測量值與設(shè)定值不同時,限制計量泵的啟停，這樣就可自動把水中的PH值限制在設(shè)定值上。在電廠的給水加藥中，原理與其類似：鍋爐水中適當添加磷酸鹽及氫氧化鈉,可提高爐水的緩沖性能并對維持爐水pH值的穩(wěn)定有很大的作用,故能防止鍋爐水冷壁的結(jié)垢和腐蝕.平衡磷酸鹽處理時，磷酸鹽的加入量必需適當，這就要求計量泵必需能夠自動調(diào)整加藥量,調(diào)整信號是依據(jù)汽水取樣系統(tǒng)磷酸根表和pH表送來的4?20mA信號，限制計量泵的轉(zhuǎn)速.（由于磷酸根的信號比較弱，變更范圍小，不易限制,所以本限制系統(tǒng)采納pH表的4?20mA信號作為調(diào)整信號）。通過檢測pH值來限制爐水中磷酸鹽的加入量,pH值要求限制在之間,當其中一臺機組的pH值低于9.4時便啟動相應(yīng)機組的加藥泵⑵，此時磷酸鹽加藥箱內(nèi)的磷酸鹽溶液經(jīng)過管道（管道上的閥門都為手動閥,正常時都是打開狀態(tài)）被泵入相應(yīng)機組的除氧器出水管加藥點,爐水中加入適當?shù)牧姿猁}及氫氧化鈉，可提高爐水的緩沖性能并對維持爐水pH值的穩(wěn)定有很大的作用,故能防止鍋爐水冷壁的結(jié)垢和腐蝕。生物發(fā)酵自動加藥限制系統(tǒng)的組成上位監(jiān)控部分：整個系統(tǒng)的上位監(jiān)控部分可由一臺工業(yè)計算機來完成.監(jiān)控工作人員可通過CRT實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況,設(shè)定或修改系統(tǒng)的運行參數(shù)，同時可通過CRT遠程軟件操作限制系統(tǒng)運行,上位工控機進行數(shù)據(jù)處理和管理，并可與MIS系統(tǒng)等實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)［3］。在上位機上,可對限制器進行組態(tài)，組態(tài)范圍包括:限制器的網(wǎng)絡(luò)地址、限制器的時間、選擇限制算法、設(shè)定算法參數(shù)、設(shè)定限制量的設(shè)定點、選擇算法的輸入量及輸出量的通道等。下位限制部分：自動加藥限制系統(tǒng)的核心是一套限制器,可編程限制器（PLC）是近年來發(fā)展起來的并得到廣泛應(yīng)用的新一代工業(yè)自動化限制裝置，它已成為解決自動限制問題的最有效工具之一，越來越受到人們的重視.限制器安裝在現(xiàn)場，采集相應(yīng)的水質(zhì)數(shù)據(jù).由于化學(xué)加藥系統(tǒng)具有純滯后性質(zhì),會導(dǎo)致限制作用不剛好，引起系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)或振蕩，而利用計算機可以便利地實現(xiàn)滯后補償.經(jīng)過限制器的限制算法，采納經(jīng)改進的數(shù)字PID限制算法,輸出限制信號（4?20mA）到現(xiàn)場調(diào)整設(shè)備,以調(diào)整加藥泵的出力.調(diào)整設(shè)備可以是直流電機，干脆通過調(diào)整電機電壓來變更轉(zhuǎn)速;可以是步進電機，通過變更加藥泵的行程來調(diào)整加藥泵出力;還可以是變頻器,調(diào)整加藥泵溝通電機的轉(zhuǎn)速,隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，溝通變頻調(diào)速限制方法得到了廣泛的應(yīng)用,我們采納變頻調(diào)速進行化學(xué)加藥自動限制，由于不須要對管路進行改造,系統(tǒng)牢靠，得到了人們的認同，并取得了良好的效果。PLC設(shè)備選型及說明［1］：CPU模塊:以西門子的CPU224作為限制器的核心，具有豐富的指令系統(tǒng),能夠進行各種困難的邏輯運算和算術(shù)運算，同時可以進行各種函數(shù)運算，如信號標度變換、信號濾波、PID運算等.在CPU模塊內(nèi)部，由微處理器通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、限制總線以及協(xié)助電路連接存儲器、接口及I/O單元,借助編程器接收鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù);讀取并說明執(zhí)行用戶程序;按規(guī)定的時序接收輸入狀態(tài),刷新輸出狀態(tài)，與外部設(shè)備交換信息;診斷PC的硬件狀態(tài)等［1］.（CPU自帶D/A模塊:輸出是4?20mA電流信號.一般來說，變頻器既有4?20mA信號輸入端子，也有電壓輸入端子，在這里采納4?20mA標準信號輸出以限制變頻器的頻率，以此變更加藥量。A/D模塊:EM235模擬量混合模塊（4輸入、1輸出）是高速12位模擬量模塊，能在149ms內(nèi)將模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量,輸入可以是電壓信號，也可以是電流信號.一般來說,pH值表都有4?20mA信號輸出，因此采納4?20mA標準信號輸入。生物發(fā)酵自動加藥限制系統(tǒng)的意義為了在發(fā)酵液變更過程的狀況下達到最佳效果，須要對所加化學(xué)藥劑量自動跟蹤調(diào)整限制加藥速度，因此采納先進的自動限制方式來限制全自動加藥裝置的加藥量［10］。全自動加藥裝置能自動按水處理技術(shù)要求自動精確、定量投加藥劑，這樣可以大大削減現(xiàn)場施工工作量,避開了中間環(huán)節(jié)的差錯，有效地保證工期和工程質(zhì)量，削減用戶的麻煩和損失。隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，微生物發(fā)酵技術(shù)對人們生活的影響越來越大，其涉及了醫(yī)藥、食品、能源等領(lǐng)域。為了使發(fā)酵生產(chǎn)能按預(yù)期目標進行，提高發(fā)酵產(chǎn)量和質(zhì)量,須要對發(fā)酵過程進行監(jiān)督限制。目前,國內(nèi)大部分試驗室或工廠的發(fā)酵過程限制還處于手工限制階段，限制效果的好壞取決于操作員的閱歷,導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)物質(zhì)量的不穩(wěn)定，也不利于擴大生產(chǎn)規(guī)模。計算機技術(shù)和限制技術(shù)的發(fā)展為解決這一沖突供應(yīng)了基礎(chǔ),建立基于計算機技術(shù)的發(fā)酵過程測控系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)酵母發(fā)酵生產(chǎn)過程的自動限制，降低工人勞動強度，提高限制精度,而且能夠?qū)崟r供應(yīng)生產(chǎn)過程信息,為發(fā)酵生產(chǎn)調(diào)度和管理供應(yīng)依據(jù)。此外,從發(fā)酵生產(chǎn)過程的特點，可以看動身酵過程是一個動態(tài)的、具有高度非線性和時變性的過程⑺。在發(fā)酵生產(chǎn)中，為了提高投入產(chǎn)出比，往往須要對發(fā)酵過程進行優(yōu)化限制，但由于發(fā)酵過程的困難性，難于建立精確的數(shù)學(xué)模型，并且許多發(fā)酵參數(shù)不行在線檢測，致使常規(guī)限制方法很難獲得良好限制效果。隨著智能限制技術(shù)的發(fā)展，諸如專家系統(tǒng)、模糊限制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能限制算法己經(jīng)起先應(yīng)用于發(fā)酵過程限制,并取得了良好的限制效果。因此,探討基于計算機的測控技術(shù)，構(gòu)建牢靠、穩(wěn)定的發(fā)酵過程測控系統(tǒng)，并應(yīng)用人工智能技術(shù)實現(xiàn)發(fā)酵過程的優(yōu)化限制具有重要的理論和實際應(yīng)用價值。五、軟件介紹上位機軟件WinCC系統(tǒng)概述：WinCC是在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和限制任務(wù)的工業(yè)技術(shù)中性系統(tǒng)。它供應(yīng)了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、、歸檔以及報表的功能模塊.高性能的過程耦合、快速的畫面更新、以及牢靠的數(shù)據(jù)使其具有高度的適用性［1］。PLC200smart限制器：供應(yīng)不同類型、I/。點數(shù)豐富的CPU模塊，單體I/O點數(shù)最高可達60點，可滿意大部分小型自動化設(shè)備的限制需求。另外，CPU模塊配備標準型和經(jīng)濟型供用戶選擇，對于不同的應(yīng)用需求，產(chǎn)品配置更加敏捷，最大限度的限制成本。配備西門子專用高速處理器芯片，基本指令執(zhí)行時間可達0.15us,在同級別小型PLC中遙遙領(lǐng)先。一顆強有力的“芯”，能讓您在應(yīng)對繁瑣的程序邏輯，困難的工藝要求時表現(xiàn)的鎮(zhèn)定自若。CPU模塊本體標配以太網(wǎng)接口，集成了強大的以太網(wǎng)通信功能。一根一般的網(wǎng)線即可將程序下載到PLC中，便利快捷，省去了專用編程電纜。通過以太網(wǎng)接口還可與其它CPU模塊、觸摸屏、計算機進行通信，輕松組網(wǎng)。西門子Smart觸摸屏：西門子順應(yīng)市場需求推出的SIMATIC精彩系列面板(SMARTLINE),精確地供應(yīng)了人機界面的標準功能，經(jīng)濟適用，具備高性價比。如今，全新一代精彩系列面板的功能得到了進一步的提升，與S7-200SMARTPLC組成完備的自動化限制與人機交互平臺，為您的便捷操控供應(yīng)了志向的解決方案。西門子視窗限制中心SIMATICWinCC:作為SIMATIC全集成自動化系統(tǒng)的重要組成都分，WinCC確保與SIMATICS5,S7和505系列的PLC連接的便利和通訊的高效;WinCC與STEP7編程軟件的緊密結(jié)合縮短了項目開發(fā)的周期。此外，WinCC還有對SIMATICPLC進行系統(tǒng)診斷的選項，給硬件維護供應(yīng)了便利。參考文獻［1］張秀香.基于PLC的鍋爐加藥自動限制系統(tǒng)［北蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2023,(2).［2］楊智，楊照華，魏列江.電廠鍋爐給水自動加藥PLC限制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］,自動化儀表,2023,(8):47-49.［3］張玉花，王康平.智能變頻技術(shù)在電站鍋爐給水加藥系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.科技廣場，2023,(2):48-50.⑷楊洪波.基于PLC的發(fā)酵過程測控系統(tǒng)集成方法及其實現(xiàn)探討［D］.北京化工高校,2023.［5］張影微.基于PLC和組態(tài)軟件的厭氧發(fā)酵限制系統(tǒng)探討［D］.東北農(nóng)業(yè)高校,2023.⑹黃儒強，尤蓉，李娘輝.發(fā)酵設(shè)備課理論性與實操性相結(jié)合的教學(xué)方法初探[J].現(xiàn)代食品科技,2023,(8):98-99.[7]王海芳，呂超.PLC自動加藥機在選礦廠的應(yīng)用[幾大眾科技,2023,(9):110-112.⑻朱璐.MCGS組態(tài)軟件在自動加藥機系統(tǒng)中的設(shè)計與實現(xiàn)[D],湖南高校,2023.[9]沈孝忠，劉強，趙霞.基于S7-300PLC的浮選自動加藥限制系統(tǒng)[J].自動化應(yīng)用，2023/5).[10]李仲清，林金鉗.基于PLC的工業(yè)發(fā)酵自動限制解決方案[J].化學(xué)工程與裝備,2023,(2).[11]席裕庚，耿曉軍，陳虹.預(yù)料限制性能探討的新進展,限制理論與應(yīng)用,2000,17(4):469-475[12]王樹青.先進限制技術(shù)及應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社,2023:92-95[13]鄒濤，丁寶蒼，張瑞.模型預(yù)料限制工程應(yīng)用導(dǎo)論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2023.[14]丁寶蒼預(yù)料限制的理論與方法[M]北京.機械工業(yè)出版社,2023:4[15]夏紅，王慧，李平.自動化與儀表,1996,1^4):41—43[16]Martins,FernandoG,Coelho,ManuelAN.ComPutChemEnng,2000,24(2):853——858畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告2.本課題要探討或解決的問題和擬采納的探討手段（途徑）:要探討或解決的問題了解自動加藥系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，首先PLC200Smart限制器、西門子Smart觸摸屏以及加藥設(shè)備相互連接，由PLC200Smart限制器限制，西門子Smart觸摸屏進行參數(shù)更改，進而限制加藥設(shè)備的自動加藥；了解自動加藥系統(tǒng)的探討背景：微生物發(fā)酵工程是生化工程和現(xiàn)代生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。發(fā)酵過程測控系統(tǒng)是發(fā)酵系統(tǒng)中重要的組成部分，干脆影響著發(fā)酵過程生產(chǎn)。通過測控系統(tǒng)對發(fā)酵過程實施有效的監(jiān)測與限制,確保發(fā)酵過程生產(chǎn)正常運行，提高發(fā)酵的產(chǎn)量和質(zhì)量；了解自動加藥系統(tǒng)的意義：全自動加藥裝置能自動按水處理技術(shù)要求自動精確、定量投加藥劑，這樣可以大大削減現(xiàn)場施工工作量，避開了中間環(huán)節(jié)的差錯，有效地保證工期和工程質(zhì)量，削減用戶的麻煩和損失；了解自動加藥系統(tǒng)的工作原理：自動加藥設(shè)備是以計量泵為主要投加設(shè)備、將溶藥箱、攪拌器、液位計、平安閥、止回