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星期五 2019-12-06
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    乐虎国际平台昆仑生化有限责任公司玉米淀粉生产线计算机控制系统

    一.项目概况

           在随着技术改造深入,乐虎国际平台昆仑生化有限责任公司的生产经营情况有了很大的发展,目前的淀粉生产能力已不能满足市场需要。为此,公司决定扩建淀粉生产线,在现有的10个浸泡罐的基础上再增加8个浸泡罐,将产能由目前的年产5万吨提高到10万吨。同时把现有的浸泡罐监测系统更新改造成真正的计算机控制系统,为提高公司的生产能力和产品质量,从设备和技术方面提供保障。


    二.技术方案

    1. 设计原则

           在设计方案时,除了满足对浸泡罐的温度、液位和阀位的检测和过程控制这一基本要求外,着重考虑以下方面。

    (1) 在软件功能上扩展管理功能,如生产过程的工艺参数追溯、产品质量与过程参数的关系分析等,充分发掘和利用采集数据的价值。在软件的模块结构中增加能实现全厂联网和数据共享的对外数据接口模块,为下一步实现全厂生产过程的计算机控制预留接口。

    (2) 在仪表和执行机构选型上尽可能与现有设备保持一致,完好设备特别是高价值的设备在新系统继续中继续使用,如手动控制用的手操器、伺服放大器、电动阀等,最大程度的保护企业的现有投资。

    2.系统组成

           从提高可靠性考虑,系统的控制操作部分有人工手动操作和计算机自动控制两套独立的操作机构。正常情况下,由计算机自动控制蒸汽调节阀,调节浸泡罐温度。在计算机系统失效或需要人工干预时,把调节方式变为手动操作方式,实现人工调节。

           与1996年开发原有系统时相比,目前计算机控制系统在实现技术方面已经有了很大的发展。原有系统是以工业计算机加数据采集卡(A/D卡)和数模转换卡(D/A卡,用于输出控制)来实现的,现在的数显仪表可以把数字化数据通过通讯口输出,计算机可以轮流从每个仪表通讯口直接读取数据,不需要再用A/D卡采集数据,以节省投资。由于玉米浸泡罐的温度变化特性是大惯性大滞后,现有智能控制器中固化的控制算法不适合用于浸泡罐的控制,所以仍然需要开发适合算法的控制软件,用D/A卡作为温度控制的输出。

           综上所述,从提高系统可靠性,实现系统功能和节省投资三方面考虑,确定系统的实现思路是用智能仪表作为二次仪表作兼数据采集,计算机与智能仪表通讯获取数据,并完成自动控制与数据管理功能。具体实现方案如下:

    (1) 对浸泡罐最主要的工艺参数——温度,在工作台仪表盘上配置18块有数据通讯口的数显仪,以便于值班人员直观的了解浸泡罐的温度。

    (2) 对于液位和阀位各配一台24通道的高速数据采集器,轮换显示各罐的液位和阀开度,兼作数据采集器。
    (3) 计算机从温度数显仪和无纸记录仪读取各罐的温度、液位及阀位数据供程序处理,并以此作为依据计算控制输出。

    三.软件系统设计

    1.软件系统组成

           根据本技术方案对软件系统提出的设计原则,软件除了具备对浸泡罐的工艺参数实现自动控制外,还要增加数据分析处理和数据共享的功能。因此,新开发软件是基于数据库及网络数据共享的控制系统,这也是近年来计算机控制系统的发展趋势。

    基于以上设计思想的软件组成如下图:
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    2.软件模块功能说明

    (1) 生产过程控制:该模块是系统的主要模块,实现数据采集、处理显示、存储、控制输出等生产过程控制的全部功能。
     参数设置:对与系统运行有关的参数,如采集器参数、控制参数、报警上下限等等提供维护修改功能,以满足按用户环境定制系统的需要。
     数据采集接口:对挂接在485总线上的数据采集器或数显仪表,以MODBUS-RTU协议进行通讯,用轮询的方式读取各采集点的数据,并存入环形队列已备其他模块引用。
     数据显示、存储:采集的实时数据以仪表牌、指示器、趋势图等多种方式直观的进行显示,供值班人员方便及时的了解生产过程工艺参数。在每种显示方式中,对各罐的罐内温度都应安排显示位置,以免操作人员观察不到。把指定时间点的数据存入数据库,作为历史数据,供以后查询分析及共享引用。
     控制、超限报警:以PID算法为主、以经验预估值对PID计算输出进行修正,使超调量控制在工艺参数允许的范围内,达到最佳的控制效果。按照设定的参数对温度、液位以声光提示进行预警、报警,提醒值班人员及时处理。

    (2) 历史数据查询:该模块提供了对采集数据的发掘和再处理功能,体现系统加强管理功能的设计原则。
     历史数据查询:该功能用于对以往数据的追溯,可以对数据库中任意时间的数据搜索、查询。当生产过程出现异常,如发生产品质量或其他生产指标问题时,通过历史数据可以帮助分析查找发生问题的原因。
     工艺参数分析:通过对一定时间段的历史数据与同期生产的产量、产品质量指标进行对比分析,寻找最佳的工艺过程参数,为生产工艺的改进和革新提供参考依据。
     运行日报表:生成当日浸泡罐的各时段的温度、液位值的完整报表。

    (3) 对外数据接口:为其他系统提供数据交换和共享功能。
     数据导出:从数据库中把需要的历史数据导出为指定格式的数据文件,供其他应用程序使用。
     网络共享接口:供将来全厂控制网络中的其他计算机调用数据。

    (4) 系统管理:提供系统自身需要的维护管理功能。
     值班人员管理:建立控制室值班的人员名单,并对每个人可执行的操作授权。例如,系统的参数设置只能由负责人调整,其他值班人员只能进行数据显示等一般操作。
     系统日志管理:记录值班人员在计算机上的重要操作过程,作为日后分析生产过程出现问题时是否有误操作等责任问题的依据。