概述

隨著計算機技術、數字控制技術、網絡通訊技術的發展，工業自動控制系統已進入一個全新的時代，石油、化工、制藥、輕工、冶金、熱電等各行業都廣泛應用了自動化控制系統。

JKZK-PLC300工業自動化控制系統是我公司自行研發，可廣泛應用于工廠生產過程控制，信息監控管理的先進產品。系統采用分布式現場控制總線結構，分散控制，集中管理。運用西門子、ABB、三菱、GE等品牌控制器，結合自動控制技術、計算機技術、網絡通訊技術、OPC技術等設計而成，設計過程中，充分考慮了企業優化控制、冗余設計、技術改造等多方面的要求，并兼顧企業信息化建設的發展方向。系統具有高效、穩定、靈活、開放的特點，能夠使企業提高生產效率、提高產品質量、優化節能減排等。

系統功能

自動檢測現場溫度、壓力、流量、液位等各種物理量。自動控制生產物料、設備的各種物理狀態。

自動檢測現場閥門、泵等執行機構狀態，并自動控制現場閥門、泵等執行機構。

自動報警功能，異常狀態報警、上下限報警、自診斷報警等。

現場人機界面、控制室人機界面。

各種數據、報表自動記錄、查詢功能。

與工廠管理網絡通訊，與其他管理系統通訊等功能。

安全保密分級管理功能，可設置多級管理權限。

防雷、防浪涌等功能。

系統特點

采用較先進水平生產廠家的控制器及設備，保證控制穩定，可靠。

分散控制、集中管理結構，抗干擾能力強，可靠性高。

通用性強、兼容性好，可與多種PLC、各種儀表連接，可與其它控制系統兼容。

系統靈活、開放，可擴展性強。

網絡功能強，具有多級網絡接口，控制級、車間級、經理級等。

安全性好，系統硬件方面有防雷、放浪涌等多重保護，軟件方面有多級操作權限。

應用舉例

案例1　反應釜控制系統

一、概述

反應釜是一種綜合反應容器，通過對容器的結構設計與參數配置，實現工藝要求的加熱、蒸發、冷卻及低高速的混配等功能。根據反應條件對反應釜結構功能及配置附件的設計，從進料-反應-出料均能夠以較高的自動化程度完成預先設定好的反應步驟，對反應過程中的溫度、壓力、力學控制（攪拌、鼓風等）、反應物/產物濃度等重要參數進行嚴格的調控。廣泛應用于石油、化工、橡膠、農藥、染料、醫藥、食品等行業。

二、背景及總體控制思想

該例是某化工企業的某反應釜的控制案例。該反應釜的送料是通過磁力泵從原料罐送入反應釜，由于最終產品的不同，混合原料的粘度和比重均不相同，因此單位時間內磁力泵輸送的原料重量是不同的變化的，反應釜的化學反應速度，在很大程度上取決于原料，以及氧化劑和還原劑的加入速度。原來只能由人工依據反應釜的溫度和出口溫度，初略判斷反應釜內的化學反應情況，控制閥門開度，這樣就很難真正控制好化學反應速度，使產品質量的穩定性和進一步提高反應釜的生產能力都受到了制約。

我們根據控制論原理，運用控制技術，本方案在原料罐磁力泵的出口配置一套電動調節閥，并在氧化劑、還原劑的氣動輸送泵管路上，再分別各安裝電動調節閥。由 PLC系統根據反應釜內的溫度及出口溫度，自動調節加料閥門的開度，同時自動調節反應釜夾套冷卻水回流閥門的開度，組成一個智能化的多參數的自適應控制系統，以達到進一步綜合控制好化學反應速度，優化整個反應過程的升溫曲線的目的。

三、控制方案

對于設計用于生產控制的自動化系統來說，必須達到具有穩定而可靠的運行、簡單而實用操作、以及優越的性價比，都是十分重要的。系統采用DELL工業控制微機為上位機，西門子S7-300系列PLC控制模塊、數字量和模擬量輸入輸出模塊，以及手動/自動控制切換開關，必要的手控按鈕和指示燈等，將系統硬件的投入降低到較小。

反應釜流程示意圖如下（圖中畫出2個反應釜）

自動控制系統硬件框圖如下：

四、具體控制過程

本系統將分三個層次來完成對反應釜生產過程綜合控制：

第一層次：完成接收電子秤的秤重信號，計算出化學原料單體、氧化劑和還原劑的瞬時流量、平均給料流量等參數，反應釜及出口溫度的實時顯示。

第二層次：根據給料流量，結合反應釜及出口溫度以及各種工藝條件，自動調節反應釜溫度，并優化主要工藝參數的越界報警和處理功能。

第三層次：根據工藝模板所要求的總加料量、配方和加料時序；反應釜升溫曲線等不同的控制特性，通過新增加的 PLC模擬輸出調節模塊，反應釜冷卻水回水電動調節閥，原料罐、氧化劑和還原劑的電動調節閥，實現反應釜全過程化學反應的智能化自動控制。

上位工業控制計算機作為人機界面，可以實現以下功能。

1．顯示各工藝參數的實時曲線和歷史曲線，與設定工藝曲線進行比較，指導工藝操作。歷史曲線

可保存一年或以上數據，用戶可隨時查閱

2．實時動態顯示各設備運行狀態，包括原料罐重量的實時變化，各種物料的給料流速，閥門動作情況和溫度顯示等。模擬流程圖形逼真、直觀。

3．完善的主要工藝參數的越界報警和處理，確保生產過程的安全性。

4．預先貯存各種工藝曲線和配比，根據各產品的工藝要求，可隨時給 PLC發出控制要求，完成生產品種和生產工藝的快速變換。

5．打印各種生產和統計報表。具有較強的管理功能，可打印各批次實配重量及溫度、壓力等數據，對貯存數據進行成本核算及工藝分析。

6．手動和自動無擾動切換。為加強系統的可靠性，又不失靈活性，本系統設置計算機屏幕操作，手動、自動及操作臺按鈕開關，手動、自動兩套工作方式，閥門的操作采用智能控制儀表手操器，確保進行無擾動的切換操作。

7．采用自適應補償技術，電子秤的秤量誤差可得到有效的補償。

8．采用先進的網絡技術，該控制系統與廠區管理系統可以對接，方便管理。

案例2　泵站自動化控制系統

一、概述

泵是輸送液體（包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態金屬等）或液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體必不可少的設備，在石化、礦業、冶金、電力、農業、市政等各行業，到處都需要泵。泵站的運行管理水平和自動化水平直接影響到到設備壽命、生產效率、企業效益等。

我公司自行研發的泵站自動化控制系統是集監視、測量、控制、保護、管理等于一體的計算機綜合自動化系統，主要對全站泵組、電氣系統、公用油、水、氣系統、閘門控制系統、勵磁系統及直流系統進行有效監視和控制，保證泵站更加安全、可靠、經濟地運行，實現泵站“無人職守、少人值班”的目標，并能通過計算機網絡實現將泵站運行數據和狀態實時上傳至上級主管部門。

二、設計思想

生產過程控制系統與管理系統是一個對立統一的整體，管理指導控制，控制服務于管理。管理的規范性原則就是要求管理系統與生產過程控制系統建立在統一網絡平臺上，實現數據的透明交換與共享。我們在分析通用泵站設計原則的基礎上，結合我們的經驗，設計時基本設計思想是：自控指導工藝，電氣服從自控，單位服從全局，統一接口協議，管理服從控制，控制服務管理，設計實現測控管一體化的PLC系統。

三、設計方案

本系統控制層分為三層

中央控制層： 提供系統的宏觀控制，控制各分站的運行和處理局部發生的事故和緊急狀態，維護系統的整體直協調。

現場自動控制層： 通過現場PLC的邏輯控制功能實現設備的自動控制（聯動及連鎖控制），根據各站的控制方式不同，該控制層的控制方式，策略也有所不同。

就地手動控制層： 它是現場手動控制方式，當控制方式手柄處于“手動操作”時，上級的控制干預將被屏蔽。在自動模式下，安全連鎖是有效的，并限制非法操作的可能性，且就地手動控制層具有更高的估先權。中央控制層的計算機網絡各分站進行數據交換，現場控制層是由具有邏輯控制功能的PLC和遠程通訊終端及儀表組成。這主要完成對現場工藝數據，電氣數據的采集和對工藝設備的控制，同時負責向主站傳送采集的數據，報告各就地手動控制層設備的運行情況，實時了解分站的動行效果，提高了系統的管理水平。

整個系統已經考慮到以后的擴展，軟件硬件的配置彩開放式結構，并要系統資源方面增加適當的冗佘，以便今后新建項目時，實現可靠的無縫對接。

四、結構圖

圖1   控制系統結構圖

　　五、系統功能及特點

　　功能系統

　　泵站主機實現自動開、停機

　　葉片、勵磁機等進行自動調節

　　泵站輔助設備(油、氣、水)自動開、停機

　　事故報警及事故自動記錄

　　自動生成實時數據庫與歷史數據庫

　　實時顯示主、輔機及設備運行參數與狀態

　　打印各類報表、曲線圖

　　友好的人機界面

　　遠程診斷與維護

　　功能特點

　　分布式網絡結構，系統配置靈活，易于擴充與升級

　　面向對象設計，豐富多彩的圖形界面

　　高效、直觀的可視化順控流程

　　智能化報警處理

　　豐富的組態工具

　　先進的現場總線技術

　　其它系統無縫連接

　　強大的關系型歷史數據庫