毕业设计（论文）工厂蒸发车间监控系统设计（硬件系统方案设计）.doc

西安建筑科技大学毕业设计（论文）任务书 课题名称： 工厂蒸发车间监控系统设计（硬件系统方案设计）学 院：信息与控制工程学院专 业：自动化姓 名： 学 号：_201051102 _ 教师(签字)：_二 五 年 三 月 二十八 日一、 毕业设计（论文）的目的与要求1、 设计目的：通过工厂蒸发车间监控系统的设计，使学生总结四年来所学知识，通过毕业设计得到综合训练，使得理论教学与生产实践相结合。培养大学生的科研创新能力、实践能力和创业精神。2、 要求：认真努力，勤于实践，独立完成毕业设计（论文）任务，充分发挥主观能动性和创造性，实事求是，不弄虚作假，不抄袭他人成果。 严格遵守纪律，按时按要求（包括形式要求与撰写要求）完成指导教师安排的工作。凡不按要求完成且在规定时间内无改进的，不得进行下一步的设计工作。 毕业设计（论文） ( 设计 ) 须符合形式要求及撰写要求 （请参照学校有关规定 ）；所有要求提供的文档材料（除实习日记及已有要求的）一律按学校对毕业设计（论文）撰写格式的要求撰写。 二毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数） 画出工艺流程平面图；统计工艺要求的监控点数，以及参数范围； 设计DCS系统配置，画出系统框图； 列出设备清单，包括设备型号、台件数、生产厂家； 制定出监控参数编号表； 选出系统通信方案； 采用组态软件制定系统管理方案；协调上、下微机工作； 写毕业设计论文。三、毕业设计（论文）题目应完成的工作 画出工艺流程平面图；统计工艺要求的监控点数，以及参数范围； 设计DCS系统配置，画出系统框图； 列出设备清单，包括设备型号、台件数、生产厂家； 制定出监控参数编号表； 选出系统通信方案； 采用组态软件制定系统管理方案；协调上、下微机工作； 写出自己的心得体会。四、毕业设计（论文）进程的安排 序号 设计（论文）各阶段任务日 期 备 注 1收集有关毕业设计的参考资料第14周2画出工艺流程平面图；统计工艺要求的监控点数，以及参数范围；第5周3设计DCS系统配置，画出系统框图；第6周4列出设备清单，包括设备型号、台件数、生产厂家； 制定出监控参数编号表。第79周 5选出系统通信方案第10周 6采用组态软件制定系统管理方案；协调上、下微机工作；第1113周 7写毕业设计论文。第1415周五应收集的资料及主要参考文献： 、氧化铝生产工艺参考书；、西门子S7系列PLC使用说明书；、测量仪表手册；、控制网通信原理；、DCS系统设计方案；、有关自动控制系统方面的参考资料。六、 任务执行日期：自_05_年_3_月_9_日起，至_05_年_6_月_20_日止。 七、审核批准意见指导教师（签字） _ 教研室主任（签字）_ 主管院长（主 任）（签字）_ 工厂蒸发车间监控系统设计（硬件系统方案设计）专业班级：自动化0101班学 生： 指导老师： 工厂蒸发车间监控系统设计（硬件系统设计）摘 要本文研究课题为工厂蒸发车间监控系统。山西铝厂采用拜耳法进行氧化铝生产，母液蒸发过程是一道重要工序。母液蒸发过程工艺复杂，要检测、控制的参数主要有压力、温度、密度（浓度）、液位、流量等。本文结合蒸发车间的生产工艺，设计了蒸发车间生产自动控制系统。本文给出了系统的总体设计：设计采用了集散控制系统对整个系统进行控制，采用组态软件组态王进行实时监控，采用可编程控制器PLC进行现场控制，并采用MODBUS实现数据交换。重点介绍了集散控制系统的硬件系统设计方案，详细论述了集散控制系统的硬件及协议。关键词： 拜耳法，集散控制系统(DCS)，可编程控制器(PLC)，组态王，SIMULINK， MODBUSSupervisory and Control system Design of Evaportranspiration workshop on Factory(The hardware design)AbstractThe subject for the research of this text is the supervisory and control system design of evaportranspiration workshop on factory. The method, Bayer is used to produce Al2O3 in shan xi aluminum factory ,Among the production craft, mother liquor evaporation course is an important process. The mother liquor evaporation course craft is complicate; the parameters have to be controlled and measured are pressure, temperature, density (density), liquid location, flow, etc. This text combines the production technology of evaporation workshop at first, has designed the workshops automatic control system. This text provides the overall design of the system: Have designed and adopted the collecting and distributing control system to control the whole system entirely, have adopted configuration software to control in real time, adopt programmable logical controller (PLC) that control equipments, adopt ModBus that realize data interchange. Has introduced the hardware configuration of the distributed control system especially, and described the hardware and agreements of the collecting and distributing control system in detail.Key words: Bayer, Distributed Control System (DCS), Programmable logical controller (PLC), king view, SIMULINK , MODBUS目 录1 绪 论12 蒸发车间工艺流程22.1氧化铝生产的拜耳法原理22.2 氧化铝生产蒸发工艺流程22.2.1 概述22.2.2 工艺流程图43 蒸发工艺的监控方案设计63.1 监控系统对控制的要求63.2监控系统方案简介74 系统的集散控制104.1集散控制系统104.1.1集散控制系统的基本概念104.1.2 集散控制系统的结构特征114.1.3集散控制系统的基本结构124.2 DCS的体系结构124.2.1 DCS的硬件结构134.2.2 DCS的集中监控154.3 系统的集散控制硬件设计184.3.1 蒸发器监控参数点184.3.2控制系统硬件设备194.3.3下位机PLC可编程控制器的设计204.3.4现场智能仪表变送器315 系统通信方案355.1 PLC的通信设计355.1.1 PLC通信网络概念355.1.2 PLC网络各级子网络通信协议配置规律355.2 SIEMENS数据通信365.2.1 利用ModBus协议进行通信365.3 系统网络设计与实现385.3.1 PLC与上位机之间的通信386 组态管理396.1组态王简介396.1.1组态王概述396.1.2组态王的工作原理396.2组态王组态软件的具体设计407 系统仿真417.1 系统仿真概述417.2动态仿真工具SIMULINK简介42总结43致谢44参考文献45附录461 绪 论在拜耳法生产氧化铝工艺中，母液蒸发过程是保持生产系统液量平衡，浓缩溶液，排除生产过程中积累的碳酸钠、硫酸钠等杂质以及配置合格循环碱液的一道重要工序。母液蒸发过程工艺复杂，要检测、控制的参数主要有压力、温度、密度（浓度）、液位、流量等。早在20世纪80年代，世界上有色冶金发达的国家如、加拿大、美国、英国等在氧化铝生产的蒸发工序中就已经较完整地采用或部分的采用集散控制系统，分层控制体系进行自动控制。在我国，20世纪90年代中后期，少数氧化铝生产企业在拜耳法种分母液蒸发过程中先后采用了智能调节器、工控机或小型集散控制系统，对某些蒸发的生产实现了一定程度的自动控制。目前国内氧化铝生产中，大多数蒸发车间的现状是各工艺参数的检测都要靠人工到现场读取和记录，不能对生产过程及时进行调控，指标优化困难极大，而且工艺所要求的参数由人工操作控制，精度差，现场跑冒滴漏现象严重，给安全生产带来隐患，也极大的影响了产品质量和产量。目前山西铝厂的十余套工业控制系统均是各自独立地完成本工序的监控任务。生产系统没有形成全厂级的生产监控网络。生产总调仍然依靠传统的电话询问和各流程定时报告情况和生产指标数据，以此为依据来协调指挥生产。在生产的关键环节，如焙烧、溶出、第五蒸发等，其控制系统运行状况较好，起到了稳定生产的良好效果，其它系统则由于一次仪表监测、执行机构状况不好或系统本身问题等多方面因素，运行状况不是十分理想。采用烧结拜耳混联法进行氧化铝生产，蒸发车间是拜耳法氧化铝生产工艺中水量平衡的重要环节，用来浓缩溶液和分离在过程中积累的杂质（纯碱、硫酸盐大部分有机物等)。根据总体设计方案和铝厂蒸发车间的实际工艺对过程控制的要求及企业发展的需要，选用运行可靠、功能强大的DCS控制系统.上位机使用组态王，实现实时监控。下位机采用智能模块PLC。而连接上位机组态王与下位机可编程控制器PLC的总线系统用ModBus来实现，实现上位机与下位机之间的数据交换。从而实现了上位机对现场的实时监控。2 蒸发车间工艺流程2.1氧化铝生产的拜耳法原理所谓拜耳法是因为它是由K.J.拜耳在18891892年提出而得名的。一百年来它已经有了许多改进，但仍然习惯的沿用着拜耳法这个名称。拜耳法在处理低硅铝土矿，特别是用在处理三水铝石型铝土矿时，流程简单，作业方便，产品质量高，其经济效果远非其他方法所能比美。目前全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，有90%以上是用拜耳法生产的。拜耳法包括两个主要过程。一项是氧化钠与三氧化二铝摩尔比为1.8的铝酸钠溶液在常温下，只要添加氢氧化铝作为晶体，不断搅拌，溶液中的三氧化二铝便可以呈氢氧化铝徐徐吸出，直到其中氧化钠与三氧化铝的摩尔比提高到6为止，这也就是铝酸钠溶液的晶体分解过程。另一项，已经吸出了大部分氢氧化铝的溶液，在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物，这也就是利用种分母液溶出铝土矿的过程。交替使用这两个过程就能够一批批的处理铝土矿，从中得出纯的氢氧化铝产品，构成所谓拜耳法循环。2.2 氧化铝生产蒸发工艺流程2.2.1 概述拜耳法氧化铝生产工艺中水量平衡的重要环节，用来浓缩溶液和分离在过程中积累的杂质（纯碱、硫酸盐大部分有机物等)。种分车间送来的原液主要是氢氧化钠、碳酸钠、硫酸钠和氧化铝等的混合液，在原液槽经原液泵打入蒸发组，在新蒸汽的加热下，进行逆流自然蒸发。从蒸发器组出来的高浓度混合溶液，即蒸发母液由出料泵打至沉降槽中，碳酸钠、硫酸钠和氧化硅等在杂质在沉降槽自动析出，并沉降浓缩溶液，底流经底流泵送到过滤机以滤饼形式排出杂质；沉降槽溢流和过滤机出来的滤液一同进入溢流槽，经溢流泵送到其他工序调整成为符合生产要求的循环母液供给矿浆植被车间配料。工艺流程中，蒸发器组是拜耳法生产的一个重要环节，也是蒸发车间的主要设备。下图2.1是拜耳法工艺原理示意图。图2.1拜耳法工艺原理示意图蒸发车间共有16台蒸发器，分为5组，其中1、2、3、5组三效作业，第4组四效作业。组蒸发器由效、效、效和、级闪蒸发器组。原液经原液泵依次打入效、效和效。各效之间由导料泵过料。加热蒸汽按照效、效、效的方向进入各效加热。并且，前一效的二次蒸汽作为后一效的热源使用。效出来的二次蒸汽经水冷器冷却后，凝结成水进入热水池作循环水使用。由于料液流经的方向与蒸汽进入各效的方向相反，这种蒸发方式称为逆流自然蒸发。效出来的料液再经过、级闪蒸器降温减压后，送往沉降槽分离。如图2.2所示。图2.2 蒸发器组流程示意图2.2.2 工艺流程图图2.3蒸汽流程图图2.4原液流程图3 蒸发工艺的监控方案设计3.1 监控系统对控制的要求蒸发车间的改造工程首先要建立自动监控系统，实现各工艺参数的集中显示，以便对生产过程及时进行调控，从而改变目前人工到现场读取和记录数据再层层传送，指标优化困难大的现状。另外，由于蒸发作业存在着很大的检测滞后性(即蒸发过程发生后，较长一段时间内如三效作业为1小时，检测仪器无法检测到料液的密度值)，再加上环境温度的干扰，给蒸发作业的自动控制带来困难。同时，在现场生产中，系统往往连续长期运行，控制系统是否可靠，直接关系到财产安全及经济效益，因此，对蒸发车间的自动控制设备和系统提出以下要求:1、可靠性:可靠性是控制系统设计的最基本原则，要求控制系统在长时间连续工作情况下不出现故障。2、实时性高:即能够在对象允许的时间间隔内对系统进行控制、计算和处理，一般控制系统采集和控制的参数是比较关键的，这些参数的变化可能会影响到正常生产或经济运行，因此这就要求控制系统能够及时地反映出这些参数的变化，并加以处理控制，保证生产正常高效运行。3、安全性:要求系统中有专用的监控装置，用于监视系统的工艺设备、电源等工作情况，故障时将系统自动切换到安全装置并发出声光报警。系统中还要有安全联锁以防止误操作，控制系统能进行软手操和紧急手操，能实现双向无扰动切换，在任何情况下，都有操作手段，防止操作失灵。4、抗干扰能力:蒸发过程中现场条件差，因此要求控制设备必须要采用光电隔离、防爆防尘等技术措施。5、使用维护方便:要求控制系统原理易于掌握，具有模块化的组件和功能，易于检验维修。6、人机界面友好:要求界面系统简单明了，实用方便，易于操作。3.2监控系统方案简介考虑当前自动控制技术的新发展及企业发展的需要，选用运行可靠、功能强大的DCS控制系统.采用DCS控制系统，上位机使用组态王，实现实时监控。下位机采用智能模块PLC，采集现场数据。而连接上位机组态王与下位机可编程控制器PLC的总线系统用ModBus来实现，实现上位机与下位机之间的数据交换。从而实现了上位机对现场的实时监控。系统结构框架为：图3.1集散控制系统已发展成为工业过程自动控制的主流。随着大规模、超大规模集成电路技术、计算机数字技术、通行技术、网络技术、控制技术、显示技术、软件技术、安装布线技术等系统技术的应用，集散控制系统也不断发展和更新，各制造厂商相继推出和更新各自的集散控制系统商品，在系统的开放性、功能的综合性和先进性、操作的方便性和可靠性等方面都有不同程度的改进和提高。产品的应用范围已不仅仅是工业控制领域的各个行业，而是向制造过程自动化和过程自动化的综合管理方向发展。并且集散控制系统的功能分层是集散控制系统的体系特征，它充分反映了集散控制系统的分散控制、集中管理的特点。集散控制系统的主要特性是它的集中管理和分散控制。而且，随着计算机技术的发展，网络技术已经使集散控制系统不仅主要用于分散控制，而且向着集成管理的方向发展，系统的开放不仅是不同制造厂商的集散控制系统产品可以互相连接，而且使得他们可以方便的进行数据交换，系统的开放也使得第三方的软件可以方便的在现有的集散控制系统上应用。集散控制系统的好处：(1)减少等装置:由于可以将在现场相邻的一些仪表用一条现场总线相连再通往控制室，这样就可以将隔离器、端子柜、终端及卡件的数量减少，因而还可减少装置及装置室的空间。(2)免去了数字与模拟的转换:由于现场总线是实现了全数字化，所以可免去了像那样需要进行的（数字模拟）与（模拟数字）转换，是精度可以从提高到。(3)减少了电缆:由于电缆的大幅减少，费用（还包括安装几调试在内）可以节约或更多。(4)可以产生智能化的现场仪表:一台多变量的变送器可以同时测出管道内流体的压力、温度及流量，因此一台多变量的变送器能顶上台变送器之用；如此等等。(5)改善调节的性能:集散控制系统中由于将调节功能下放到现场仪表去以后是控制周期大为缩短，从而改善了调解的功能。又由于主机的负荷得以减轻，集散控制系统可以从事与系统更复杂、更先进的工作，如过程的优化等任务。(6)降低了工程费用:采用了集散控制系统以后，不但减少了工程设计的工作量与图纸，而且也减少了安装与调试的工作量，这些都意味着费用的降低。因此，在本次设计中我们选用了集散控制系统的方案进行设计的。本设计为了实现实时监控及修改或初始化系统，可用组态王软件来模拟现场工艺流程，同时，设置实时曲线，历史曲线，报表及报警系统，实时监测现场的变化情况。而现场中的变化情况需要通过智能模块可编程控制器PLC上传到上位机组态王来实现，通过ModBus协议进行数据交换。为了满足系统的性能要求，需要对系统进行控制，所以对控制算法有一定的要求，这就用到系统仿真simulink来判断系统是否达到性能要求。4 系统的集散控制4.1集散控制系统集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散型控制系统。自70年代中期第一套集散控制系统问世以来，集散控制系统已经在工业控制领域得到了广泛的应用，越来越多的仪表和控制工程师已经认识到集散控制系统必将成为过程工业自动控制的主流，在计算机集成控制制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）或计算机集成作业系统CIPS（Computer Integrated Production System）中，集散控制系统将成为主角，发挥他们的优势。4.1.1集散控制系统的基本概念集散控制计算机系统（DCCS）又名分布式计算机控制系统，简称集散型控制系统（DCS），目前它尚无确切的定义，其实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。它是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信网络技术和人机接口技术相互渗透发展而产生的，既不同于分散的仪表控制系统，又不同于集中式计算机控制系统，它是吸收了两者的优点，在它们的基础上发展起来的一门系统工程技术，具有很强的生命力和显著的优越性。集散型控制系统概况起来由集中管理部分、分散控制检测部分和通信部分组成。集中管理部分又可分为工程师站、操作站和管理计算机。工程师站主要用于组态和维护，操作站则用于监视和操作，管理计算机用于全系统的信息管理和优化控制。分散控制检测部分按功能可分控制站、检测站或现场控制站，它用于控制和检测。通信部分连接集散型控制系统的各个分布部分，完成数据、指令及其他信息的传递。集散型控制系统软件是由实时多任务操作系统、数据库管理系统、数据通信软件、组态软件和各种应用软件所组成。使用组态软件这一工具，就可生成用户所要求的实用系统。集散型控制系统具有通用性强，系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠的特点。它能够适应工业生产过程的各种需要，提高生产自动化水平和管理水平，提高产品质量，降低能源消耗和原材料消耗，提高劳动生产率，保证生产安全，促进工业技术发展，创造最佳经济效益和社会效益。集散控制系统的主要特性是它的集中管理和分散控制。而且，随着计算机技术的发展，网络技术已经使集散控制系统不仅主要用于分散控制，而且向着集成管理的方向发展，系统的开放不仅是不同制造厂商的集散控制系统产品可以互相连接，而且使得他们可以方便的进行数据交换，系统的开放也使得第三方的软件可以方便的在现有的集散控制系统上应用。4.1.2 集散控制系统的结构特征(1)分级递阶控制结构集散控制系统是由相互关联的子系统组成，按一定的优先和从属关系来实现。它在垂直方向和水平方向都是分级的。最简单的集散控制系统至少是在垂直方向上分为二级，即操作管理级和过程控制机。在水平方向上各个过程控制级之间是相互协调的分级，它们把数据向上送到操作管理级，同时接收操作管理机的指令，各个水平分级之间也进行数据的交换，这样的系统是分级的递阶系统。其结构形式有三种：多层结构，多级结构和多重结构。多层结构按系统中决策的复杂性分级，对于一个存在不确定因素的复杂控制系统，控制功能递阶分层由四层实现：直接控制层；优化控制或监视层；学习层或适应层；自组织层。多级结构是为了减少同一级的各子系统之间信息的交换和决策的冲突，在分散的各决策子系统上添加一级协调级，用于下级决策的协调和信息的交换。多重结构是指用一组模型从不同角度对系统进行描述的多级结构，层次的选择即观察的角度受观察者的知识的程度和对系统兴趣的约束。(2)分散控制结构是针对集中控制可靠性差的缺点而提出的，是一个自制的闭环结构，可以是垂直型，水平型及混合复合型。分散的含义不单是分散控制，它还包括了其它含义。分散的目的是为了使危险分散，提高设备的可利用率。体现在组织人事的分散，地域的分散，功能的分散，负荷的分散。(3)冗余化结构为提高系统的可靠性，集散控制系统在重要设备，对系统有影响的公共设备上常采用冗余结构。常采用的冗余结构方式有：同步运转方式；待机运转方式；后退运转方式；多级操作方式。4.1.3集散控制系统的基本结构（1）分散过程控制装置它是系统与过程之间的接口，适应恶劣的工业生产过程环境；具有分散控制，实时性和独立性。是集散控制系统与生产过程间的界面，生产过程的各种过程变量通过分散过程装置转化为操作监视的数据，而操作的各种信息也通过分散过程控制装置送到执行机构。在分散过程控制装置内，进行模拟量与数字量的相互交换，完成对控制算法的各种运算，对输入与输出量进行有关的软件滤波及其它的一些运算。（2）集中操作和操作管理装置它是操作人员与集散控制系统间的界面，操作人员通过操作管理装置了解生产过程的运行状况，并通过它发出操作指令给生产过程。生产过程的各种参数在操作管理装置上显示，以便于操作人员监视和操作。主要功能是集中各分散过程控制装置送来的信息，通过监视和操作，把操作命令下送各分散过程控制装置信息量大；具有易操作性，并且溶销性好。（3）通信系统分散过程控制装置与操作管理装置之间需要有一个桥梁来完成数据之间的传递和交换，这就是通信系统。主要用于数据通信。具有开放性，互操作性。4.2 DCS的体系结构新型的DCS开放型的体系结构，可方便的与生产管理的上位计算机相互交换信息，形成计算机一体化生产体系，实现工厂的信息管理一体化。（1）直接控制级是DCS的基础，其主要任务有：（1）进行过程数据采集（2）进行直接数据的过程控制（3）进行设备监测和系统的测试和诊断（4）实施安全性，冗余化方面的措施。（2）过程管理级主要是应付单元内的整体优化，并对其下层产生确切的命令，在这一层可完成的功能有：优化过程控制，自适应回路控制，优化单元内各装置，使它们密切配合，通过获取直接控制层的实时数据已进行单元内的活动监视，故障检测存档，历史数据的存档，状态报告和备用。（3）生产管理级产品规划和控制级完成一系列的功能，要求有比系统和控制工程更宽的操作和逻辑分析功能，根据用户的订货情况，库存情况，能源情况来规划各单元中的产品结构和规模，并且可使产品重新计划，随时更改产品结构，这一点是工厂自动化系统高层所需要的，有了产品重新组织和柔性制造的功能，就可以应付由于用户订货变化所造成的不可预测的事件。（4）工厂经营管理级经营管理级居于工厂自动化系统的最高一层，它的范围很广，包括工程技术方面，经济方面，商业事务方面，人事活动方面以及其他方面的功能。4.2.1 DCS的硬件结构DCS 的一个突出优点是系统的硬件和软件都具有灵活的组态和配置能力。DCS 的硬件系统是通过网络系统将不同数目的现场控制站，操作员站和工程师站连接起来，共同完成各种采集，控制，显示，操作和管理功能。（1）DCS的过程控制级过程控制级的功能在DCS 中，各种现场检测仪表（如各种传感器，变送器等）送来的过程控制信号均由过程控制级个单元进行实时的数据采集，滤除噪声信号，进行非线性校正及各种补偿运算，折算成相应的工程量，根据组态要求还可以进行上下限报警及累计量计算。所有测量值和报警值经通信网络传送到操作战数据库，供实时显示，优化计算，报警打印等。在过程控制单元中，根据过程控制组态还可以进行各种闭环反馈控制，批量控制与顺序控制等，并可接受操作站发来的各种手动操作命令进行手动控制，从而提供了对生产过程的直接调节控制功能。 用于过程控制级的可编程控制器(PLC) 构成DCS过程控制级越来越多地采用了各种智能数字调节器与可编程控制器，新型的数字调节器与PLC不仅容量更大，速度更快，而且都增设了较强的联网通信能力。可以采用以廉价的双绞线为传输介质的现场总线网，将作为主节点的现场控制站与作为从节点的数十个数字调节器，PLC或数字化智能变送器连接在一起，DCS的控制功能进一步分散，控制速度与功能及系统的可靠性又得以进一步的提高。在小型的DCS中，是以数字调节器与PLC为过程级而用个人计算机为管理机构成的系统。（2）DCS 现场控制站电源：是具有效率高、稳定性无干扰得交流供电系统。有的采用冗余的双电源供电方式。控制计算机：是一个智能化的可独立运行的数据采集与控制系统，必须由CPU、存储器、总线、I/O通道等基本部分组成。（3）可编程控制器可编程控制器是一种以微处理器为核心的过程控制装置，它主要配置的是开关量I/O通道，用于执行顺序控制功能。各厂家生产的PLC均以标准化，系列化，模块化。PLC主要用于生产过程中按时间顺序控制或逻辑顺序控制的场合，以取代复杂的继电器控制装置。在专用编程器上输入全部梯形图后，编程器即自动将其编辑成微处理器可执行的内部程序，经过试运行考验合格后，固化到EPROM中，安装到PLC上就可以执行输入的程序，实现工业生产线的自动化控制。PLC在运行过程中不停的巡回检测个接点的状态，根据其变化和预定的时序与逻辑关系，相应的改变个内部及电气化启动定时器，最终输出开关信号以控制生产过程。程序运行周期由程序长短和CPU指令执行实践所确定，一般为数十毫秒。在较新型的PLC中，也提供了模拟量控制模板，同时也提供了PID等控制算法，PLC所特有的高可靠性和它不断增强的功能，使它在DCS的过程控制级中得到了越来越广泛的应用。4.2.2 DCS的集中监控1、显示操作站DCS的集中操作监控级（组态）主要是显示操作站，它完成显示、操作、记录、报警等功能。它把过程参量的信息集中化，把各个现场配置的控制站的数据进行采集，并通过简单的操作，进行过程量的显示、各种工艺流程图的显示、趋势曲线的显示以及改变过程参数，如设定值、控制参数、报警状态等信息，这就是它的显示操作功能。显示操作站的另一功能是系统组态，因此可进行控制系统的生成、组态。显示操作站主要是由监控计算机、键盘、CRT显示器、打印机等几部分构成。（1）监控计算机当今的DCS的显示操作站功能强、速度快、记录数据大，因此对显示操作站的监控计算机提出了很高的要求。一般DCS的显示操作站的监控计算机都采用16位或32位的微机，内存一般在416MB。目前许多新推出的DCS采用工业PC机（通常为486、586计算机）来做显示操作站的监控计算机。（2）键盘在显示操作站中，有两种类型的键盘，一种为操作员键盘；另一种为工程师键盘。工程师键盘通常利用标准ASCII代码101键盘；操作员键盘则是面向操作工操作键盘，力求操作简单、直观、易掌握。显示操作站为用户提供仪表化的操作环境，通过CRT操作来实现整个分散型控制系统的高效率运转。它是信息集中分配中心，也是显示操作的中心。具有控制系统的生成、组态、集中监视操作、报警、显示、报表、通信等功能；显示操作站主要是和操作员以及工程师有关的系统的功能；操作员在运转整个系统时作必要的操作功能，工程师为了进行系统的生成和维护时作必要的工程师功能。（3）操作员功能操作员功能主要是指正常运行时的工艺监视和运行操作，主要由画面指示构成。 DDC标准三画面总貌画面：用来监视分散型控制系统的运行状态，可指示出仪表的位号，测量的光柱图形。在本画面中可指示出一些运行状态发生异常时，相应的仪表位号指示变成红色，在闪光的同时，发出报警声音。组貌画面：将DDC控制回路分成小组，通常每组8个回路，在操作时操作对应的键，就可选择出相应的组貌画面。DDC组貌画面每幅显示8个DDC回路。回路画面：也称调整画面。回路画面显示单个DDC回路的各参数，利用此画面可进行控制参数的修改、设定，完成单个回路的控制作用。在回路处于串级状态下，在回路画面上可同时显示出相关回路的状态及参数。 图形显示功能可进行工艺流程图的显示，一幅工艺流程图由二部分组成：一个是不随工作状况变化的基本图形，称之为静态图；另一个是随工作状况的变化而变化的数据、曲线、图形等，称之为动态图，并且定时刷新其变化部分。工艺流程图可利用彩色CRT显示器的多种颜色予以组合，从而做到显示美观，醒目。 趋势曲线画面趋势曲线可被存储起来，以便具有历史趋势曲线的显示功能，一般可达到一天或一个月，必要时还可以将趋势曲线存储起来在软盘中加以保存。操作员可通过趋势曲线的变化及时掌握过程变化情况。也可以通过历史趋势曲线分析控制系统运行状态，分析事故原因，产品质量好坏的原因，有助于分析和管理。 操作指导画面为了指导操作员准确及时地操作，帮助操作员记忆众多的操作项目，而设计了操作指导画面。如果按画面要求操作正确，则能正常进展；否则，非但不接受错误操作，而且工序无法前进，从而保证了安全生产。 报警画面报警画面按时间顺序记录过程数据发生上、下限报警和设备异常等，并且用颜色变化、闪光文字和声响来区分报警级别，以引起操作员注意，立即采取相应措施。在实时报警窗口中，为报警窗口规定报警窗口变量名、报警窗口的外观等信息。为按钮建立命令语言连接程序来更新报警窗口。（4）工程师功能工程师功能主要包括系统的组态功能、系统的控制功能、系统的维护功能、系统的管理功能等。系统的组态功能：构成一个应用系统，需进行系统的组态工作，系统工程师可依照给定的运算功能模块进行选择、连接、组态和设定参数，用户无须编制程序。系统的控制功能：执行由系统组态功能所生成的系统控制。包括：反馈控制功能，完成预定的开关量输入输出顺序控制功能。系统的维护功能：用于定期检验各个作业，且在系统的建立、修改时，把内容保存在盘中。系统的管理功能：对系统进行管理，包括监视功能和控制功能的管理、制表、事故报警、打印等管理。2、显示操作站的配置由64位监控计算机PentiumIV，一个48.26cm（19英寸）分辨率是640*448的彩色监视器和键盘组成。电子模件包括微处理器/存储器板、显示发生器板、局域网接口板、外围接口板等等。监视器可选用触摸屏幕的，是一种光标定位装置，安装在CRT屏幕表面。采用101键盘和触摸式功能键盘。外围设备有软盘驱动器、硬盘驱动器、打印机（用于制表打印）、鼠标（光电式）等。软盘采用3.5in,还外加一个DVDROM驱动器，硬盘容量有80GB。4.3 系统的集散控制硬件设计4.3.1 蒸发器监控参数点蒸发器是蒸发过程的主体设备，要监控的参数很多，例如，液位、汽室压力、液室压力(真空度)、溶液温度、汽室温度、蒸汽流量和出料密度等，这些参数能否得到稳定控制，对于提高蒸发效率，保证生产指标有极其重要的意义。以I效为例，蒸发器监控参数点如图表4.1所示。其它效基本相同。序号变量名变量说明类型参数范围单位1PT101效汽室压力模拟量输入0-0.6MPa2PT102效汽室压力模拟量输入0-0.3MPa3PT103效汽室压力模拟量输入0-0.3MPa4PT106闪蒸气压力模拟量输入-0.1-0.3MPa5PT107闪蒸气压力模拟量输入-0.1-0.3MPa6TE101效汽室温度模拟量输入0-1707TE102效汽室温度模拟量输入0-1708TE103效汽室温度模拟量输入0-1709TE104闪溶液温度模拟量输入0-15010TE105闪溶液温度模拟量输入0-15011TE1061-1#冷凝水温度模拟量输入0-17012TE1071-2#冷凝水温度模拟量输入0-17013TE1082#冷凝水温度模拟量输入0-17014TE1093#冷凝水温度模拟量输入0-17015TE110原液温度模拟量输入0-10016TE111新蒸汽温度模拟量输入0-30017LT1011-1#冷凝水液位模拟量输入0-2m18LT1021-2#冷凝水液位模拟量输入0-2m19