基于西门子S7-1200PLC制药装置的设计博途组态

 基于西门子S7-1200PLC制药装置的设计博途组态              

摘要：聚丙烯酰胺，其简称为PAM，其分子结构是含有丙烯酰胺的高分子材料。PAM是一种功能型高分子，具有良好的热稳定性和化学稳定性等特性，因此被广泛应用于各种领域中，如农业、环境保护、石油开采、纺织等。PAM的合成方法有多种，例如自由基聚合法、阴离子聚合法、阳离子聚合法和辐射聚合法等，不同的合成方法可以，适用于不同的应用场。

制药装置自动化控制技术可以实现自动上料、自动下料、集中混合搅拌等功能，通过自动化技术代替人工混合搅拌繁等琐工况，可节省大量的人力资源。

本设计采用西门子博途全集成系统，将PLC的编程和上位组态一体化，通过强大的组态功能，进行监控界面设计和动态变量链接，实现了系统的上位监控，提高了控制系统可视性和远程的可控性。设计在博途平台上实现了PLC程序的仿真调试，通过博途的虚拟1200 PLC，实现了上位监控和下位PLC的联调。调试结果表明，该系统的设计符合预期要求，验证了系统设计的正确性和可行性。

关键词：制药装置；PLC；自动控制；组态监控技术 

Design and Control of Pharmaceutical Devices

Abstract: Polyacrylamide, PAM for short, is an important synthetic polymer material, its molecular structure contains acrylamide unit. PAM is a kind of multi-functional polymer, with good water solubility, thermal stability and chemical stability, so it is widely used in various fields, such as agriculture, environmental protection, oil exploitation, textile and so on. PAM synthesis methods have a variety of, such as free radical polymerization, anionic polymerization, cation polymerization and radiation polymerization, different synthesis methods can be suitable for different application fields.

Automatic control technology can realize automatic feeding, automatic feeding, centralized mixing and mixing and other functions, through automation technology instead of manual mixing and mixing complicated conditions, can save a lot of human resources.

Siemens Boto fully integrated system is adopted to integrate PLC programming and upper configuration. Through powerful configuration functions, monitoring interface design and dynamic variable linking are carried out to realize the upper monitoring of the system and improve the visibility and remote controllability of the control system. And in Botu platform to realize the PLC program simulation debugging, through Botu virtual 1200 PLC, the realization of the upper monitoring and the lower PLC joint adjustment. The debugging results verifies the correctness and feasibility of the system design.

Key words:   Pharmaceutical device;   PLC;   Automatic control;  Configuration monitoring technology

目录

第一章 制药系统方案设计 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 课题研究的内容…………………………………………………………….3

第二章 制药控制系统分析 4

2.1制药控制系统工作流程分析 4

2.2制药控制系统输入信息分析 4

2.3制药控制系统输出信息分析 4

2.4 可编程控制器的I/O分配表 4

2.5 PLC的选型 6

第三章 控制系统的硬件设计 7

3.1 主电路设计 7

3.2  PLC外部接线图 7

3.3 电器元件选型 10

3.3.1 三相异步电机的选型 10

3.1.2熔断器的选型 11

3.1.3按钮指示灯的选型 12

3.1.4 接触器 13

3.1.5 闸刀开关 13

第四章 控制软件的设计 14

4.1控制程序设计 15

4.1.1 程序总设计思路 15

4.1.2 程序结构解析 16

4.3程序仿真调试阶段 22

第五章 监控系统软件设计 25

5.1 HMI监控画面的组态设计 25

5.2组态动画的连接 25

5.3组态软件与PLC连接 28

5.4 HMI变量表的设计 29

总结 30

致 谢 31

参考文献 32

附录…………………………………………………………………………………..33

第一章 制药系统方案设计

1.1 研究背景

自动化控制技术在制药生产过程中的应用，不仅可以有效地提高生产效率，降低成本，同时还能确保产品质量稳定和一致，保障生产安全。具体表现在几个方面，生产效率的提升：自动化控制技术可以实现生产过程的连续化、集成化，减少人工操作环节，降低人力成本，提高生产线的运行速度和稳定性[13]。产品质量的保证：在自动化控制生产过程中，可以对关键参数进行实时监测和控制，从而确保产品的质量，使产品具有稳定性和一致性，满足不断提高的法规要求。生产安全的保障：自动化控制技术可以实现对生产环境的实时监控，及时发现潜在的安全隐患，降低事故发生的风险。数据采集与分析：在自动化控制生产过程中，系统可以实时收集和存储各种数据，为生产的管理和决策，对其提供准确且实时的信息支持。通过对这些数据进行深入分析，企业可以发现潜在的生产瓶颈、浪费和不足之处，从而优化生产流程、提高资源利用率和降低成本[5]。能源与环境保护：自动化控制技术可以实现对制药生产过程中的能源消耗和环境污染的有效控制。通过优化设备运行参数、降低能耗以及实现废弃物的有效处理和回收，制药企业可以实现绿色生产，降低环境影响。系统集成与远程监控：自动化控制技术可以实现制药生产系统的集成，将生产过程中的各个环节连接成一个高效、协同的整体。此外，通过远程监控和诊断技术，企业可以实时了解生产现场的运行情况，及时发现和处理异常情况，进一步提高生产效率和安全性。

在这一背景下，PLC制药系统作为一种成熟、可靠的自动化控制技术，为制药企业提供了一种有效的解决方案。通过将PLC制药系统应用于制药生产过程中的各个环节，制药企业可以实现生产效率、质量和安全性的全面提升，满足制药行业发展的需求，助力制药工业迈向更高的水平[3]。在后续的研究中，将深入探讨PLC制药系统的组成结构，以及制药装置的设计与控制方面的相关内容。

1.2 国内外研究现状

近年来，制药装置的设计与控制在国内外研究中得到了广泛关注。为了更好地了解这一领域的研究现状，对相关的国内文献进行了综述。张华(2016)在《制药生产过程自动化控制研究》中提出，基于PLC系统的制药生产过程中，自动化控制制药技术可以有效提高生产效率和产品质量，降低生产成本。文章详细分析了PLC和SCADA系统在制药生产过程中的应用，并给出了具体实施方案。李明(2017)在《基于模糊控制的制药装置控制策略研究》中提出，采用模糊控制策略可以有效地解决制药装置控制过程中的不确定性问题。文章通过对比分析了模糊控制与传统PID控制在制药装置控制中的性能差异，并给出了模糊控制策略的具体实现方法。王刚(2018)在《基于数据挖掘的制药装置生产过程优化研究》中提出，数据挖掘技术在制药装置生产过程中具有重要应用价值。在文章中曾详细介绍了数据挖掘技术在制药行业中的应用案例，如在生产过程中的质量监控、质量预测、故障诊断等方面，并讨论了数据挖掘技术在制药装置生产过程优化中的发展前景。刘亮(2019)在《制药装置智能监控系统研究与应用》中提出，基于物联网技术的制药装置智能监控系统可以提高制药生产的安全性和可靠性。文章详细介绍了智能监控系统的组成和工作原理，并给出了系统在实际制药装置中的应用实例。Smith(2016)在《Pharmaceutical Equipment Design and Advanced Process Control》中提出，通过应用先进的过程控制策略和优化设备设计，可以提高制药装置的生产效率和产品质量。文章详细介绍了制药装置设计的关键技术，如计算流体动力学(CFD)模拟和过程分析技术(PAT)。Johnson(2017)在《Model Predictive Control in Pharmaceutical Manufacturing》中提出，模型预测控制(MPC)技术在制药生产过程中具有重要的应用价值。文章详细讨论了MPC在制药装置控制中的优点，如更快的响应速度和更好的扩展性，并给出了具体的应用案例。Brown(2018)在《Pharmaceutical Equipment Design and Energy Efficiency》中提出，采用节能设计和控制策略可以降低制药装置的能源消耗和环境影响。文章从设备选型、工艺优化和过程控制等方面给出了具体的节能措施。White(2019)在《Intelligent Control and Monitoring of Pharmaceutical Equipment》中提出，基于人工智能技术的制药装置控制和监测系统可以提高生产的效率和可靠性。文章详细介绍了智能控制和监测系统的组成和工作原理，并给出了实际制药装置中的应用实例。Taylor(2020)在《Digital Twin Technology in Pharmaceutical Equipment Design and Control》中提出，数字孪生技术在制药装置设计和控制中具有重要的应用价值。文章分析了数字孪生技术在制药装置中的具体应用场景，如虚拟建模、故障诊断和预测性维护，并讨论了技术的发展趋势和挑战。以上文献综述表明，国内外研究者在制药装置的设计与控制领域取得了许多重要成果。通过采用先进的控制策略、节能设计和新兴技术，制药装置的生产效率、产品质量和环境可持续性都得到了显著改善。

1.3课题研究的内容

本课题设计内容是聚丙烯酰胺制药装置的自动控制，主要在于对溶药罐中液体高度的判断，给予控制器不同的信号来控制部件的工作状态。

1.首先对制药装置进行梳理，理清工作大概流程，分析输入和输出，编制I/O分配表。

2.开始控制系统的硬件选型和设计。

3.进行PLC控制系统的程序设计

4.对触摸板HMI画面进行设计和仿真

1.4 本章小结

   首先了解到课题研究的意义和自动化控制的重要性，明白国内外自动化研究现状，知道了电气控制的一些优点和广大应用范围，为我后续设计提供更好条件。

参考文献

[1]李倩 袁佳.化工制药工艺PLC控制过程研究（第6期）[M].化工设计通讯 2019

[2]罗春芳.变频调速技术及其在制药工业电气自动化控制中的应用（第11期）[M]企业技术开发2015

[3]廖常初. PLC编程及应用（第4版）[M].北京:机械工业出版社.2019

[4]廖常初. S7-1200 PLC编程及应用 （第2版）[M].北京:机械工业出版社.2017-04-13

[5] 王广雄.自动控制系统设计 [M]. 宇航出版社，1986

[6] 杨顺利. 井下皮带输送机PLC控制应用 [J]. 技术与市场，2020-07-15

[7] 周远兴.基于PLC的系留无人机地面控制系统设计[J]. 兵工自动化，2020-07-15

[8] 龙威舜.马超. 基于易控组态软件的陶瓷辊道窑控制系统设计[J]. 自动化应用。2019-09-25

[9] 张鸿雁. 基于西门子TIA博途的海洋钻井平台输灰监控系统[J]. 化工自动化及仪表，2017-07-10

[10] 曲楠. 基于S7-1200的真空感应炉搅拌控制系统设计[J]. 工业控制计算机，2017-06-25

[11] 张鹏; 郑圣聚. 基于TIA博途和SIMATIC HMI面板的转动炉体控制装置的工程实践[J]. 中国有色冶金，2017-04-28

[12]张贝克.组态软件基础与工程应用[M].北京:机械工业出版社.2015

[13]郑萍.现代电气控制技术[M].重庆:重庆大学出版社.2015

[14]郑凤翼.怎样看电气控制图[M].北京:人民邮电出版社.2013

附录

附录1. PLC程序与HMI画面

附录2. PLC与HMI联动仿真视频

附录3. PLC外部接线和模块1接线图

附录4. I/O分配表