基于PLC的乳化炸药生产线控制系统设计与应用

摘要

乳化炸药作为一种新型工业炸药，在我国民爆行业中有着重要作用。随着国家基础建设投入增大，目前对于乳化炸药的需求也持续增加。针对生产该产品的山东某化工企业的生产线存在自动化程度低、安全性差的现状，对其生产线控制系统进行升级改造，设计了基于PLC的乳化炸药生产线控制系统，使生产线能够更加智能地生产出高质量的产品。
　　本文首先对乳化炸药生产线系统进行了概述，分析和研究了乳化炸药生产线系统的工艺流程和设计要求，针对系统的控制要求和所要实现的功能，采用DCS集散控制系统设计了整条生产线的控制系统。然后重点阐述运用BP神经网络PID算法对油相罐和水相罐的温度控制，采用MATLAB软件建立模型进行仿真。其次，对乳化炸药生产线控制系统的下位机硬件部分进行选型，并设计了总体控制策略及各模块原理接线图。在编程软件上对控制系统进行了硬件配置，设计了控制网络软件，实现生产线系统的自动化运行。最后，通过组态软件WinCC对系统进行画面组态设计，采用PLC采集现场设备参数传送到上位机，实现了智能监控、安全监控、参数调整和智能管理等功能。温度控制系统采用神经网络PID控制算法，实现了恒温的控制功能。
　　本课题设计实现了乳化炸药生产线系统的自动化程度，提高了产品生产质量和产量，降低了设备的损耗和系统的故障率。

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1 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

2 乳化炸药生产线控制系统总体设计

2.1 乳化炸药生产线概述

2.2 乳化炸药生产线控制的基本要求

2.3 乳化炸药生产线整体的控制策略

2.4 乳化炸药生产线温度控制策略

2.5 本章小结

3 乳化炸药生产线温度控制系统的设计与仿真

3.1 常规PID控制

3.1.1 增量式PID控制

3.1.2 常规PID控制器的局限性

3.2 基于BP神经网络PID控制

3.2.1 前向算法

3.2.2 反传算法

3.2.3 控制算法的实现

3.3 被控对象

3.4 神经PID控制系统的仿真实验

3.4.1 对阶跃信号的跟踪

3.4.2 对外部信号的适应性

3.4.3 对外部对象发生变化时适应性

3.5 本章小结

4 下位机控制网络的设计与实现

4.1 控制网络PLC的配置

4.1.1 PLC型号的选择

4.1.2 PLC各模块的选择

4.2 PLC控制网络的总体方案设计

4.2.1 PLC控制网络结构设计

4.2.2 系统的控制信号分配

4.2.3 控制系统的设备配置

4.2.4 外部电路的设计

4.2.5 控制系统项目组态

4.3 控制网络的软件结构设计

4.4 系统变频控制方案的设计

4.4.1 变频控制方案硬件设计

4.4.2 变频控制方案组态

4.5 本章小结

5 上位机监控系统的设计与实现

5.1 SIMATIC WinCC软件的介绍

5.2 上位机监控系统总体方案的设计

5.2.1 监控系统画面的总体设计

5.2.2 WinCC 通信及变量组态

5.3 监控系统功能组态的实现

5.3.1 智能监控系统组态

5.3.2 安全监控系统组态

5.3.3 参数调节系统组态

5.3.4 智能管理系统组态

5.4 监控系统与神经网络PID算法的集成

5.4.1 监控软件与神经网络算法程序集成的原理

5.4.2 WinCC与神经网络算法程序的实现

5.5 控制效果分析

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录 制药工段输入输出变量地址分配表

致 谢

作者从事科学研究简介

攻读学位期间取得的学术成果和获奖情况