溶糖系统方案.doc

TECHNICAL PROGRAM
技术方案

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项目名称：溶糖自动控制系统
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Status: For Construction
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Content
目录
封面 1
1. System Overview系统概述 4
2. Description of Document文件描述 4
3. Systems Control Theory系统控制原理 5
3.1. 控制系统原理图 5
3.1.1. 1#系统 5
3.1.2. 2#系统 6
3.1.3. 3#系统 7
3.2. 原理概述 8
3.2.1. 三套S7-300 PLC控制器分别实现对三套系统的控制 8
3.2.2. 三台西门子HMI分别安装在三台控制柜的门板上 8
3.3. 各控制点原理图 8
3.3.1. 1#系统 9
3.3.2. 2#系统 10
3.3.3. 3#系统 11
3.4. 各系统IO点列表： 12
3.4.1. 1#系统IO点： 12
3.4.2. 2#系统IO点： 13
3.4.3. 3#系统IO点 14
3.5. 各部分的控制原理 15
3.5.1. 热水换热器控制 15
3.5.2. 溶糖罐加水控制 15
3.5.3. 溶糖罐加糖口现场控制 16
3.5.4. 溶糖罐加热控制 16
3.5.5. 溶糖罐搅拌电机控制 16
3.5.6. 列管式杀菌器物料泵控制 16
3.5.7. 列管式杀菌器控制 16
3.5.8. 糖罐高位罐温度控制 16
3.5.9. 注汁机控制 17
4. The System to Achieve functional系统实现功能 18
4.1. 溶液罐加水自动控制； 18
4.2. 溶液罐温度自动控制； 18
4.3. 搅拌电机变频无冲击启动，并自动根据不同工况切换转速； 18
4.4. 列管式杀菌器自动加热控制； 18
4.5. 列管式杀菌器物料泵自动控制； 18
4.6. 糖液高位罐液位自动控制； 18
4.7. 糖液高位罐排液自动控制； 18
4.8. 各阀门与搅拌电机和物料泵均可手动控制。 18
5. Overview of User interface操作界面概述 18
5.1. 系统流程画面 18
5.2. 参数设定画面 20
5.3. 系统参数画面 21
5.4. 手动控制画面 22
6. The main components described主要部件描述 22
6.1. 控制器：西门子S7-300 PLC 22
6.2. 触摸屏：西门子 MP377 系列 23
6.3. 变频器：三菱F740系列 24
6.4. 温度传感器：E+H 温度传感器 25
6.5. 流量传感器：E+H 流量传感器 26
7. 结束。 26

1. System Overview系统概述
该系统是针对溶糖系统专门设计的自动控制系统，采用西门子 S7-300 PLC控制器和西门子人机界面，实现溶糖系统的自动控制要求，满足各种工作工况，达到所需的工艺要求
2. Description of Document文件描述
本文件是对溶糖自动控制系统技术方案设计进行方向指引和明确阐述，本文件仅适用于设计讨论阶段，未经设计工程师允许，不得由于施工和外传。
3. Systems Control Theory系统控制原理
3.1. 控制系统原理图
3.1.1. 1#系统

1#系统
3.1.2. 2#系统

2#系统
3.1.3. 3#系统

3#系统
3.2. 原理概述
3.2.1. 三套S7-300 PLC控制器分别实现对三套系统的控制，每套控制系统包括两个溶糖罐的液位与温度控制、糖液高位罐的液位与温度控制、热水板换器的温度控制、列管式杀菌器温度控制、糖液离心泵变频控制、搅拌电机变频控制、两个溶糖罐加水手动控制和糖液高位罐手动加液控制；
3.2.2. 三台西门子HMI分别安装在三台控制柜的门板上，分别显示三套系统的运作状况及进行设定与操作。
3.3. 各控制点原理图

3.3.1. 1#系统

3.3.2. 2#系统

3.3.3. 3#系统

3.4. 各系统IO点列表：
3.4.1. 1#系统IO点：
Ø 1#系统DI点：

Ø 1#系统DO点：

Ø 1#系统AI点：

Ø 1#系统DO点：

3.4.2. 2#系统IO点：
Ø 2#系统DI点：

Ø 2#系统DO点：

Ø 2#系统AI点：

Ø 2#系统DO点：

3.4.3. 3#系统IO点
Ø 3#系统DI点：

Ø 3#系统DO点：

Ø 3#系统AI点：

Ø 3#系统DO点：

3.5. 各部分的控制原理
3.5.1. 热水换热器控制
Ø 在触摸屏上设置热水换热器出水温度，对比温度传感器反馈的实时温度使用PID算法自动调整蒸汽阀开度，保证出水温度达到要求并且稳定。
3.5.2. 溶糖罐加水控制
Ø 在触摸屏上选定需要加水的溶糖罐，按“开始注热水”按钮，按提示操作设定加注热水量，溶糖罐加水阀自动开启，控制器根据流量传感器累计热水量，当到达设定量时加水阀自动关闭；；
Ø 加水过程中如果溶糖罐到达高液位，加水阀自动关闭；
Ø 也可以在现场手动操作控制加水阀加水；
Ø 两个溶糖罐互锁，只能同时往一个溶糖罐注入热水。
3.5.3. 溶糖罐加糖口现场控制
Ø 在两个溶糖罐的加糖口分别各安装有控制柜，柜上设置有三色声光报警器（红色表示“注入热水中”，黄色表示“糖液调配中”，绿色表示“溶糖中”），注入热水时报警器闪烁红色（不能加糖），热水加注完成后报警器闪烁黄色（可以开始加糖），加糖完成后按现场控制柜的“加糖完成”按钮，报警器闪烁绿色（加糖完成）；
Ø 控制柜上设置有急停按钮。
3.5.4. 溶糖罐加热控制
Ø 在触摸屏上设置溶糖罐夹套加热温度；
Ø 热水注入到达中液位后，溶糖罐夹套开始加热，根据罐内温度传感器反馈的实时温度，使用PID算法实时调节蒸汽阀开度来满足温度控制要求。
3.5.5. 溶糖罐搅拌电机控制
Ø 溶糖罐内热水加注到达中液位后，搅拌电机启动；
Ø 电机采用变频启动，运行频率可在触摸屏设定（升/降速时间可在变频器设定）；
Ø 当溶糖完成，现场按下“开始排糖液”按钮时，溶糖罐排液阀开启，电机转入低速运行状态（频率可设定），并且随着溶糖柜内液位的下降降低频率，当液位降至低液位时，搅拌电机停止。
3.5.6. 列管式杀菌器物料泵控制
Ø 当现场按下“开始排糖液”按钮时，溶糖罐排液阀开启，糖液高位罐排放阀动作后，延时启动物料泵，物料泵采用直接启动；
Ø 排液结束，溶糖罐排液阀关闭或糖液搞违法排放阀关闭后，物料泵停止。
3.5.7. 列管式杀菌器控制
Ø 在触摸屏上设定杀菌器运行温度，当物料泵启动后开始加热，根据温度传感器反馈的杀菌器出口温度采用PID算法实时控制蒸汽阀以满足杀菌温度控制要求；
Ø 当物料泵停止时，杀菌器停止加热。
3.5.8. 糖罐高位罐温度控制
Ø 在触摸屏上可设定糖液高位罐加热温度，当罐内液位超过中液位时，根据传感器反馈的罐内温度采用PID算法实时控制蒸汽阀加热以保温罐内物料。
3.5.9. 注汁机控制
Ø 在注汁机现场设置有控制柜，控制柜上设置有三色声光报警器（红色：糖液调配中，黄色：糖液调配完成，绿色：排糖液），并设置有注汁机准备OK指示灯；
Ø 当有注汁机准备OK信号，并且糖液也配置OK时，在注汁机现场按下“放糖液”按钮，糖液高位罐排放阀自动根据液位控制（低液位开启，高液位关闭）并亮起现场控制柜声光报警器绿灯。
4. The System to Achieve functional系统实现功能
4.1. 溶液罐加水自动控制；
4.2. 溶液罐温度自动控制；
4.3. 搅拌电机变频无冲击启动，并自动根据不同工况切换转速；
4.4. 列管式杀菌器自动加热控制；
4.5. 列管式杀菌器物料泵自动控制；
4.6. 糖液高位罐液位自动控制；
4.7. 糖液高位罐排液自动控制；
4.8. 各阀门与搅拌电机和物料泵均可手动控制。
5. Overview of User interface操作界面概述
5.1. 系统流程画面

Ø 显示系统的运行状态，温度与流量、电机与水泵频率等；
Ø 系统启停操作；
Ø 各菜单选择。
5.2. 参数设定画面

Ø 本画面主要设定系统运行的各部分参数。
5.3. 系统参数画面

Ø 本页面主要设定各个加热控制的PID设定参数。
5.4. 手动控制画面

Ø 本页面用于实现各处阀门与电机的手动控制功能。
6. The main components described主要部件描述
6.1. 控制器：西门子S7-300 PLC

Ø S7-300是模块化小型PlC系统，能满足中等性能要求的应用。其模块化结构设计使得各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。
Ø 系统组成：
F 中央处理单元(CPU)：各种CPU有不同的性能，例如，有的CPU上集成有PROFIBUS—DP通讯接口等
F 信号模块(SM)：用于数字量和模拟量输入／输出。
F 通讯处理器(CP)：用于连接网络和点对点连接。
F 功能模块(FM)：用于高速计数，定位操作(开环或闭环定位)和闭环控制。
F 负载电源模块(PS)：用于将SIMATICS7—300连接到120／230V交流电源，或24／48／60／110V直流电源。
F 接口模块(1M)：用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。S7—300通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以操作多达32个模块。运行时无需风扇。
F SIMATICS7—300适用于通用领域：高电磁兼容性和强抗振动，冲击性，使其具有最高的工业环境适应性。
6.2. 触摸屏：西门子 MP377 系列

Ø 显示尺寸：15.1英寸TFT
Ø 分辨率：1024 X 768
Ø 显示色彩：64K
Ø 操作方式：触摸屏
Ø 内存：内置12MB标准内存,可扩展内存卡
Ø 内置接口：1个RS232接口，1个USB设备接口，1个CF卡接口
Ø 扩展接口：串口/ MPI / PROFIBUS DP，PROFINET（以太网）
Ø 其它接口：打印机接口，CF卡接口，USB接口
6.3. 变频器：三菱F740系列

Ø 功率范围：0.75~630KW
Ø 简易磁通矢量控制方式，实现3Hz时输出转矩达120%
Ø 采用最佳励磁控制方式，实现更高节能运行
Ø 内置PID，变频器/工频切换和可以实现多泵循环运行功能
Ø 内置独立的RS485通讯口
Ø 使用长寿命元器件
Ø 内置噪声滤波器（75K以上）
Ø 带有节能监控功能，节能效果一目了然
6.4. 温度传感器：E+H 温度传感器

Ø 设备使用位置：水管及罐体内
Ø 温度范围：0～150℃
Ø 输出信号：4~20mA
6.5. 流量传感器：E+H 流量传感器

Ø 设备使用位置：热水换热器出口
Ø 流量范围：0～180T/h
Ø 输出信号：4~20mA
7. 结束。
文件名：溶糖系统自控方案设计初稿
文件编号：
版号：001
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编写日期：

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