CN105892425A - 一种变性淀粉批量生产过程控制系统 - Google Patents
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Abstract
变性淀粉批量生产过程控制系统，包括S7‑300系统硬件和软件。硬件包括工程师站、操作员站、S7‑300控制站；工程师站用于完成整个控制系统的编程组态、程序下装及系统维护等功能，工程师站同时兼有操作站的功能；控制站安装各种数据采集I/O卡件，各类卡件与现场仪表及阀门连接，完成整个生产过程的控制。人机界面操作软件，可完成配方管理，配料、加料、反应釜操作及温度、酸碱度控制，化学品配置、淀粉乳调制、碱液加入、化学品加入、反应、中和、洗涤过滤、干燥各单元的操作。本发明实现了变性淀粉生产过程的批量自动控制，提高变性淀粉产品质量的一致性和提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过对S7-300控制系统进行组态编程，实现对变性淀粉生产过程控制的生产技术，特别是对多品种变性淀粉生产过程实现配方管理及批量控制的生产技术。
背景技术
变性淀粉生产过程是一个间歇的批量生产过程，通常生产装置的自动化水平不高或采用手动方式生产。这会使批量生产周期延长，导致生产效率降低，较低的自动控制水平会使产品质量不稳定；较低的自动化水平无法实现配方管理和批量控制功能，生产品种切换无法实现自动。
针对变性淀粉生产过程的特点，我们采用自动化领域常用S7-300控制系统，对变性淀粉生产过程的配方数据管理配料、加料、反应釜操作及温度、酸碱度控制，碱液加入、化学品加入、反应、中和、洗涤过滤、干燥等各个生产步骤进行控制。由于本发明采用了一种灵活的批量控制方式，与传统方式的批量控制方式比较，极大地提高了控制站的利用率，使得S7-300控制器中可以实现对变性淀粉的批量控制，具有很好的技术效果。
发明内容
本发明的目的，是提供一种具有配方管理、批量控制功能灵活、性能可靠的变性淀粉生产过程控制系统。
采用的技术方案是：
一种变性淀粉批量生产过程控制系统，包括硬件和软件两大部分，硬件包括至少一台工程师站、至少一台操作站、至少一台控制站及控制总线网络，其特征在于所述的工程师站，用于控制系统的组态编程及维护调试，同时兼有操作站功能；所述的操作站显示整个生产过程的各种信息和数据，包括流程图画面、历史数据画面、报警画面，调用配方设定程序，通过操作画面中的相应按钮来启动或停止变性淀粉批量控制程序，用于变性淀粉生产过程的监控；所述的控制站，安装各类I/O卡件，连接现场各类仪表阀门等设备，实施对变性淀粉生产过程的控制；所述的工程师站、操作站、控制站通过控制总线网络连接，现场仪表的实时数据和操作指令通过控制总线网络传递。
变性淀粉批量生产过程控制系统的编程组态：
A 、作为批量控制的基础，使用PID、PVI及流量累积仪表等仪表功能块将现场各个仪表和阀门的输入输出连接起来，建立控制系统内部的基本内部仪表，以便实现对变性淀粉生产过程的基本操作，对现场各工艺参数实现监视，对现场阀门及电气设备实现远程手动操作。
B 、配方管理：配方数据存储在控制站专门的数据块中，配方管理及设定通过控制站中编制的功能块实现，通过在工程师站及各操作站中编制的配方操作界面实现变性淀粉生产的配方管理及设定。
C 、为变性淀粉生产的各个工序建立FB功能块：
变性淀粉生产的过程是一个循环的批量式程序，包括多个生产步骤（工序）：
第一步：配方数据选择及修改或设定，操作人员根据工艺要求选择相应的配方，该操作在配方设定画面中完成，每个釜的每个批量循环都需要进行配方选择设定；
第二步：化学品检查及配料工序，该工序是变性淀粉生产过程的第一个步骤，根据设定配方检查生产所需的化学品的数量，如果数量不足，则进行配制，该工序只可以在满足相应条件时由手动启动；
第三步：淀粉乳调制及过滤、加料工序，该工序由上一步完成后自动启动或在满足相应条件时由手动启动；
第四步：预加化学品加入工序，该工序由上一步完成后自动启动或在满足相应条件时由手动启动；
第五步：化学品加入及反应工序，该工序由上一步完成后自动启动或在满足相应条件时由手动启动；
第六步：反应后处理工序，该工序只能在满足相应条件时由手动启动；
第七步：反应结束及放料工序，该工序只能在满足相应条件时由手动启动；
第八步：放料结束工序，该工序只可以在满足相应条件时由手动启动；在此步返回到第一步，准备下一批次的生产；
第九步：干燥包装工序，该工序独立于批量循环工序之外，是个连续的过程。
D 、各个工序的FB功能块通过工艺要求的约束条件、批量程序控制约束条件及批量控制传递命令进行组合，实现稳定可靠、灵活的变性淀粉批量控制。
变性淀粉批量生产过程控制系统的操作软件，包括：
（1）、配方数据选择及设定：
在变性淀粉生产过程的批量控制程序启动之前，操作人员根据工艺要求在配方设定画面中选择相应的配方，每个釜的每个批量循环都需要进行配方选择设定。
（2）、化学品检查及配料：
化学品检查及配料工序是变性淀粉生产过程的第一个步骤，只可以在满足相应条件时由手动启动，批量控制程序接受操作员“批次”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，根据设定配方检查生产所需的化学品的数量，如果数量不足，则由相应的FB功能块完成工艺要求的化学品配料控制程序。
（3）、淀粉乳调制及过滤、加料：
化学品检查及配料工序完成后，如果批量步进方式为自动，则批量控制程序自动启动淀粉乳调制及过滤、加料工序，否则接受操作员“淀粉乳调制及过滤、加料”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，淀粉乳调制及过滤、加料工序的FB功能块完成工艺要求的控制程序。
（4）、预加化学品加入：
当淀粉乳调制及过滤、加料工序完成后，如果批量步进方式为自动，则批量控制程序自动启动预加化学品加入工序，否则批量控制程序接受操作员“预加化学品加入”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，预加化学品加入工序的FB功能块完成工艺要求的控制程序。
（5）、化学品加入及反应：
当预加化学品加入工序完成后，如果批量步进方式为自动，则批量控制程序自动启动预加化学品加入工序，否则批量控制程序接受操作员“化学品加入及反应”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，化学品加入及反应工序的FB功能块完成工艺要求的控制程序。
（6）、反应后处理：
在化学品加入及反应工序完成后，批量控制程序接受操作员“反应后处理”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，反应后处理工序的FB功能块完成工艺要求的控制程序。
（7）、反应结束及放料：
当反应后处理工序完成后，批量控制程序接受操作员“反应结束及放料”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，反应结束及放料的FB功能块完成工艺要求的控制程序。
（8）、放料结束：
反应结束及放料工序完成后，批量控制程序接受操作员“放料结束”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，放料结束的FB功能块完成工艺要求的控制程序，本批次批量控制程序完成后，返回到批次初始状态。
所述的变性淀粉批量生产过程控制系统，其特征在于：配方数据存储在控制站专门的数据块中，配方管理及设定通过控制站中编制的功能块实现；
所述的变性淀粉批量生产过程控制系统，其特征在于：批量过程的每个FB功能块通过批量调度指令及批量约束条件来实现对其他FB功能块的调用，从而将多个FB功能块组合为完整的变性淀粉批量控制过程。
本发明的主要优点及效果：
本发明可以在S7-300控制系统中实现变性淀粉生产过程的批量控制，1台S7-300控制器可以完成3台反应釜及一套配料、加料、干燥的变性淀粉生产装置的批量控制。
本发明采用工艺要求的约束条件及批量程序控制约束条件判断的方式将变性淀粉生产过程的多个控制程序功能块组织在一起，建立批量控制命令变量及其传递路径，方便各部分程序间的相互调用，有效防止误操作，使得S7-300控制器可以完成实现稳定、可靠、高效率的变性淀粉生产过程批量控制。
附图说明
图1是本发明变性淀粉批量控制过程框图；
图2是本发明多功能块组合批量控制过程示意图；
图3是本发明变性淀粉批量控制系统构成示意图。
具体实施方式
本发明的变性淀粉批量生产过程控制系统，包括硬件和软件两大部分。
以3台釜，年产10万吨变性淀粉装置为例：
本发明的变性淀粉批量生产过程控制系统的硬件，包括：一台工程师站1，一台操作员站2，一台S7-300控制站3，控制总线网络4。
工程师站1用于控制系统的编程组态及维护调试，同时兼有操作站功能。
一台操作员站2，显示整个生产过程的各种信息和数据，包括流程图画面、趋势曲线画面、报警画面等，调用配方设定程序，根据生产变性淀粉的品种组织各生产工序功能块的编排，通过操作画面中的相应按钮来启动或停止变性淀粉批量控制程序，用于变性淀粉生产过程的监控。
一台S7-300控制站3，通过数据采集I/O卡5连接现场各类仪表和阀门6，实施变性淀粉生产过程的批量控制。
一台工程师站1、一台操作员站2和一台控制站3通过专用控制总线4连接，组成实时的控制信息网。
本发明的变性淀粉批量生产过程控制系统的编程组态：
A、作为批量控制的基础，使用PID、PVI及流量累积仪表等仪表功能块将现场各个仪表和阀门的输入输出连接起来，建立控制系统内部的基本内部仪表，以便实现对变性淀粉生产过程的基本操作，对现场各工艺参数实现监视，对现场阀门及电动设备实现基本的远程手动操作。
B、配方管理：在控制站有专门的数据块用于存储各个品种的配方数据，配方管理及设定通过控制站中编制的功能块实现，工程师站及各操作站通过编制的操作界面实现变性淀粉生产的配方管理及设定。
C、为变性淀粉生产过程的各个工序建立程序功能块：
变性淀粉生产的过程是一个循环的批量式程序，包括多个生产步骤（工序）：
第一步：配方数据选择及修改或设定，操作人员根据工艺要求选择相应的配方，该操作在配方设定画面中完成，每个釜的每个批量循环都需要进行配方选择设定；
第二步：化学品检查及配料工序，该工序是变性淀粉生产过程的第一个步骤，根据设定配方检查生产所需的化学品的数量，如果数量不足，则进行配制，该工序只可以在满足相应条件时由手动启动；
第三步：淀粉乳调制及过滤、加料工序，该工序可以由上一步完成后自动启动或在满足相应条件时由手动启动；
第四步：预加化学品加入工序，该工序可以由上一步完成后自动启动或在满足相应条件时由手动启动；
第五步：化学品加入及反应工序，该工序可以由上一步完成后自动启动或在满足相应条件时由手动启动；
第六步：反应后处理工序，该工序只能在满足相应条件时由手动启动；
第七步：反应结束及放料工序，该工序只能在满足相应条件时由手动启动；
第八步：放料结束工序，该工序只可以在满足相应条件时由手动启动；在此步返回到第一步，准备下一批次的生产；
第九步：干燥包装工序，该工序独立于批量循环工序之外，是个连续的生产过程。
D、变性淀粉生产过程的各个工序的批量控制程序主要采用控制器中的功能块（FB）方式来实现，工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件采用FB或FC来实现。
本发明的变性淀粉批量生产过程控制系统的批量控制程序执行过程：
（1）、配方数据选择及设定：
在变性淀粉生产过程的批量控制程序启动之前，操作人员根据工艺要求在配方设定画面中选择相应的配方，每个釜的每个批量循环都需要进行配方选择设定。
（2）、化学品检查及配料：
化学品检查及配料工序是变性淀粉生产过程的第一个步骤，只可以在满足相应条件时由手动启动，批量控制程序接受操作员“批次”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，根据设定配方检查生产所需的化学品的数量，如果数量不足，则由相应的FB功能块完成工艺要求的化学品配料控制程序。
（3）、淀粉乳调制及过滤、加料：
化学品检查及配料工序完成后，如果批量步进方式为自动，则批量控制程序自动启动淀粉乳调制及过滤、加料工序，否则接受操作员“淀粉乳调制及过滤、加料”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，淀粉乳调制及过滤、加料工序的FB功能块完成工艺要求的控制程序。
（4）、预加化学品加入：
当淀粉乳调制及过滤、加料工序完成后，如果批量步进方式为自动，则批量控制程序自动启动预加化学品加入工序，否则批量控制程序接受操作员“预加化学品加入”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，预加化学品加入工序的FB功能块完成工艺要求的控制程序。
（5）、化学品加入及反应：
当预加化学品加入工序完成后，如果批量步进方式为自动，则批量控制程序自动启动预加化学品加入工序，否则批量控制程序接受操作员“化学品加入及反应”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，化学品加入及反应工序的FB功能块完成工艺要求的控制程序。
（6）、反应后处理：
在化学品加入及反应工序完成后，批量控制程序接受操作员“反应后处理”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，反应后处理工序的FB功能块完成工艺要求的控制程序。
（7）、反应结束及放料：
当反应后处理工序完成后，批量控制程序接受操作员“反应结束及放料”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，反应结束及放料的FB功能块完成工艺要求的控制程序。
（8）、放料结束：
反应结束及放料工序完成后，批量控制程序接受操作员“放料结束”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，放料结束的FB功能块完成工艺要求的控制程序，本批次批量控制程序完成后，返回到批次初始状态。
Claims (3)
1.一种变性淀粉批量生产过程控制系统，包括硬件和软件两大部分，硬件包括至少一台工程师站、至少一台操作站、至少一台控制站、控制总线网络，其特征在于所述的工程师站，用于控制系统的组态编程及维护调试，同时兼有操作站功能；所述的操作站显示整个生产过程的各种信息和数据，包括流程图画面、历史数据画面、报警画面，调用配方设定程序，通过操作画面中的相应按钮来启动或停止变性淀粉批量控制程序，用于变性淀粉生产过程的监控；所述的控制站，安装各类I/O卡件，连接现场各类仪表阀门设备，实施对变性淀粉生产过程的控制；所述的工程师站、操作站、控制站通过控制总线网络连接，现场仪表的实时数据和操作指令通过控制总线网络传递；
变性淀粉批量生产过程控制系统的操作软件，包括：
（1）、配方数据选择及设定：
在变性淀粉生产过程的批量控制程序启动之前，操作人员根据工艺要求在配方设定画面中选择相应的配方，每个釜的每个批量循环都需要进行配方选择设定；
（2）、化学品检查及配料：
化学品检查及配料工序是变性淀粉生产过程的第一个步骤，只可以在满足相应条件时由手动启动，批量控制程序接受操作员“批次”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，根据设定配方检查生产所需的化学品的数量，如果数量不足，则由相应的FB功能块完成工艺要求的化学品配料控制程序；
（3）、淀粉乳调制及过滤、加料：
化学品检查及配料工序完成后，如果批量步进方式为自动，则批量控制程序自动启动淀粉乳调制及过滤、加料工序，否则接受操作员“淀粉乳调制及过滤、加料”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，淀粉乳调制及过滤、加料工序的FB功能块完成工艺要求的控制程序；
（4）、预加化学品加入：
当淀粉乳调制及过滤、加料工序完成后，如果批量步进方式为自动，则批量控制程序自动启动预加化学品加入工序，否则批量控制程序接受操作员“预加化学品加入”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，预加化学品加入工序的FB功能块完成工艺要求的控制程序；
（5）、化学品加入及反应：
当预加化学品加入工序完成后，如果批量步进方式为自动，则批量控制程序自动启动预加化学品加入工序，否则批量控制程序接受操作员“化学品加入及反应”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，化学品加入及反应工序的FB功能块完成工艺要求的控制程序；
（6）、反应后处理：
在化学品加入及反应工序完成后，批量控制程序接受操作员“反应后处理”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，反应后处理工序的FB功能块完成工艺要求的控制程序；
（7）、反应结束及放料：
当反应后处理工序完成后，批量控制程序接受操作员“反应结束及放料”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，反应结束及放料的FB功能块完成工艺要求的控制程序；
（8）、放料结束：
反应结束及放料工序完成后，批量控制程序接受操作员“放料结束”启动命令，经过工艺要求的启动条件及批量顺序约束条件的判断，如果条件不满足将给出错误提示信息；
当条件满足时，放料结束的FB功能块完成工艺要求的控制程序，本批次批量控制程序完成后，返回到批次初始状态。
2.根据权利要求1所述的一种变性淀粉批量生产过程控制系统，其特征在于：配方数据存储在控制站专门的数据块中，配方管理及设定通过控制站中编制的功能块实现。
3.根据权利要求1所述的一种变性淀粉批量生产过程控制系统，其特征在于：批量过程的每个FB功能块通过批量调度指令及批量约束条件来实现对其他FB功能块的调用，从而将多个FB功能块组合为完整的变性淀粉批量控制过程。
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