二硝基氯化苯自動化生產線控制系統設計與實施

方紅彬等

摘 要：二硝基氯苯（DNCB）是醫藥、農藥、染料及糖精的重要中間體，目前二硝基氯化苯主要采用人工手動操作的生產方式為主，自動化程度不高，生產效率低。采用自動化生產方式進行生產，并對生產過程中的變量進行集中監控和管理，不僅可以節約成本，而且可以提高產品質量。研究和設計二硝基氯化苯自動化生產線控制系統具有較強的實用性和良好的推廣價值。

關鍵詞：二硝基氯化苯 自動化生產 集中監控 生產線控制系統

中圖分類號：TQ560.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0004-01

1 問題的提出及解決方案

在二硝基氯化苯自動化生產線控制系統設計過程中，針對目前生產過程中普遍存在的問題，提出了相應的解決方案。

（1）使用閉環調節控制技術，解決硝化過程中硝化釜溫度不穩定和加料定量不精確的問題，以提高硝化產品質量；（2）使用恒壓供水模糊控制器模塊，將恒壓供水控制技術引入用到硝化冷卻系統中，解決目前硝化釜冷卻水壓不穩定導致的冷卻效果差的問題，以提高硝化反應的效率和提高產品的產量，同時實現節能降耗；（3）使用先進的控制器，并采用溫度檢測，電機轉速檢測、電流檢測、電動調節閥開度控制、電磁閥控制、滴加原料流量控制等多種檢測和控制措施，解決硝化反應過程安全性差的問題；（4）在生產線控制系統中添加傳感器故障報警、電機過載報警、溫度過高報警等保護措施，以解決傳統系統設備運行狀態監控不到位導致的整個生產線安全性差的問題；（5）使用雙浮子磁致伸縮液位傳感器，實現二硝基氯化苯的自動檢測和自動分離。

2 制定控制方案的制定與實施

二硝基氯苯生產線的電氣控制主要集中在硝化和水洗這兩部分上。在熟悉生產線的控制要求的基礎上，有針對性地選擇性價比較高的設備和方案。整個生產線的控制方案主要由三個方面組成。

（1）生產線總控制方案。

按照生產線工藝要求，設計出生產線的電氣控制系統結構，將其劃分為三個層次，最上層結構利用選取的組態軟件的網絡通信功能構建管理層網絡，通過局域網直接連接到總經理和車間主任辦公室，便于指揮和調度；中間層為主控室主監控設備，安裝組態運行軟件，通過通信電纜與PLC連接，直接監控PLC內部變量值，主控室具有直接操作控制的權限；最底層網絡為S7-300 PLC直接與現場設備連接的控制網絡，通過PLC的I/O信號端口，直接檢測和控制現場電氣設備。設計出的生產線總控制方案如圖1所示。

（2）生產線監控系統方案。

根據生產企業的要求，監控上實現了三級系統監控，即最上層的總經理辦公和室車間辦公室，中間層的主控室；底層的現場設備控制層。為了滿足控制要求，能保證生產線可靠性運行，同時考慮經濟性和適用性，選取北京亞控公司的組態王軟件kingview6.53作為上位監控軟件。

（3）生產線主控系統方案。

對于現場設備的控制，選用S7-300作為設備的主控制器，S7-300是模塊式中小型PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設備（工程師、操作員站和操作屏）組成，最多可以擴展32個模塊。利用S7-300PLC控制功能強、壞境適應能力好、穩定性好及易于實現通信的功能來完成對現場電器設備的控制。主控制器的CPU模塊選擇CPU315-2DP，具有MPI和DP兩個通信口。本系統由于通信距離近，變量點數相對不多，所以組態王和S7-300之間采用MPI的通信方式來實現數據交換。另外一個是DP通信口，用于采用Profibus-DP現場總線通信設備使用的。選擇有DP通信口的PLC主要是為企業以后擴大規模，需要控制更多的設備預留的。

3 在生產控制系統設計過程中，主要實施了以下的內容

（1）根據生產線的控制要求制定了控制方案，選取上位機監控軟件；選擇主控制器類型，并根據系統的大小和被控變量類型以及通信類型選取CPU模塊、I/O模塊和通信模塊；確定監控軟件和主控制器之間的通信方式，規劃企業生產管理網絡。

（2）根據生產線規模及控制要求，選擇各種電氣設備的規格、型號；繪制電氣主電路和控制電路；選擇檢測生產線中的溫度、電流、液位、轉速和流量等關鍵數據的檢測設備，并進行安裝和調試。

（3）制作二硝基氯化苯自動化生產線的控制柜，對控制電器進行安裝和接線，編寫主控制器的控制程序，并運行測試。實現生產線原料的卸料、上料自動控制，硝化反應過程的自動控制，產品分離的自動控制，以及實現硝化反應過程冷卻用水的恒壓用水控制。

（4）制作主控室主控機、主控室監控機、車間辦公室和總經理辦公室監控機的組態監控畫面，建立通信網絡實現生產線的運行控制，遠程監視，系統運行異常報警，歷史數據的記錄和部門間的信息互動。

4 結語

課題利用組態王監控軟件做為項目自動化控制的開發平臺，并實現對生產過程的監控。利用西門子S7-300 PLC做為主控制器，開發設計二硝基氯化苯上料、計量、硝化控制和產品分離等環節的控制電路和控制程序。構建了網絡平臺，引入局域網通信技術用于硝化生產線的監控系統，實現生產現場與生產管理信息快速互動。

課題創新之處在于使用一種安全、先進的控制方法，完成了硝化反應過程的自動控制，將傳統的手動操作轉為一體化的自動化生產線控制，并對生產過程中的變量進行集中監控和管理，節省生產成本，降低工人的勞動強度，提高產品質量和系統的安全性。

摘 要：二硝基氯苯（DNCB）是醫藥、農藥、染料及糖精的重要中間體，目前二硝基氯化苯主要采用人工手動操作的生產方式為主，自動化程度不高，生產效率低。采用自動化生產方式進行生產，并對生產過程中的變量進行集中監控和管理，不僅可以節約成本，而且可以提高產品質量。研究和設計二硝基氯化苯自動化生產線控制系統具有較強的實用性和良好的推廣價值。

關鍵詞：二硝基氯化苯 自動化生產 集中監控 生產線控制系統

中圖分類號：TQ560.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0004-01

1 問題的提出及解決方案

在二硝基氯化苯自動化生產線控制系統設計過程中，針對目前生產過程中普遍存在的問題，提出了相應的解決方案。

（1）使用閉環調節控制技術，解決硝化過程中硝化釜溫度不穩定和加料定量不精確的問題，以提高硝化產品質量；（2）使用恒壓供水模糊控制器模塊，將恒壓供水控制技術引入用到硝化冷卻系統中，解決目前硝化釜冷卻水壓不穩定導致的冷卻效果差的問題，以提高硝化反應的效率和提高產品的產量，同時實現節能降耗；（3）使用先進的控制器，并采用溫度檢測，電機轉速檢測、電流檢測、電動調節閥開度控制、電磁閥控制、滴加原料流量控制等多種檢測和控制措施，解決硝化反應過程安全性差的問題；（4）在生產線控制系統中添加傳感器故障報警、電機過載報警、溫度過高報警等保護措施，以解決傳統系統設備運行狀態監控不到位導致的整個生產線安全性差的問題；（5）使用雙浮子磁致伸縮液位傳感器，實現二硝基氯化苯的自動檢測和自動分離。

2 制定控制方案的制定與實施

二硝基氯苯生產線的電氣控制主要集中在硝化和水洗這兩部分上。在熟悉生產線的控制要求的基礎上，有針對性地選擇性價比較高的設備和方案。整個生產線的控制方案主要由三個方面組成。

（1）生產線總控制方案。

按照生產線工藝要求，設計出生產線的電氣控制系統結構，將其劃分為三個層次，最上層結構利用選取的組態軟件的網絡通信功能構建管理層網絡，通過局域網直接連接到總經理和車間主任辦公室，便于指揮和調度；中間層為主控室主監控設備，安裝組態運行軟件，通過通信電纜與PLC連接，直接監控PLC內部變量值，主控室具有直接操作控制的權限；最底層網絡為S7-300 PLC直接與現場設備連接的控制網絡，通過PLC的I/O信號端口，直接檢測和控制現場電氣設備。設計出的生產線總控制方案如圖1所示。

（2）生產線監控系統方案。

根據生產企業的要求，監控上實現了三級系統監控，即最上層的總經理辦公和室車間辦公室，中間層的主控室；底層的現場設備控制層。為了滿足控制要求，能保證生產線可靠性運行，同時考慮經濟性和適用性，選取北京亞控公司的組態王軟件kingview6.53作為上位監控軟件。

（3）生產線主控系統方案。

對于現場設備的控制，選用S7-300作為設備的主控制器，S7-300是模塊式中小型PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設備（工程師、操作員站和操作屏）組成，最多可以擴展32個模塊。利用S7-300PLC控制功能強、壞境適應能力好、穩定性好及易于實現通信的功能來完成對現場電器設備的控制。主控制器的CPU模塊選擇CPU315-2DP，具有MPI和DP兩個通信口。本系統由于通信距離近，變量點數相對不多，所以組態王和S7-300之間采用MPI的通信方式來實現數據交換。另外一個是DP通信口，用于采用Profibus-DP現場總線通信設備使用的。選擇有DP通信口的PLC主要是為企業以后擴大規模，需要控制更多的設備預留的。

3 在生產控制系統設計過程中，主要實施了以下的內容

（1）根據生產線的控制要求制定了控制方案，選取上位機監控軟件；選擇主控制器類型，并根據系統的大小和被控變量類型以及通信類型選取CPU模塊、I/O模塊和通信模塊；確定監控軟件和主控制器之間的通信方式，規劃企業生產管理網絡。

（2）根據生產線規模及控制要求，選擇各種電氣設備的規格、型號；繪制電氣主電路和控制電路；選擇檢測生產線中的溫度、電流、液位、轉速和流量等關鍵數據的檢測設備，并進行安裝和調試。

（3）制作二硝基氯化苯自動化生產線的控制柜，對控制電器進行安裝和接線，編寫主控制器的控制程序，并運行測試。實現生產線原料的卸料、上料自動控制，硝化反應過程的自動控制，產品分離的自動控制，以及實現硝化反應過程冷卻用水的恒壓用水控制。

（4）制作主控室主控機、主控室監控機、車間辦公室和總經理辦公室監控機的組態監控畫面，建立通信網絡實現生產線的運行控制，遠程監視，系統運行異常報警，歷史數據的記錄和部門間的信息互動。

4 結語

課題利用組態王監控軟件做為項目自動化控制的開發平臺，并實現對生產過程的監控。利用西門子S7-300 PLC做為主控制器，開發設計二硝基氯化苯上料、計量、硝化控制和產品分離等環節的控制電路和控制程序。構建了網絡平臺，引入局域網通信技術用于硝化生產線的監控系統，實現生產現場與生產管理信息快速互動。

課題創新之處在于使用一種安全、先進的控制方法，完成了硝化反應過程的自動控制，將傳統的手動操作轉為一體化的自動化生產線控制，并對生產過程中的變量進行集中監控和管理，節省生產成本，降低工人的勞動強度，提高產品質量和系統的安全性。

摘 要：二硝基氯苯（DNCB）是醫藥、農藥、染料及糖精的重要中間體，目前二硝基氯化苯主要采用人工手動操作的生產方式為主，自動化程度不高，生產效率低。采用自動化生產方式進行生產，并對生產過程中的變量進行集中監控和管理，不僅可以節約成本，而且可以提高產品質量。研究和設計二硝基氯化苯自動化生產線控制系統具有較強的實用性和良好的推廣價值。

關鍵詞：二硝基氯化苯 自動化生產 集中監控 生產線控制系統

中圖分類號：TQ560.7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0004-01

1 問題的提出及解決方案

在二硝基氯化苯自動化生產線控制系統設計過程中，針對目前生產過程中普遍存在的問題，提出了相應的解決方案。

（1）使用閉環調節控制技術，解決硝化過程中硝化釜溫度不穩定和加料定量不精確的問題，以提高硝化產品質量；（2）使用恒壓供水模糊控制器模塊，將恒壓供水控制技術引入用到硝化冷卻系統中，解決目前硝化釜冷卻水壓不穩定導致的冷卻效果差的問題，以提高硝化反應的效率和提高產品的產量，同時實現節能降耗；（3）使用先進的控制器，并采用溫度檢測，電機轉速檢測、電流檢測、電動調節閥開度控制、電磁閥控制、滴加原料流量控制等多種檢測和控制措施，解決硝化反應過程安全性差的問題；（4）在生產線控制系統中添加傳感器故障報警、電機過載報警、溫度過高報警等保護措施，以解決傳統系統設備運行狀態監控不到位導致的整個生產線安全性差的問題；（5）使用雙浮子磁致伸縮液位傳感器，實現二硝基氯化苯的自動檢測和自動分離。

2 制定控制方案的制定與實施

二硝基氯苯生產線的電氣控制主要集中在硝化和水洗這兩部分上。在熟悉生產線的控制要求的基礎上，有針對性地選擇性價比較高的設備和方案。整個生產線的控制方案主要由三個方面組成。

（1）生產線總控制方案。

按照生產線工藝要求，設計出生產線的電氣控制系統結構，將其劃分為三個層次，最上層結構利用選取的組態軟件的網絡通信功能構建管理層網絡，通過局域網直接連接到總經理和車間主任辦公室，便于指揮和調度；中間層為主控室主監控設備，安裝組態運行軟件，通過通信電纜與PLC連接，直接監控PLC內部變量值，主控室具有直接操作控制的權限；最底層網絡為S7-300 PLC直接與現場設備連接的控制網絡，通過PLC的I/O信號端口，直接檢測和控制現場電氣設備。設計出的生產線總控制方案如圖1所示。

（2）生產線監控系統方案。

根據生產企業的要求，監控上實現了三級系統監控，即最上層的總經理辦公和室車間辦公室，中間層的主控室；底層的現場設備控制層。為了滿足控制要求，能保證生產線可靠性運行，同時考慮經濟性和適用性，選取北京亞控公司的組態王軟件kingview6.53作為上位監控軟件。

（3）生產線主控系統方案。

對于現場設備的控制，選用S7-300作為設備的主控制器，S7-300是模塊式中小型PLC，主要由機架、CPU模塊、信號模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理器、電源模塊和編程設備（工程師、操作員站和操作屏）組成，最多可以擴展32個模塊。利用S7-300PLC控制功能強、壞境適應能力好、穩定性好及易于實現通信的功能來完成對現場電器設備的控制。主控制器的CPU模塊選擇CPU315-2DP，具有MPI和DP兩個通信口。本系統由于通信距離近，變量點數相對不多，所以組態王和S7-300之間采用MPI的通信方式來實現數據交換。另外一個是DP通信口，用于采用Profibus-DP現場總線通信設備使用的。選擇有DP通信口的PLC主要是為企業以后擴大規模，需要控制更多的設備預留的。

3 在生產控制系統設計過程中，主要實施了以下的內容

（1）根據生產線的控制要求制定了控制方案，選取上位機監控軟件；選擇主控制器類型，并根據系統的大小和被控變量類型以及通信類型選取CPU模塊、I/O模塊和通信模塊；確定監控軟件和主控制器之間的通信方式，規劃企業生產管理網絡。

（2）根據生產線規模及控制要求，選擇各種電氣設備的規格、型號；繪制電氣主電路和控制電路；選擇檢測生產線中的溫度、電流、液位、轉速和流量等關鍵數據的檢測設備，并進行安裝和調試。

（3）制作二硝基氯化苯自動化生產線的控制柜，對控制電器進行安裝和接線，編寫主控制器的控制程序，并運行測試。實現生產線原料的卸料、上料自動控制，硝化反應過程的自動控制，產品分離的自動控制，以及實現硝化反應過程冷卻用水的恒壓用水控制。

（4）制作主控室主控機、主控室監控機、車間辦公室和總經理辦公室監控機的組態監控畫面，建立通信網絡實現生產線的運行控制，遠程監視，系統運行異常報警，歷史數據的記錄和部門間的信息互動。

4 結語

課題利用組態王監控軟件做為項目自動化控制的開發平臺，并實現對生產過程的監控。利用西門子S7-300 PLC做為主控制器，開發設計二硝基氯化苯上料、計量、硝化控制和產品分離等環節的控制電路和控制程序。構建了網絡平臺，引入局域網通信技術用于硝化生產線的監控系統，實現生產現場與生產管理信息快速互動。

課題創新之處在于使用一種安全、先進的控制方法，完成了硝化反應過程的自動控制，將傳統的手動操作轉為一體化的自動化生產線控制，并對生產過程中的變量進行集中監控和管理，節省生產成本，降低工人的勞動強度，提高產品質量和系統的安全性。