论文总字数：23012字

摘 要

本文以化工生产现场中的冷干机露点温度控制问题为研究背景，设计了一种模拟实际冷干机露点温度控制过程的控制系统，一种非常实用的工业级冗余网络结构和一种采用OPC通信技术的系统监控画面。本文中设计的系统利用较少的硬件以及软件很好地模拟了实际工业生产现场中的冷干机露点温度控制过程，通过利用西门子WINCC组态软件开发的监控画面恰当地展示了冷干机负荷控制原理及效果。

本文的主要研究内容有：

（1）分析影响冷干机的露点温度的因素，研究冷干机的露点温度控制方案，设计出一种可以展示该方案的控制系统。

（2）研究工业级冗余环网的工作原理，并设计出一种有线冗余环网。

（3）研究多台PLC之间的开放式用户通信。

（4）研究利用西门子WINCC组态软件设计系统监控界面的方法并开发出使用OPC通信技术的监控画面。

（5）研究OPC服务器的设计方法。

（6）测试整个系统的控制功能，通信功能，监控功能。

关键词：露点温度 Wincc 冗余环网 Opc

Design and Development of Industrial Network for load Control of distributed Cold and dry Machine

Abstract

In this paper, based on the research background of dew point temperature control of cold dryer in chemical production site, a control system is designed to simulate the dew point temperature control process of actual cold dryer. A very practical industrial redundant network structure and a system monitoring screen using OPC communication technology are also designed in the paper. The system designed in this paper uses less hardware and software to simulate the dew point temperature control process of the cold dryer in the actual industrial production site. The principle and effect of load control of cold dryer are properly shown by using the monitoring screen developed by Siemens WINCC configuration software.
The main research content of this paper includes:
(1) Analyzing the factors affecting the dew point temperature of the cold dryer, studying the dew point temperature control scheme of the cold dryer, and designing a control system which can show the scheme.
(2) Studying the working principle of industrial redundant ring network, and designing a wired redundant ring network.
(3) Studying the open user communication between multiple PLC.
(4) Studying the method of using Siemens WINCC configuration software to design the monitoring interface of the system, and developing the monitoring screen using OPC communication technology.
(5) Studying the design method of OPC server.
(6) Testing the control function, communication function and monitoring function of the whole system.

Key Words: Dew point temperature; Redundant ring network; Wincc; Opc

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景和研究意义 1

1.1.1 课题来源 1

1.1.2 研究意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 冷干机的露点温度控制 2

1.2.2 工业级网络 2

1.2.3 上位机监控界面 4

1.2.4 OPC通信技术 5

1.3 本文的主要内容及章节安排 6

第二章 冷干机的工艺流程 7

2.1 冷干机的工艺简介 7

2.2 本系统中的冷干机的特点 8

2.3 此控制系统的功能需求分析 10

2.4 本章小结 11

第三章 系统方案设计 12

3.1 系统架构 12

3.1.1 冷干机的露点温度的控制方案 12

3.1.2 本系统中的网络结构 15

3.1.3 系统监控界面的设计方案 17

3.2 硬件选型 18

3.3 与本系统相关的电气原理图的设计 18

3.4 本章小结 19

第四章 控制系统的软件开发 20

4.1 露点温度控制算法 20

4.2 通信功能的软件配置 24

4.2.1 工业级冗余环网的软件配置 24

4.2.2 三台PLC之间的开放式用户通信的软件配置 25

4.3 系统监控界面的开发 27

4.4 本章小结 28

第五章 整个系统的功能测试 29

5.1 通信功能测试 29

5.1.1 冗余环网的功能测试 29

5.1.2 三台PLC之间的开放式用户通信测试 32

5.1.3 OPC服务器与三台PLC的通信测试 33

5.2 控制功能与监控功能的测试 36

5.2.1 自动控制模式下的系统运行情况 36

5.2.2 手动控制模式下的系统运行情况 37

5.3 本章小结 41

第六章 总结与展望 42

6.1 总结 42

6.2 展望 43

6.3 系统实施的影响 44

参考文献 45

第一章 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.1.1 课题来源

本课题来源于化工生产实践——某企业有三台干气回收乙烯装置，存在露点温度过高的问题。本课题要求对每台装置分别设计露点温度PLC控制系统，并通过工业网络集成控制系统信息，达到工业级网络的架构设计要求。

1.1.2 研究意义

冷干机主要由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、热交换器、气水分离器等部件组成^[1]。冷干机的出口露点温度是其关键的技术参数，一直是用户格外关注的指标。分析冷冻式压缩空气干燥器的工作原理，我们不难发现冷干机的负荷会对它的出口露点温度产生关键影响。冷干机广泛应用于化工厂之中。在化工厂中的很多冷干机是连续运行的，当冷干机的出口露点温度过高或者是过低时，其所在的生产过程将会受到非常大的影响。因此，保证冷干机的出口露点温度仅在相关生产工艺允许的温度范围内波动甚至稳定在某一最佳温度的相关技术是冷干机用户迫切想要掌握的技术也是国内外许多学者正在研究的问题。

众所周知，如今的化工厂的自动化水平正在不断提高，生产规模在不断扩大。厂区中某条生产线上可能存在多台冷干机同处于连续运行状态。为了确保这些冷干机都处于正常的运行状态，厂区需要对每台冷干机设计自控系统。此外，厂区还需要建立相应的工业级网络以及监控界面，监控这些冷干机的实时运行状态。在必要时，厂区里的工作人员应该能通过改变相关监控界面中的某些参数保证对应的冷干机的正常运行。本课题以冷干机在化工厂中的实际应用为研究背景。本课题的研究对用到冷干机的化工生产线的安全性保障、生产效率的提高有着非常重要的意义。本课题的研究将对实际工业现场的信息化架构提供一些可行的通信方案。

1.2 国内外研究现状

控制冷干机的负荷的目的是为了使其露点温度稳定在某一温度范围或某一最佳温度值。冷干机的露点温度通常要求位于2℃到10℃之间。本课题的主要研究内容是通过控制冷干机的负荷使得其露点温度达标，设计多台冷干机之间的工业级网络，设计上位机监控画面。本文将分别介绍冷干机的露点温度控制，工业级网络，上位机监控界面和OPC通信技术四个方面的国内外研究现状。

1.2.1 冷干机的露点温度控制

冷干机的露点温度主要受到冷干机的负荷以及冷干机中的气液分离器的分离效率的影响。如果气水分离器的分离效果差（即气水分离器分离效率低于90%），无论配置的制冷压缩机制冷量再大，压缩空气的出口压力露点温度都将超过10℃^[1]。在大多数情况下，用户会选择购买已经组装好的冷干机。因此，对于冷干机用户而言，一般不需要更换已购买的冷干机中的气水分离器。冷干机用户应该更加关注如何通过控制冷干机的负荷使其露点温度达标。控制冷干机的负荷实际上是控制冷干机中的压缩机的负荷。目前，国内外的压缩机本身并未提供实际负荷测量信号。因此，国内不少工厂通过采集压缩机负荷电流代替其负荷测量值。找到冷干机中的压缩机的负荷电流与冷干机的露点温度之间的关系，就可设计具体的控制方案，通过改变冷干机的负荷，控制其露点温度达标。这种控制冷干机露点温度的方法，具有维护方便、易实施的优点。前几年，有冷干机系统采用单片机控制。这种控制系统造价昂贵并且不耐用。此外，这种控制系统维修和维护很不方便^[2]。目前，国内外的大多数冷干机采用PLC控制。

1.2.2 工业级网络

目前，国内外比较常见的工业级网络有基于Modbus /TCP协议的工业级网络，基于Profibus协议的工业级网络，基于Profinet的工业级网络。

请支付后下载全文，论文总字数：23012字