二硝基氯化苯自动化生产线控制系统设计与实施

方红彬等

摘 要：二硝基氯苯（DNCB）是医药、农药、染料及糖精的重要中间体，目前二硝基氯化苯主要采用人工手动操作的生产方式为主，自动化程度不高，生产效率低。采用自动化生产方式进行生产，并对生产过程中的变量进行集中监控和管理，不仅可以节约成本，而且可以提高产品质量。研究和设计二硝基氯化苯自动化生产线控制系统具有较强的实用性和良好的推广价值。

关键词：二硝基氯化苯 自动化生产 集中监控 生产线控制系统

中图分类号：TQ560.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0004-01

1 问题的提出及解决方案

在二硝基氯化苯自动化生产线控制系统设计过程中，针对目前生产过程中普遍存在的问题，提出了相应的解决方案。

（1）使用闭环调节控制技术，解决硝化过程中硝化釜温度不稳定和加料定量不精确的问题，以提高硝化产品质量；（2）使用恒压供水模糊控制器模块，将恒压供水控制技术引入用到硝化冷却系统中，解决目前硝化釜冷却水压不稳定导致的冷却效果差的问题，以提高硝化反应的效率和提高产品的产量，同时实现节能降耗；（3）使用先进的控制器，并采用温度检测，电机转速检测、电流检测、电动调节阀开度控制、电磁阀控制、滴加原料流量控制等多种检测和控制措施，解决硝化反应过程安全性差的问题；（4）在生产线控制系统中添加传感器故障报警、电机过载报警、温度过高报警等保护措施，以解决传统系统设备运行状态监控不到位导致的整个生产线安全性差的问题；（5）使用双浮子磁致伸缩液位传感器，实现二硝基氯化苯的自动检测和自动分离。

2 制定控制方案的制定与实施

二硝基氯苯生产线的电气控制主要集中在硝化和水洗这两部分上。在熟悉生产线的控制要求的基础上，有针对性地选择性价比较高的设备和方案。整个生产线的控制方案主要由三个方面组成。

（1）生产线总控制方案。

按照生产线工艺要求，设计出生产线的电气控制系统结构，将其划分为三个层次，最上层结构利用选取的组态软件的网络通信功能构建管理层网络，通过局域网直接连接到总经理和车间主任办公室，便于指挥和调度；中间层为主控室主监控设备，安装组态运行软件，通过通信电缆与PLC连接，直接监控PLC内部变量值，主控室具有直接操作控制的权限；最底层网络为S7-300 PLC直接与现场设备连接的控制网络，通过PLC的I/O信号端口，直接检测和控制现场电气设备。设计出的生产线总控制方案如图1所示。

（2）生产线监控系统方案。

根据生产企业的要求，监控上实现了三级系统监控，即最上层的总经理办公和室车间办公室，中间层的主控室；底层的现场设备控制层。为了满足控制要求，能保证生产线可靠性运行，同时考虑经济性和适用性，选取北京亚控公司的组态王软件kingview6.53作为上位监控软件。

（3）生产线主控系统方案。

对于现场设备的控制，选用S7-300作为设备的主控制器，S7-300是模块式中小型PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备（工程师、操作员站和操作屏）组成，最多可以扩展32个模块。利用S7-300PLC控制功能强、坏境适应能力好、稳定性好及易于实现通信的功能来完成对现场电器设备的控制。主控制器的CPU模块选择CPU315-2DP，具有MPI和DP两个通信口。本系统由于通信距离近，变量点数相对不多，所以组态王和S7-300之间采用MPI的通信方式来实现数据交换。另外一个是DP通信口，用于采用Profibus-DP现场总线通信设备使用的。选择有DP通信口的PLC主要是为企业以后扩大规模，需要控制更多的设备预留的。

3 在生产控制系统设计过程中，主要实施了以下的内容

（1）根据生产线的控制要求制定了控制方案，选取上位机监控软件；选择主控制器类型，并根据系统的大小和被控变量类型以及通信类型选取CPU模块、I/O模块和通信模块；确定监控软件和主控制器之间的通信方式，规划企业生产管理网络。

（2）根据生产线规模及控制要求，选择各种电气设备的规格、型号；绘制电气主电路和控制电路；选择检测生产线中的温度、电流、液位、转速和流量等关键数据的检测设备，并进行安装和调试。

（3）制作二硝基氯化苯自动化生产线的控制柜，对控制电器进行安装和接线，编写主控制器的控制程序，并运行测试。实现生产线原料的卸料、上料自动控制，硝化反应过程的自动控制，产品分离的自动控制，以及实现硝化反应过程冷却用水的恒压用水控制。

（4）制作主控室主控机、主控室监控机、车间办公室和总经理办公室监控机的组态监控画面，建立通信网络实现生产线的运行控制，远程监视，系统运行异常报警，历史数据的记录和部门间的信息互动。

4 结语

课题利用组态王监控软件做为项目自动化控制的开发平台，并实现对生产过程的监控。利用西门子S7-300 PLC做为主控制器，开发设计二硝基氯化苯上料、计量、硝化控制和产品分离等环节的控制电路和控制程序。构建了网络平台，引入局域网通信技术用于硝化生产线的监控系统，实现生产现场与生产管理信息快速互动。

课题创新之处在于使用一种安全、先进的控制方法，完成了硝化反应过程的自动控制，将传统的手动操作转为一体化的自动化生产线控制，并对生产过程中的变量进行集中监控和管理，节省生产成本，降低工人的劳动强度，提高产品质量和系统的安全性。

摘 要：二硝基氯苯（DNCB）是医药、农药、染料及糖精的重要中间体，目前二硝基氯化苯主要采用人工手动操作的生产方式为主，自动化程度不高，生产效率低。采用自动化生产方式进行生产，并对生产过程中的变量进行集中监控和管理，不仅可以节约成本，而且可以提高产品质量。研究和设计二硝基氯化苯自动化生产线控制系统具有较强的实用性和良好的推广价值。

关键词：二硝基氯化苯 自动化生产 集中监控 生产线控制系统

中图分类号：TQ560.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0004-01

1 问题的提出及解决方案

在二硝基氯化苯自动化生产线控制系统设计过程中，针对目前生产过程中普遍存在的问题，提出了相应的解决方案。

（1）使用闭环调节控制技术，解决硝化过程中硝化釜温度不稳定和加料定量不精确的问题，以提高硝化产品质量；（2）使用恒压供水模糊控制器模块，将恒压供水控制技术引入用到硝化冷却系统中，解决目前硝化釜冷却水压不稳定导致的冷却效果差的问题，以提高硝化反应的效率和提高产品的产量，同时实现节能降耗；（3）使用先进的控制器，并采用温度检测，电机转速检测、电流检测、电动调节阀开度控制、电磁阀控制、滴加原料流量控制等多种检测和控制措施，解决硝化反应过程安全性差的问题；（4）在生产线控制系统中添加传感器故障报警、电机过载报警、温度过高报警等保护措施，以解决传统系统设备运行状态监控不到位导致的整个生产线安全性差的问题；（5）使用双浮子磁致伸缩液位传感器，实现二硝基氯化苯的自动检测和自动分离。

2 制定控制方案的制定与实施

二硝基氯苯生产线的电气控制主要集中在硝化和水洗这两部分上。在熟悉生产线的控制要求的基础上，有针对性地选择性价比较高的设备和方案。整个生产线的控制方案主要由三个方面组成。

（1）生产线总控制方案。

按照生产线工艺要求，设计出生产线的电气控制系统结构，将其划分为三个层次，最上层结构利用选取的组态软件的网络通信功能构建管理层网络，通过局域网直接连接到总经理和车间主任办公室，便于指挥和调度；中间层为主控室主监控设备，安装组态运行软件，通过通信电缆与PLC连接，直接监控PLC内部变量值，主控室具有直接操作控制的权限；最底层网络为S7-300 PLC直接与现场设备连接的控制网络，通过PLC的I/O信号端口，直接检测和控制现场电气设备。设计出的生产线总控制方案如图1所示。

（2）生产线监控系统方案。

根据生产企业的要求，监控上实现了三级系统监控，即最上层的总经理办公和室车间办公室，中间层的主控室；底层的现场设备控制层。为了满足控制要求，能保证生产线可靠性运行，同时考虑经济性和适用性，选取北京亚控公司的组态王软件kingview6.53作为上位监控软件。

（3）生产线主控系统方案。

对于现场设备的控制，选用S7-300作为设备的主控制器，S7-300是模块式中小型PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备（工程师、操作员站和操作屏）组成，最多可以扩展32个模块。利用S7-300PLC控制功能强、坏境适应能力好、稳定性好及易于实现通信的功能来完成对现场电器设备的控制。主控制器的CPU模块选择CPU315-2DP，具有MPI和DP两个通信口。本系统由于通信距离近，变量点数相对不多，所以组态王和S7-300之间采用MPI的通信方式来实现数据交换。另外一个是DP通信口，用于采用Profibus-DP现场总线通信设备使用的。选择有DP通信口的PLC主要是为企业以后扩大规模，需要控制更多的设备预留的。

3 在生产控制系统设计过程中，主要实施了以下的内容

（1）根据生产线的控制要求制定了控制方案，选取上位机监控软件；选择主控制器类型，并根据系统的大小和被控变量类型以及通信类型选取CPU模块、I/O模块和通信模块；确定监控软件和主控制器之间的通信方式，规划企业生产管理网络。

（2）根据生产线规模及控制要求，选择各种电气设备的规格、型号；绘制电气主电路和控制电路；选择检测生产线中的温度、电流、液位、转速和流量等关键数据的检测设备，并进行安装和调试。

（3）制作二硝基氯化苯自动化生产线的控制柜，对控制电器进行安装和接线，编写主控制器的控制程序，并运行测试。实现生产线原料的卸料、上料自动控制，硝化反应过程的自动控制，产品分离的自动控制，以及实现硝化反应过程冷却用水的恒压用水控制。

（4）制作主控室主控机、主控室监控机、车间办公室和总经理办公室监控机的组态监控画面，建立通信网络实现生产线的运行控制，远程监视，系统运行异常报警，历史数据的记录和部门间的信息互动。

4 结语

课题利用组态王监控软件做为项目自动化控制的开发平台，并实现对生产过程的监控。利用西门子S7-300 PLC做为主控制器，开发设计二硝基氯化苯上料、计量、硝化控制和产品分离等环节的控制电路和控制程序。构建了网络平台，引入局域网通信技术用于硝化生产线的监控系统，实现生产现场与生产管理信息快速互动。

课题创新之处在于使用一种安全、先进的控制方法，完成了硝化反应过程的自动控制，将传统的手动操作转为一体化的自动化生产线控制，并对生产过程中的变量进行集中监控和管理，节省生产成本，降低工人的劳动强度，提高产品质量和系统的安全性。

摘 要：二硝基氯苯（DNCB）是医药、农药、染料及糖精的重要中间体，目前二硝基氯化苯主要采用人工手动操作的生产方式为主，自动化程度不高，生产效率低。采用自动化生产方式进行生产，并对生产过程中的变量进行集中监控和管理，不仅可以节约成本，而且可以提高产品质量。研究和设计二硝基氯化苯自动化生产线控制系统具有较强的实用性和良好的推广价值。

关键词：二硝基氯化苯 自动化生产 集中监控 生产线控制系统

中图分类号：TQ560.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（c）-0004-01

1 问题的提出及解决方案

在二硝基氯化苯自动化生产线控制系统设计过程中，针对目前生产过程中普遍存在的问题，提出了相应的解决方案。

（1）使用闭环调节控制技术，解决硝化过程中硝化釜温度不稳定和加料定量不精确的问题，以提高硝化产品质量；（2）使用恒压供水模糊控制器模块，将恒压供水控制技术引入用到硝化冷却系统中，解决目前硝化釜冷却水压不稳定导致的冷却效果差的问题，以提高硝化反应的效率和提高产品的产量，同时实现节能降耗；（3）使用先进的控制器，并采用温度检测，电机转速检测、电流检测、电动调节阀开度控制、电磁阀控制、滴加原料流量控制等多种检测和控制措施，解决硝化反应过程安全性差的问题；（4）在生产线控制系统中添加传感器故障报警、电机过载报警、温度过高报警等保护措施，以解决传统系统设备运行状态监控不到位导致的整个生产线安全性差的问题；（5）使用双浮子磁致伸缩液位传感器，实现二硝基氯化苯的自动检测和自动分离。

2 制定控制方案的制定与实施

二硝基氯苯生产线的电气控制主要集中在硝化和水洗这两部分上。在熟悉生产线的控制要求的基础上，有针对性地选择性价比较高的设备和方案。整个生产线的控制方案主要由三个方面组成。

（1）生产线总控制方案。

按照生产线工艺要求，设计出生产线的电气控制系统结构，将其划分为三个层次，最上层结构利用选取的组态软件的网络通信功能构建管理层网络，通过局域网直接连接到总经理和车间主任办公室，便于指挥和调度；中间层为主控室主监控设备，安装组态运行软件，通过通信电缆与PLC连接，直接监控PLC内部变量值，主控室具有直接操作控制的权限；最底层网络为S7-300 PLC直接与现场设备连接的控制网络，通过PLC的I/O信号端口，直接检测和控制现场电气设备。设计出的生产线总控制方案如图1所示。

（2）生产线监控系统方案。

根据生产企业的要求，监控上实现了三级系统监控，即最上层的总经理办公和室车间办公室，中间层的主控室；底层的现场设备控制层。为了满足控制要求，能保证生产线可靠性运行，同时考虑经济性和适用性，选取北京亚控公司的组态王软件kingview6.53作为上位监控软件。

（3）生产线主控系统方案。

对于现场设备的控制，选用S7-300作为设备的主控制器，S7-300是模块式中小型PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备（工程师、操作员站和操作屏）组成，最多可以扩展32个模块。利用S7-300PLC控制功能强、坏境适应能力好、稳定性好及易于实现通信的功能来完成对现场电器设备的控制。主控制器的CPU模块选择CPU315-2DP，具有MPI和DP两个通信口。本系统由于通信距离近，变量点数相对不多，所以组态王和S7-300之间采用MPI的通信方式来实现数据交换。另外一个是DP通信口，用于采用Profibus-DP现场总线通信设备使用的。选择有DP通信口的PLC主要是为企业以后扩大规模，需要控制更多的设备预留的。

3 在生产控制系统设计过程中，主要实施了以下的内容

（1）根据生产线的控制要求制定了控制方案，选取上位机监控软件；选择主控制器类型，并根据系统的大小和被控变量类型以及通信类型选取CPU模块、I/O模块和通信模块；确定监控软件和主控制器之间的通信方式，规划企业生产管理网络。

（2）根据生产线规模及控制要求，选择各种电气设备的规格、型号；绘制电气主电路和控制电路；选择检测生产线中的温度、电流、液位、转速和流量等关键数据的检测设备，并进行安装和调试。

（3）制作二硝基氯化苯自动化生产线的控制柜，对控制电器进行安装和接线，编写主控制器的控制程序，并运行测试。实现生产线原料的卸料、上料自动控制，硝化反应过程的自动控制，产品分离的自动控制，以及实现硝化反应过程冷却用水的恒压用水控制。

（4）制作主控室主控机、主控室监控机、车间办公室和总经理办公室监控机的组态监控画面，建立通信网络实现生产线的运行控制，远程监视，系统运行异常报警，历史数据的记录和部门间的信息互动。

4 结语

课题利用组态王监控软件做为项目自动化控制的开发平台，并实现对生产过程的监控。利用西门子S7-300 PLC做为主控制器，开发设计二硝基氯化苯上料、计量、硝化控制和产品分离等环节的控制电路和控制程序。构建了网络平台，引入局域网通信技术用于硝化生产线的监控系统，实现生产现场与生产管理信息快速互动。

课题创新之处在于使用一种安全、先进的控制方法，完成了硝化反应过程的自动控制，将传统的手动操作转为一体化的自动化生产线控制，并对生产过程中的变量进行集中监控和管理，节省生产成本，降低工人的劳动强度，提高产品质量和系统的安全性。