电路计算机辅助设计-氮气增压电器控制系统

电路计算机辅助-氮气增压电器控制系统 电路计算机辅助设计 氮气增压电器控制系统 班 级 姓 名 学 号 指导教师 撰写日期 摘 要 氮气是气体工业中最重要的产品之一分为高纯氮气纯氮气液氮工业氮气随着经济的发展氮气的市场不断扩大销售量逐年递增在空气为原料的分离装置中由于氮气在空气中含量高分离后有大量的氮气氮气在化学工业行业主要作为原料气和保护气使用 如在冶炼金属中一些有色金属的融入能降低含氧量和温度值提高产品质量具有优良的效果而我国正是发展中国家对于重工业的发展具有重要的意义氮气还用于吹扫易燃物流过的管道和贮存设备用氮气吹除钢水使钢中的氢含量除低使钢强度大大提高同时利用液氮进行低温超低温切削加工就是利用液氮使用工件刀具或切削区处于低温冷却状态进行切削加工的方法氮气是大气中含量最多的成分液氮作为制氧工业的副产品来源十分广阔同时利用液氮进行低温超低温切削加工就是利用液氮使用工件刀具或切削区处于低温冷却状态进行切削加工的方法使用液氮作为切削液应用后直接挥发返回大气没有任何污染是一种有前途的切削液 目 录 第一章 课程设计目的内容要求 1 11 设计目的 1 12 设计内容 1 13 设计要求 1 第二章 工控组态软件MCGS简介 3 21 什么是MCGS组态软件 3 22 MCGS的主要特点 3 23 MCGS的构成 6 24 MCGS组态软件的工作方式 8 压氮机原理与要求 10 第三章 31 压氮机原理 10 32 分析冶炼厂氮气增压电器控制系统工艺流程 11 CAD应用课程设计 16 参考文献 17 附录 I 第一章 课程设计目的内容要求 11 设计目的 1了解常用MCGS工控组态软件的主要特点及应用 2掌握工控组态软件MCGS主要特点及应用 3重点掌握 MCGS的画面组态动画显示流程控制等解决实际问题的和操作方法 12 设计内容 要求 是一套用于MCGS Monitor and Control Generated System通用监控系统快速构造和生成计算机监控系统的组态软件它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行通过对现场数据的采集处理以动画显示报警处理流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案它充分利用了Windows图形功能完备界面一致性好易学易用的特点比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性在自动化领域有着更广泛的应用 MCGS组态软件功能强大操作简单易学易用普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软硬件问题集中精力去解决工程问题本身根据工程作业的需要和特点组态配置出高性能高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统 22 MCGS的主要特点 1 简单灵活的可视化操作界面MCGS采用全中文可视化面向窗口的开发界面符合中国的使用习惯和要求以窗口为单位构造用户运行系统的图形界面使得MCGS的组态工作既简单直观又灵活多变用户可以使用系统的缺省构架也可以根据需要自己组态配置图形界面生成各种类型和风格的图形界面包括DOS风格的图形界面Windows风格的图形界面并且带有动画效果的工具条和状态条等 2 实时性强良好的并行处理性能MCGS是真正的32位应用系统充分利用了 32位Windows操作平台的多任务按优先级分时操作的功能以线程为单位对在工程作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分时并行处理使PC机广泛应用于工程测控领域成为可能例如MCGS在处理数据采集设备驱动和异常处理等关键任务时可在主机运行周期时间内分时处理打印数据等类似的非关键性工作实现系统并行处理多任务多进程 3 丰富生动的多媒体画面MCGS以图像图符报表曲线等多种形式为操作员及时提供系统运行中的状态品质及异常报警等有关信息通过对图形大小的变化颜色的改变明暗的闪烁图形的移动翻转等多种手段增强画面的动态显示效果在图元图符对象上定义相应的状态属性实现动画效果MCGS还为用户提供了丰富的动画构件每个动画构件都对应一个特定的动画功能MCGS还支持多媒体功能使能够快速地开发出集图像声音动画于一体的漂亮生动的工程画面 4 开放式结构广泛的数据获取和强大的数据处理功能MCGS采用开放式结构系统可以与广泛的数据源交换数据MCGS提供多种高性能的IO驱动支持Microsoft开放数据库互连ODBC接口有强大的数据库连接能力MCGS全面支持OPCOLE for Process Control标准既可作为OPC客户端也可以作为OPC服务器可以和更多的自动化设备相连接MCGS通过DDEDynamic Data Exchange动态数据交换与其它应用程序交换数据充分利用计算机丰富的软件资源MCGS全面支持ActiveX控件提供及其灵活的面向对象的动态图形功能并且包含丰富的图形库 5 完善的安全机制MCGS提供了良好的安全机制为多个不同级别用户设定不同的操作权限此外MCGS还提供了工程密码锁定软件狗工程运行期限等功能大大加强了保护组态开发者劳动成果的力度 6 强大的网络功能MCGS支持TCPIPModemRS-485 RS-422 RS-232等多种网络体系结构使用MCGS网络版组态软件可以在整个企业范围内用IE浏览器方便地浏览到实时和历史的监控信息实现设备管理与企业管理的集成 7 多样化的报警功能MCGS提供多种不同的报警方式具有丰富的报警类型和 灵活多样的报警处理函数不仅方便用户进行报警设置并且实现了系统实时显示打印报警信息的功能报警信息的存储与应答为工业现场安全可靠地生产运行提供了有力的保障 8 实时数据库为用户分步组态提供极大方便MCGS由主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库和运行策略五个部分构成其中实时数据库是一个数据处理中心是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区是整个系统的核心各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据并完成自己的差错控制在生成用户应用系统时每一部分均可分别进行组态配置独立建造互不相干而在系统运行过程中各个部分都通过实时数据库交换数据形成互相关联的整体 9 支持多种硬件设备实现设备无关MCGS针对外部设备的特征设立设备工具箱定义多种设备构件建立系统与外部设备的连接关系赋予相关的属性实现对外部设备的驱动和控制用户在设备工具箱中可方便选择各种设备构件不同的设备对应不同的设备构件所有的设备构件均通过实时数据库建立联系而建立时又是相互独立的即对某一构件的操作或改动不影响其它构件和整个系统的结构因此MCGS是一个设备无关的系统用户不必因外部设备的局部改动而影响整个系统 10 方便控制复杂的运行流程MCGS开辟了运行策略窗口用户可以选用系统提供的各种条件和功能的策略构件用图形化的方法和简单的类Basic语言构造多分支的应用程序按照设定的条件和顺序操作外部设备控制窗口的打开或关闭与实时数据库进行数据交换实现自由准确地控制运行流程同时也可以由用户创建新的策略构件扩展系统的功能 11 良好的可维护性和可扩充性MCGS系统由五大功能模块组成主要的功能模块以构件的形式来构造不同的构件有着不同的功能且各自独立三种基本类型的构件设备构件动画构件策略构件完成了MCGS系统三大部分设备驱动动画显示和流程控制的所有工作除此之外MCGS还提供了一套开放的可扩充接口用户可根据自己的需要用VBVC等高级开发语言编制特定的构件来扩充系统的功能 12 用数据库来管理数据存储系统可靠性高MCGS中数据的存储不再使用普通的文件而是用数据库来管理组态时系统生成的组态结果是一个数据库运行时系统自动生成一个数据库保存和处理数据对象和报警信息的数据利用数据库来保存数据和处理数据提高了系统的可靠性和运行效率同时也使其它应用软件系统能直接处理数据库中的存盘数据 13 设立对象元件库组态工作简单方便对象元件库实际上是分类存储各种组态对象的图库组态时可把制作好的数据对象包括图形对象窗口对象策略对象以至位图文件等以元件的形式存入图库中同样也可把元件库中的各种对象取出直接为当前的工程所用随着工作的积累对象元件库将日益扩大和丰富这样解决了对象元件库的元件积累和元件重复利用问题组态工作将会变得更加简单方便 14 实现对工控系统的分布式控制和管理考虑到工控系统今后的发展趋势MCGS充分运用现今发展的DCCW Distributed Computer Cooperator Work分布式计算机协同工作方式 技术使分布在不同现场的采集设备和工作站之间实现协同工作不同的工作站之间则通过MCGS实时交换数据实现对工控系统的分布式控制和管理 23 MCGS的构成 MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分 用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行组态环境相当于一套完整的工具软件它帮助用户设计和构造自己的应用系统用户组态生成的结果是一个数据库文件称为组态结果数据库 运行环境是一个独立的运行系统它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理完成用户组态设计的目标和功能运行环境本身没有任何意义必须与组态结果数据库一起作为一个整体才能构成用户应用系统一旦组态工作完成运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上 组态结果数据库完成了MCGS系统从组态环境向运行环境的过渡它们之间的 关系如下图所示 图2-1 MCGS系统环境 由MCGS生成的用户应用系统其结构由主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库和运行策略五个部分构成如下图所示 图2-2 MCGS生成的用户应用系统 窗口是屏幕中的一块空间是一个容器直接提供给用户使用在窗口内用户可以放置不同的构件创建图形对象并调整画面的布局组态配置不同的参数以完成不同的功能 在MCGS的单机版中每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口但可以有多个用户窗口和多个运行策略实时数据库中也可以有多个数据对象MCGS用主控窗口设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面组态配置各种不同类型和功能的对象或构件同时可以对实时数据进行可视化处理 24 MCGS组态软件的工作方式 1MCGS如何与设备进行通讯MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换包括数据采集和发送设备指令设备驱动程序是由VBVC程序设计语言编写的DLL动态连接库文件设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序将数据传送到工程中的各个部分完成整个系统的通讯过程每个驱动程序独占一个线程达到互不干扰的目的 2MCGS如何产生动画效果MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性如一个长方形的动画属性有可见度大小变化水平移动等每一种动画属性都会产生一定的动画效果所谓动画属性实际上是反映图形大小颜色位置可见度闪烁性等状态的特征参数然而我们在组态环境中生成的画面都是静止的如何在工程运行中产生动画效果呢方法是图形的每一种动画属性中都有一个表达式设定栏在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量连接到实时数据库中以此建立 相应的对应关系MCGS称之为动画连接详细情况请参阅后面第四讲中的动画连接 3MCGS如何实施远程多机监控MCGS提供了一套完善的网络机制可通过TCPIP网Modem网和串口网将多台计算机连接在一起构成分布式网络监控系统实现网络间的实时数据同步历史数据同步和网络事件的快速传递同时可利用MCGS提供的网络功能在工作站上直接对服务器中的数据库进行读写操作分布式网络监控系统的每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件MCGS把各种网络形式以父设备构件和子设备构件的形式供用户调用并进行工作状态端口号工作站地址等属性参数的设置 4如何对工程运行流程实施有效控制MCGS开辟了专用的运行策略窗口建立用户运行策略MCGS提供了丰富的功能构件供用户选用通过构件配置和属性设置两项组态操作生成各种功能模块称为用户策略使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库实现对动画窗口的任意切换控制系统的运行流程和设备的工作状态所有的操作均采用面向对象的直观方式避免了烦琐的编程工作 第三章 压氮机原理与要求分析 31 压氮机原理 压氮机是根据变压吸附原理采用高品质的碳分子筛作为吸附剂在一定的压力下从空气中制取氮气经过纯化干燥的压缩空气在吸附器中进行加压吸附减压脱附由于空气动力学效应氧在碳分子筛微孔中扩散速率远大于氮氧被碳分子筛优先吸附氮在气相中被富集起来形成成品氮气然后经减压至常压吸附剂脱附所吸附的氧气等杂质实现再生一般在系统中设置两个吸附塔一塔吸附产氮另一塔脱附再生通过PLC程序控制器控制气动阀的启闭使两塔交替循环以实现连续生产高品质氮气之目的整套系统由以下部件组成压缩空气净化组件空气储罐氧氮分离装置氮气缓冲罐 压缩空气净化组件 1 空气压缩机提供的压缩空气首先通入压缩空气净化组件中压缩空气先由管道过滤器除去大部分的油水尘再经冷冻干燥机进一步除水精过滤器除油除尘并由在紧随其后的超精过滤器进行深度净化根据系统工况特别设计了一套压缩空气除油器用来防止可能出现的微量油渗透为碳分子筛提供充分保护设计严谨的空气净化组件确保了碳分子筛的使用寿命经本组件处理后的洁净空气可用于仪表空气 2空气储罐 空气储罐的作用是降低气流脉动起缓冲作用从而减小系统压力波动使压缩空气平稳地通过压缩空气净化组件以便充分除去油水杂质减轻后续PSA氧氮分离装置的负荷同时在吸附塔进行工作切换时它也为PSA氧氮分离装置提供短时间内迅速升压所需的大量压缩空气使吸附塔内压力很快上升到工作压力保证了设备可靠稳定的运行 3氧氮分离装置 装有专用碳分子筛的吸附塔共有AB两只当洁净的压缩空气进入A塔入口端 经碳分子筛向出口端流动时O2CO2和H2O被其吸附产品氮气由吸附塔出口端流出经一段时间后A塔内的碳分子筛吸附饱和这时A塔自动停止吸附压缩空气流入B塔进行吸氧产氮对并A塔分子筛进行再生分子筛的再生是通过将吸附塔迅速下降至常压脱除已吸附的O2CO2和H2O来实现的两塔交替进行吸附和再生完成氧氮分离连续输出氮气上述过程均由可编程序控制器PLC来控制当出气端氮气纯度大小设定值时PLC程序作用自动放空阀门打开将不合格氮气自动放空确保不合格氮气不流向用气点气体放空时利用消声使噪声小于75dBA 4氮气缓冲罐 氮气缓冲罐用于均衡从氮氧分离系统分离出来的氮气的压力和纯度保证连续供给氮气稳定同时在吸附塔进行工作切换后它将本身的部分气体回充吸附塔一方面帮助吸附塔升压另外也起到保护床层的作用在设备工作过程中起到极重要的工艺辅助作用 制氮机氮气机氮气发生器变压吸附制氮机高纯度制氮机制氮装置制氮系统制氮设备制氮装备制氮机组氮气系统PSA制氮机组PSA制氮系统PSA制氮装置PSA制氮设备氮气设备 空气分离制氮机工业制氮机高纯度制氮机工业制氮装置工业制氮系统工业制氮装备工业制氮设备 32 分析冶炼厂氮气增压电器控制系统工艺流程 com 手动操作 手动操作作为调试各部分时用因此个部分之间不需要连锁且无为点点击各个开关 氮气经过开关自动打开的通道管上传送在开启电机把氮气压缩再经过通道管上传送到储气罐中 在这个过程中按动各自开关按钮就能完成 如以下流程氮气?通道管?压氮机?安全控制器?开关阀?通道管?储气罐?高压氮气如图3-1所示 图3-1 手动操作 com 各个部分表达式 此图3-2为1电机旁的管道流动表达式 图3-2 管道流动块设置 此图3-3为电机2电机旁的管道流动表达式 图3-3管道流动块设置 此图3-4为高压氮气管道输送的流动表达式 图3-4管道流动块设置 此图3-5为电机在开关4关闭时的表达式 -5 开关设置 图3 此图3-6为安全阀门管道的自动控制开关管道的流动表达式 -6管道流动块设置 图3 此图3-7为放气手动阀的管道表达式 图3-7管道流动块设置 此图3-8为在两个压氮机最后汇通的输送管道的流动表达式 图3-8 管道流动块设置 压氮机各部分表达式设置完成 CAD应用课程设计[1]邹国清电气与PLC控制技术在煤矿安装的应用[A]煤矿自动化与信息化2011年 [2]万红进通用过程监测软件的研究与开发[D]南京理工大学2007年 [3]易异勋工控系统组态软件的研究和设计[J]仪表技术与传感器1998年12期 [4]李蜀瑜电气监控组态软件的研究与开发[D]西北工业大学2001年 [5]曾庆波监控组态软件及其应用[J]传感器世界2001年03期 [6]王惠莉基于MCGS的PLC实验教学系统的构建[J]电气电子教学学报2010年S2期 哈尔滨理工大学2011年 [7]曲峥敏监控组态软件的设计与研究[D] [8]张秋余杨智实时监控组态软件的开发[J]甘肃工业大学学报1997年03期 武汉交通科技大学学报1997[9]肖攸安田忠和工业控制组态集成软件的开发[J] 年02期 目录 第一章 课程设计目的内容要求 2 第二章 工控组态软件MCGS简介 17 第三章 压氮机原理与要求分析 CAD应用课程设计 参考文献 附录