模拟制药设备的监控和管理系统设计
图2-3 混合罐
储水箱比较大，但是也不足以供给所有水箱满水，所以设计实验时要注意。而且该水箱模拟了所有实验或者回路的原料供给和最终出口。在组态和工艺图上下面的一俳水乡，实际都指向这个容器。
AB混合水箱有两个，可以作为分时使用，或者互备使用。如果进行独立的实验，他们可以作为水平双容试验。
还有一个半成品罐，模拟一个工业上常见的卧式圆罐。水平方向的截面积在各个高度不同，中间最大，两端最小，具有典型的非线性特性。可以进行非线性实验，也可以和其他混合水箱一起进行垂直多容实验[10]。
2.2.2 锅炉和换热系统
锅炉和换热系统包括两个水泵，列管换热器，加热锅炉，反应容器。如图2-4所示：
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图2-4 锅炉和换热系统
锅炉是一个常压电加热锅炉，大气压力，没有高温。液位传感器采用了工业上高级的磁翻转液位开关，同时还可以在随意高度安装液位开关。
该换热器采用工业大流量预热用的列管换热器。换热器具有一个冷水入口，一个冷水出口，一个热水入口，一个热水出口。
该换热器四个出口都有温度传感器，不一定都接入控制器，但是都接入了数显表。换热器的目标是控制冷水（混合原料）出口具有指定的温度。
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第三章 控制系统设计
3.1 控制方案
本次毕设所设计的控制方案的结构如图所示。设计采用PLC控制，辅以一定控制策略，对系统进行控制；用组态软件组态王6.55建立人机界面对系统进行监控；同时用ACCESS数据库对制药设备系统过程中所产生的数据加以记录。本节就系统的控制策略，以及硬件的选取进行讨论。如图3-1所示：
图3-1 控制方案
3.2 设备选型
3.2.1 传感器选型 1）温度检测
加热单元和反应单元需要对温度进行检测与控制，以保持反应罐内的温度稳 定和加热罐内温度依据需要而变化。由于本系统中反应罐内温度要求保持在30-35℃之间，加热罐内温度最高控制在70 ± 5℃。根据此条件，选择Pt100 热电 阻温度传感器作为温度检测仪表。Pt100 的测温范围是-200-600℃，满足设计要求，接线方式为三线制。
温度检测单元除需要温度传感器之外，为使电阻信号变化转换为系统可识别
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的模拟电压信号变化，还需要温度变送器。其供电电源为24V 直流，输出为4-20mA。
2）压力及液位检测
液位的检测均可转换为压力的检测变送，所以液位检测仪表与压力检测仪表相同。选用的压力变送器输出为4-20mA 电流信号，供电电源为24VDC。量程为0-150KPa，最大工作压力225KPa，精确度为0.25 级，满足系统要求。压力/液位变送器包括一个表头，两边都有盖子。打开盖子，一边的表内部可以调节零点或满量程，一边的表内部用于接线。
3.2.2 执行机构选型
由于被控对象为液体，对于被控变量为流量的控制过程，执行机构有水泵、变频器、调节阀等，液位的控制过程中的执行机构为调节阀，而本系统中的温度加热单元中，控制水的温度变化的模块为三相调压模块。综上，本系统中执行单元中所用的仪表主要为变频器、水泵、调节阀和三相调压模块四种。
1）变频器
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能的控制装置，通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节。在本系统中，通过变频器改变水泵的转速，从而达到控制液体流量的目的。西门子变频器MM420 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列，可以单机运行，也可集成到自动化系统中，可输出直流控制信号，也可以输出交流控制信号，能够快速、准确地调节水泵的转速以响应流量变化。在本系统中，该变频器是集成到自动化系统中仅作为一个执行机构工作，输出信号为交流电压。
2）调节阀
根据系统要求，原料B 的进料流量需要根据原料A 的流量变化而成比例变化，并且保持在稳定范围内，用调节阀作为执行机构来实现原料B 的流量控制可满足要求。在调节阀的选型中，需要考虑的因素有：调节阀的电动或气动形式、流量特性、信号类型、正反作用及耐腐蚀性质等。根据本系统小型、灵敏度要求较高的特点，选择电动调节阀，供电电源为24V 直流电源，输入信号为0-10V，作用方式为反作用，即当控制信号为0V 时，阀门状态为全开，保证管道内压力稳定。
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3）三相调节模块
在加热单元中，为了安全、安装便捷、响应迅速，使用了三相调压模块来控制 加热棒，由PLC 控制器输出模拟电流信号作为三相调压模块的输入信号，从而达到加热罐内水温的自动控制。
4）水泵
系统选用的水泵型号为CH2-30，是卧式离心多级泵，是配有轴向吸水口和径 向出水口的多级离心泵，额定流量为2.5m3/h，额定扬程为18m，工作温度在0-90℃之间，电源频率为50HZ，额定电压为220V-240V，这决定了相应的变频器输出设定为单相交流输出。
3.2.3 PLC选型及I/O模块选择
根据所统计的系统实际需要的I/O 点数和PLC 的种类特点，选用西门子公司的S7-300 作为系统控制器，CPU 型号为312C。CPU 自带的信号模块中有10 个数字量输入点，6 个数字输出点。
根据监测点清单可知，模拟量输入点需要16个，所以选择模拟量输入模块是最少要有16个模拟量输入点，选用的仪表都采用2线制接法，由于模拟量输入模块SM331每个只有8个点，故需要2块SM331模块；模拟量输出点需要7个，故需要2块SM332模块；数字量输入的点只有两个，选用的CPU 型号自带10 各数字量输入点，6 个数字量输出点，所以不用额外选择数字量输入模块；数字量输出检测点有14 个数字量输出节点，CPU 自带6 个，还需要8个数字量数出通道，故选用1 块SM 322DO8 x DC24V/2 A(6ES7322-1BF01-0AA0)。
3.3控制系统I/O点清单及寄存器地址
1）16个模拟量输入点： 表3-1 模拟量输入 位号 LT101 LT202 LT203 设备名称 混合罐V101液位 混合罐V102液位 半成品罐V103液位 接线方式 信号类型 （mA） 工程量 4-20 4-20 4-20 - 11 -
I/O实型 DB10.34 DB10.38 DB10.42 2线制 2线制 2线制 AI8 AI9 AI10 5KPa 5KPa 5KPa