造纸厂配浆控制系统控制程序设计.docx
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造纸厂配浆控制系统控制程序设计
毕业设计（论文）
造纸厂配浆控制系统
——控制程序设计
专业年级
学号
姓 名
指导教师
评阅人
ﻮ自动化200３级
０３０5110１
赵海娜
钱艳平
袁晓玲
二○○七年六月
中国 ·
南京
摘要
摘ﻮ要
造纸工业是一个与国民经济发展和社会文明建设息息相关的重要产业。
配浆系统是整个造
纸工艺流程的重要组成部分。
为了达到配浆系统给定的工艺要求，保证纸浆的产量和质量，必
须对配浆系统进行自动化改造。
同时，该系统可以充分提供配浆系统的各种生产数据,为生产
工艺的改进、管理水平的提高创造条件。
本文研究了造纸工业中纸浆配比自动控制系统。
整个系统结构可以分为监控程序、基于组
态软件DDＣRun的控制程序与硬件及接口程序三层结构，三者相对独立运行。
本文着重研究
配浆系统中控制程序的设计和实现。
在分析了整个系统需求的基础上提出了系统的控制目标和
策略，主要包括绝干量配比控制、浓度控制和液位及联锁控制等。
同时，利用动态链接库技术,
将上述控制策略分解为各种算法模块并采用VisuａlC++语言实现。
基于自编的组态软件
DDＣRun,实现了纸浆配比系统中的控制程序。
首先，利用算法添加程序将各种算法添加到组
态软件中以组成算法库；其次,利用策略组态程序搭建了配浆系统的整个控制策略；最后,采
用策略执行程序以运行配浆控制策略。
最后,结合本次毕业设计过程讨论了存在的不足和体会。
关键词:
纸浆；绝干量；配比控制;动态链接库；软件组态；DDCRun
Ｉ
Abstraｃt
Abｓtｒact
Theｐａｐerinduｓｔryistｈeimportanｔ industry whiｃｈｉscｌoselｙ lｉnkeｄ ｗithtｈeｎatｉｏnalｅcｏnomy
ｄｅｖelｏpmeｎtaｎd thesocｉａlｃｉｖilｉzatｉonｃoｎstｒuｃtｉoｎ.Prｏｐoｒtionｉngsystemｉsaniｍｐortantconstituent
poｒtionof ｔｈeｅｎｔiｒe pａｐerｍakingtechnicａlpｒocess.Inordertoacｈieve tｈｅ ｔechnoloｇiｃalｒeqｕiremeｎt
ｗhｉｃｈthepｒopｏrtioniｎgｓysｔemｒｅquｉrｅs， eｎsureｔhｅoutｐutaｎdtｈequaliｔｙoftｈｅ paｐｅrｐulｐ, the
propoｒtiｏning ｓｙstｅm ｍust caｒry oｎthe auｔｏmａtedtransfｏｒmaｔiｏｎ. Meaｎwhileｔｈｉssystemmaｙfｕlly
provｉdｅａlｌｋiｎdsoｆ proｄucｔｉonｄataofthepropｏrtioniｎｇ ｓystem，ｃreaｔingconditionｓ forｔｈe
impｒｏveｍeｎtoｆ produｃtionprocｅss, anｄtｈeeｎｈａncemｅnｔoftheｍａnageｍeｎt level.
Ｔhｉsａｒｔｉcle has stuｄｉｅdthｅｐapｅr ｐulp proportioniｎg autoｍａtｉｃ conｔｒolsyｓteminthe ｐaper
iｎdｕsｔｒy．Ｔhewholｅsysｔem’s sofｔwarｅｓtructurｅmay be divｉded iｎtotｈreestrucｔｕresｗｈicｈ ａreｔhe
ｍonｉtｏrroutｉne,ｂased onｔhe ｃonｆiguraｔionsofｔwarｅDDCRunｃoｎtｒｏlｐrocedureaｎdthe hａrdwａre
aｎd theinｔerfaceｒoutine．Thｅｔhrｅe relativeｉndepｅndently ｏpeｒａtes.Thiｓａｒticlehａs empｈaticａlｌy
sｔudiｅstｈeconｔroｌprｏceduｒｅ’s deｓignandreａliｚaｔioｎinthepropoｒtiｏniｎgsｙstem．Bａsedontｈｅ
anａｌysｉsｏf theｎｅedsoftheeｎtireｓystｅm， pｒｏpｏsesthesystem'ｓcｏntrｏlobｊｅcｔivesａnｄstraｔeｇｉes,
mainｌyincｌｕdｅdtｈｅｄｒycomponeｎｔｒaｔio control,ｄensityconｔrol,ｌｉｑｕiｄleｖel andｉｎterloｃkcontrol,
ａndsooｎ．Ｍｅaｎwhｉle,usiｎｇthｅDynaｍic-Link Librarytechnology,dｉvidesｔhｅabovecｏnｔrol
sｔrａtegｉｅsiｎtovａriｏus algoｒｉｔｈmmodｕleｓandｕsｅs VisualＣ+＋tｏｒeａｌizethesｅａlgorithmmoｄｕles.
Ｂａｓedonthecｏnfiguratiｏnsofｔware,DＤＣRuｎ,wｈich isdeｓiｇnedoneseｌf,achｉeveｓｔhｅ cｏntrｏｌ
ｐｒocedureinthe pａｐｅr ｐｕlppropｏｒtｉoningsystem.Atfiｒｓt, usｅsaｌgｏｒｉｔｈmacｃession prｏgrammｅto
aｄｄvａriousａlgｏrｉｔｈmsto thｅcoｎfiguraｔionsofｔwａre,ｃompｏsｉngalgｏrｉｔhm－ｂａsｅ;Ｎexｔ,uｓestｈｅ
strａtegyconfiｇｕrａｔｉon ｐrocedurｅ ｔo ｂuildup thｅwholｅcontｒｏlstraｔｅｇyoftｈｅ ｐroｐｏrtioｎiｎｇsｙstem;
Atlaｓt,uses thestratｅgｙexecuｔivｅroｕｔinetoｒun thepｒoｐorｔｉoningsyｓｔｅｍ.
Aｔ thｅend oｆ ｔhe article,dｉscuｓses tｈｅeｘistent insｕｆfiｃiencｙａｎd ｅxpｅrienｃe，comｂiningｗiｔｈｔｈｅ
pｒｏceｓsoｆ graduationproject.
Kｅywordｓ:
pａpｅr pulp; ｄryｃｏｍｐoｎent;rａｔio－cｏntrol;sofｔｗarecoｎｆigｕraｔiｏｎ;DDCRｕn
II
目ﻮ录
摘
要...．．．......．........．....．.．..........．..．.....．.．....．..．......．．...．..．．...．．.......．.．......．...．.．.......．．．.．...．...．．.......．．.....．．I
Absｔraｃｔ ．.．........．．．....．．．..．．.．.....．.．.．.．...．..............．.．....．..．.．.....．..........．.......．.．．.．.......．.．..........．.．..．............. II
第1 章绪论..．.．．．.....．．.．....．.．.．.....．.....．.．．．.....．.．...．.．..............．.．．....．....．.．.．......．.........．..．．...．...．........．.． 1
1．1课题背景.．.．.．．.....．．....．．..．....．．..．.......．.....．............．....．............．.．....．...．...．.．．...．........．................．.....．.....1
１.1.1 工业过程自动化控制的发展...．．.．....．..．..．...............．..........．．．.．.....．..．．．．.．...．．．..．.．..．．....．.．.．．..．. １
1．１.2 造纸行业的自动化过程．．....．....．.．......．....................．..．..．....．....．．.．．.....．.．.．..．..．....．.．．．.....．..．...．1
1.2系统设计目标.．....．..........．．.．.......．．...．．．．.．..............．．.........．......．.．..．......．．...．．.．．.．．........．....．.............．....２
1.2．1 配浆方式......．..．....．..．.......．..．..．..................．.............．．..．............．...．.．.．.．．...．．.．....．．.................．2
1.2.2系统概述.．...．.．..．....．.......．．...．................．.．．...．.．．.．．....．.......．....．.．..．．．....．........．..．.．..．．...．．........．..．2
１.2．３控制程序与其他部分的接口.．．.....．．.．...．...．...．...．.．..．.．....．.....．．..........．．．....．....．........．．．．．.......．. 3
１.3本文主要内容...．...．..........．.........．....．.．........．......．...．.．............．...．....．...．.．.．...．.............．．...．.．．．.．．......．．．.4
第 2章系统控制策略设计..．．..．．.....．．.．...．....．．.．.．．...．．．.．.............．..．.....．.........．...．...．．....．..．...．.．.．．.．..．．..． ５
2．1系统控制目标.．....．．．．．．..．．．．..．．．.．..．...．.．...．........．...．.......．．．.....．．...．..．.......．.......．....．．.........．.....．...．...．....．．.5
2.2 控制策略设计．..........．...．....．.．..............．．.．．．.．.．.........．.．．...........．.....．..．．...．.....．．...．．.......．..．...．．........．..．．.6
2．２.１绝干量配比控制．．.．．...．....．............．....．.........．....．.．....．..．．.．...．．．.．.....．．..．...．．......．...........．....．．.... ６
2.2.２ 浓度控制......．．......．..．．.........．..．...........．.．．............．．..．．...．.......．...．.．．..．...．．...．.．..．.．....．．...．....．....．.6
２.2.3 液位及联锁控制．....．......．.......................．．.....．．........．．..．.．...．..．...．．.....．......．.．...........．........．..．. 7
第3 章系统控制程序实现..．．.．．.....．....．.............．..............．......．..．．....．.......．.．....．．...．.....．...............．...9
３.１控制算法库实现..．..．..．.．....．...．.．.．..．．...．．...．......．...．.........．........．...........．...．.....．...．．．..．.．..........．.............9
3.1.1动态链接库技术....．．..．.........．..．..........．.．．．.........．.....．.......．..．....．.．....．.．．..．.．.．....．．．..．.．．.............９
3．1.２算法库内容...．．．...．..．..................．..．......．．．.．....．．..．．．.....．...．......．...．．.....．．..．.．........．......．.．．..．...．． １0
３．2控制程序实现.......．.．．．.．．..．......．.．....．..．．....．..．................．..．．......．.....．．.............．．....．......．．.........．...．.．... ２5
3.2.1组态软件概述．......．．....．..．....．....．........．..．.．...．.....．....．.........．.．.．....．．．．....．．....．．........．.．．......．.．...２5
３.2.２算法添加...．...．.．..．.......．．....．.．．....．.......．.．.......．...．..．.......．..．..........．......．...．...．......．..．．.．．.．.．....... 27
3．2．3控制策略组态.....．．.．．．．.......．........．.......．..．.................．...．．..．...．....．．.....．.．..．．.．．.．....．.........．...... ２9
３．2.4 控制程序运行．....．..．．.．．.．．...．．....．........．..．．.．...................．．.．........．．．...．.．．．．．.．..．．...．.....．.............32
第４章结论..．.............．.．...．．.．..．．..．........．.．．..．.．..．.．．..........．...．.．．...．..．.．..．.．.．...．..．..．....．．.．.....．．.．..．．...．.．..3４
参考文献...．..．.．........．......．.．.....．..．．．.．..．............．．.．.....．............．......．..．......．．.．...．.．..．.................．.．．....．．...3５
致
谢.．........．.．.......．.............．.....．....．．.....................．．.......．.．..........．．.．.．．.．．...．..．.．.．..........．.．..．.．.．...．..3６
IIＩ
第1章绪论
第1章 绪
1.１ 课题背景
１．１.1工业过程自动化控制的发展
ﻮ论
当今社会中,自动控制技术已经在工业生产和科学发展中起着关键的作用。
现在自动化装
置已是大部分设备不可分割的重要组成部分。
一些大型生产过程如果不配置合适的自动控制系
统,是根本无法运行的。
可以说,生产过程自动化的程度已成为衡量工业企业现代化水平的一
个重要标志。
我国工业过程自动化的水平在近年来有了较大的提高，但是与国外先进水平相比还有较大
的差距。
自2０世纪５0年代计算机开始用于工业过程控制以来［１］,过程控制的发展经历了以下几个
阶段:
1．直接数字控制（ＤDC）
2．分散集中控制（DCＳ）
3．两级优化控制
４．工业过程计算机集成控制（CIPS）
计算机的应用促进了控制理论的发展。
先进控制的理论和计算机技术的发展推动了工业控
制的微机化、智能化和网络化，也推进了先进控制理论的应用。
同时,先进控制理论的成功应
用也促进了控制理论的持续和深入的开展。
因此,计算机在工业生产和理论研究中发挥的作用
是无法估量的。
同时采用计算机控制可以实现工业过程连续化、大型化和精密化的要求,可以
进行在线运算,完成一些比ＰID更灵活的控制。
1.1.2造纸行业的自动化过程
计算机应用于造纸工业始于１9６4年［2][3］。
最初的应用集中于工业控制计算机进行过程变量
或产品质量的自动控制，如浆的蒸煮温度,流浆箱液位、压力，纸抄造过程中的浆浓度与流量、
纸张定量水分控制等。
2０世纪7０年代后期，
以其优良的性能在工业控制中崭露头角，很快在造纸工业中也得到了普遍的应用而自动化系统
也逐渐由原来单一的过程控制向管理与控制一体化的综合自动化方向发展。
随着造纸生产工艺不断进步和生产设备的不断更新,
造纸生产的自动控制，过去只集中在电气传动方面。
现在的范围已经扩大到打浆控制系统、配
浆控制系统、上浆流送控制系统、纸机干燥部多段通气控制系统（热泵控制）和水分定量检测
等方面，即通常说的ＤCS过程控制系统和QCS质量检测系统,正朝着整厂集中控制的方向发
展。
１
第1章绪论
1．2 系统设计目标
本次设计的课题为造纸厂生产自动控制系统，主要完成造纸厂纸浆的配比控制。
当前在造
纸行业中,随着造纸机车速的提高和设备的更新，纸浆配浆控制方式中原来的配浆箱方式配浆
已经逐步被管道配浆方式替代。
１.2.１配浆方式
当前纸浆管道配浆有三种方式[４]，可根据生产情况、技术要求和经济情况来选取。
第一种为流量给定控制方式，此种方式用人工给定参与配浆的各浆种流量的大小，来控制
到成浆池各种浆的比率。
第二种为比率自动控制方式，主要利用成浆池液位控制的输出作为主要浆种的流量给定，
并通过比率控制器决定其它浆种的流量给定。
其具有的优点为：
能按纸机抄造情况，自动控制
瞬时配比的各种浆流量大小,可保证成浆池液位稳定。
第三种为绝干量比率自动控制方式，此种方式按参与配浆浆种的绝干纤维量来计算和控制
各种浆配比的比率。
它比流量控制更为准确，能够稳定控制各种浆的配比。
其优点是配浆效果
好,浆种的纤维配比稳定，更改、调整更为容易。
此方案不需要人工计算,只需给定各种浆绝
干的配比。
1.2.2系统概述
系统提供了废纸浆和自制纸浆两种纸浆，为了达到节省造纸成本的目的,使两种纸浆按一
定的配比注入到成浆池进行充分的混合，为后续环节提供达到一定生产要求的成浆。
系统实现首先是获得要控制的各个量的值，将其进行处理，转换成计算机能够处理的信号
形式，然后根据控制目的进行相应的控制，将控制信号输出给硬件系统使其执行相应的操作，
同时还需要监视整个系统的运行状态，有利于远程监控人员对系统进行监控。
所以系统可以分
为硬件及接口程序部分、系统控制部分和监控系统三个相对独立［5],但又联系密切的部分。
三
个部分有机结合起来构成完整的系统。
系统结构如图 1.1所示。
DＤＣRun
控制程序
接口程序
图 1.1系统结构图
2
ﻮ监控系统
硬件系统
第1章绪论
图１.１表示了系统中各部分之间的关系,各部分通过动态链接库（DLL）来连接。
硬件系
统提供系统的输入信号由接口程序传送给ＤＤCRun控制程序;
生控制信号并将控制信号由接口程序输出给硬件系统;其中的监控系统通过动态链接库来获取
系统当前各个变量的状态信号,对其进行处理后显示一些相关的画面,有利于远程监控人员及
时的了解系统的运行状况,同时还能够对系统进行一定的控制。
１.2．２.１硬件及接口程序部分
该部分主要是硬件及软件与硬件的接口部分。
能够提供模拟信号的输入输出功能,为控制
程序提供相应的变量输入，及接收控制和监控系统的控制信号，系统能够构成完整的回路。
其主要是将实际系统的模拟信号转化成计算机能够处理的数字信号，使控制程序能够根据输入
的信号产生相应的控制信号。
1．2．2.2 系统控制部分
该部分主要是完成整个系统的控制策略，实现配比的自动控制。
整个设计过程主要是依赖
计算机,
方式,绝干量配比控制方式的控制效果最好，且绝干量配比控制方式中的绝干量配比可以通过
软件来给定,因此采用绝干量配比控制方式。
在造纸工业中，纸张的绝干浆量（单位面积上纸的克重）是考察纸张质量的一个重要指标,
纸张绝干浆量一般可以认为是浓度和流量的乘积:
G=F⋅Ｃ
式中：
Ｇ——纸浆绝干浆量；
F——纸浆流量；
C——纸浆浓度。
ﻮ
（1）
就本系统而言,将系统提供的废纸浆和自制纸浆按一定的绝干量配比进行控制。
除了要进
行绝干量配比的控制,此部分还要实现浓度、流量和液位的控制及系统出现异常情况的时候能
采取适当的处理等功能。
同时还要为监控部分提供所需的数据,使监控系统能够得到系统的实
时数据及运行状态。
1.２．２.3监控系统
这部分是一个人机界面,使工作人员能够及时了解系统的工作状态,有利于系统的正常稳
定运行。
其利用从控制部分读入的相应数据，对数据进行处理,形成一些图表，使工作人员能
够较直观的了解系统当前或历史的运行情况，并对系统进行一些分析。
同时还可以对系统的一
些参数进行控制，使远程人员也可以对系统进行一定的控制，具体包括整个控制系统的主框架
图、实时显示各个量的值、流量和浓度的变化曲线、系统参数设置及密码保护等功能。
1．2.3控制程序与其他部分的接口
由图1．1知,控制系统是通过动态链接库来与监控系统和接口程序相联系的。
我们采用的组态软件提供了一些函数,其能够获得当前系统的变量的值与状态，同时还可
以对控制模块的参数进行获取和设置。
只要其他程序包含了组态软件提供的动态链接库和相应
3
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