畢業設計（論文）開題報告學生姓名： 學號：所在學院： 電氣工程及其自動化學院專業： 自動化設計（論文）題目： 生物發酵過程自動加藥限制系統設計指導老師：2023年1月17日畢業設計（論文）開題報告1.結合畢業設計（論文）課題狀況，依據所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：文獻綜述一、生物發酵自動加藥限制系統的背景在電力、石油、化工、冶金工業、環境工程、水處理、化工、印染等領域中常須要將某種液體連續自動地注入到另一種液體中成為一種混合液，或者使加入的藥劑與液體中存在的某種組分發生化學反應，以達到預期的工藝要求。生產過程中是連續的，這種投加工作必需同樣是連續的，須要一種既能配置溶液，又能定量定時投加藥劑的全自動加藥裝置設備［4］。微生物發酵工程是生化工程和現代生物技術及其產業化的基礎。發酵過程測控系統是發酵系統中重要的組成部分，干脆影響著發酵過程生產。通過測控系統對發酵過程實施有效的監測與限制，確保發酵過程生產正常運行，提高發酵的產量和質量。目前所運用的發酵過程測控系統結構尚不完善，其穩定性和限制水平普遍不高，不能很好地滿意發酵生產需求。因此,探討發酵過程測控系統的集成方法，集成智能化的發酵測控系統具有重要的實際應用價值［5］。生物發酵自動加藥限制系統的工作原理及運行特性自動加藥設備是以計量泵為主要投加設備、將溶藥箱、攪拌器、液位計、平安閥、止回閥、壓力表、過濾器、緩沖器、管路、閥門、底座、扶梯、自動監視系統、電力限制系統等按工藝流程須要組裝在一個公共平臺上，形成一個模塊，即所謂的撬裝式組合式單元（簡稱“撬體"）［7］o按須要將定量的藥劑放入攪拌溶液箱內進行攪拌溶解，溶解完畢后再通過計量泵送至投加點的工作過程，加藥量的大小可自由隨意調整，以滿意不同加藥量的場所。加藥裝置，采納的是機電一體化結構形式，從安裝上可分為固定式和移動式（推車式），每種形式的加藥裝置均配有攪拌系統、加藥系統和自動限制系統。幾個固定式撬裝可組合成一個整體,加上變頻限制系統，可實現就地限制、遠程自動限制、手動和自動相互轉換加藥。具有結構緊湊，體積小、噪音低、工作平穩、安裝簡潔、操作運用便利等優點。加藥裝置通過不同的工藝設計，精確配置各類固體和液體的化學藥品的溶液，再用計量泵精確投加，以達到各種設計要求。如除垢、除氧、混凝、力13酸、加堿等。加藥過程可手動操作，也可通過PC機、磁翻板液位計、PH計、行程限制器、變頻器等各種電器、儀表、使加藥裝置成為機電一體化產品、實現自動限制。加藥裝置的加藥量及加藥壓力，可依據工業流程的須要，選取合適的計量泵。流量從lL/h到8000L/h,壓力從O.IMPa到25MPa范圍內均可選擇到合適的產品［6］,計量泵的計量精度可高達±1%,并且可以實現多種介質同時輸送，單獨調整。除此之外，這次設計還運用到了模糊PID限制的原理：模糊PID限制器，即利用模糊邏輯算法并依據肯定的模糊規則對PID限制的比例、積分、微分系數進行實時優化,以達到較為志向的限制效果。模糊PID限制共包括參數模糊化、模糊規則推理、參數解模糊、PID限制器等幾個重要組成部分。計算機依據所設定的輸入和反饋信號，計算實際位置和理論位置的偏差e以及當前的偏差變更ec,并依據模糊規則進行模糊推理，最終對模糊參數進行解模糊，輸出PID限制器的比例、積分、微分系數。這次設計主要是測試pH值進而進行自動加藥，所以就pH自動加藥系統說一說：首先由pH傳感器檢測到中和池或化工反應釜中液體的pH值，并傳輸給工業pH計，再依據生產工藝的要求，在工業pH計上設定高、低限制點，工業pH計將輸入的pH信號和高、低設定值進行比較后輸出開關信號或比例限制信號給限制箱，由限制箱去調整限制計量泵加酸液或者堿液。本系統不須要人員操作，自動限制，從而大大提高了加藥的精度和工作效率，保障了生產工藝的穩定和人員的平安PH自動調整加藥系統首先在工業pH計上把被處理水所須要的PH值設定好，計量泵起先工作添加藥液，由工業pH計檢測水中的PH值，并在工業pH計限制表中顯示出來。工業pH計限制表自動將測量值與設定值進行比較.若測量值與設定值不同時,限制計量泵的啟停，這樣就可自動把水中的PH值限制在設定值上。在電廠的給水加藥中，原理與其類似：鍋爐水中適當添加磷酸鹽及氫氧化鈉,可提高爐水的緩沖性能并對維持爐水pH值的穩定有很大的作用,故能防止鍋爐水冷壁的結垢和腐蝕.平衡磷酸鹽處理時，磷酸鹽的加入量必需適當，這就要求計量泵必需能夠自動調整加藥量,調整信號是依據汽水取樣系統磷酸根表和pH表送來的4?20mA信號，限制計量泵的轉速.（由于磷酸根的信號比較弱，變更范圍小，不易限制,所以本限制系統采納pH表的4?20mA信號作為調整信號）。通過檢測pH值來限制爐水中磷酸鹽的加入量,pH值要求限制在之間,當其中一臺機組的pH值低于9.4時便啟動相應機組的加藥泵⑵，此時磷酸鹽加藥箱內的磷酸鹽溶液經過管道（管道上的閥門都為手動閥,正常時都是打開狀態）被泵入相應機組的除氧器出水管加藥點,爐水中加入適當的磷酸鹽及氫氧化鈉，可提高爐水的緩沖性能并對維持爐水pH值的穩定有很大的作用,故能防止鍋爐水冷壁的結垢和腐蝕。生物發酵自動加藥限制系統的組成上位監控部分：整個系統的上位監控部分可由一臺工業計算機來完成.監控工作人員可通過CRT實時監控系統的運行狀況,設定或修改系統的運行參數，同時可通過CRT遠程軟件操作限制系統運行,上位工控機進行數據處理和管理，并可與MIS系統等實現聯網［3］。在上位機上,可對限制器進行組態，組態范圍包括:限制器的網絡地址、限制器的時間、選擇限制算法、設定算法參數、設定限制量的設定點、選擇算法的輸入量及輸出量的通道等。下位限制部分：自動加藥限制系統的核心是一套限制器,可編程限制器（PLC）是近年來發展起來的并得到廣泛應用的新一代工業自動化限制裝置，它已成為解決自動限制問題的最有效工具之一，越來越受到人們的重視.限制器安裝在現場，采集相應的水質數據.由于化學加藥系統具有純滯后性質,會導致限制作用不剛好，引起系統產生超調或振蕩，而利用計算機可以便利地實現滯后補償.經過限制器的限制算法，采納經改進的數字PID限制算法,輸出限制信號（4?20mA）到現場調整設備,以調整加藥泵的出力.調整設備可以是直流電機，干脆通過調整電機電壓來變更轉速;可以是步進電機，通過變更加藥泵的行程來調整加藥泵出力;還可以是變頻器,調整加藥泵溝通電機的轉速,隨著電力電子技術的發展，溝通變頻調速限制方法得到了廣泛的應用,我們采納變頻調速進行化學加藥自動限制，由于不須要對管路進行改造,系統牢靠，得到了人們的認同，并取得了良好的效果。PLC設備選型及說明［1］：CPU模塊:以西門子的CPU224作為限制器的核心，具有豐富的指令系統,能夠進行各種困難的邏輯運算和算術運算，同時可以進行各種函數運算，如信號標度變換、信號濾波、PID運算等.在CPU模塊內部，由微處理器通過數據總線、地址總線、限制總線以及協助電路連接存儲器、接口及I/O單元,借助編程器接收鍵入的用戶程序和數據;讀取并說明執行用戶程序;按規定的時序接收輸入狀態,刷新輸出狀態，與外部設備交換信息;診斷PC的硬件狀態等［1］.（CPU自帶D/A模塊:輸出是4?20mA電流信號.一般來說，變頻器既有4?20mA信號輸入端子，也有電壓輸入端子，在這里采納4?20mA標準信號輸出以限制變頻器的頻率，以此變更加藥量。A/D模塊:EM235模擬量混合模塊（4輸入、1輸出）是高速12位模擬量模塊，能在149ms內將模擬量轉換成相應的數字量,輸入可以是電壓信號，也可以是電流信號.一般來說,pH值表都有4?20mA信號輸出，因此采納4?20mA標準信號輸入。生物發酵自動加藥限制系統的意義為了在發酵液變更過程的狀況下達到最佳效果，須要對所加化學藥劑量自動跟蹤調整限制加藥速度，因此采納先進的自動限制方式來限制全自動加藥裝置的加藥量［10］。全自動加藥裝置能自動按水處理技術要求自動精確、定量投加藥劑，這樣可以大大削減現場施工工作量,避開了中間環節的差錯，有效地保證工期和工程質量，削減用戶的麻煩和損失。隨著生物技術的快速發展，微生物發酵技術對人們生活的影響越來越大，其涉及了醫藥、食品、能源等領域。為了使發酵生產能按預期目標進行，提高發酵產量和質量,須要對發酵過程進行監督限制。目前,國內大部分試驗室或工廠的發酵過程限制還處于手工限制階段，限制效果的好壞取決于操作員的閱歷,導致發酵產物質量的不穩定，也不利于擴大生產規模。計算機技術和限制技術的發展為解決這一沖突供應了基礎,建立基于計算機技術的發酵過程測控系統，不僅能夠實現酵母發酵生產過程的自動限制，降低工人勞動強度，提高限制精度,而且能夠實時供應生產過程信息,為發酵生產調度和管理供應依據。此外,從發酵生產過程的特點，可以看動身酵過程是一個動態的、具有高度非線性和時變性的過程⑺。在發酵生產中，為了提高投入產出比，往往須要對發酵過程進行優化限制，但由于發酵過程的困難性，難于建立精確的數學模型，并且許多發酵參數不行在線檢測，致使常規限制方法很難獲得良好限制效果。隨著智能限制技術的發展，諸如專家系統、模糊限制、神經網絡等智能限制算法己經起先應用于發酵過程限制,并取得了良好的限制效果。因此,探討基于計算機的測控技術，構建牢靠、穩定的發酵過程測控系統，并應用人工智能技術實現發酵過程的優化限制具有重要的理論和實際應用價值。五、軟件介紹上位機軟件WinCC系統概述：WinCC是在生產和過程自動化中解決可視化和限制任務的工業技術中性系統。它供應了適用于工業的圖形顯示、消息、、歸檔以及報表的功能模塊.高性能的過程耦合、快速的畫面更新、以及牢靠的數據使其具有高度的適用性［1］。PLC200smart限制器：供應不同類型、I/。點數豐富的CPU模塊，單體I/O點數最高可達60點，可滿意大部分小型自動化設備的限制需求。另外，CPU模塊配備標準型和經濟型供用戶選擇，對于不同的應用需求，產品配置更加敏捷，最大限度的限制成本。配備西門子專用高速處理器芯片，基本指令執行時間可達0.15us,在同級別小型PLC中遙遙領先。一顆強有力的“芯”，能讓您在應對繁瑣的程序邏輯，困難的工藝要求時表現的鎮定自若。CPU模塊本體標配以太網接口，集成了強大的以太網通信功能。一根一般的網線即可將程序下載到PLC中，便利快捷，省去了專用編程電纜。通過以太網接口還可與其它CPU模塊、觸摸屏、計算機進行通信，輕松組網。西門子Smart觸摸屏：西門子順應市場需求推出的SIMATIC精彩系列面板(SMARTLINE),精確地供應了人機界面的標準功能，經濟適用，具備高性價比。如今，全新一代精彩系列面板的功能得到了進一步的提升，與S7-200SMARTPLC組成完備的自動化限制與人機交互平臺，為您的便捷操控供應了志向的解決方案。西門子視窗限制中心SIMATICWinCC:作為SIMATIC全集成自動化系統的重要組成都分，WinCC確保與SIMATICS5,S7和505系列的PLC連接的便利和通訊的高效;WinCC與STEP7編程軟件的緊密結合縮短了項目開發的周期。此外，WinCC還有對SIMATICPLC進行系統診斷的選項，給硬件維護供應了便利。參考文獻［1］張秀香.基于PLC的鍋爐加藥自動限制系統［北蘭州工業學院學報,2023,(2).［2］楊智，楊照華，魏列江.電廠鍋爐給水自動加藥PLC限制系統設計與實現［J］,自動化儀表,2023,(8):47-49.［3］張玉花，王康平.智能變頻技術在電站鍋爐給水加藥系統中的應用［J］.科技廣場，2023,(2):48-50.⑷楊洪波.基于PLC的發酵過程測控系統集成方法及其實現探討［D］.北京化工高校,2023.［5］張影微.基于PLC和組態軟件的厭氧發酵限制系統探討［D］.東北農業高校,2023.⑹黃儒強，尤蓉，李娘輝.發酵設備課理論性與實操性相結合的教學方法初探[J].現代食品科技,2023,(8):98-99.[7]王海芳，呂超.PLC自動加藥機在選礦廠的應用[幾大眾科技,2023,(9):110-112.⑻朱璐.MCGS組態軟件在自動加藥機系統中的設計與實現[D],湖南高校,2023.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