中药提取智能生产线研究

论文摘要

中药提取是最主要的中药生产工艺。由于中药生产的特殊性和复杂性,目前,我国传统中药提取生产还处于手工或半自动化状态,工艺参数难以精确控制,有必要利用现代计算机监控技术改造传统中药提取工艺,实现中药生产的智能化。本文紧密围绕中药提取智能生产线实现的主要问题展开研究,主要内容包括:第一,在分析中药提取生产线工艺特点及控制要求的基础上,构建了智能生产线控制系统框架。系统分为集中管理级和现场控制级,分别基于IPC和PLC系统构成上下位机结构。现场控制级由多个控制单元组成,分别完成生产线中多个单元操作的独立控制;各控制单元可通过现场总线互联或与上位机连接,实现整个生产线的控制。第二,以智能提取单元为例,给出了系统设计、实现过程。系统以S7-200 PLC构建下位控制器,基于MCGS实现上位机组态,可实现流程动态模拟、配方管理、数据归档、报警记录等智能化功能。为便于现场交互操作,引入HMI技术优化操作单元,基于WinCC组态平台,开发了操作单元触屏交互系统。第三,针对中药提取罐等夹套设备罐内温度控制通道长、时滞性大的特点,以串级控制为基本架构,将传统PID和模糊控制相结合,探讨一种能够实现参数在线自调整的温度控制优化方案,并以“剌五加”工艺提取罐为例进行了Simulink仿真。结果表明,与传统PID控制方案相比,该方案能更加迅速地逼近设定温度值,有效缩短调整时间,系统稳定,无超调量,动态性能和稳态性能都更加优越。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.2 课题目的及意义
• 1.3 文献综述
• 1.3.1 集散控制与现场总线控制技术
• 1.3.2 PLC 简介
• 1.3.3 工控组态软件技术
• 1.3.4 先进控制算法及其应用
• 1.4 论文框架及主要研究内容
• 第2章 中药提取智能生产线总体设计
• 2.1 生产工艺概述
• 2.2 系统体系结构
• 2.2.1 网络系统
• 2.2.2 上位机及组态环境
• 2.2.3 下位机PLC 系统
• 2.3 系统通信实现
• 2.3.1 PROFIBUS-DP 协议
• 2.3.2 总线存取协议
• 2.3.3 RS-485 传输
• 2.3.4 自由端口通信
• 2.3.5 MCGS 通信实现方式
• 2.3.6 HMI 设备通信实现方式
• 第3章 智能提取单元实现
• 3.1 智能提取单元生产工艺概述
• 3.1.1 智能提取单元工艺流程及原理
• 3.1.2 智能提取单元设计要求
• 3.2 智能提取单元总体结构
• 3.3 系统主要配置及选型
• 3.3.1 IPC 选型
• 3.3.2 PLC 配置及选型
• 3.4 基于STEP7 的下位机系统实现
• 3.4.1 STEP7-MICRO/WIN 简介
• 3.4.2 常压水提取工艺分析
• 3.4.3 PLC 程序设计
• 3.5 基于MCGS 的上位机组态
• 3.5.1 MCGS 简介
• 3.5.2 组建MCGS 工程的一般过程
• 3.5.3 智能提取单元组态工程设计
• 3.6 基于WINCC FLEXIBLE 的触屏系统开发
• 3.6.1 西门子HMI 触摸屏简介
• 3.6.2 WinCC flexible 开发的一般步骤
• 3.6.3 智能提取单元HMI 组态开发
• 第4章 夹套传热设备温度控制优化研究
• 4.1 引言
• 4.2 系统总体方案
• 4.2.1 优化控制方案
• 4.2.2 对象特性分析
• 4.3 控制器设计实现
• 4.3.1 模糊控制器设计
• 4.3.2 P-I 复合控制器设计
• 4.4 控制系统仿真
• 4.4.1 建立对象数学模型和控制框图
• 4.4.2 仿真效果对比
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间已发表的论文