1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　精餾操作是煉油、化工生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。精餾塔的控制直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和能量的消耗，因此精餾塔的自動(dòng)控制長(zhǎng)期以來(lái)一直受到人們的高度重視。</p><p>　　精餾塔是一個(gè)多輸入和多輸出的對(duì)象，它由很多級(jí)塔板組成，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，對(duì)控制作用響應(yīng)緩慢，參數(shù)間互相關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，而控制要求又大

2、多較高，這就更需要進(jìn)行自動(dòng)控制方案的設(shè)計(jì)和研究。與此同時(shí)，組態(tài)軟件與多種自動(dòng)化設(shè)備及控制軟件的集成使用，大大提高了工業(yè)生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率，已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化不可或缺的一部分。</p><p>　　本文在雙組分精餾塔自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)精餾塔具體特點(diǎn)分析了工藝原理，并確定了系統(tǒng)被控變量和操縱變量，設(shè)計(jì)出能量平衡控制方案。依據(jù)自動(dòng)化設(shè)備及控制軟件集成使用的理念，使用西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的WinCC組態(tài)軟件組態(tài)出精餾塔

3、的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),其中繪制出工藝流程圖，組態(tài)啟動(dòng)畫(huà)面、過(guò)程監(jiān)控畫(huà)面、過(guò)程值歸檔顯示畫(huà)面、報(bào)警畫(huà)面、以及報(bào)表系統(tǒng)，設(shè)置并分配管理員權(quán)限。</p><p>　　關(guān)鍵詞：精餾塔、自動(dòng)控制系統(tǒng)、WinCC組態(tài)軟件</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The handle of rectify is a very i

4、mportant link in refine oil and chemical industry procedure of production field.The control of rectifying tower affects product quality,output and the consumption of energy directly,therefore, the control of rectifying t

5、ower is attached great importance by people for a long time. </p><p>　　Rectifying tower is a more input and output object,composed of many tower boards ,and inherent mechanism is complicated,it respond to sl

6、owly to control action,and its mutual correlation of parameter room is grave,but control a requset mostly more comparatively highly,right away more,this needs to carry out autocontrol scheme design and studise. Meanwhile

7、, the use of configuration software integration with the various automation equipment and under the control of software has improved commercial </p><p>　　In the process of designing autocontrol system of com

8、ponents rectifying tower by the main body of this book，According to the rectifying tower, the concrete characteristic has analysed handicraft principle, ascertained the controlled variable of system and controlled a vari

9、able，designed a energy balance controls scheme. Idea that the software integration judging by automation equipment and controlling uses, use the development WinCC of Siemens configuration software configured to produce t

10、he rect</p><p>　　Keywords：Rectifying tower, Autocontrol system, WinCC configuration software</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章緒論1</b></p><p>

11、;　　1.1背景和意義1</p><p>　　1.2 精餾設(shè)計(jì)概要1</p><p>　　第2章 精餾塔工藝及其流程3</p><p>　　2.1精餾塔的控制目標(biāo)3</p><p>　　2.1.1質(zhì)量指標(biāo)3</p><p>　　2.1.2產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗4</p><p>　　2

12、.2精餾塔的靜態(tài)特性4</p><p>　　2.2.1全塔物料平衡4</p><p>　　2.2.2能量平衡4</p><p>　　2.2.3內(nèi)部物料平衡5</p><p>　　2.3動(dòng)態(tài)影響分析5</p><p>　　2.3.1上升蒸汽和回流的影響6</p><p>　　2.3.2

13、組分滯后的影響6</p><p>　　2.3.3回流罐蓄液量和塔釜蓄液量引起的滯后影響6</p><p>　　第3章 雙組分精餾過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)8</p><p>　　3.1精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選取8</p><p>　　3.1.1 精餾塔的溫度控制8</p><p>　　3.1.2 塔壓p的控制9</p&g

14、t;<p>　　3.2 精餾段控制一端產(chǎn)品質(zhì)量方案10</p><p>　　3.2.1 精餾段能量平衡控制方案11</p><p>　　3.2.2 精餾段物料平衡控制方案12</p><p>　　第4章 Wincc組態(tài)軟件的應(yīng)用13</p><p>　　4.1 西門(mén)子WinCC組態(tài)軟件簡(jiǎn)介13</p>&

15、lt;p>　　4.2 運(yùn)行環(huán)境以及安裝要求13</p><p>　　4.3 組態(tài)軟件總體結(jié)構(gòu)13</p><p>　　4.4 組態(tài)一個(gè)工程14</p><p>　　4.5 組態(tài)變量15</p><p>　　4.6 創(chuàng)建系統(tǒng)啟動(dòng)畫(huà)面16</p><p>　　4.7 創(chuàng)建主畫(huà)面16</p>

16、<p>　　4.8 創(chuàng)建過(guò)程畫(huà)面以及工藝流程畫(huà)面16</p><p>　　4.9過(guò)程值歸檔18</p><p>　　4.9.1 組態(tài)過(guò)程值歸檔18</p><p>　　4.9.2 輸出過(guò)程值歸18</p><p>　　4.10 組態(tài)報(bào)警畫(huà)面19</p><p>　　4.10.1 組態(tài)模擬量報(bào)警19

17、</p><p>　　4.10.2 組態(tài)報(bào)警顯示20</p><p>　　4.11 報(bào)表設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.12 用戶權(quán)限設(shè)置23</p><p>　　4.13 WinCC與PLC的通訊24</p><p><b>　　結(jié)論25</b></p><p&g

18、t;<b>　　參考文獻(xiàn)26</b></p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　1.1背景和意義</b></p><p>　　自19世紀(jì)世界工業(yè)革命以后，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程隨著

19、生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過(guò)程的強(qiáng)化，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格要求，以及各公司之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)，人工操作與控制已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的要求。工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)已成為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程必不可少的設(shè)備，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，規(guī)模由小到大。至今，已有各種各樣的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，生產(chǎn)出多種多樣的產(chǎn)品滿足人們的生活需要。作為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程一部分的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)也在不斷發(fā)展和提高。因?yàn)椋潜ＷC現(xiàn)代企業(yè)安全、優(yōu)化、低消耗和高效益生產(chǎn)的主要技術(shù)手段。</p>

20、<p>　　監(jiān)控組態(tài)軟件不僅有監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能，而且有組態(tài)、開(kāi)發(fā)和開(kāi)放功能。監(jiān)控組態(tài)軟件是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、DCS和PLC等工業(yè)控制技術(shù)的突飛猛進(jìn)而發(fā)展起來(lái)的。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及和開(kāi)放系統(tǒng)的推廣，基于PC的監(jiān)控組態(tài)軟件在工業(yè)控制領(lǐng)域不斷發(fā)展壯大。監(jiān)控軟件廣泛應(yīng)用與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、樓宇和辦公等領(lǐng)域的自動(dòng)化系統(tǒng)。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化產(chǎn)品呈現(xiàn)出小型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化、開(kāi)

21、放式和低成本的發(fā)展趨勢(shì)，并逐漸形成了各種標(biāo)準(zhǔn)的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。監(jiān)控組態(tài)軟件已經(jīng)成為其中的橋梁和紐帶，是自動(dòng)化系統(tǒng)集成中不可缺少的關(guān)鍵組成部分。</p><p>　　1.2 精餾設(shè)計(jì)概要</p><p>　　本文對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用的氣液傳質(zhì)設(shè)備---精餾塔，進(jìn)行自動(dòng)控制方案的設(shè)計(jì)，并且使用組態(tài)軟件組態(tài)其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。具體工作內(nèi)容如下：</p><p>　

22、?、鸥鶕?jù)精餾塔類(lèi)型和進(jìn)料構(gòu)成，確定精餾塔的質(zhì)量指標(biāo)。</p><p>　　⑵找出系統(tǒng)的被控變量以及相對(duì)應(yīng)的可操作手段，系統(tǒng)擾動(dòng)主要來(lái)源。最后總結(jié)出精餾塔的基本控制問(wèn)題圖表。</p><p>　　⑶根據(jù)圖表的輸入輸出多變量復(fù)雜關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，最后確定一種控制方案。</p><p>　?、葘W(xué)習(xí)西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)的WinCC V6.0軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)組態(tài)。</p>

23、<p>　?、山M態(tài)變量：首先創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，并且根據(jù)精餾塔現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的有效參數(shù)，利用變量管理器，在WinCC V6.0中組態(tài)相應(yīng)的變量。</p><p>　?、蕜?chuàng)建主畫(huà)面：為了有更好的人機(jī)交互界面，命名為main.pdl的畫(huà)面是整個(gè)項(xiàng)目控制的主畫(huà)面，起到導(dǎo)航的作用。</p><p>　　⑺創(chuàng)建過(guò)程監(jiān)控畫(huà)面以及工藝流程圖畫(huà)面：模擬現(xiàn)場(chǎng)狀況，使用軟件自帶的圖庫(kù)和控件為系統(tǒng)組態(tài)過(guò)程畫(huà)面。

24、其中包括各種設(shè)備、PLC、I/O變量顯示窗口、時(shí)間狀態(tài)、標(biāo)題名稱等。</p><p>　?、踢^(guò)程值歸檔：過(guò)程歸檔的目的是采集、處理和歸檔工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程數(shù)據(jù)。以這種方法獲得的過(guò)程數(shù)據(jù)可用于獲取與設(shè)備的操作狀態(tài)有關(guān)的管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　?、蛨?bào)警畫(huà)面：工業(yè)生產(chǎn)把安全問(wèn)題列在首位。系統(tǒng)中的報(bào)警可以通知操作員在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的故障和錯(cuò)誤消息，并且記錄存檔，操作員可根據(jù)報(bào)警記錄填寫(xiě)報(bào)警

25、日志，更方便的進(jìn)行管理。因此建立alrams.pdl畫(huà)面。</p><p>　?、螆?bào)表系統(tǒng)：作為工業(yè)生產(chǎn)的一部分，記錄和打印輸出變量記錄數(shù)據(jù)不可缺少。這里列出了所有報(bào)表的名字可供操作員使用，并組態(tài)報(bào)表的布局。</p><p>　?、瞎芾頇?quán)限問(wèn)題：在控制計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上，工程師、操作員應(yīng)該有相應(yīng)的不同權(quán)限級(jí)別，因此，控制權(quán)限有管理員編輯器來(lái)完成。本文建立了兩個(gè)權(quán)限不同的用戶，進(jìn)入系統(tǒng)要求輸入

26、帳號(hào)和密碼，以此控制操作權(quán)限。</p><p>　　第2章 精餾塔工藝及其流程</p><p>　　2.1精餾塔的控制目標(biāo)</p><p>　　精餾就是將一定濃度的溶液送入精餾裝置，使其反復(fù)地進(jìn)行部分汽化和部分冷凝，從而得到預(yù)期的塔頂與塔底產(chǎn)品的操作[1]。完成這一操作過(guò)程的相應(yīng)設(shè)備除精餾塔外，還有再沸器、回流罐、和回流泵等輔助設(shè)備。目前，工業(yè)上一般所采用的連續(xù)

27、精餾裝置的流程入圖2·1所示。</p><p>　　為了對(duì)精餾塔實(shí)施有效的自動(dòng)控制，必須首先了解精餾塔的控制目標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，精餾塔的控制目標(biāo)，應(yīng)該在滿足產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，使總的收益最大或總的成本最小。因此，精餾塔的控制要求，應(yīng)該從質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗三方面進(jìn)行綜合考慮。</p><p><b>　　2.1.1質(zhì)量指標(biāo)</b></p>

28、<p>　　精餾操作的目的是將混合液中各組分分離為產(chǎn)品，因此產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)必須符合規(guī)定的要求。也就是說(shuō)，塔頂或者塔底產(chǎn)品之一應(yīng)該保證達(dá)到規(guī)定的純度，而另一產(chǎn)品也應(yīng)保證在規(guī)定的范圍內(nèi)[2]。</p><p>　　在本文涉及到的二元組分，即雙組分精餾中，進(jìn)料組成只有兩種成分，因此情況較簡(jiǎn)單，質(zhì)量指標(biāo)就是使塔頂產(chǎn)品中輕組分純度符合技術(shù)要求或塔底產(chǎn)品中重組分純度符合技術(shù)要求。即使是多元精餾中，也使其簡(jiǎn)化成為對(duì)

29、二元關(guān)鍵組分的分離，這就大大簡(jiǎn)化了精餾操作。</p><p>　　在精餾操作中，產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該控制剛剛好能滿足規(guī)格上的要求，即處于“卡邊”生產(chǎn)。超過(guò)規(guī)格的產(chǎn)品是一種浪費(fèi)，因?yàn)樗氖蹆r(jià)不會(huì)更高，只會(huì)增大能耗、降低產(chǎn)量而已。</p><p>　　2.1.2產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗</p><p>　　精餾塔的其他兩個(gè)重要控制目標(biāo)是產(chǎn)品的產(chǎn)量和能量消耗。精餾塔的任務(wù)，不僅要保證產(chǎn)

30、品質(zhì)量，還要有一定的產(chǎn)量。另外，分離混合液也需要消耗一定的能量，這主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗。此外，塔的附屬設(shè)備及管線也要散失一部分熱量和冷量。從定性的分析可知，要使分離所得的產(chǎn)品純度越高，產(chǎn)品產(chǎn)量越大，則所消耗的能量越多。</p><p>　　以上討論說(shuō)明，在精餾操作中主要產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，剛好達(dá)到質(zhì)量規(guī)格的情況是期望的，低于要求的純度將使產(chǎn)品不合格，而超過(guò)純度要求會(huì)降低產(chǎn)量。然而，在一定的純度要求

31、下，提高產(chǎn)品的回收率，必然要增加能量消耗?？墒菃挝划a(chǎn)量的能耗最低并不等于單位產(chǎn)量的成本，因?yàn)闆Q定成本的不僅是能耗，還有原料成本。由此可見(jiàn)，在精餾操作中，質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品回收率和能量消耗均是要控制的目標(biāo)。其中質(zhì)量指標(biāo)是必要條件，在質(zhì)量指標(biāo)一定的前提下，在控制過(guò)程中應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同時(shí)能量消耗盡可能低一些。至于在質(zhì)量指標(biāo)一定的前提下，使單位產(chǎn)品產(chǎn)量的能量消耗最低或使單位產(chǎn)品的成本最低以及使綜合經(jīng)濟(jì)效益最大等，均是屬于不同目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)

32、控制問(wèn)題[3]。</p><p>　　2.2精餾塔的靜態(tài)特性</p><p>　　所謂靜態(tài)特性就是以物料平衡和能量平衡為基礎(chǔ)來(lái)確定穩(wěn)態(tài)下精餾塔各參數(shù)之間的定量關(guān)系。</p><p>　　2.2.1全塔物料平衡</p><p>　　穩(wěn)態(tài)時(shí)，進(jìn)塔的物料必須等于出塔的物料，所以總的物料平衡關(guān)系為：</p><p>　　F=D

33、+B (2·1)</p><p>　　輕組分的物料平衡關(guān)系為</p><p>　　FXF=DXD+BXB (2·2) </p><p>　　式中，F(xiàn)，D，B分別為進(jìn)料量、塔頂采出量和塔底采出量，xF,xD,xB分

34、別為進(jìn)料、塔頂采出物和塔底采出物中輕組分的濃度。</p><p><b>　　2.2.2能量平衡</b></p><p>　　在穩(wěn)態(tài)時(shí)，通過(guò)傳熱和進(jìn)料帶入精餾塔的所有能量必然與通過(guò)傳熱和產(chǎn)品帶出的離開(kāi)塔的能量平衡。這種平衡可以用數(shù)字形式表示成</p><p>　　QH+FHF=QC+DHD+BHB

35、 (2·3)</p><p>　　式中，QH為再沸器加熱量；Qc為冷凝器冷卻量；HF,HD和HB分別為進(jìn)料、塔頂和塔底產(chǎn)品的熱焓。在式(2·3) 中，假定熱損失可以忽略不計(jì)。</p><p>　　2.2.3內(nèi)部物料平衡</p><p>　　為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，以二元精餾塔及塔頂和塔底產(chǎn)品均是液相為例，在恒分子流假設(shè)的前提下

36、，分析塔內(nèi)各項(xiàng)物料平衡關(guān)系。對(duì)于普通的二元精餾塔，假定：</p><p>　?、旁诰s段內(nèi)，通過(guò)各層塔板的上升蒸汽流量Vr均相等；</p><p>　　⑵在提餾段內(nèi)，通過(guò)各層塔板的上升蒸汽流量Vs均相等;Vs=V(V為再沸器)；</p><p>　　⑶在精餾段內(nèi)，通過(guò)各層塔板的上升蒸汽流量Lr均相等;Lr稱為內(nèi)回流，當(dāng)回流溫度等于塔頂溫度時(shí)，內(nèi)回流Lr等于外回流Lr

37、；</p><p>　?、仍谔狃s段內(nèi)，通過(guò)各層塔板的上升蒸汽流量Lr均相等;</p><p>　　⑸回流罐和塔底液位不變；</p><p><b>　?、仕阂脖３植蛔儯?lt;/b></p><p>　　由以上條件可以分析，影響精餾塔過(guò)程的主要因素可概括如下：</p><p>　　⑴進(jìn)料量⑵進(jìn)料濃度⑶

38、進(jìn)料溫度和進(jìn)料狀態(tài)⑷再沸器的加熱量⑸冷凝器的冷卻量⑹回流量⑺塔頂采出量⑻塔底采出量⑼塔壓的影響</p><p>　　上述各種擾動(dòng)中，有些是可控制的，有些是不可控制的。一般情況下，進(jìn)料是不可控制的，例如分離裂解氣的乙烯塔，它的進(jìn)料煉受前一工序的影響。有些情況下進(jìn)料量也可以控制，例如，煉油廠中初餾塔的原油流量可以驚醒定值控制。</p><p>　　進(jìn)料濃度的變動(dòng)是無(wú)法控制的，它由上一工序所決定

39、，但一般說(shuō)來(lái)變化是緩慢的。</p><p>　　進(jìn)料溫度和狀態(tài)的變化，對(duì)塔的操作影響較大。為了維持塔操作的能量平衡和穩(wěn)定運(yùn)行，在單相進(jìn)料時(shí)，可以采用進(jìn)料溫度控制，以便克服這種擾動(dòng)。在兩相進(jìn)料時(shí)，則可設(shè)法控制熱焓恒定以克服擾動(dòng)。對(duì)于冷凝器的冷卻量和再沸器的加熱量，一般都用定值控制系統(tǒng)來(lái)加以穩(wěn)定。</p><p>　　總之，從前面對(duì)塔的靜態(tài)特性和內(nèi)部平衡關(guān)系的分析，不難看到，為了克服塔的主要擾

40、動(dòng)，可采用以下控制手段：</p><p>　　①塔頂采出量②塔底采出量③回流罐排氣量④回流量⑤再沸器的加熱量⑥冷凝器的冷卻量</p><p>　　前三個(gè)量是通過(guò)影響全塔的物料平衡與塔的內(nèi)部平衡，從而起到控制作用；后三個(gè)量直接改變塔的能量平衡關(guān)系和改變塔內(nèi)氣液比，從而起到控制產(chǎn)品質(zhì)量的作用。</p><p><b>　　2.3動(dòng)態(tài)影響分析</b>

41、</p><p>　　在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，上述參數(shù)對(duì)塔操作的影響是有快有慢各不相同的，因此在設(shè)計(jì)控制方案時(shí)，必須考慮動(dòng)態(tài)影響，才能使控制系統(tǒng)即使克服各參數(shù)對(duì)塔操作的影響。由于精餾塔是一個(gè)多變量、時(shí)變和非線性的對(duì)象，各變量之間又存在相互關(guān)聯(lián)，因此定量分析動(dòng)態(tài)影響，建立其數(shù)學(xué)模型已經(jīng)成為一項(xiàng)相當(dāng)復(fù)雜的課題，本文不討論。僅從下面幾個(gè)角度分析塔的動(dòng)態(tài)影響[4]。</p><p>　　2.3.1上升蒸汽和

42、回流的影響</p><p>　　在精餾塔內(nèi)，上升蒸汽流量變化的影響應(yīng)是相當(dāng)快的。由于上升蒸汽只需克服塔板上極薄覆蓋的液相阻力，而塔內(nèi)汽相蓄存量的變化在塔壓控制一定時(shí)可忽略不計(jì)，因此上升蒸汽量的變化幾秒鐘內(nèi)就可影響到塔頂。</p><p>　　然而，從塔板下流的液相卻有相當(dāng)大的滯后。這是因?yàn)榛亓髁吭黾訒r(shí)，首先要使積存在塔板上的液相蓄存量增加，然后在著增加的液體靜壓頭的作用下，在次使離開(kāi)塔板的

43、液相速度增加，因此對(duì)回流鄉(xiāng)變化的影響存在滯后。</p><p>　　由此可見(jiàn)，除頂部塔板外，要使塔的任何一點(diǎn)的汽液比發(fā)生變化，用再沸器的加熱量作為控制手段比用回流量的響應(yīng)要快。</p><p>　　2.3.2組分滯后的影響</p><p>　　無(wú)論是改變?cè)俜衅骷訜崃恳鹕仙羝兓€是由于回流的變化，均通過(guò)對(duì)每塊塔板上組分之間的平衡施加影響，最終才引起頂部產(chǎn)品或底部

44、產(chǎn)品組分濃度的變化。由于組分要達(dá)到靜態(tài)平衡需要較長(zhǎng)時(shí)間，因此盡管上升蒸汽汽量變化可以很快影響到塔頂組分濃度，但要使塔頂組分濃度變化并達(dá)到一個(gè)新的平衡仍需花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間。回流變化情況也是類(lèi)似的，只是花費(fèi)的時(shí)間更多。這就是說(shuō)，塔板上的組分平衡要等到影響組分的液相或汽相流量穩(wěn)定相當(dāng)時(shí)間后才能建立。</p><p>　　組分滯后隨著塔板上液相蓄存量的增加而增加，因而隨塔板數(shù)的增加而增加，也隨這回流比的增加而增加，以為回流

45、比的增加，意味這塔板上蓄液量的增加。由于再沸器加熱量的增加引起上升蒸汽良增加，將會(huì)改善汽、液接觸，從而使組分滯后減少。</p><p>　　2.3.3回流罐蓄液量和塔釜蓄液量引起的滯后影響</p><p>　　回流量L總是等于塔頂汽相流量Vr和塔頂采出量D之差。因此，恒定Vr時(shí)，控制D實(shí)質(zhì)上就是改變了回流量L。</p><p>　　然而，回流罐有一定的蓄液量，從D的

46、變化到L的變化會(huì)產(chǎn)生滯后。液位變化引起蓄液量變化，也會(huì)嚴(yán)重影響L和D之間的關(guān)系。為此要使Vr，L和D的關(guān)系式成立，回流罐液位必須嚴(yán)格保持一定，這樣在采用改變D來(lái)控制塔頂產(chǎn)品質(zhì)量的方案中，才能在Vr不變時(shí)使回流量L即使跟蹤采出量D變化，否則將引起滯后，影響控制品質(zhì)。</p><p>　　塔釜也有與回流罐類(lèi)似的蓄液量引起的滯后影響，塔釜液位變化引起蓄液量變化，從而引起V和B的變化。要使Ls,V和B見(jiàn)的關(guān)系式(塔底和再

47、沸器的物料平衡關(guān)系為)B=Ls-V成立，塔釜液位必須嚴(yán)格保持一定。這樣在采用改變B來(lái)控制塔底產(chǎn)品質(zhì)量的方案中，才能在Ls不變時(shí)使再沸器加熱量所引起的上升蒸汽量，V及時(shí)跟蹤塔底采出量B的變化，否則將引起滯后，影響控制品質(zhì)[5]。</p><p>　　因此，本文在設(shè)計(jì)精餾塔控制方案時(shí)，已考慮上述因素。</p><p>　　第3章 雙組分精餾過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)</p><p>

48、　　3.1精餾塔質(zhì)量指標(biāo)的選取</p><p>　　精餾塔最直接的質(zhì)量指標(biāo)是產(chǎn)品純度。過(guò)去由于檢測(cè)上的困難，難以直接按產(chǎn)品純度進(jìn)行控制?，F(xiàn)在隨著分析儀表的發(fā)展，特別是工業(yè)色譜儀的在線應(yīng)用，已逐漸出現(xiàn)直接按產(chǎn)品純度來(lái)控制的方案。然而，這總方案目前仍受到兩方面條件的制約，一是測(cè)量過(guò)程滯后很大，反應(yīng)緩慢，而是分析儀表的可能性較差，因此，他們的應(yīng)用仍然是很有限的[6]。</p><p>　　3.1

49、.1 精餾塔的溫度控制</p><p>　　最常用的間接質(zhì)量指標(biāo)是溫度。因?yàn)閷?duì)于一個(gè)二元組分精餾塔來(lái)說(shuō)，在一定壓力下，溫度與產(chǎn)品純度間存在著單值的函數(shù)關(guān)系。因此，如果壓力恒定，則塔板溫度就間接反應(yīng)了濃度。</p><p>　　采用溫度作為被控的質(zhì)量指標(biāo)時(shí)，選擇塔內(nèi)哪一點(diǎn)的溫度或幾點(diǎn)溫度作為質(zhì)量指標(biāo)，這是頗為關(guān)鍵的事，本文介紹如下兩種方案。</p><p><b

50、>　?、凫`敏板的溫度控制</b></p><p>　　一般認(rèn)為塔頂或塔底的溫度似乎最能代表塔頂或塔底的產(chǎn)品質(zhì)量。其實(shí)，當(dāng)分離的產(chǎn)品較純時(shí)，在鄰近塔頂或塔底的各板之間，溫度差已經(jīng)很小，這時(shí)，塔頂或塔底溫度變化0.5℃，可能已超出產(chǎn)品質(zhì)量的允許范圍。因而，對(duì)溫度檢測(cè)儀表的靈敏度和控制精度都提出了很高的要求，但實(shí)際上卻很難滿足。解決這一問(wèn)題的方法是在塔頂或塔底與進(jìn)料板之間選擇靈敏板的溫度作為間接質(zhì)量指

51、標(biāo)。</p><p>　　當(dāng)塔的操作經(jīng)受擾動(dòng)或承受控制作用時(shí)，塔內(nèi)各板的濃度都將發(fā)生變化，各塔板的溫度也將同時(shí)變化，但變化程度各不相同，當(dāng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)后，溫度變化最大的那塊塔板即稱為靈敏板。</p><p>　　靈敏板的位置可以通過(guò)逐板計(jì)算或靜態(tài)模型仿真計(jì)算，依據(jù)不同操作共況下各塔板溫度分布曲線比較得出。但是，塔板效率不易估準(zhǔn)，所以最后還須根據(jù)實(shí)際情況，予以確定。</p>&

52、lt;p><b>　?、跍夭羁刂?lt;/b></p><p>　　在精密精餾時(shí)，產(chǎn)品純度要求很高，而且塔頂、塔底產(chǎn)品的沸點(diǎn)差又不大時(shí)；可采用溫差控制。</p><p>　　采用溫差作為衡量質(zhì)量指標(biāo)的參數(shù)，是為了消除壓力波動(dòng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。因?yàn)?，在精流塔控制系統(tǒng)中雖設(shè)置了壓力定值控制，但壓力也總是會(huì)有些微小波動(dòng)而引起濃度變化，這對(duì)一般產(chǎn)品純度要求不太高的精流塔是可以

53、忽略不計(jì)的。但如果是精密精餾，產(chǎn)品純度要求很高，微小壓力波動(dòng)足以影響質(zhì)量，就不能再忽略了。也就是說(shuō)，精密精餾事若用溫度作質(zhì)量指標(biāo)就不能很好地代表產(chǎn)品的質(zhì)量，溫度的變化可能是產(chǎn)品純度和壓力都變化的結(jié)果，為此應(yīng)該考慮補(bǔ)償或消除壓力微小波動(dòng)的影響[5]。</p><p>　　3.1.2 塔壓p的控制</p><p>　　與其他變量相比，塔壓對(duì)外部擾動(dòng)與操縱變量的影響最為迅速。因此為維持塔壓的恒定

54、，同樣要求所選擇的操縱變量對(duì)塔壓控制靈敏[7]。在所有的操縱變量中，只有再沸器加熱量QH、冷凝器冷卻量QC與回流罐排氣量DG對(duì)芽壓p控制迅速，控制作用強(qiáng)。其中QH除了影響塔壓之外還將影響其他被控變量，因而，不宜做為塔壓p的操縱變量；而排氣量DG對(duì)于塔壓的影響最為迅速，而對(duì)其他被控變量的影響可忽略不計(jì)，因而是塔壓最適宜的操縱變量。只有當(dāng)排氣量DG不可控制或過(guò)小時(shí)，才考慮選用冷凝器冷卻量QC作為操縱變量。常用的塔壓控制方案如圖3·

55、1所示。</p><p><b>　　外部擾動(dòng)</b></p><p>　　操縱變量/控制變量 被控變量</p><p>　　塔頂采出量D 塔頂靈敏度TR</p><p>　　回流量 回流罐液

56、位LD</p><p>　　塔底采出量B 塔底靈敏度TS</p><p>　　再沸器加熱量QH 塔底液位LB</p><p>　　冷凝器冷卻量QC </p><p&

57、gt;<b>　　塔頂壓力p</b></p><p><b>　　塔頂采出量DG</b></p><p>　　圖3·1 精餾塔的基本控制方案</p><p>　　對(duì)于圖3·2(a)的塔壓控制系統(tǒng)，有時(shí)將取壓點(diǎn)放置在回流罐汽相段。由于塔壓p與回流罐汽相壓力pL僅相差一段汽相管線阻力壓差，當(dāng)管線壓差與塔壓p

58、相比可忽略不計(jì)時(shí)，回流罐汽相壓力的平穩(wěn)必然使塔壓同樣平穩(wěn)。而對(duì)于圖3·2(b)所示的塔壓控制系統(tǒng)，當(dāng)冷卻劑為液相時(shí)，可通過(guò)控制冷卻劑流量達(dá)到塔壓的目標(biāo)；當(dāng)冷凝器為空冷設(shè)備時(shí)，可通過(guò)變頻調(diào)速機(jī)構(gòu)控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以達(dá)到塔壓控制的目的。</p><p>　　將塔壓控制問(wèn)題分離后，精餾塔的基本控制問(wèn)題可進(jìn)一步描述成圖3·3所示的簡(jiǎn)化控制問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)選擇塔壓p的控制系統(tǒng)。</p><

59、p>　　圖3·2 精餾塔的壓力控制系統(tǒng)</p><p>　　D TR</p><p>　　L LD</p><p>　　B TS</p><p>　　QH

60、 BL</p><p>　　圖3·3 精餾塔簡(jiǎn)化控制問(wèn)題</p><p>　　3.2 精餾段控制一端產(chǎn)品質(zhì)量方案</p><p>　　精流塔的控制目標(biāo)是使塔頂和塔底的產(chǎn)品滿足規(guī)定的質(zhì)量要求。本文討論塔頂和塔底產(chǎn)品均為液相時(shí)的雙組分精餾基本控制問(wèn)題。</p><p>　　對(duì)于雙組分精餾塔必然產(chǎn)生兩個(gè)液相產(chǎn)品，對(duì)

61、于這種精餾塔，可采用嚴(yán)格控制一端產(chǎn)品，而讓另一端產(chǎn)品質(zhì)量浮動(dòng)(即不加以控制)的辦法。當(dāng)擾動(dòng)不很大時(shí)，若固定塔頂產(chǎn)品的純度xD，塔底產(chǎn)品一純度xB的變動(dòng)也不會(huì)太大；反之也然。未加以嚴(yán)格控制一端的產(chǎn)品質(zhì)量變化范圍可用靜態(tài)特性關(guān)系來(lái)加以評(píng)估。</p><p>　　假設(shè)本文涉及到的雙組分精餾塔的塔頂采出液為主要產(chǎn)品。此種情況往往按精餾段指標(biāo)進(jìn)行控制。這時(shí)，可取精餾段某靈敏板溫度作為被控變量，而以回流量L、塔頂采出量D或再

62、沸器上升蒸汽量V作為操縱變量?？梢越M成單回路控制方式，也可以組成溫度-流量串級(jí)控制方式。串級(jí)控制方式雖較復(fù)雜，但可迅速有效地克服進(jìn)入副環(huán)的擾動(dòng)，并可降低對(duì)控制閥特性的要求，在需作精密控制時(shí)采用。</p><p>　　采用這種控制方案時(shí)，在L，D，V(或QH)和B四者之中，選擇一個(gè)作為控制產(chǎn)品質(zhì)量的手段，選擇另一個(gè)保持流量恒定，其余兩個(gè)變量則按回流罐和塔底的物料平衡關(guān)系由液位控制器加以控制。對(duì)應(yīng)的控制問(wèn)題如圖2&#

63、183;5所示。并可將上述問(wèn)題分解成塔頂、塔底兩個(gè)子系統(tǒng)，有此考慮的控制方案3種，如表3·1 精餾段指標(biāo)控制方案。</p><p><b>　　W</b></p><p>　　D TR</p><p>　　L LD</p><p>　

64、　B </p><p>　　QH LB</p><p>　　圖3·4 精餾段指標(biāo)控制問(wèn)題</p><p>　　表3·1 精餾段指標(biāo)控制方案</p><p>　　由全塔物料平衡關(guān)系可知，D+B=F，即當(dāng)塔底采出

65、量B一定時(shí)，D完全由F決定，而不是獨(dú)立變量，因而不能成為塔頂靈敏板溫度的操縱變量。故方案3無(wú)法采用，而其他兩種方案均是可以考慮的，對(duì)應(yīng)控制流程如圖3·5~圖3·6所示。</p><p>　　3.2.1 精餾段能量平衡控制方案</p><p>　　方案1的特點(diǎn)是控制作用滯后小，反應(yīng)迅速，所以對(duì)克服進(jìn)入精餾短的擾動(dòng)和保證塔頂產(chǎn)品是有利的，這是精餾塔控制中最常用的方案，如所示

66、。此方案通過(guò)直接控制塔內(nèi)能量平衡關(guān)系以實(shí)現(xiàn)對(duì)分離精度的控制，故稱為“精餾段能量平衡控制方案”。在該方案中，L受溫度控制器控制，回流量的波動(dòng)對(duì)于精餾塔平穩(wěn)操作是不利的。所以在控制器參數(shù)整定時(shí)，采用比例加積分的控制規(guī)律即可，不必加微分。此外，再沸器加熱量需要維持一定而且應(yīng)足夠大，以便塔在最大負(fù)荷時(shí)仍能保證產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)。</p><p>　　圖3·5精餾段能量平衡控制方案</p><p&

67、gt;　　3.2.2 精餾段物料平衡控制方案</p><p>　　方案2如圖2·7所示，因該方案通過(guò)直接調(diào)整全塔物料平衡關(guān)系以控制塔頂產(chǎn)品的純度，常常被稱為“精餾段物料平衡控制方案”。該方案的優(yōu)點(diǎn)是有利于精餾塔的平穩(wěn)操作，對(duì)于回流比較大的情況下，控制D要比控制L靈敏。此外還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)塔頂產(chǎn)品質(zhì)量不合格時(shí)，如采用有積分作用的控制器，則塔頂采出量D會(huì)自動(dòng)暫時(shí)中斷，進(jìn)行全回流，這樣可保證得到的產(chǎn)品是合格的

68、。</p><p>　　然而，該方案溫度控制回路滯后較大，反應(yīng)較慢，從采出量D的改變到溫度變化，要間接地通過(guò)回流罐液位控制回路來(lái)實(shí)現(xiàn)，特別是回流罐容積較大時(shí)，反應(yīng)更慢，給控制質(zhì)量的提高帶來(lái)了困難。所以此方案不予采納</p><p>　　圖3·6精餾段物料平衡控制方案</p><p>　　第4章 Wincc組態(tài)軟件的應(yīng)用</p><p&g

69、t;　　4.1 西門(mén)子WinCC組態(tài)軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　工控組態(tài)軟件WinCC是一個(gè)集成的人機(jī)界面(HMI)系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，它是西門(mén)子公司在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和微軟公司強(qiáng)大軟件功能的產(chǎn)物，WinCC是視窗控制中心(Windows Control Center)的簡(jiǎn)稱[2]。它包括圖形設(shè)計(jì)器、報(bào)警記錄、標(biāo)記記錄、報(bào)告設(shè)計(jì)器、全局腳本、控制中心、用戶管理等功能，使其具有高性能的過(guò)程耦合、快速的畫(huà)

70、面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)管理。WinCC V6.0采用標(biāo)準(zhǔn)Microsoft SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歸檔，同時(shí)具有Web瀏覽器功能，可使經(jīng)理、廠長(zhǎng)在辦公室內(nèi)看到生產(chǎn)流程的動(dòng)態(tài)畫(huà)面，從而更好地調(diào)度指揮生產(chǎn)，是工業(yè)企業(yè)中MES和ERP系統(tǒng)首選的生產(chǎn)時(shí)實(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)軟件。作為SIMATIC全集成自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，WinCC確保與SIMATIC S5，S7和505系列的PLC連接的方便和通訊的高效；WinCC與ST

71、EP7編程軟件的緊密結(jié)合縮短了項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的周期。此外，WinCC還有對(duì)SIMATIC PLC進(jìn)行系統(tǒng)診斷的選項(xiàng)，給硬件維護(hù)提供了方便。</p><p>　　4.2 運(yùn)行環(huán)境以及安裝要求</p><p>　　(1)Windows XP Professional操作系統(tǒng)。</p><p>　　(2)使用Mircosoft Internet Exploer 6.0 瀏覽器。

72、</p><p>　　(3)安裝WinCC V6.0前，必須安裝Microsoft消息隊(duì)列服務(wù)。</p><p>　　(4)WinCC V6.0的組態(tài)數(shù)據(jù)和運(yùn)行時(shí)的歸檔數(shù)據(jù)使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)Microsoft SQL Server 2000來(lái)儲(chǔ)存。安裝WinCC V6.0前，必須安裝Microsoft SQL Server 2000 SP3。</p><p>　　4

73、.3 組態(tài)軟件總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　本系統(tǒng)的功能較多，要將所有的功能都顯示在一張畫(huà)面里是不可能的，所以將功能按照主次分級(jí)在多張畫(huà)面內(nèi)?；痉譃闅g迎畫(huà)面，工藝流程畫(huà)面，主過(guò)程監(jiān)控畫(huà)面，趨勢(shì)以及數(shù)據(jù)顯示畫(huà)面，報(bào)警畫(huà)面和報(bào)表畫(huà)面。要將他們?cè)谕划?huà)面中切換，就需要另建立一個(gè)主畫(huà)面main.pdl，之間的切換使用按鈕的鼠標(biāo)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)?？傮w結(jié)構(gòu)如圖4·1所示。</p><p>　　圖

74、4·1組態(tài)軟件總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　4.4 組態(tài)一個(gè)工程</p><p>　　第一步首先啟動(dòng)WinCC，建立一個(gè)新的WinCC項(xiàng)目，項(xiàng)目分為三種類(lèi)型: </p><p>　　(1) 單用戶項(xiàng)目 </p><p>　　這是一種只擁有一個(gè)操作終端的項(xiàng)目類(lèi)型。在此計(jì)算機(jī)上可以完成組態(tài)、與過(guò)程總線的連接以及項(xiàng)目數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。 <

75、/p><p>　　(2) 多用戶項(xiàng)目 </p><p>　　特點(diǎn)是同一項(xiàng)目使用多臺(tái)客戶機(jī)和一臺(tái)服務(wù)器。在此最多可有16臺(tái)客戶機(jī)訪問(wèn)一臺(tái)服務(wù)器?？梢栽诜?wù)器或任意客戶機(jī)上組態(tài)。項(xiàng)目數(shù)據(jù)，如畫(huà)面、變量和歸檔，最好存儲(chǔ)在服務(wù)器上，并且使它們能被所有客戶機(jī)使用。服務(wù)器執(zhí)行與過(guò)程總線的連接和過(guò)程數(shù)據(jù)的處理。運(yùn)行系統(tǒng)通常由客戶機(jī)控制。 </p><p>　　(3) 多客戶機(jī)項(xiàng)目 &

76、lt;/p><p>　　這是一種能夠訪問(wèn)多個(gè)服務(wù)器的數(shù)據(jù)的項(xiàng)目類(lèi)型。每個(gè)多客戶機(jī)和相關(guān)的服務(wù)器都擁有自己的項(xiàng)目。在服務(wù)器或客戶機(jī)上完成服務(wù)器項(xiàng)目的組態(tài);在多客戶機(jī)上完成多客戶項(xiàng)目的組態(tài)。最多16個(gè)客戶機(jī)或多客戶機(jī)能夠訪問(wèn)服務(wù)器。在運(yùn)行時(shí)多客戶機(jī)能訪問(wèn)至多6個(gè)服務(wù)器。也就是說(shuō)，6個(gè)不同的服務(wù)器的數(shù)據(jù)可以在多客戶機(jī)上的同一幅畫(huà)面中可視化顯示[8]。</p><p>　　不同的項(xiàng)目類(lèi)型之間可以切換，

77、在此我們選擇單用戶項(xiàng)目。然后在標(biāo)簽管理器(Tag Management)中選擇添加PLC驅(qū)動(dòng)程序，選擇支持S7協(xié)議的通信驅(qū)動(dòng)程序“SIMATIC S7 Protocol Suite. CHN”。在其中TCP/IP下新建驅(qū)動(dòng)程序連接，并且命名為PLC_1。如果系統(tǒng)連接的是現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，便可以在PLC_1下新建外部變量與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接，由外部過(guò)程為其提供變量值。</p><p>　　本文沒(méi)有使用過(guò)程變量，具體變量的組態(tài)將在

78、下面說(shuō)明。</p><p><b>　　4.5 組態(tài)變量</b></p><p><b>　　(1)外部變量</b></p><p>　　由外部過(guò)程為其提供變量值的變量，稱為WinCC的外部變量，也成為過(guò)程變量。每一個(gè)外部變量都屬于特定的過(guò)程驅(qū)動(dòng)程序和通道單元，并屬于一個(gè)通道連接。相關(guān)的變量將在該通訊驅(qū)動(dòng)程序的目錄結(jié)構(gòu)中創(chuàng)

79、建。所組態(tài)的內(nèi)部變量的數(shù)目由Power Tags授權(quán)限制。</p><p><b>　　(2)內(nèi)部變量</b></p><p>　　過(guò)程沒(méi)有為其提供變量的變量，稱為內(nèi)部變量。內(nèi)部變量沒(méi)有對(duì)應(yīng)的過(guò)程驅(qū)動(dòng)程序和通道單元，不需要建立相應(yīng)的通道連接。內(nèi)部變量在“內(nèi)部變量”目錄中創(chuàng)建。所組成的內(nèi)部變量數(shù)目不受限制。</p><p>　　在WinCC項(xiàng)目管

80、理器的變量管理器中，打開(kāi)“內(nèi)部變量”目錄。右擊并從快捷菜單中選擇“新建變量”菜單項(xiàng)，打開(kāi)“變量屬性”對(duì)話框。輸入變量名稱并在數(shù)量類(lèi)型列表中選擇變量數(shù)據(jù)類(lèi)型。</p><p>　　由于本系統(tǒng)無(wú)實(shí)際設(shè)備與其相連接，即無(wú)法從外部引入相應(yīng)變量，使用內(nèi)部變量便可滿足操作要求。因此這里按照第二章所述，創(chuàng)建了精餾塔系統(tǒng)所要用到的變量(內(nèi)部變量)，如表4·1所列。</p><p><b&g

81、t;　　表4·1內(nèi)部變量</b></p><p>　　4.6 創(chuàng)建系統(tǒng)啟動(dòng)畫(huà)面</p><p>　　在繪圖區(qū)相應(yīng)位置添加兩個(gè)按鈕，文本屬性分別改為“進(jìn)入系統(tǒng)”和“退出”。并組態(tài)“進(jìn)入系統(tǒng)”按鈕，使鼠標(biāo)點(diǎn)擊后進(jìn)入主畫(huà)面(下面介紹)，組態(tài)“退出”按鈕，使鼠標(biāo)點(diǎn)擊后取消系統(tǒng)激活。并給兩個(gè)按鈕分別設(shè)置管理員權(quán)限，如圖4·2所示。</p><p&g

82、t;　　圖4·2 系統(tǒng)啟動(dòng)畫(huà)面</p><p><b>　　4.7 創(chuàng)建主畫(huà)面</b></p><p>　　為了使人機(jī)交互界面更加友好，本系統(tǒng)依照人們的習(xí)慣，仿造Windows操作系統(tǒng)界面風(fēng)格來(lái)組態(tài)主畫(huà)面main.pdl。把“流程圖”、“過(guò)程畫(huà)面”、“趨勢(shì)畫(huà)面”、“報(bào)警畫(huà)面”、“報(bào)表畫(huà)面”、“退出”六個(gè)需要相互切換的按鈕和管理員帳號(hào)以及系統(tǒng)時(shí)間組態(tài)到一個(gè)任務(wù)

83、欄里，如圖4·3所示。</p><p><b>　　圖4·3 任務(wù)欄</b></p><p>　　其余空間用來(lái)顯示各按鈕對(duì)應(yīng)的畫(huà)面。在“對(duì)象選項(xiàng)板”中選擇“畫(huà)面窗口”，在繪圖區(qū)拖動(dòng)至滿意尺寸后釋放，組態(tài)六個(gè)按鈕，使鼠標(biāo)點(diǎn)擊其中任意一個(gè)按鈕后，“畫(huà)面窗口”中顯示出相應(yīng)畫(huà)面，但六個(gè)按鈕和管理員帳號(hào)顯示以及系統(tǒng)時(shí)間沒(méi)有改變。此設(shè)計(jì)方案避免了各個(gè)畫(huà)面之間相

84、同按鈕的重復(fù)設(shè)置和連接，使界面簡(jiǎn)潔易操作。</p><p>　　4.8 創(chuàng)建過(guò)程畫(huà)面以及工藝流程畫(huà)面</p><p>　　過(guò)程畫(huà)面是精餾塔現(xiàn)場(chǎng)的主要監(jiān)視和控制畫(huà)面，因此必須首先組態(tài)與現(xiàn)場(chǎng)相似的設(shè)備和工藝流程圖。圖形編輯器的庫(kù)是一種用于對(duì)創(chuàng)建過(guò)程畫(huà)面所使用的圖形對(duì)象進(jìn)行保存和管理的通用工具。 “全局庫(kù)”提供了多種預(yù)先完成的圖形對(duì)象，這些對(duì)象可作為庫(kù)對(duì)象插入到畫(huà)面中，并根據(jù)需要進(jìn)行組態(tài)。選擇“

85、視圖”->“庫(kù)”，選擇精餾塔、管道、泵、再沸器、冷凝器、回流罐、閥等圖形視圖，拖放到繪圖區(qū)，組成與現(xiàn)場(chǎng)類(lèi)似的畫(huà)面。然后選擇“對(duì)象選項(xiàng)板” -> “智能對(duì)象”中的“輸入/輸出域”，拖動(dòng)到繪圖區(qū)內(nèi)，右鍵點(diǎn)擊選擇“組態(tài)對(duì)話框”彈出“I/O域組態(tài)”對(duì)話框，在“變量”文本框中選擇對(duì)應(yīng)的內(nèi)部變量。依次組態(tài)出進(jìn)料流量、熱流體流量、回流罐液位、塔頂溫度、塔釜液位、回流泵狀態(tài)以及閥開(kāi)度的I/O域，使得虛擬現(xiàn)場(chǎng)的以上數(shù)據(jù)能顯示在過(guò)程畫(huà)面中。并在

86、此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化形成工藝流程畫(huà)面，如圖4·4所示，讓使用者對(duì)工藝流程一目了然。</p><p>　　圖4·4 工藝流程圖</p><p>　　要顯示現(xiàn)場(chǎng)是否正在生產(chǎn)還要添加“庫(kù)”中的Toggle Buttons圖形對(duì)象，使其與進(jìn)料流量連接，形成二進(jìn)制的開(kāi)關(guān)量來(lái)表示現(xiàn)場(chǎng)是否正在生產(chǎn)，進(jìn)料流量不為零，說(shuō)明生產(chǎn)顯示綠燈，否則顯示紅燈。添加開(kāi)關(guān)圖形對(duì)象，用于控制泵的開(kāi)關(guān)。在閥門(mén)手動(dòng)

87、調(diào)節(jié)時(shí)，點(diǎn)擊閥旁邊的“%”可彈出手動(dòng)調(diào)節(jié)框進(jìn)行調(diào)節(jié)，點(diǎn)擊“隱藏”調(diào)節(jié)框消失。再按照第二章設(shè)計(jì)的方案，在過(guò)程畫(huà)面里組態(tài)PLC控制回路共6個(gè)。如圖4·5。</p><p><b>　　圖4·5過(guò)程畫(huà)面</b></p><p><b>　　4.9過(guò)程值歸檔</b></p><p>　　過(guò)程歸檔的目的是采集、處

88、理和歸檔工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程數(shù)據(jù)。以這種方法獲得的過(guò)程數(shù)據(jù)可用于獲取與設(shè)備的操作狀態(tài)有關(guān)的管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在運(yùn)行系統(tǒng)中，采集并處理將被歸檔的過(guò)程值，然后將其存儲(chǔ)在歸檔數(shù)據(jù)庫(kù)中。在運(yùn)行系統(tǒng)中，可以以表格或趨勢(shì)的形式輸出當(dāng)前過(guò)程值或已歸檔過(guò)程值，也可將所歸檔的過(guò)程值作為記錄打印輸出。</p><p>　　4.9.1 組態(tài)過(guò)程值歸檔</p><p>　　打開(kāi)“變量記錄”編輯器，首先這里可以選擇采集周期

89、也可以自定義采集周期，本系統(tǒng)選擇500毫秒快速，過(guò)程值歸檔。并通過(guò)“歸檔向?qū)А苯⒚Q為“TowerState”的歸檔。在其中分別添加Hot_L、Input_L、Level、Level_s、Temp，對(duì)其進(jìn)行歸檔。隨后打開(kāi)“過(guò)程變量屬性”對(duì)話框，采集框中全部選擇500毫秒，并將歸檔值存儲(chǔ)到主存儲(chǔ)器中。</p><p>　　通過(guò)上述步驟，組態(tài)創(chuàng)建了一個(gè)名為T(mén)owerState的歸檔，歸檔存儲(chǔ)在內(nèi)存中。這個(gè)歸檔對(duì)上述

90、5個(gè)變量進(jìn)行歸檔，他們的采集周期和歸檔周期都為500毫秒。</p><p>　　4.9.2 輸出過(guò)程值歸</p><p><b>　　(1)創(chuàng)建趨勢(shì)圖</b></p><p>　　WinCC的圖形系統(tǒng)提供兩個(gè)ActiveX控件用于顯示過(guò)程值歸檔：一個(gè)以表格的形式顯示已歸檔的過(guò)程變量的歷史值和當(dāng)前值；另一個(gè)以趨勢(shì)的形式顯示。</p>

91、<p>　　在WinCC項(xiàng)目管理器中建立一個(gè)名為trends.pdl的圖形文件，并用圖形編輯</p><p>　　器打開(kāi)此圖形文件。在“對(duì)象選項(xiàng)板”上選擇WinCC Online Trend Control控件，拖放到繪圖區(qū)。打開(kāi)“WinCC在線趨勢(shì)控件的屬性”對(duì)話框，在“常規(guī)”選項(xiàng)卡上，輸入“TowerState”作為趨勢(shì)窗口的標(biāo)題。選擇“曲線”選項(xiàng)卡，輸入“進(jìn)料流量”作為第一條曲線的名稱。單擊“選

92、擇歸檔/變量”框中的“選擇”按鈕，打開(kāi)“選擇歸檔/變量”對(duì)話框，選擇歸檔TowerState下的變量Input_L。同樣創(chuàng)建熱流體流量、回流罐液位、塔溫度、塔釜液位曲線。如圖4·6所示。</p><p><b>　　圖4·6 趨勢(shì)圖</b></p><p><b>　　(2)創(chuàng)立表格窗口</b></p><

93、p>　　在“對(duì)象選項(xiàng)板”上選擇WinCC Online Table Control控件。打開(kāi)“WinCC在線表格控件的屬性”對(duì)話框，具體設(shè)置與“趨勢(shì)圖的創(chuàng)建”類(lèi)似，在此不再表述。如圖4·7所示。</p><p><b>　　圖4·7表格窗口</b></p><p>　　4.10 組態(tài)報(bào)警畫(huà)面</p><p>　　報(bào)警記

94、錄分兩個(gè)組件：組態(tài)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)[9]。報(bào)警記錄的組態(tài)系統(tǒng)為報(bào)警記錄編輯器。報(bào)警記錄定義顯示何種報(bào)警、報(bào)警的內(nèi)容、報(bào)警的時(shí)間。使用報(bào)警記錄組態(tài)系統(tǒng)可對(duì)報(bào)警消息進(jìn)行組態(tài)，以便將其以期望的形式顯示在運(yùn)行系統(tǒng)中。報(bào)警記錄的運(yùn)行系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)過(guò)程值的監(jiān)控、控制報(bào)警輸出、管理輸出、管理報(bào)警確認(rèn)。</p><p>　　4.10.1 組態(tài)模擬量報(bào)警</p><p>　　要使用模擬量報(bào)警必須先激活模擬量報(bào)警

95、組件。單擊報(bào)警記錄編輯器上的菜單“工具”>“附加項(xiàng)”,打開(kāi)“附加項(xiàng)”對(duì)話框，激活復(fù)選框“模擬量報(bào)警”如圖4·8所示。</p><p><b>　　圖4·8 附加項(xiàng)</b></p><p>　　本系統(tǒng)通過(guò)“報(bào)警記錄”建立4個(gè)模擬量的報(bào)警，分別為 Hot_L、input_L、Level、Temp上限分別為90，90，80，90。并且通過(guò)“單個(gè)消息

96、”對(duì)話框設(shè)置了各個(gè)被監(jiān)視變量的信息文本、消息文本和錯(cuò)誤點(diǎn)。具體設(shè)置如表4·2所示。</p><p><b>　　表4·2報(bào)警信息</b></p><p>　　4.10.2 組態(tài)報(bào)警顯示</p><p>　　WinCC Alarm Control作為顯示消息事件的消息試圖使用。通過(guò)使用報(bào)警控件，用戶在組態(tài)時(shí)就可獲得高度的靈活性

97、，因?yàn)橄Ｍ@示的消息試圖、信息行和消息塊均可在圖形編輯器中進(jìn)行組態(tài)。在WinCC運(yùn)行系統(tǒng)中，報(bào)警時(shí)間將以表格的消息使用報(bào)警記錄數(shù)據(jù)。</p><p>　　在圖形編輯器中，創(chuàng)建一個(gè)alarm.pdl畫(huà)面。選擇WinCC Alarm Control控件，拖放到繪圖區(qū)。默認(rèn)情況下，WinCC項(xiàng)目在運(yùn)行狀態(tài)下時(shí)并不裝載“報(bào)警記錄”。為了在運(yùn)行系統(tǒng)中使用報(bào)警記錄功能，需要重新定義運(yùn)行系統(tǒng)的屬性。右鍵單擊“計(jì)算機(jī)”按鈕在“計(jì)

98、算機(jī)屬性”對(duì)話框中的“啟動(dòng)”選項(xiàng)卡中激活“報(bào)警記錄運(yùn)行系統(tǒng)”方可。效果如圖4·9所示。</p><p><b>　　圖4·9報(bào)警顯示</b></p><p><b>　　4.11 報(bào)表設(shè)計(jì)</b></p><p>　　為了創(chuàng)建一個(gè)方面操作員管理打印報(bào)表的過(guò)程畫(huà)面，創(chuàng)建一個(gè)圖形文件reports.pdl用

99、于組態(tài)報(bào)表文件。從“對(duì)象選項(xiàng)板”中選擇應(yīng)用窗口程序拖放到繪圖區(qū)，并選擇Print Jobs--All Context Menu保存設(shè)置。在運(yùn)行時(shí)所有報(bào)表對(duì)象都自動(dòng)出現(xiàn)在系統(tǒng)打印作業(yè)中， 同時(shí)為每個(gè)報(bào)表布局都給出一了個(gè)名字，也出了下一次打印的時(shí)間和報(bào)表狀態(tài)，以及打印報(bào)表的打印機(jī)，操作員也可以選擇打印機(jī)。</p><p>　　本文分別為Report Alarm Logging TR Message sequence和

100、Report Tag Logging TR Tables New打印作業(yè)組態(tài)了報(bào)警消息報(bào)表和變量記錄運(yùn)行報(bào)表，如圖4·10~圖4.11所示。當(dāng)使用以上兩項(xiàng)打印作業(yè)時(shí)，打印輸出為本文自定義格式如圖4.12所示。</p><p>　　圖4·10 報(bào)警消息順序報(bào)表組態(tài)</p><p>　　圖4.11 變量記錄運(yùn)行報(bào)表組態(tài)</p><p>　　圖4.12

101、 自定義布局</p><p>　　4.12 用戶權(quán)限設(shè)置</p><p>　　要為WinCC項(xiàng)目設(shè)置安全保護(hù)管理，本文使用用戶管理器如圖4·13所示，創(chuàng)建一個(gè)名為Operators的用戶組權(quán)限，為該操作員用戶組設(shè)置訪問(wèn)權(quán)限為“改變畫(huà)面”和“窗口選擇”。并在組下添加兩個(gè)用戶User_01和User_02設(shè)置密碼分別為111111和222222，并且十分鐘不活動(dòng)自動(dòng)退出。由于用戶可能

102、為工程師或操作員等多種不同身份，所以User_01需再添加“解除報(bào)警”“項(xiàng)目管理器”和“Deactivate the project”權(quán)限。User_02則為缺省用戶組權(quán)限。</p><p>　　創(chuàng)建start.pdl畫(huà)面如4.6所述，如圖4·2所示。設(shè)置“進(jìn)入系統(tǒng)”按鈕權(quán)限為“改變畫(huà)面”，設(shè)置“退出” 按鈕權(quán)限為“Deactivate the project”。即點(diǎn)擊“進(jìn)入系統(tǒng)”時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)彈出對(duì)話框

103、要求輸入管理員帳號(hào)和密碼才能進(jìn)入系統(tǒng)主畫(huà)面。按“退出” 按鈕和主畫(huà)面中的“退出” 按鈕都為取消系統(tǒng)激活。但本操作只能由User_01用戶完成，User_02用戶并無(wú)此權(quán)限。</p><p>　　圖4·13 用戶管理器</p><p>　　4.13 WinCC與PLC的通訊</p><p>　　WinCC使用變量管理器來(lái)處理變量的集中管理。此變量管理器不為用

104、戶所見(jiàn)。變量管理器處理WinCC項(xiàng)目生產(chǎn)的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)在項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。在WinCC運(yùn)行系統(tǒng)中，變量管理器管理WinCC變量。WinCC的所有應(yīng)用程序以WinCC變量的形式從變量管理器中請(qǐng)求數(shù)據(jù)[10]。這些WinCC應(yīng)用程序包括圖形運(yùn)行系統(tǒng)、報(bào)表記錄運(yùn)行系統(tǒng)和變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)等。</p><p>　　WinCC變量管理器管理運(yùn)行時(shí)的WinCC變量。他的任務(wù)是從過(guò)程中取出請(qǐng)求的變量值。這個(gè)過(guò)程通過(guò)集成在WinC

105、C項(xiàng)目中的通訊驅(qū)動(dòng)程序來(lái)完成。通訊驅(qū)動(dòng)程序利用其通道單元構(gòu)成WinCC與過(guò)程處理之間的接口。在大多數(shù)情況下，到過(guò)程處理的基于硬件的連接是利用處理器來(lái)時(shí)間的。WinCC通訊驅(qū)動(dòng)程序使用通訊處理器來(lái)向PLC發(fā)送請(qǐng)求消息[4]。然后，通訊處理器將回答響應(yīng)消息親求的過(guò)程值發(fā)回WinCC。</p><p>　　要建立WinCC與PLC間通訊的步驟，需要?jiǎng)?chuàng)建WinCC站與自動(dòng)化系統(tǒng)間的物理連接。在WinCC項(xiàng)目中添加適當(dāng)?shù)耐?/p>

106、道驅(qū)動(dòng)程序，在通道驅(qū)動(dòng)程序適當(dāng)?shù)耐ǖ绬卧陆⑴c指定通訊伙伴的連接，并且在連接下建立變量。本文并未涉及到WinCC的通訊，還需在將來(lái)不斷完善開(kāi)發(fā)。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的目標(biāo)是以最少的原料和消耗，生產(chǎn)出更多的符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的產(chǎn)品。雖然傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用到現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，但是要達(dá)到更高的效率還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)

107、不夠的。在現(xiàn)今科技飛速發(fā)展的時(shí)代，計(jì)算機(jī)監(jiān)視、控制技術(shù)的融入，利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、數(shù)據(jù)傳輸便捷、運(yùn)行穩(wěn)定、方便管理等一系列的優(yōu)點(diǎn)，使得工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)得以錦上添花。</p><p>　　本文便是利用計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件WinCC的強(qiáng)大功能，結(jié)合已有的傳統(tǒng)精餾塔控制策略，為其組態(tài)出監(jiān)視系統(tǒng)。通過(guò)軟件內(nèi)部的項(xiàng)目管理器、變量管理器、圖形編輯器、變量記錄編輯器、報(bào)警記錄編輯器、頁(yè)面布局編輯器等的綜合運(yùn)用，設(shè)計(jì)出了簡(jiǎn)單的

108、監(jiān)控系統(tǒng)。并切身實(shí)際的為用戶考慮，友好的人機(jī)交互界面的建立和管理權(quán)限的設(shè)置，使得系統(tǒng)的實(shí)用性和安全性得以保障。</p><p>　　但西門(mén)子WinCC組態(tài)軟件也應(yīng)與PLC結(jié)合使用，本文的遺憾之處是專題部分并未涉及PLC的具體功能以及程序的編制，還有待將來(lái)繼續(xù)探索開(kāi)發(fā)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]王樹(shù)

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