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1、精馏过程监控系统摘 要精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。精馏塔的控制直接影响到产品质量、产量和能量的消耗，因此精馏塔的自动控制长期以来一直受到人们的高度重视。精馏塔是一个多输入和多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理复杂，对控制作用响应缓慢，参数间互相关联严重，而控制要求又大多较高，这就更需要进行自动控制方案的设计和研究。与此同时，组态软件与多种自动化设备及控制软件的集成使用，大大提高了工业生产安全和生产效率，已经成为工业自动化不可或缺的一部分。本文在双组分精馏塔自控系统的设计过程中，根据精馏塔具体特点分析了工艺原理，并确定了系统被控变量和操纵变量，设计出能量平衡控制方案
2、。依据自动化设备及控制软件集成使用的理念，使用西门子公司开发的WinCC组态软件组态出精馏塔的计算机监控系统,其中绘制出工艺流程图，组态启动画面、过程监控画面、过程值归档显示画面、报警画面、以及报表系统，设置并分配管理员权限。关键词：精馏塔、自动控制系统、WinCC组态软件27AbstractThe handle of rectify is a very important link in refine oil and chemical industry procedure of production field.The control of rectifying tower affects
3、product quality,output and the consumption of energy directly,therefore, the control of rectifying tower is attached great importance by people for a long time. Rectifying tower is a more input and output object,composed of many tower boards ,and inherent mechanism is complicated,it respond to slowl
4、y 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, the use of configuration software integration with the various automation equipme
5、nt and under the control of software has improved commercial run safely and the efficacy greatly,already become the indispensable part of industrial automation. In the process of designing autocontrol system of components rectifying tower by the main body of this book，According to the rectifying tow
6、er, the concrete characteristic has analysed handicraft principle, ascertained the controlled variable of system and controlled a variable，designed a energy balance controls scheme. Idea that the software integration judging by automation equipment and controlling uses, use the development WinCC of
7、Siemens configuration software configured to produce the rectifying tower computer supervisory control system, draw out process flowsheet, configured to produce starts tableau , process monitors tableau , the tableau of process value files demonstrating , the tableau giving an alarm, and the form fo
8、r report system. Interpose and assign administrative person extent of authority.Keywords：Rectifying tower, Autocontrol system, WinCC configuration software目 录 第1章绪论11.1背景和意义11.2 精馏设计概要1第2章 精馏塔工艺及其流程32.1精馏塔的控制目标32.1.1质量指标32.1.2产品产量和能量消耗42.2精馏塔的静态特性42.2.1全塔物料平衡42.2.2能量平衡42.2.3内部物料平衡52.3动态影响分析52.3.1上升蒸
9、汽和回流的影响62.3.2组分滞后的影响62.3.3回流罐蓄液量和塔釜蓄液量引起的滞后影响6第3章 双组分精馏过程监控系统83.1精馏塔质量指标的选取83.1.1 精馏塔的温度控制83.1.2 塔压p的控制93.2 精馏段控制一端产品质量方案103.2.1 精馏段能量平衡控制方案113.2.2 精馏段物料平衡控制方案12第4章 Wincc组态软件的应用134.1 西门子WinCC组态软件简介134.2 运行环境以及安装要求134.3 组态软件总体结构134.4 组态一个工程144.5 组态变量154.6 创建系统启动画面164.7 创建主画面164.8 创建过程画面以及工艺流程画面164.9过
10、程值归档184.9.1 组态过程值归档184.9.2 输出过程值归184.10 组态报警画面194.10.1 组态模拟量报警194.10.2 组态报警显示204.11 报表设计214.12 用户权限设置234.13 WinCC与PLC的通讯24结论25参考文献26致 谢27第1章 绪论1.1背景和意义自19世纪世界工业革命以后，工业生产过程随着生产规模不断扩大，生产过程的强化，对产品质量的严格要求，以及各公司之间的激烈竞争，人工操作与控制已经远远不能满足生产的要求。工业过程控制系统已成为工业生产过程必不可少的设备，工业生产过程由简单到复杂，规模由小到大。至今，已有各种各样的工业生产过程，生产出
11、多种多样的产品满足人们的生活需要。作为工业生产过程一部分的工业过程控制系统也在不断发展和提高。因为，它是保证现代企业安全、优化、低消耗和高效益生产的主要技术手段。监控组态软件不仅有监控和数据采集功能，而且有组态、开发和开放功能。监控组态软件是伴随着计算机技术、DCS和PLC等工业控制技术的突飞猛进而发展起来的。随着个人计算机的普及和开放系统的推广，基于PC的监控组态软件在工业控制领域不断发展壮大。监控软件广泛应用与工业、农业、楼宇和办公等领域的自动化系统。随着计算机硬件和软件技术的发展，自动化产品呈现出小型化、网络化、PC化、开放式和低成本的发展趋势，并逐渐形成了各种标准的硬件、软件和网络结构
12、系统。监控组态软件已经成为其中的桥梁和纽带，是自动化系统集成中不可缺少的关键组成部分。1.2 精馏设计概要本文对工业生产中广泛采用的气液传质设备-精馏塔，进行自动控制方案的设计，并且使用组态软件组态其计算机监控系统。具体工作内容如下：根据精馏塔类型和进料构成，确定精馏塔的质量指标。找出系统的被控变量以及相对应的可操作手段，系统扰动主要来源。最后总结出精馏塔的基本控制问题图表。根据图表的输入输出多变量复杂关联系统，最后确定一种控制方案。学习西门子公司开发的WinCC V6.0软件对系统进行相应组态。组态变量：首先创建一个新项目，并且根据精馏塔现实系统的有效参数，利用变量管理器，在WinCC V6
13、.0中组态相应的变量。创建主画面：为了有更好的人机交互界面，命名为main.pdl的画面是整个项目控制的主画面，起到导航的作用。创建过程监控画面以及工艺流程图画面：模拟现场状况，使用软件自带的图库和控件为系统组态过程画面。其中包括各种设备、PLC、I/O变量显示窗口、时间状态、标题名称等。过程值归档：过程归档的目的是采集、处理和归档工业现场的过程数据。以这种方法获得的过程数据可用于获取与设备的操作状态有关的管理和技术标准。报警画面：工业生产把安全问题列在首位。系统中的报警可以通知操作员在生产过程中发生的故障和错误消息，并且记录存档，操作员可根据报警记录填写报警日志，更方便的进行管理。因此建立a
14、lrams.pdl画面。报表系统：作为工业生产的一部分，记录和打印输出变量记录数据不可缺少。这里列出了所有报表的名字可供操作员使用，并组态报表的布局。管理权限问题：在控制计算机监控系统上，工程师、操作员应该有相应的不同权限级别，因此，控制权限有管理员编辑器来完成。本文建立了两个权限不同的用户，进入系统要求输入帐号和密码，以此控制操作权限。第2章 精馏塔工艺及其流程2.1精馏塔的控制目标精馏就是将一定浓度的溶液送入精馏装置，使其反复地进行部分汽化和部分冷凝，从而得到预期的塔顶与塔底产品的操作1。完成这一操作过程的相应设备除精馏塔外，还有再沸器、回流罐、和回流泵等辅助设备。目前，工业上一般所采用的
15、连续精馏装置的流程入图21所示。为了对精馏塔实施有效的自动控制，必须首先了解精馏塔的控制目标。一般来说，精馏塔的控制目标，应该在满足产品质量合格的前提下，使总的收益最大或总的成本最小。因此，精馏塔的控制要求，应该从质量指标、产品产量和能量消耗三方面进行综合考虑。2.1.1质量指标精馏操作的目的是将混合液中各组分分离为产品，因此产品的质量指标必须符合规定的要求。也就是说，塔顶或者塔底产品之一应该保证达到规定的纯度，而另一产品也应保证在规定的范围内2。在本文涉及到的二元组分，即双组分精馏中，进料组成只有两种成分，因此情况较简单，质量指标就是使塔顶产品中轻组分纯度符合技术要求或塔底产品中重组分纯度符
16、合技术要求。即使是多元精馏中，也使其简化成为对二元关键组分的分离，这就大大简化了精馏操作。 在精馏操作中，产品质量应该控制刚刚好能满足规格上的要求，即处于“卡边”生产。超过规格的产品是一种浪费，因为它的售价不会更高，只会增大能耗、降低产量而已。2.1.2产品产量和能量消耗 精馏塔的其他两个重要控制目标是产品的产量和能量消耗。精馏塔的任务，不仅要保证产品质量，还要有一定的产量。另外，分离混合液也需要消耗一定的能量，这主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却量消耗。此外，塔的附属设备及管线也要散失一部分热量和冷量。从定性的分析可知，要使分离所得的产品纯度越高，产品产量越大，则所消耗的能量越多。以上讨论说
17、明，在精馏操作中主要产品的质量指标，刚好达到质量规格的情况是期望的，低于要求的纯度将使产品不合格，而超过纯度要求会降低产量。然而，在一定的纯度要求下，提高产品的回收率，必然要增加能量消耗。可是单位产量的能耗最低并不等于单位产量的成本，因为决定成本的不仅是能耗，还有原料成本。由此可见，在精馏操作中，质量指标、产品回收率和能量消耗均是要控制的目标。其中质量指标是必要条件，在质量指标一定的前提下，在控制过程中应使产品产量尽量高一些，同时能量消耗尽可能低一些。至于在质量指标一定的前提下，使单位产品产量的能量消耗最低或使单位产品的成本最低以及使综合经济效益最大等，均是属于不同目标函数的最优控制问题3。2
18、.2精馏塔的静态特性所谓静态特性就是以物料平衡和能量平衡为基础来确定稳态下精馏塔各参数之间的定量关系。2.2.1全塔物料平衡 稳态时，进塔的物料必须等于出塔的物料，所以总的物料平衡关系为： F=D+B (21)轻组分的物料平衡关系为 FXF=DXD+BXB (22) 式中，F，D，B分别为进料量、塔顶采出量和塔底采出量，xF,xD,xB分别为进料、塔顶采出物和塔底采出物中轻组分的浓度。2.2.2能量平衡 在稳态时，通过传热和进料带入精馏塔的所有能量必然与通过传热和产品带出的离开塔的能量平衡。这种平衡可以用数字形式表示成 QH+FHF=QC+DHD+BHB (23)式中，QH为再沸器加热量；Qc
19、为冷凝器冷却量；HF,HD和HB分别为进料、塔顶和塔底产品的热焓。在式(23) 中，假定热损失可以忽略不计。2.2.3内部物料平衡 为简化起见，以二元精馏塔及塔顶和塔底产品均是液相为例，在恒分子流假设的前提下，分析塔内各项物料平衡关系。对于普通的二元精馏塔，假定：在精馏段内，通过各层塔板的上升蒸汽流量Vr均相等；在提馏段内，通过各层塔板的上升蒸汽流量Vs均相等;Vs=V(V为再沸器)；在精馏段内，通过各层塔板的上升蒸汽流量Lr均相等;Lr称为内回流，当回流温度等于塔顶温度时，内回流Lr等于外回流Lr；在提馏段内，通过各层塔板的上升蒸汽流量Lr均相等;回流罐和塔底液位不变；塔压也保持不变；由以上
20、条件可以分析，影响精馏塔过程的主要因素可概括如下：进料量进料浓度进料温度和进料状态再沸器的加热量冷凝器的冷却量回流量塔顶采出量塔底采出量塔压的影响上述各种扰动中，有些是可控制的，有些是不可控制的。一般情况下，进料是不可控制的，例如分离裂解气的乙烯塔，它的进料炼受前一工序的影响。有些情况下进料量也可以控制，例如，炼油厂中初馏塔的原油流量可以惊醒定值控制。 进料浓度的变动是无法控制的，它由上一工序所决定，但一般说来变化是缓慢的。 进料温度和状态的变化，对塔的操作影响较大。为了维持塔操作的能量平衡和稳定运行，在单相进料时，可以采用进料温度控制，以便克服这种扰动。在两相进料时，则可设法控制热焓恒定以克
21、服扰动。对于冷凝器的冷却量和再沸器的加热量，一般都用定值控制系统来加以稳定。 总之，从前面对塔的静态特性和内部平衡关系的分析，不难看到，为了克服塔的主要扰动，可采用以下控制手段：塔顶采出量塔底采出量回流罐排气量回流量再沸器的加热量冷凝器的冷却量前三个量是通过影响全塔的物料平衡与塔的内部平衡，从而起到控制作用；后三个量直接改变塔的能量平衡关系和改变塔内气液比，从而起到控制产品质量的作用。2.3动态影响分析在动态过程中，上述参数对塔操作的影响是有快有慢各不相同的，因此在设计控制方案时，必须考虑动态影响，才能使控制系统即使克服各参数对塔操作的影响。由于精馏塔是一个多变量、时变和非线性的对象，各变量之
22、间又存在相互关联，因此定量分析动态影响，建立其数学模型已经成为一项相当复杂的课题，本文不讨论。仅从下面几个角度分析塔的动态影响4。2.3.1上升蒸汽和回流的影响在精馏塔内，上升蒸汽流量变化的影响应是相当快的。由于上升蒸汽只需克服塔板上极薄覆盖的液相阻力，而塔内汽相蓄存量的变化在塔压控制一定时可忽略不计，因此上升蒸汽量的变化几秒钟内就可影响到塔顶。然而，从塔板下流的液相却有相当大的滞后。这是因为回流量增加时，首先要使积存在塔板上的液相蓄存量增加，然后在着增加的液体静压头的作用下，在次使离开塔板的液相速度增加，因此对回流乡变化的影响存在滞后。由此可见，除顶部塔板外，要使塔的任何一点的汽液比发生变化
23、，用再沸器的加热量作为控制手段比用回流量的响应要快。2.3.2组分滞后的影响 无论是改变再沸器加热量引起上升蒸汽变化还是由于回流的变化，均通过对每块塔板上组分之间的平衡施加影响，最终才引起顶部产品或底部产品组分浓度的变化。由于组分要达到静态平衡需要较长时间，因此尽管上升蒸汽汽量变化可以很快影响到塔顶组分浓度，但要使塔顶组分浓度变化并达到一个新的平衡仍需花费相当长时间。回流变化情况也是类似的，只是花费的时间更多。这就是说，塔板上的组分平衡要等到影响组分的液相或汽相流量稳定相当时间后才能建立。 组分滞后随着塔板上液相蓄存量的增加而增加，因而随塔板数的增加而增加，也随这回流比的增加而增加，以为回流比
24、的增加，意味这塔板上蓄液量的增加。由于再沸器加热量的增加引起上升蒸汽良增加，将会改善汽、液接触，从而使组分滞后减少。2.3.3回流罐蓄液量和塔釜蓄液量引起的滞后影响 回流量L总是等于塔顶汽相流量Vr和塔顶采出量D之差。因此，恒定Vr时，控制D实质上就是改变了回流量L。 然而，回流罐有一定的蓄液量，从D的变化到L的变化会产生滞后。液位变化引起蓄液量变化，也会严重影响L和D之间的关系。为此要使Vr，L和D的关系式成立，回流罐液位必须严格保持一定，这样在采用改变D来控制塔顶产品质量的方案中，才能在Vr不变时使回流量L即使跟踪采出量D变化，否则将引起滞后，影响控制品质。 塔釜也有与回流罐类似的蓄液量引
25、起的滞后影响，塔釜液位变化引起蓄液量变化，从而引起V和B的变化。要使Ls,V和B见的关系式(塔底和再沸器的物料平衡关系为)B=Ls-V成立，塔釜液位必须严格保持一定。这样在采用改变B来控制塔底产品质量的方案中，才能在Ls不变时使再沸器加热量所引起的上升蒸汽量，V及时跟踪塔底采出量B的变化，否则将引起滞后，影响控制品质5。因此，本文在设计精馏塔控制方案时，已考虑上述因素。第3章 双组分精馏过程监控系统3.1精馏塔质量指标的选取精馏塔最直接的质量指标是产品纯度。过去由于检测上的困难，难以直接按产品纯度进行控制。现在随着分析仪表的发展，特别是工业色谱仪的在线应用，已逐渐出现直接按产品纯度来控制的方案
26、。然而，这总方案目前仍受到两方面条件的制约，一是测量过程滞后很大，反应缓慢，而是分析仪表的可能性较差，因此，他们的应用仍然是很有限的6。3.1.1 精馏塔的温度控制 最常用的间接质量指标是温度。因为对于一个二元组分精馏塔来说，在一定压力下，温度与产品纯度间存在着单值的函数关系。因此，如果压力恒定，则塔板温度就间接反应了浓度。 采用温度作为被控的质量指标时，选择塔内哪一点的温度或几点温度作为质量指标，这是颇为关键的事，本文介绍如下两种方案。灵敏板的温度控制一般认为塔顶或塔底的温度似乎最能代表塔顶或塔底的产品质量。其实，当分离的产品较纯时，在邻近塔顶或塔底的各板之间，温度差已经很小，这时，塔顶或塔
27、底温度变化0.5，可能已超出产品质量的允许范围。因而，对温度检测仪表的灵敏度和控制精度都提出了很高的要求，但实际上却很难满足。解决这一问题的方法是在塔顶或塔底与进料板之间选择灵敏板的温度作为间接质量指标。当塔的操作经受扰动或承受控制作用时，塔内各板的浓度都将发生变化，各塔板的温度也将同时变化，但变化程度各不相同，当达到新的稳态后，温度变化最大的那块塔板即称为灵敏板。灵敏板的位置可以通过逐板计算或静态模型仿真计算，依据不同操作共况下各塔板温度分布曲线比较得出。但是，塔板效率不易估准，所以最后还须根据实际情况，予以确定。温差控制在精密精馏时，产品纯度要求很高，而且塔顶、塔底产品的沸点差又不大时；可
28、采用温差控制。采用温差作为衡量质量指标的参数，是为了消除压力波动对产品质量的影响。因为，在精流塔控制系统中虽设置了压力定值控制，但压力也总是会有些微小波动而引起浓度变化，这对一般产品纯度要求不太高的精流塔是可以忽略不计的。但如果是精密精馏，产品纯度要求很高，微小压力波动足以影响质量，就不能再忽略了。也就是说，精密精馏事若用温度作质量指标就不能很好地代表产品的质量，温度的变化可能是产品纯度和压力都变化的结果，为此应该考虑补偿或消除压力微小波动的影响5。3.1.2 塔压p的控制 与其他变量相比，塔压对外部扰动与操纵变量的影响最为迅速。因此为维持塔压的恒定，同样要求所选择的操纵变量对塔压控制灵敏7。
29、在所有的操纵变量中，只有再沸器加热量QH、冷凝器冷却量QC与回流罐排气量DG对芽压p控制迅速，控制作用强。其中QH除了影响塔压之外还将影响其他被控变量，因而，不宜做为塔压p的操纵变量；而排气量DG对于塔压的影响最为迅速，而对其他被控变量的影响可忽略不计，因而是塔压最适宜的操纵变量。只有当排气量DG不可控制或过小时，才考虑选用冷凝器冷却量QC作为操纵变量。常用的塔压控制方案如图31所示。 外部扰动操纵变量/控制变量 被控变量塔顶采出量D 塔顶灵敏度TR回流量 回流罐液位LD塔底采出量B 塔底灵敏度TS再沸器加热量QH 塔底液位LB冷凝器冷却量QC 塔顶压力p塔顶采出量DG图31 精馏塔的基本控制
30、方案对于图32(a)的塔压控制系统，有时将取压点放置在回流罐汽相段。由于塔压p与回流罐汽相压力pL仅相差一段汽相管线阻力压差，当管线压差与塔压p相比可忽略不计时，回流罐汽相压力的平稳必然使塔压同样平稳。而对于图32(b)所示的塔压控制系统，当冷却剂为液相时，可通过控制冷却剂流量达到塔压的目标；当冷凝器为空冷设备时，可通过变频调速机构控制风机的转速以达到塔压控制的目的。 将塔压控制问题分离后，精馏塔的基本控制问题可进一步描述成图33所示的简化控制问题。本文设计选择塔压p的控制系统。图32 精馏塔的压力控制系统 D TR L LD B TS QH BL图33 精馏塔简化控制问题3.2 精馏段控制一
31、端产品质量方案 精流塔的控制目标是使塔顶和塔底的产品满足规定的质量要求。本文讨论塔顶和塔底产品均为液相时的双组分精馏基本控制问题。 对于双组分精馏塔必然产生两个液相产品，对于这种精馏塔，可采用严格控制一端产品，而让另一端产品质量浮动(即不加以控制)的办法。当扰动不很大时，若固定塔顶产品的纯度xD，塔底产品一纯度xB的变动也不会太大；反之也然。未加以严格控制一端的产品质量变化范围可用静态特性关系来加以评估。 假设本文涉及到的双组分精馏塔的塔顶采出液为主要产品。此种情况往往按精馏段指标进行控制。这时，可取精馏段某灵敏板温度作为被控变量，而以回流量L、塔顶采出量D或再沸器上升蒸汽量V作为操纵变量。可
32、以组成单回路控制方式，也可以组成温度-流量串级控制方式。串级控制方式虽较复杂，但可迅速有效地克服进入副环的扰动，并可降低对控制阀特性的要求，在需作精密控制时采用。 采用这种控制方案时，在L，D，V(或QH)和B四者之中，选择一个作为控制产品质量的手段，选择另一个保持流量恒定，其余两个变量则按回流罐和塔底的物料平衡关系由液位控制器加以控制。对应的控制问题如图25所示。并可将上述问题分解成塔顶、塔底两个子系统，有此考虑的控制方案3种，如表31 精馏段指标控制方案。 W D TR L LD B QH LB 图34 精馏段指标控制问题方 案操纵变量DLV或QH B备 注1被控变量LD TR V/F L
33、B 2 TR LD V/F LB3 TR LD LB B/F不可取表31 精馏段指标控制方案由全塔物料平衡关系可知，D+B=F，即当塔底采出量B一定时，D完全由F决定，而不是独立变量，因而不能成为塔顶灵敏板温度的操纵变量。故方案3无法采用，而其他两种方案均是可以考虑的，对应控制流程如图35图36所示。3.2.1 精馏段能量平衡控制方案方案1的特点是控制作用滞后小，反应迅速，所以对克服进入精馏短的扰动和保证塔顶产品是有利的，这是精馏塔控制中最常用的方案，如所示。此方案通过直接控制塔内能量平衡关系以实现对分离精度的控制，故称为“精馏段能量平衡控制方案”。在该方案中，L受温度控制器控制，回流量的波动
34、对于精馏塔平稳操作是不利的。所以在控制器参数整定时，采用比例加积分的控制规律即可，不必加微分。此外，再沸器加热量需要维持一定而且应足够大，以便塔在最大负荷时仍能保证产品的质量指标。图35精馏段能量平衡控制方案3.2.2 精馏段物料平衡控制方案方案2如图27所示，因该方案通过直接调整全塔物料平衡关系以控制塔顶产品的纯度，常常被称为“精馏段物料平衡控制方案”。该方案的优点是有利于精馏塔的平稳操作，对于回流比较大的情况下，控制D要比控制L灵敏。此外还有一个优点，当塔顶产品质量不合格时，如采用有积分作用的控制器，则塔顶采出量D会自动暂时中断，进行全回流，这样可保证得到的产品是合格的。然而，该方案温度控
35、制回路滞后较大，反应较慢，从采出量D的改变到温度变化，要间接地通过回流罐液位控制回路来实现，特别是回流罐容积较大时，反应更慢，给控制质量的提高带来了困难。所以此方案不予采纳图36精馏段物料平衡控制方案第4章 Wincc组态软件的应用4.1 西门子WinCC组态软件简介 工控组态软件WinCC是一个集成的人机界面(HMI)系统和监控管理系统，它是西门子公司在过程自动化领域中的先进技术和微软公司强大软件功能的产物，WinCC是视窗控制中心(Windows Control Center)的简称2。它包括图形设计器、报警记录、标记记录、报告设计器、全局脚本、控制中心、用户管理等功能，使其具有高性能的过
36、程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据管理。WinCC V6.0采用标准Microsoft SQL Server 2000数据库进行生产数据的归档，同时具有Web浏览器功能，可使经理、厂长在办公室内看到生产流程的动态画面，从而更好地调度指挥生产，是工业企业中MES和ERP系统首选的生产时实数据平台软件。作为SIMATIC全集成自动化系统的重要组成部分，WinCC确保与SIMATIC S5，S7和505系列的PLC连接的方便和通讯的高效；WinCC与STEP7编程软件的紧密结合缩短了项目开发的周期。此外，WinCC还有对SIMATIC PLC进行系统诊断的选项，给硬件维护提供了方便。4.2 运行
37、环境以及安装要求(1)Windows XP Professional操作系统。(2)使用Mircosoft Internet Exploer 6.0 浏览器。(3)安装WinCC V6.0前，必须安装Microsoft消息队列服务。(4)WinCC V6.0的组态数据和运行时的归档数据使用关系数据库系统Microsoft SQL Server 2000来储存。安装WinCC V6.0前，必须安装Microsoft SQL Server 2000 SP3。4.3 组态软件总体结构本系统的功能较多，要将所有的功能都显示在一张画面里是不可能的，所以将功能按照主次分级在多张画面内。基本分为欢迎画面，工
38、艺流程画面，主过程监控画面，趋势以及数据显示画面，报警画面和报表画面。要将他们在同一画面中切换，就需要另建立一个主画面main.pdl，之间的切换使用按钮的鼠标动作来实现。总体结构如图41所示。图41组态软件总体结构4.4 组态一个工程第一步首先启动WinCC，建立一个新的WinCC项目，项目分为三种类型: (1) 单用户项目 这是一种只拥有一个操作终端的项目类型。在此计算机上可以完成组态、与过程总线的连接以及项目数据的存储。 (2) 多用户项目 特点是同一项目使用多台客户机和一台服务器。在此最多可有16台客户机访问一台服务器。可以在服务器或任意客户机上组态。项目数据，如画面、变量和归档，最好
39、存储在服务器上，并且使它们能被所有客户机使用。服务器执行与过程总线的连接和过程数据的处理。运行系统通常由客户机控制。 (3) 多客户机项目 这是一种能够访问多个服务器的数据的项目类型。每个多客户机和相关的服务器都拥有自己的项目。在服务器或客户机上完成服务器项目的组态;在多客户机上完成多客户项目的组态。最多16个客户机或多客户机能够访问服务器。在运行时多客户机能访问至多6个服务器。也就是说，6个不同的服务器的数据可以在多客户机上的同一幅画面中可视化显示8。不同的项目类型之间可以切换，在此我们选择单用户项目。然后在标签管理器(Tag Management)中选择添加PLC驱动程序，选择支持S7协议
40、的通信驱动程序“SIMATIC S7 Protocol Suite. CHN”。在其中TCP/IP下新建驱动程序连接，并且命名为PLC_1。如果系统连接的是现场信号，便可以在PLC_1下新建外部变量与现场信号连接，由外部过程为其提供变量值。本文没有使用过程变量，具体变量的组态将在下面说明。4.5 组态变量(1)外部变量 由外部过程为其提供变量值的变量，称为WinCC的外部变量，也成为过程变量。每一个外部变量都属于特定的过程驱动程序和通道单元，并属于一个通道连接。相关的变量将在该通讯驱动程序的目录结构中创建。所组态的内部变量的数目由Power Tags授权限制。(2)内部变量过程没有为其提供变量
41、的变量，称为内部变量。内部变量没有对应的过程驱动程序和通道单元，不需要建立相应的通道连接。内部变量在“内部变量”目录中创建。所组成的内部变量数目不受限制。在WinCC项目管理器的变量管理器中，打开“内部变量”目录。右击并从快捷菜单中选择“新建变量”菜单项，打开“变量属性”对话框。输入变量名称并在数量类型列表中选择变量数据类型。由于本系统无实际设备与其相连接，即无法从外部引入相应变量，使用内部变量便可满足操作要求。因此这里按照第二章所述，创建了精馏塔系统所要用到的变量(内部变量)，如表41所列。表41内部变量序号变量名称变量类型变量含义1Hot_L无符号16位数再沸器热流体流量2Input_L无
42、符号16位数精馏塔进料流量3Level无符号16位数回流罐液位4Temp无符号16位数精馏塔塔顶温度5P1二进制变量泵开关状态6Level_s无符号16位数塔釜液位7Fa1无符号16位数阀1开关状态8Fa2无符号16位数阀2开关状态9Fa3无符号16位数阀3开关状态10Fa4无符号16位数阀4开关状态4.6 创建系统启动画面在绘图区相应位置添加两个按钮，文本属性分别改为“进入系统”和“退出”。并组态“进入系统”按钮，使鼠标点击后进入主画面(下面介绍)，组态“退出”按钮，使鼠标点击后取消系统激活。并给两个按钮分别设置管理员权限，如图42所示。图42 系统启动画面4.7 创建主画面 为了使人机交互
43、界面更加友好，本系统依照人们的习惯，仿造Windows操作系统界面风格来组态主画面main.pdl。把“流程图”、“过程画面”、“趋势画面”、“报警画面”、“报表画面”、“退出”六个需要相互切换的按钮和管理员帐号以及系统时间组态到一个任务栏里，如图43所示。 图43 任务栏 其余空间用来显示各按钮对应的画面。在“对象选项板”中选择“画面窗口”，在绘图区拖动至满意尺寸后释放，组态六个按钮，使鼠标点击其中任意一个按钮后，“画面窗口”中显示出相应画面，但六个按钮和管理员帐号显示以及系统时间没有改变。此设计方案避免了各个画面之间相同按钮的重复设置和连接，使界面简洁易操作。4.8 创建过程画面以及工艺流
44、程画面过程画面是精馏塔现场的主要监视和控制画面，因此必须首先组态与现场相似的设备和工艺流程图。图形编辑器的库是一种用于对创建过程画面所使用的图形对象进行保存和管理的通用工具。 “全局库”提供了多种预先完成的图形对象，这些对象可作为库对象插入到画面中，并根据需要进行组态。选择“视图”-“库”，选择精馏塔、管道、泵、再沸器、冷凝器、回流罐、阀等图形视图，拖放到绘图区，组成与现场类似的画面。然后选择“对象选项板” - “智能对象”中的“输入/输出域”，拖动到绘图区内，右键点击选择“组态对话框”弹出“I/O域组态”对话框，在“变量”文本框中选择对应的内部变量。依次组态出进料流量、热流体流量、回流罐液位、塔顶温度、塔釜液位、回流泵状态以及阀开度的I/O域，使得虚拟现场的以上数据能显示在过程画面中。并在此基础上简化形成工艺流程画面，如图44所示，让使用者对工艺流程一目了然。图44 工艺流程图要显示现场是否