畢業(yè)設(shè)計(jì)--低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒工藝過程

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) </b></p><p>　　2014 年 5 月 25日</p><p>　課題名稱低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒工藝過程自動控制設(shè)計(jì)</p><p>　院（系）</p><p>　專 業(yè)</p><p>　姓 名</p><p>

2、　學(xué) 號</p><p>　指導(dǎo)教師</p><p>　　低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒工藝過程</p><p><b>　　自動控制設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　PTA氧化反應(yīng)尾氣是PTA裝置排出的數(shù)量最大的有害氣體，其中VOCs的含量

3、為中、低濃度，若采用回收技術(shù)法，存在處理效率低、裝置體積大、成本高等缺點(diǎn)。降解技術(shù)中目前較為成熟的是催化燃燒技術(shù)，借助于催化劑的作用使有害物質(zhì)的分解溫度降低到280～450 ℃，具起燃溫度較低、氧化溫度低、能耗低、效率高，NOx生成量極少，無二次污染物等優(yōu)點(diǎn)。本論文以低濃度有機(jī)廢氣過程為研究對象，進(jìn)行工藝過程自動控制部分設(shè)計(jì)，研究內(nèi)容如下：</p><p>　　本文針對低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒工藝流程，認(rèn)真分析催化

4、燃燒反應(yīng)器、換熱器的機(jī)理特性，合理確定自動控制回路的被控變量與操縱變量配對模式，分別采用PID控制策略、前饋控制和串級控制策略設(shè)計(jì)了控制過程方案。</p><p>　　根據(jù)自控設(shè)計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分別對控制所需壓力、溫度、流量等儀表進(jìn)行選型，給出具體的型號。并根據(jù)系統(tǒng)的特性與要求選擇，確定自動閥門的流量特性與氣動特性。</p><p>　　采用西門子公司Simatic WinCC 工控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)

5、催化燃燒過程上層集成監(jiān)控平臺，用電腦將過程變量存檔并實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存檔與顯示。再運(yùn)用OPC通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)了MATLAB與WinCC間數(shù)據(jù)的實(shí)時交換。</p><p>　　關(guān)鍵詞：催化燃燒 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 儀表選型 WinCC集成監(jiān)控 MATLAB</p><p>　　The catalytic combustion process automatic control design for l

6、ow concentrations of organic waste gas</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　PTA oxidation reaction is the maximum number of harmful exhaust gases discharged by PTA plant, where the cont

7、ent of VOCs is in a low concentration. If using recycling technology, there are some disadvantages including low efficiency, high unit volume, high cost and so on. Catalytic combustion technology is currently the most ma

8、ture degradation technology, the decomposition temperature of harmful substances reduced to 280 ~ 450 ℃ by means of a catalyst role, with lower burning temperature, oxidat</p><p>　　This paper is based on the

9、 catalytic combustion of low concentrations of organic waste process, carefully analyzed the mechanism characteristics of the catalytic combustion reactor, heat exchanger, and by the characteristics of the system , distu

10、rbance and control goals analysis, we determined the controlled variables and manipulate variables of each loop, and respectively use PID control strategy, ratio control, the feedforward control and cascade control strat

11、egy to design the control process </p><p>　　According to the control design industry standard, we select each measurement instrument, analog instrument, control instrument and the characteristics of the valv

12、e in the system, give the specific models. We select each automatic valve’s flow characteristics and aerodynamic characteristics according to the characteristics of the system and the goals.</p><p>　　The upp

13、er catalytic combustion process integrated monitoring platform is designed using Siemens Simatic WinCC industrial control configuration software design, using a computer to archive process variables and achieve historica

14、l data archiving and display. Then OPC technology is used to achieve data exchange communication between MATLAB and the WinCC.</p><p>　　Keywords: Catalytic combustion, control system design, WinCC integrated

15、 monitoring, MATLAB</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目錄IV</b></p><p><b>

16、　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1課題背景與意義1</p><p>　　1.2催化燃燒基本原理2</p><p>　　1.3化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略3</p><p>　　1.4控制系統(tǒng)仿真軟件的應(yīng)用研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.5仿真模型與監(jiān)控平臺間的通訊技術(shù)4<

17、;/p><p>　　1.6化工過程集成監(jiān)控軟件5</p><p>　　第二章 低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒的工藝簡介與特性分析7</p><p>　　2.1 低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒工藝流程7</p><p>　　2.2 低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒工藝裝置特性8</p><p>　　2.2.1溫度特性8</p>

18、<p>　　2.2.2壓力特性8</p><p>　　2.2.3流量特性8</p><p>　　2.3催化燃燒工藝擾動分析9</p><p>　　2.3.1進(jìn)料流量與進(jìn)料成分9</p><p>　　2.3.2進(jìn)料溫度或者進(jìn)料熱熵9</p><p>　　2.3.4催化劑進(jìn)料的流量10</p&

19、gt;<p>　　第三章 催化燃燒工藝控制方案設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 控制目標(biāo)分析11</p><p>　　3.2 被控變量與操作變量的選擇11</p><p>　　3.3 閥門特性選取12</p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.4.1 E-101流

20、量控制14</p><p>　　3.4.2 管道回路流量控制15</p><p>　　3.4.3 D101催化燃燒反應(yīng)器控制15</p><p>　　3.4.4 電加熱器溫度控制16</p><p>　　第四章 控制方案儀表硬件選型18</p><p>　　4.1自動控制系統(tǒng)儀表選型原則18</p&g

21、t;<p>　　4.2自動控制系統(tǒng)儀表選型19</p><p>　　4.2.1溫度儀表19</p><p>　　4.2.2流量儀表20</p><p>　　第五章 催化燃燒過程集成監(jiān)控平臺的建立21</p><p>　　5.1 WinCC監(jiān)控平臺簡介21</p><p>　　5.2催化燃燒過程的

22、監(jiān)控平臺的建立22</p><p>　　5.2.1平臺的總體功能設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.2.2平臺底層數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.2.3平臺啟動選項(xiàng)的設(shè)置23</p><p>　　5.2.4平臺變量的創(chuàng)建23</p><p>　　5.2.5平臺用戶管理員的創(chuàng)建26</p>

23、<p>　　5.2.6平臺圖形創(chuàng)建26</p><p><b>　　5.3小結(jié)31</b></p><p>　　第六章 有機(jī)廢氣催化燃燒集成監(jiān)控平臺的數(shù)據(jù)通信技術(shù)32</p><p><b>　　6.1引言32</b></p><p>　　6.2 OPC技術(shù)32</p>

24、;<p>　　6.2.1 OPC (Ole for Process Control)產(chǎn)生的背景32</p><p>　　6.2.2 OPC 技術(shù)特點(diǎn)32</p><p>　　6.3基于OPC實(shí)現(xiàn)WinCC與MATLAB的實(shí)時通訊34</p><p>　　6.3.1 MATLAB系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明34</p><p><b

25、>　　6.4 小結(jié)38</b></p><p>　　第七章 總結(jié)與展望39</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p><b>　　致謝41</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><

26、p>　　1.1課題背景與意義</p><p>　　進(jìn)入90年代以來，化工工業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，企業(yè)在加大新技術(shù)應(yīng)用和新產(chǎn)品開發(fā)力度的同時，也始終注重經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一，同時國家也越來越注重工業(yè)廢氣的排放標(biāo)準(zhǔn)。由石油化工、輕工、印刷行業(yè)以及機(jī)動車發(fā)動機(jī)排出的揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile organic compounds，簡稱VOCs）廢氣，已成為大氣中的重要污染源之一。PTA氧化反應(yīng)尾氣是PT

27、A裝置排出的數(shù)量最大的有害氣體，其中主要的污染物為乙酸甲酯、對二甲苯和溴代烴類，其中乙酸甲酯高達(dá)14600mg/m3，對二甲苯達(dá)2420mg/m3，總溴達(dá)228mg/m3，其中以乙酸甲酯的含量最高，而且酯類被認(rèn)為是一類較難脫除的VOCs。PTA氧化尾氣中VOCs（揮發(fā)性有機(jī)化合物）含量為中、低濃度，若采用回收技術(shù)法，存在處理效率低、裝置體積大、成本高等缺點(diǎn)。降解技術(shù)中目前較為成熟的是直接燃燒和催化燃燒技術(shù)。直接燃燒是通過800～900

28、℃高溫直接氧化尾氣中的有害物質(zhì)為CO2和水，脫除效率可超過99%，但直接燃燒成本價高；催化燃燒是借助于催化劑的作用，使有害物質(zhì)的分解溫度降低到280～450 ℃，催化燃燒法具起燃溫度較低、氧化溫度低、</p><p>　　但由于催化燃燒過程會有大量易燃易爆化學(xué)氣體，且往往采用高溫高壓操作方式，因此實(shí)驗(yàn)室很難建立實(shí)驗(yàn)裝置展開相關(guān)的工程應(yīng)用研究。與此同時，以信息技術(shù)、相似原理、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)

29、，以各種物理效應(yīng)設(shè)備和計(jì)算機(jī)為工具，借助系統(tǒng)模型對實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究，展開工業(yè)精餾過程流程模擬與集成監(jiān)控方法的應(yīng)用研究具有很高的工程實(shí)用價值。雖然仿真代替不了實(shí)際中的生產(chǎn)情況，但可以模擬、驗(yàn)證該方案的可行性。所以近年來，化工過程的計(jì)算機(jī)仿真監(jiān)控平臺的設(shè)計(jì)和故障診斷等方面得到了迅速發(fā)展。</p><p>　　1.2催化燃燒基本原理</p><p>　　催化燃燒是借助催化劑在低溫下

30、(200～400℃)下，實(shí)現(xiàn)對有機(jī)物的完全氧化，因此，能耗少，操作簡便，安全，凈化效率高，在有機(jī)廢氣特別是回收價值不大的有機(jī)廢氣凈化方面，比如化工，噴漆、絕緣材料、漆包線、涂料生產(chǎn)等行業(yè)應(yīng)用較廣，已有不少定型設(shè)備可供選用。</p><p>　　1)催化劑定義：催化劑是一種能提高化學(xué)反應(yīng)速率，控制反應(yīng)方向，在反應(yīng)前后本身的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變的物質(zhì)。</p><p>　　2)催化作用機(jī)理：在一

31、個化學(xué)反應(yīng)過程中，催化劑的加入并不能改變原有的化學(xué)平衡，所改變的僅是化學(xué)反應(yīng)的速度，而在反應(yīng)前后，催化劑本身的性質(zhì)并不發(fā)生變化。而實(shí)際上，催化劑本身參加了反應(yīng)，正是由于它的參加，使反應(yīng)改變了原有的途徑，使反應(yīng)的活化能降低，從而加速了反應(yīng)速度。例如反應(yīng)A+B→C是通過中間活性結(jié)合物(AB)過渡而成的，即：A+B→[AB]→C，其反應(yīng)速度較慢。當(dāng)加入催化劑K后，反應(yīng)從一條很容易進(jìn)行的途徑實(shí)現(xiàn)：A+B+2K→[AK]+[BK]→[CK]+K→

32、C+2K，中間不再需要[AB]向C的過渡，從而加快了反應(yīng)速度，而催化劑并未改變性質(zhì)。</p><p>　　3)催化燃燒的工藝組成：不同的排放場合和不同的廢氣，有不同的工藝流程。但不論采取哪種工藝流程，都由如下工藝單元組成。</p><p>　　1.廢氣預(yù)處理: 為了避免催化劑床層的堵塞和催化劑中毒，廢氣在進(jìn)入床層之前必須進(jìn)行預(yù)處理，以除去廢氣中的粉塵、液滴及催化劑的毒物。</p>

33、;<p>　　2.預(yù)熱裝置: 預(yù)熱裝置包括廢氣預(yù)熱裝置和催化劑燃燒器預(yù)熱裝置。因?yàn)榇呋瘎┒加幸粋€催化活性溫度，對催化燃燒來說催化劑是起燃溫度，必須使廢氣和床層的溫度達(dá)到起燃溫度才能進(jìn)行催化燃燒，因此，必須設(shè)置預(yù)熱裝置。但對于排出的廢氣本身溫度就較高的場合，如漆包線、絕緣材料、烤漆等烘干排氣，溫度可達(dá)300℃以上，則不必設(shè)置預(yù)熱裝置。預(yù)熱裝置加熱后的熱氣可采用換熱器和床層內(nèi)布管的方式。預(yù)熱器的熱源可采用煙道氣或電加熱，目前采

34、用電加熱較多。當(dāng)催化反應(yīng)開始后，可盡量以回收的反應(yīng)熱來預(yù)熱廢氣。在反應(yīng)熱較大的場合，還應(yīng)設(shè)置廢熱回收裝置，以節(jié)約能源。預(yù)熱廢氣的熱源溫度一般都超過催化劑的活性溫度。為保護(hù)催化劑，加熱裝置應(yīng)與催化燃燒裝置保持一定距離，這樣還能使廢氣溫度分布均勻。</p><p>　　1.3化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略</p><p>　　影響化學(xué)反應(yīng)的擾動主要來自外部，因此控制外圍是反應(yīng)器控制的基本控制策略。穩(wěn)

35、定外圍控制是盡可能使進(jìn)入反應(yīng)器的每個過程變量保持在規(guī)定數(shù)值的控制，它使反應(yīng)器操作在所需操作條件，產(chǎn)品質(zhì)量滿足工藝要求。通常，穩(wěn)定外圍的控制一句物料平衡和能量平衡進(jìn)行，采用的基本控制方法如下：</p><p>　　1）反應(yīng)物流量的控制 </p><p>　　為保證進(jìn)入反應(yīng)器物料的恒定，可采用參加反應(yīng)物料的定值控制，同時，控制生成物流量，使由反應(yīng)物帶入反應(yīng)器的熱量和由生成物帶走的熱量也能夠平衡

36、。反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較低，反應(yīng)熱較小的絕熱反應(yīng)器或反應(yīng)溫度較高，反應(yīng)放熱較大的反應(yīng)器，采用這種控制策略有利于控制反應(yīng)的平穩(wěn)進(jìn)行。</p><p>　　2）流量的比值控制 </p><p>　　多個反應(yīng)物料之間的配比恒定是保證反應(yīng)向正方向進(jìn)行所必需的，因此，不僅要靜態(tài)保持相應(yīng)的比值關(guān)系，還需要在動態(tài)時保證相應(yīng)的比值關(guān)系，有時，需要根據(jù)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或溫度等指標(biāo)及時調(diào)整相應(yīng)的比值。為此，可采用單閉環(huán)，雙

37、閉環(huán)比值控制，有時，可采用變比值控制系統(tǒng)。</p><p>　　3）反應(yīng)器冷卻劑量或加熱劑量的控制 </p><p>　　當(dāng)反應(yīng)物量穩(wěn)定后，由反應(yīng)物帶入反應(yīng)器的熱量就基本恒定，如果能夠控制放熱反應(yīng)器的冷卻劑量或吸熱反應(yīng)器的加熱劑量，就能夠使反應(yīng)過程的熱量平衡，使副反應(yīng)減少，及時地移熱或加熱，有利于反映向正方向進(jìn)行，因此，可采用對冷卻劑量或加熱劑量進(jìn)行定值控制或?qū)⒎磻?yīng)物量作為前饋信號組

38、成前饋-反饋控制系統(tǒng)。</p><p>　　4）化學(xué)反應(yīng)器的質(zhì)量指標(biāo)是最主要的控制目標(biāo) </p><p>　　對反應(yīng)器的控制，主要被控變量是反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或反應(yīng)生成物的濃度等直接質(zhì)量指標(biāo)，當(dāng)直接質(zhì)量指標(biāo)較難獲得時，可采用間接質(zhì)量指標(biāo)。例如，溫度或帶壓力補(bǔ)償?shù)臏囟鹊茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)，操縱變量可以采用進(jìn)料量，冷卻劑量或加熱劑量，也可以采用進(jìn)料溫度等進(jìn)行外圍控制[1]。</p>

39、<p>　　1.4控制系統(tǒng)仿真軟件的應(yīng)用研究現(xiàn)狀</p><p>　　近十年來，隨著MATLAB語言和Simulink仿真環(huán)境在控制系統(tǒng)研究與教學(xué)中日益廣泛的應(yīng)用，在系統(tǒng)仿真、自動控制等領(lǐng)域，國外很多高校在教學(xué)與研究中都將MATLAB/Simulink語言作為首選的計(jì)算機(jī)工具。我國的科學(xué)工作者和教育工作者也逐漸認(rèn)識到MATLAB語言的重要性，并且在很多高校的本科自動控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到應(yīng)用[2,3,

40、4]。</p><p>　　在自動控制領(lǐng)域里的科學(xué)研究和工程應(yīng)用中有大量繁瑣的計(jì)算與仿真曲線繪制任務(wù)，給控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)帶來了巨大的工作量，為了解決海量計(jì)算的問題，各種控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的軟件層出不窮，技術(shù)人員憑借這些產(chǎn)品強(qiáng)大的計(jì)算和繪 圖功能，使系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的效率得以大大提高。然而在眾多控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真軟件中，MATLAB以其強(qiáng)大的計(jì)算功能、豐富方便的圖形功能、模塊化的計(jì)算方法，以及動態(tài)系統(tǒng)仿真工具Si

41、mulink，脫穎而出成為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真領(lǐng)域中的佼佼者，同時也成為了當(dāng)今最流行的科學(xué)工程語言[5,6]。</p><p>　　MATLAB是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便、界面友好的用戶環(huán)境。它還包括了ToolBox（工具箱）的各類問題的求解工具，可用來求解特定學(xué)科的問題。MATLAB所具備的強(qiáng)有力的計(jì)

42、算功能和圖形表現(xiàn)，以及各種工具箱提供的豐富的專用函數(shù)，為設(shè)計(jì)研究人員避免重復(fù)繁瑣的計(jì)算和編程，更快、更好、更準(zhǔn)確地進(jìn)行控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)提供了極大的幫助。 MathWorks公司于2011年4月發(fā)布了MATLAB的最新版本——2011a(R2011a) 版MATLAB和Simulink產(chǎn)品系列。該版本的核心在于引入了新一代的代碼生成產(chǎn)品：MATLAB Coder、Simulink Coder和Embedded Coder。</p&

43、gt;<p>　　1.5仿真模型與監(jiān)控平臺間的通訊技術(shù)</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)有資料，Matlab和監(jiān)控組態(tài)軟件之間的數(shù)據(jù)交換方法有很多種，其中以動態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE為主，動態(tài)數(shù)據(jù)交換是Windows系統(tǒng)中支持進(jìn)程間的通信機(jī)制，它是以共享內(nèi)存來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的。大量的文獻(xiàn)表明了采用DDE數(shù)據(jù)交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件和MALAB的數(shù)據(jù)通信的有效性。但DDE存在的缺陷是：當(dāng)通訊數(shù)據(jù)大時，數(shù)據(jù)刷新速度慢，容易

44、出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象；DDE本身的窄帶寬，并不非常適用于實(shí)時交換系統(tǒng)，而這種實(shí)時系統(tǒng)卻為自動化控制所必需。OPC以其獨(dú)有的開放性、互連性、高效性和產(chǎn)業(yè)性占據(jù)了主導(dǎo)地位。OPC是OLE for Process的縮寫，即把OLE應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，采用客戶/服務(wù)器體系。</p><p>　　在工業(yè)過程的實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)監(jiān)控組態(tài)軟件都擁有開發(fā)商自主開發(fā)的專有實(shí)時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫。如果要訪問這些數(shù)據(jù)庫，以前必須要編寫相應(yīng)的代

45、碼程序調(diào)用開發(fā)商提供的API函數(shù)或其他特殊方式來實(shí)現(xiàn)。隨著OPC技術(shù)的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)流行的監(jiān)控組態(tài)軟件，如RSVIEW32、Ifix、WinCC、MCGS、Kingview 等全面支持OPC技術(shù)，即這些組態(tài)軟件提供了可以訪問數(shù)據(jù)庫的OPC服務(wù)器，任一客戶端無需了解接口特性，只要按照OPC規(guī)范編寫客戶端服務(wù)程序即可讀取和寫入監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。</p><p>　　1.6化工過程集成監(jiān)控軟件</p

46、><p>　　組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。隨著工業(yè)自動化水平的提高，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)監(jiān)控軟件的通用性和靈活性提出了更高的要求。組態(tài)軟件(configuration software)是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡

47、潔的使用方法，其設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易的實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，為自動化工程技術(shù)人員提供了一種設(shè)計(jì)控制策略及控制界面的工具。</p><p>　　WinCC(windows control center)是由德國西門子公司與微軟公司共同開發(fā)的軟件系統(tǒng)，是結(jié)合西門子在過程自動化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件強(qiáng)大功能的產(chǎn)物。WinCC是一個功能強(qiáng)大、接口豐富的監(jiān)控系統(tǒng)，既可以用來完成小規(guī)模、簡單的過程監(jiān)控應(yīng)

48、用，也可以用來完成復(fù)雜的應(yīng)用。WinCC將Windows NT應(yīng)用程序的現(xiàn)代體系結(jié)構(gòu)與使用方便的圖形設(shè)計(jì)程序結(jié)合在一起，可以很方便地生成人機(jī)界面，建立完整的過程監(jiān)控解決方案。</p><p>　　WinCC監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)軟件有著通用的應(yīng)用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；擁有多語言支持，全球通用 ；它可以集成到所有自動化解決方案內(nèi)，內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進(jìn)行組態(tài)，可基于Web持續(xù)延展，采用開放性標(biāo)準(zhǔn)

49、，集成簡便；而且它集成的Historian 系統(tǒng)可以作為IT 和商務(wù)集成的平臺，可用選件和附加件進(jìn)行擴(kuò)展，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。 </p><p>　　WinCC監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)軟件集生產(chǎn)自動化和過程自動化于一體，實(shí)現(xiàn)了相互之間的整合，這在大量應(yīng)用和各種工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例中業(yè)已證明，包括：汽車工業(yè)、化工和制藥行業(yè)、印刷行業(yè)、能源供應(yīng)和分配、貿(mào)易和服務(wù)行業(yè)、塑料和橡膠行業(yè)、機(jī)械和設(shè)備成套工程、金屬加工業(yè)、

50、食品、飲料和煙草行業(yè)、造紙和紙品加工、鋼鐵行業(yè)、運(yùn)輸行業(yè)、水處理和污水凈化。</p><p>　　WinCC提供了所有最重要的通訊通道，用于連接到SIMATIC S5/S7/505控制器(例如通過S7協(xié)議集)的通訊，以及如PROFIBUS-DP/ FMS、DDE(動態(tài)數(shù)據(jù)交換)和OPC，(用于過程控制的OLE)等非專用通道；亦能以附加件的形式獲得其它通訊通道。</p><p>　　WinC

51、C在其基本系統(tǒng)內(nèi)集成了基于Microsoft SQL Server 2000的功能強(qiáng)大、可延展的“Historian”系統(tǒng)，并以跨公司“Historian”服務(wù)器的形式用作中央信息交換系統(tǒng)。不同的評估用客戶機(jī)、開放性接口(開放性數(shù)據(jù)庫接口：ADO，OLEDB，SQL；編程接口：VBScript和有訪問COM對象模型和API功能的ANS I - C)以及各種任選件(WinCC/Dat @Monitor, WinCC/Connectivit

52、y Pack，WinCC, Industrial Data Bridge)構(gòu)成了靈活而高效的集成監(jiān)控平臺的基礎(chǔ)，這樣就可以與生產(chǎn)和公司管理層軟件(MES和ERP)相連接。</p><p>　　第二章 低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒的工藝簡介與特性分析</p><p>　　2.1 低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒工藝流程</p><p>　　透平后待處理的低溫尾氣與催化燃燒處理后高溫尾

53、氣在換熱器中進(jìn)行熱量交換，待處理的低溫尾氣升溫后再經(jīng)電加熱器加熱到320℃左右，加熱后的尾氣送入催化燃燒反應(yīng)器，去除尾氣中的有機(jī)組分。催化燃燒處理后高溫尾氣將熱量傳遞給處理的低溫尾氣后，經(jīng)尾氣洗滌塔洗滌后由尾氣洗滌塔放空煙囪排入大氣。</p><p>　　其中，PTA尾氣處理規(guī)模為1000kg/h，乙酸甲酯處理效率>99%，苯及其同系物處理效率>99%，溴化物處理效率>95%。其主要設(shè)備為：催化

54、燃燒反應(yīng)器1個，板式換熱器1個，電加熱器1個。</p><p>　　2.2 低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒工藝裝置特性</p><p>　　催化燃燒過程是一個具有干擾、非線性、時變、多變量的復(fù)雜過程，在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前有必要針對對象進(jìn)行特性分析。整個裝置主要涉及到的工藝參數(shù)為：溫度，流量，壓力等。根據(jù)各對象的不同動態(tài)特性，我們采用不同的控制方法。</p><p><

55、;b>　　2.2.1溫度特性</b></p><p>　　在此工藝裝置中，溫度檢測包括進(jìn)出廢氣出電加熱器的溫度，催化燃燒反應(yīng)器的溫度。就檢測手段來說，包括接觸式檢測與非接觸式檢測。一般來說，溫度的慣性很大，容量滯后大，有的過程時間常數(shù)能達(dá)十幾分鐘。再者，各溫度被控對象之間的耦合性很強(qiáng)，往往控制某一溫度對象時會引起其它溫度對象的變化[7]。因此，征對溫度遲滯大的特性，我們要在溫度控制系統(tǒng)中增加微分

56、作用。在該對象中，主要的控制要求是保持電加熱器出料溫度與反應(yīng)器溫度的恒定。</p><p><b>　　2.2.2壓力特性</b></p><p>　　在此裝置中，壓力的檢測包括各個泵口的壓力以及反應(yīng)器的壓力。此對象中包括了兩類常見的類型：一是管道壓力；二是具有一定容量的氣罐壓力。對于前者而言，管道容積較小，時間常數(shù)較小，控制比較靈敏，一般不需要加入微分作用。對于后者

57、而言，雖然體積和容量較大，動態(tài)特性的時間常數(shù)較大，但相對溫度對象而言還是有一定得靈敏性，所以一般也不需要加入微分作用[7]。</p><p><b>　　2.2.3流量特性</b></p><p>　　在此工藝裝置中，流量檢測包括廢氣進(jìn)料濃度，廢氣進(jìn)催化燃燒反應(yīng)器流量等。流量的測量容易受到噪聲的干擾，流量本身可能是平穩(wěn)的，平均流量沒有什么變化，但是測量信號常常是頻繁的

58、變動。這是由于管道中的流動正常時都呈現(xiàn)湍流狀態(tài)，流量雖然平穩(wěn)，流體內(nèi)部卻在騷動。特別是流體通過截流裝置時，此種騷動程度比較大，產(chǎn)生的噪聲也較大。噪聲是一種頻率很高，變化無常的流體流動。這是流量控制系統(tǒng)不能加微分的原因。由于噪聲頻率很高，雖然幅度變化不大，但若加上微分控制器其輸出容易出現(xiàn)波動，反而使系統(tǒng)不穩(wěn)定。流量過程時間常數(shù)很小。當(dāng)手動調(diào)整閥門時，流量在較短時間內(nèi)就能變化完畢，反應(yīng)比較靈敏。對于流量而言，廣義對象的時間常數(shù)主要取決與控制

59、器，定位器，變送器和信號傳輸?shù)炔糠?，流量自身的時間常數(shù)相對較小[8]。</p><p>　　2.3催化燃燒工藝擾動分析</p><p>　　和其他化工過程一樣，燃燒過程是在一定物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。一切影響催化燃燒反應(yīng)的因素均通過物料平衡和能量平衡進(jìn)行。影響物料平衡的因素主要包括進(jìn)料量和進(jìn)料成分的變化及催化劑進(jìn)料的變化。影響能量平衡的因素主要包括進(jìn)料溫度或者熱熵的變化、換熱器和

60、電加熱器加熱量的變化以及反應(yīng)器的環(huán)境溫度的變化等[9,10]。物料平衡和能量平衡之間有相互影響。各種擾動因素有可控的，也有不可控的。</p><p>　　2.3.1進(jìn)料流量與進(jìn)料成分</p><p>　　進(jìn)料流量是上工序的出料，因此，通常是不可控但可測的，當(dāng)進(jìn)料流量變化較大時，對后續(xù)的操作會造成很大的影響。這是，可以將進(jìn)料流量和廢氣出料濃度組成串級控制。當(dāng)進(jìn)料流量需要定值控制時，從工藝的角

61、度看，有時需要增加中間儲罐或者容器，以便緩沖上一工序的出料量。從控制角度講，可以采用均勻控制策略，使進(jìn)料流量基本恒定的同時，對上一工序的操作不造成較大的影響。</p><p>　　進(jìn)料流量影響物料平衡，也影響能量平衡。因此，控制策略因保持流量基本恒定；進(jìn)料成分影響物料平衡和能量平衡，但進(jìn)料成分通常是不可控的，多數(shù)情況下也難于測量。因此，控制策略是盡量控制上一工序的操作，從外圍入手，使進(jìn)料成分保持恒定見小其變化對于

62、后續(xù)催化燃燒反應(yīng)的影響[1]。</p><p>　　2.3.2進(jìn)料溫度或者進(jìn)料熱熵</p><p>　　進(jìn)料溫度影響廢氣處理過程的能量平衡。進(jìn)料溫度一般是可控可測的，多數(shù)情況下，進(jìn)料溫度較恒定，因此控制策略是不進(jìn)行控制。當(dāng)進(jìn)料需要經(jīng)過換熱器預(yù)熱后進(jìn)入時，由于進(jìn)料的狀況可以氣態(tài)的，因此，可以出現(xiàn)進(jìn)料熵的變化，這是，控制策略是才用熱熵控制，保證進(jìn)料熱熵的恒定。</p><p

63、>　　2.3.4催化劑進(jìn)料的流量</p><p>　　催化劑濃度影響著催化燃燒的反應(yīng)速率，催化劑實(shí)質(zhì)上是參加了化學(xué)反應(yīng)的，我所以在反應(yīng)物充分的條件下，催化劑的量越多，濃度越高，與反應(yīng)物接觸的量就越多，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的中間物就越多，得到的最后產(chǎn)物就越多，但前提必須是加入的所有催化劑都要與反應(yīng)物能充分接觸，才會使化學(xué)反應(yīng)速率越大。因此，可以將催化劑進(jìn)料和反應(yīng)器溫度組成串級控制，同時廢氣進(jìn)料作為前饋控制。<

64、/p><p>　　第三章 催化燃燒工藝控制方案設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 控制目標(biāo)分析</p><p>　　在正常工況過程中，根據(jù)工藝要求和裝置特性可以設(shè)計(jì)催化燃燒工藝控制方案可將控制任務(wù)分為四大部分：正常工況回路說明與控制目標(biāo)常規(guī)回路控制；節(jié)能控制；安全控制。如下表3-1給出了正常工況回路說明與控制目標(biāo)。</p><p>　　表3-1 正

65、常工況回路說明與控制目標(biāo)</p><p>　　3.2 被控變量與操作變量的選擇</p><p>　　分析系統(tǒng)的控制要求與控制目標(biāo)，可知反應(yīng)器溫度、壓力，廢氣進(jìn)料量，電加熱器溫度，等為被控變量。被控變量與操縱變量的選擇如表3-2、3-3所示。</p><p><b>　　表3-2被控變量</b></p><p><b

66、>　　表3-3操縱變量</b></p><p>　　3.3 閥門特性選取</p><p>　　選擇控制閥工作流量特性的目的是通過控制閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的增益來補(bǔ)償因?qū)ο笤鲆孀兓斐砷_環(huán)總增益的變化的影響。一般變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等放大倍數(shù)基本為一個常數(shù)，但過程特性往往是非線性的。因此，我們選擇的原則是：KvKp=常數(shù)，其中，Kv為調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)，Kp為過程的放大系數(shù)[1]

67、。</p><p>　　一般來說，根據(jù)被控對象的特性，流量控制對象的過程放大系數(shù)為線性，所以選擇線性閥（V1、V2、V3、V4選用線性）。若溫度過程為非線性，所以選擇等百分比調(diào)節(jié)閥。若被控變量為液位，可選用對數(shù)；若被控變量為壓力，可選用對數(shù)。</p><p>　　圖3-1 一般線性閥門特性曲線</p><p>　　圖3-2 一般對數(shù)閥門特性曲線</p>

68、<p>　　由于此控制系統(tǒng)是通過流量來控制壓力或者溫度，因此都選擇氣開閥，具體情況如表3-4所示：</p><p>　　表3-3 閥門特性選取</p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　在該生產(chǎn)系統(tǒng)中，E-101，D-101，H-101分別為換熱器、催化燃燒反應(yīng)器、電加熱器，其控制如下圖3-4所示：</p><p

69、>　　圖3-4 系統(tǒng)控制方案結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　3.4.1 E-101流量控制</p><p>　　一般傳熱設(shè)備控制的實(shí)質(zhì)是對傳熱設(shè)備的熱量平衡控制，傳熱設(shè)備控制的目的如下[1]：</p><p>　　達(dá)到工藝所需的溫度。例如，反應(yīng)器的入口溫度等。</p><p>　　熱量平衡。例如，除熱和放熱的平衡。</p>

70、<p>　　改變物料的組態(tài)。例如，氨冷卻器將液氨成氣氨。</p><p><b>　　余熱利用</b></p><p>　　E-101是換熱器，主要是個預(yù)熱裝置，后續(xù)還會有電加熱器繼續(xù)加熱，所以溫度的控制可通過控制廢氣進(jìn)氣流量和處理過廢氣出氣的流量即可，我們可以通過采用串級控制系統(tǒng)，副被控變量是廢氣進(jìn)料的流量，主被控變量處理過廢氣出氣的流量，操作變量是進(jìn)

71、料流量控制閥，控制系統(tǒng)框圖見下圖3-5所示：</p><p>　　圖 3-5 E-101控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　3.4.2 管道回路流量控制</p><p>　　在兩個管道流量控制回路中，為保證流量穩(wěn)定以及后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量，可以采用定制控制，被控變量均為流量，其操作變量為流量控制閥，控制系統(tǒng)框圖見下圖3-6：</p><p>　　圖3

72、-6 管道流量控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　3.4.3 D101催化燃燒反應(yīng)器控制</p><p>　　D101催化燃燒反應(yīng)器的控制回路采用簡單單回路控制是滿足不了要求的，因?yàn)檫M(jìn)料雖然恒定，但是存在許多的擾動，如進(jìn)料的溫度與壓力等。這里采用前饋—串級控制，副控變量是催化劑的進(jìn)料流量，溫度為主控變量、進(jìn)料流量為前饋信號組成的前饋—串級控制系統(tǒng)。TY是乘法器，F(xiàn)Y是前饋控制器。此處采用前

73、饋主要考慮開停車控制可以采用串級加前饋控制。</p><p>　　在該回路中，被控變量為催化劑進(jìn)料流量，其操作變量為進(jìn)入D101的水蒸汽流量，控制系統(tǒng)框圖見下圖3-7。</p><p>　　圖3-7 D101塔溫控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　3.4.4 電加熱器溫度控制</p><p>　　在廢氣與已處理的廢氣進(jìn)行熱交換之后，通過一熱加

74、熱器，使其溫度被加熱到320℃左右，如果溫度達(dá)不到設(shè)定的溫度，就會影響后續(xù)的催化燃燒反應(yīng)。所以要設(shè)計(jì)一個閉環(huán)回路，通過控制電加熱器的電壓來控制電加熱器的加熱溫度?？刂苹芈分校覀兛梢酝ㄟ^設(shè)計(jì)一個溫控電熱器加熱電路圖(如3.8圖所示)來控制電加熱器的溫度如3.8圖所示。</p><p>　　一個典型的LM溫度5傳感器連接到比較器IC1的負(fù)輸入端，傳感器的電壓與溫度成正比，因此當(dāng)加熱器被冷卻時，在給定的時刻內(nèi)電壓下降

75、低于IC1正輸入端由P1設(shè)定的參考電壓。比較器的輸出，則升到高電位，經(jīng)過IC2a、IC2b、和IC2c。三次反變換之后，在T2的基極存在一個低的邏輯電平。由于晶體管是p一n一p型,它將開始導(dǎo)通，T3也被導(dǎo)通，繼電器Re1被激發(fā)。加熱電阻器( 用R12表示) 連接k1，然而再經(jīng)k2連接到電源變壓器，使加熱器發(fā)熱。</p><p>　　當(dāng)溫度使D1 的電壓超過IC12 腳的參考電壓時，比較器的輸出下降為低電位，而T2

76、和T3被截止。由R5提供的滯后作用，保證了通斷的臨界值差距很大，以防止繼電器產(chǎn)生卡塔聲。</p><p>　　由IC2d、T1、和D2組成一個任意的指示器，當(dāng)加熱電阻沒有導(dǎo)通時，比較器的輸出為低電位，IC2d的13腳也是低電位，這種門電路就起反相器的作用，因此T1，導(dǎo)通而D2亮。當(dāng)加熱電阻被導(dǎo)通時，IC2d的13腳升為高電位，則網(wǎng)絡(luò)R7一C2使門電路起矩形信號發(fā)生器的作用，因此D2與它同步也被熄滅。</p&

77、gt;<p><b>　　圖3-7</b></p><p>　　第四章 控制方案儀表硬件選型</p><p>　　4.1自動控制系統(tǒng)儀表選型原則</p><p>　　儀表（元件）及控制閥選型的一般原則如下：</p><p><b>　?、俟に囘^程的條件</b></p>&

78、lt;p>　　工藝過程的溫度、壓力、流量、粘度、腐蝕性、毒性、脈動等因素是決定儀表選型的主要條件，它關(guān)系到儀表選用的合理性、儀表的使用壽命及車間的防火、防爆、保安等問題。</p><p><b>　?、诓僮魃系闹匾?lt;/b></p><p>　　各檢測點(diǎn)的參數(shù)在操作上的重要性是儀表的指示、記錄、積算、報(bào)警、控制、遙控等功能選定依據(jù)。一般來說，對工藝過程影響不大，

79、但需經(jīng)常監(jiān)視的變量，可選指示型；對需要經(jīng)常了解變化趨勢的重要變量，應(yīng)選記錄式；而一些對工藝過程影響較大的，又需隨時監(jiān)控的變量，應(yīng)設(shè)控制；對關(guān)系到物料衡算和動力消耗而要求計(jì)量或經(jīng)濟(jì)核算的變量，宜設(shè)積算；一些可能影響生產(chǎn)或安全的變量，宜設(shè)報(bào)警。</p><p><b>　?、劢?jīng)濟(jì)性和統(tǒng)一性</b></p><p>　　儀表的選型也決定于投資的規(guī)模，應(yīng)在滿足工藝和自控的要求

80、前提下，進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)核算，取得適宜的性能／價格比。為便于儀表的維修和管理，在選型時也要注意到儀表的統(tǒng)一性。盡量選用同一系列、同一規(guī)格型號及同一生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品[16]。</p><p>　　④儀表的使用和供應(yīng)情況</p><p>　　選用的儀表應(yīng)是較為成熟的產(chǎn)品，經(jīng)現(xiàn)場使用證明性能可靠的；同時要注意到選用的儀表應(yīng)當(dāng)是貨源供應(yīng)充沛，不會影響工程的施工進(jìn)度[17]。</p>&l

81、t;p>　　4.2自動控制系統(tǒng)儀表選型</p><p>　　4.2.1溫度儀表 </p><p><b>　?。?）精確度等級 </b></p><p>　　一般工業(yè)用溫度計(jì)：選用1.5級或l級，精密測量用溫度計(jì)：應(yīng)選用0.5級或0.25級。在本設(shè)計(jì)中按一般工業(yè)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，選用1.5級或l級。 （2）測量范圍</p>

82、<p>　　最高測量值不大于儀表測量范圍上限值90%,正常側(cè)量值在儀表測量范圍上限值的1/2左右。 （3）檢出元件選擇</p><p>　　1根據(jù)溫度測量范圍，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用相應(yīng)分度號的熱電偶，熱電阻。</p><p>　　2裝配式熱電偶適用于一般場合；裝配式熱電阻適用于無振動場合；熱敏熱電阻適用于測量反應(yīng)速度快的場合。愷裝式熱電偶，愷裝式熱電阻適用于要求耐振動或耐

83、沖擊，以及要求提高響應(yīng)速度的場合[18]。</p><p>　　3根據(jù)測量對象對響應(yīng)速度的要求，可選用下列時間常數(shù)的檢出(測)元件：(1)熱電偶：600s，100s和20s三級；(2)熱電阻：90-180s，30-96s，10-30s和<10s四級 ；(3)熱敏熱電阻：<1s。</p><p><b>　　（4）變送器</b></p>

84、<p>　　與接受標(biāo)準(zhǔn)信號顯示儀表配套的測量或控制系統(tǒng)，可選用具有模擬信號輸出功能或數(shù)字信號輸出功能的變送器；一般情況應(yīng)選用現(xiàn)場型變送器，此處采用現(xiàn)場型變送器[11]。</p><p>　　溫度儀表選擇一覽表：</p><p>　　等級選用1.5級或l級。根據(jù)物料衡算，各個檢測點(diǎn)溫度有40、49.6、143.4、99.8、79.7.30、46.3，量程范圍可選用銅熱電阻Cu50（

85、-50~+150）、鉑熱電阻Pt100（-200~+650）；其中熱電阻<10s四級；溫度計(jì)接線盒采用隔爆式，連接方式采用法蘭式。如下表4-1為選型一覽表。</p><p>　　表4-1 溫度儀表選型一覽表</p><p><b>　　4.2.2流量儀表</b></p><p>　　化工裝置流量計(jì)選擇：節(jié)流裝置及差壓計(jì)；速度式流量計(jì)；容

86、積式流量計(jì)；可變面積式流量計(jì)(轉(zhuǎn)子流量計(jì))；質(zhì)量流量計(jì)；楔形流量計(jì)；明渠流量計(jì)等。</p><p>　　流量儀表選擇一覽表：</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，測量流量的有氨水、去離子水、冷卻水、自來水、氨氣、水蒸氣等。對于去離子水、冷卻水、自來水條件相同，可采用相同的儀表，指示均采用線性刻度，測量采用差壓式。如下表4-3為選型一覽表。</p><p>　　表4-3

87、流量儀表選型一覽表</p><p>　　第五章 催化燃燒過程集成監(jiān)控平臺的建立</p><p>　　5.1 WinCC監(jiān)控平臺簡介</p><p>　　隨著對工業(yè)自動化的要求越來越高，以及大量控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置之間的通訊的需要，監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)越來越受到用戶的重視，從而導(dǎo)致組態(tài)軟件的大量使用。組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)SCADA[12]（Supervisory

88、 Control and Data Acquisition）的軟件平臺工具，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個組成部分。它具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。</p><p>　　西門子視窗控制中心SIMATIC WinCC(Windows Control Center)是HMI/SCADA軟件中的后起之秀，是西門子公司在自動化領(lǐng)域采用最先進(jìn)的技術(shù)與微軟公司在共同開發(fā)的居于世界領(lǐng)先地位的工控軟件[12]。HMI代表“H

89、uman Machine Interface(人機(jī)界面)，即人(操作員)和機(jī)器(過程)之間的界面。自動化過程(AS)保持對過程的實(shí)際控制。一方面影響WinCC和操作員之間的通訊，另一方面影響WinCC和自動化系統(tǒng)之間的通訊。</p><p>　　WinCC是一個功能強(qiáng)大的全面開放的監(jiān)控系統(tǒng)[13]，既可以用來完成小規(guī)模的簡單的過程監(jiān)控應(yīng)用，也可以用來完成復(fù)雜的應(yīng)用。在任何情況下WinCC都可以生成漂亮而便捷的人機(jī)

90、對話接口，使操作員能夠清晰地管理和優(yōu)化生產(chǎn)過程。</p><p>　　WinCC幾乎擁有先進(jìn)人機(jī)界面產(chǎn)品的所有功能，其集成的功能[14]已包括： 1. 圖形系統(tǒng)用于自由地組態(tài)畫面，并完全通過圖形對象進(jìn)行操作，圖形對象具有動態(tài)屬性并可對屬性進(jìn)行在線組態(tài)；2. 報(bào)警信息系統(tǒng)記錄和存儲事件并予以顯示，可自由選擇信息分類、信息顯示和報(bào)表，操作非常簡便；3. 變量存檔接收、記錄和壓縮測量值，用于曲線和圖表顯示及進(jìn)一步的編輯

91、功能；4. 報(bào)表系統(tǒng)用戶自由選擇一定的報(bào)表格式，按時間順序或事件觸發(fā)來對信息操作、文檔當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行用戶報(bào)表輸出；5. 數(shù)據(jù)處理對圖形對象的動作使用C語言及C編譯器進(jìn)行編輯；6. 標(biāo)準(zhǔn)接口 通過ODBC和SQL訪問用于組態(tài)和過程數(shù)據(jù)的SYBASE數(shù)據(jù)庫；7. 應(yīng)用程序接口允許用戶編寫可用于擴(kuò)展WinCC基本功能的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序。</p><p>　　另外，WinCC還提供多種可選軟件包。如通訊開發(fā)工具CDK，允許用戶

92、開發(fā)用于連接數(shù)據(jù)管理器與任何目標(biāo)系統(tǒng)的通訊軟件。 </p><p>　　WINCC的組態(tài)及歸檔數(shù)據(jù)存放在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)可用標(biāo)準(zhǔn)工具如ODBC和SQL等讀出[15]。很多標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用如Microsoft Excel等可以和WinCC并行運(yùn)行，同時可通過DDE裝載過程數(shù)據(jù)。操作員站軟件允許通用的OCX、ActiveX鏈接。更進(jìn)一步，集成的OPC(OLE for process control)服務(wù)器使得過程數(shù)據(jù)可

93、由其它應(yīng)用程序(OPC客戶機(jī))訪問。 WinCC是PCS7系統(tǒng)操作站采用的監(jiān)控軟件(HMI)。它是一個32位的基于Windows的監(jiān)控軟件[15]。在PCS7中，它被集成在SIMATIC程序管理器中。</p><p>　　5.2催化燃燒過程的監(jiān)控平臺的建立</p><p>　　在本平臺中，圖形界面本身并不復(fù)雜，不需要任何花哨的設(shè)計(jì)，但堅(jiān)持圖形用戶界面(GUI)設(shè)計(jì)原則的基本原則[15]，界

94、面直觀、對用戶透明，信息量充足，使得用戶接觸軟件后對界面上對應(yīng)的功能一目了然、不需要多少培訓(xùn)就可以方便使用本應(yīng)用系統(tǒng)。要保持界面的一致性。一致性既包括使用標(biāo)準(zhǔn)的控件，也指使用相同的信息表現(xiàn)方法，如在字體、標(biāo)簽風(fēng)格、顏色、術(shù)語、顯示錯誤信息等方面確保一致。在本項(xiàng)目中所有的頁面采用同一種底色，相似的頁面要保持相同的風(fēng)格。</p><p>　　5.2.1平臺的總體功能設(shè)計(jì)</p><p>　　該

95、集成監(jiān)控平臺主要對以Matlab為基礎(chǔ)的化工流程模擬平臺進(jìn)行監(jiān)控，該模擬平臺需要一個登陸界面，以保證平臺運(yùn)行的安全和可靠性。其次，該流程模擬平臺的主界面需要實(shí)現(xiàn)以下功能：</p><p>　　1. 畫面顯示功能，以顯示本化工工藝的總體流程和物流的各項(xiàng)參數(shù)；</p><p>　　2 報(bào)表生成功能，實(shí)現(xiàn)了一段時間內(nèi)所需數(shù)據(jù)的參數(shù)顯示和打印；</p><p>　　3. 參

96、數(shù)顯示與記錄功能，可以將某個變量與時間的關(guān)系曲線顯示出來等；</p><p>　　由于本次畢設(shè)的模型為穩(wěn)態(tài)，因此報(bào)警燈和報(bào)警數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)曲線的顯示等功能不能予以實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　5.2.2平臺底層數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)</p><p>　　WinCC軟件的底層數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個方面：啟動選項(xiàng)的修改；變量創(chuàng)建；畫面組態(tài)；報(bào)警記錄創(chuàng)建；報(bào)表創(chuàng)建；變量

97、歸檔創(chuàng)建和用戶管理器的設(shè)置。在變量中，創(chuàng)建了內(nèi)部變量，這些變量是集成監(jiān)控平臺數(shù)據(jù)和流程顯示、數(shù)據(jù)記憶、動作展示和相關(guān)監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。在本次的設(shè)計(jì)中，我定義了共8個變量，以供此化工集成監(jiān)控系統(tǒng)的使用。</p><p>　　5.2.3平臺啟動選項(xiàng)的設(shè)置</p><p>　　在啟動選項(xiàng)中，可以將文本庫運(yùn)行系統(tǒng)，腳本運(yùn)行系統(tǒng)，報(bào)警記錄運(yùn)行系統(tǒng)，變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)，報(bào)表運(yùn)行系統(tǒng)，圖形運(yùn)行系統(tǒng)選中，

98、使得WinCC啟動時就運(yùn)行上述系統(tǒng)，達(dá)到數(shù)據(jù)歸檔，生成報(bào)警信息，運(yùn)行函數(shù)和圖形的功能。在本次畢設(shè)中只需將圖形運(yùn)行系統(tǒng)選中即可，如圖4-1所示。</p><p>　　圖5-1 啟動選項(xiàng)設(shè)置圖</p><p>　　5.2.4平臺變量的創(chuàng)建</p><p>　　變量的創(chuàng)建包括內(nèi)部變量的創(chuàng)建和外部變量的創(chuàng)建。在本次畢設(shè)中只創(chuàng)建了外部變量，外部變量可以設(shè)置其上下限和初始值，它

99、主要用于記錄MATLAB仿真平臺的相關(guān)數(shù)據(jù)和狀態(tài)的判斷。記錄仿真平臺的相關(guān)數(shù)據(jù)從而在畫面內(nèi)享受實(shí)時數(shù)據(jù)。狀態(tài)的判斷如圖形界面是否顯示的狀態(tài)位，通過這些狀態(tài)位，可以實(shí)現(xiàn)畫面的動態(tài)效果。本設(shè)計(jì)中，我共創(chuàng)建內(nèi)部變量組4個，以及文本變量6個。變量組的建立便于變量的管理。</p><p>　　以下為內(nèi)部變量組的創(chuàng)建、內(nèi)部變量的創(chuàng)建及初始值的設(shè)置：</p><p>　　雙擊“變量管理器”>展開菜

100、單>選擇“新建變量組”>打開變量組屬性對話框，在名稱對話框中輸入變量組的名稱，如圖4-2所示。</p><p>　　圖3-2 變量組屬性設(shè)置</p><p>　　右擊所建的變量組>展開菜單>選擇“新建變量”>打開變量屬性對話框，在名稱對話框中輸入變量的名稱、選擇所建變量類型，設(shè)置上下限和起始值，如圖3-3、3-4所示。</p><p>

101、　　圖5-3 變量屬性設(shè)置</p><p>　　圖5-4 變量屬性設(shè)置及變量縱覽</p><p>　　5.2.5平臺用戶管理員的創(chuàng)建</p><p>　　創(chuàng)建用戶管理員可以保證監(jiān)控軟件使用的安全性，可以是系統(tǒng)的運(yùn)行更加可靠。單擊用戶管理器選項(xiàng)，打開用戶管理器，在管理員組處單擊右鍵新建用戶，輸入口令和密碼，選擇相應(yīng)的授權(quán)，單擊保存則成功創(chuàng)建了管理員。在WinCC組態(tài)界

102、面中，可以對相應(yīng)的畫面和按鈕進(jìn)行授權(quán)，管理員可以根據(jù)自己的授權(quán)進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)，沒有授權(quán)的管理員就沒有辦法對相應(yīng)的畫面進(jìn)行操作，這樣可以從一定程度上保證了運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠。如圖5-5所示。</p><p>　　5.2.6平臺圖形創(chuàng)建</p><p>　　WinCC圖形設(shè)計(jì)編輯器允許開發(fā)圖形界面（GUI）用于當(dāng)前的應(yīng)用，監(jiān)視過程數(shù)據(jù)，瀏覽其他WinCC編輯器中的應(yīng)用。</p>&

103、lt;p>　　單擊主菜單上的圖形編輯器選項(xiàng)，打開圖形編輯器創(chuàng)建畫面，對于創(chuàng)建的畫面，單擊右鍵可以打開畫面，刪除畫面，重命名畫面或定義此畫面為啟動畫面。本設(shè)計(jì)中一共設(shè)置了11個畫面，下面重點(diǎn)介紹主畫面的制作。</p><p>　　圖5-6 畫面屬性設(shè)置圖</p><p>　　本次畢設(shè)的主畫面的主要作用是指導(dǎo)用戶登錄畫面，顯示仿真流程和數(shù)據(jù)，主要參數(shù)數(shù)值顯示，實(shí)時曲線和歷史曲線等功能。&

104、lt;/p><p><b>　　A 用戶登錄</b></p><p>　　在用戶登錄的界面中，首先插入一副畫好的歡迎登陸位圖，將其以合適的大小加入WinCC畫面中，在上方，分別加入用戶登錄，注銷，顯示主畫面，退出這樣四個按鈕，設(shè)置此畫面為起始畫面，在WinCC開始運(yùn)行時顯示，點(diǎn)擊登陸按鈕登陸后才可以打開主畫面。</p><p><b>　

105、　圖5-7 登陸界面</b></p><p>　　在登陸界面中加入登陸按鈕，修改其顏色，在其事件>鼠標(biāo)>按下左鍵事件中，加入如下C腳本代碼，從而實(shí)現(xiàn)登陸功能，注銷和退出按鈕也如上所述依次設(shè)置。</p><p>　　#include "apdefap.h"</p><p>　　void OnLButtonDown(char*

106、 lpszPictureName, char* lpszObjectName, char* lpszPropertyName, UINT nFlags, int x, int y)</p><p>　　{#pragma code ("useadmin.dll")</p><p>　　#include "PWRT_api.h"</p>&

107、lt;p>　　#pragma code()</p><p>　　PWRTLogin('1'); }</p><p>　　圖5-8 登陸按鈕組態(tài)圖</p><p>　　B 流程模擬和數(shù)據(jù)顯示的組態(tài)</p><p>　　圖5-9 主畫面總體效果圖</p><p>　　在流程模擬的設(shè)計(jì)中，第一步需要自己

108、去設(shè)計(jì)其畫面的效果，點(diǎn)擊WinCC庫文件，從下拉菜單的很多組件中選擇反應(yīng)器，精餾塔，換熱器，電加熱器，3D管道等器件，將它們放到畫面中的相應(yīng)位置，將工藝流程表示出來。然后在輸入和輸出的各個物流下，分別加入靜態(tài)文本和I/O輸入輸出域，分別對這些物料的溫度、壓力、和組分百分比及它們各自的單位進(jìn)行顯示。</p><p>　　C 上層監(jiān)控平臺功能展示</p><p>　　上層監(jiān)控平臺包括報(bào)表打印、

109、報(bào)警界面、歷史曲線。在系統(tǒng)運(yùn)行時，會顯示相關(guān)數(shù)據(jù)或曲線，便于監(jiān)控和驗(yàn)證。</p><p>　　圖 5-10報(bào)表打印</p><p><b>　　圖5-11報(bào)警界面</b></p><p>　　圖 5-11歷史曲線</p><p><b>　　5.3小結(jié)</b></p><p>