【正文】 通過(guò)OPC 接口，各 OPC 客戶 端與 OPC 服務(wù)器之間形成即插即用的鏈接關(guān)系， OPC服務(wù)器組件提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口給 OPC 的對(duì)象，并且通過(guò)這此接口進(jìn)行管理 ,客戶通過(guò) COM 提供的 API 創(chuàng)建和管理服務(wù)器，通過(guò)接口方法訪問(wèn)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)對(duì)象。這樣不管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問(wèn)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開放性，易于實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的 接口。有了這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，使得系統(tǒng)與設(shè)備之間，包括從車間級(jí)到 MIS(管理信 息系統(tǒng) )和更遠(yuǎn)距離，完全無(wú)縫地真正開放和方便地進(jìn)行企業(yè)級(jí)的通信成為可能。第五章 催化燃燒過(guò)程集成監(jiān)控平臺(tái)的建立 35 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 第六章 有機(jī)廢 氣催化燃燒集成監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)通信技術(shù) 引言 本次仿真監(jiān)控平臺(tái)中，數(shù)據(jù)通訊是關(guān)鍵的部分。)。 平臺(tái)圖形創(chuàng)建 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(guò)程數(shù)據(jù)，瀏覽其他 WinCC 編輯器中的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中，我共創(chuàng)建內(nèi)部變量組 4 個(gè)，以及文本變量 6 個(gè)。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(tái)數(shù)據(jù)和流程顯示、數(shù)據(jù)記憶、 動(dòng)作展示和相關(guān)監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。在 PCS7 中，它被集成在 SIMATIC 程序管理器中。 另外， WinCC 還提供多種可選軟件包。它具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。根據(jù)物料衡算，各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)溫度有 、 、 、 ， 量程范圍可選用銅熱電阻 Cu50（ 50~+150）、鉑熱電阻 Pt100（ 200~+650）；其中熱電阻 10s 四級(jí)；溫度計(jì)接線盒采用隔爆式，連接方式采用法蘭式。 在本設(shè)計(jì)中按一般工業(yè)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，選用 級(jí)或 l 級(jí)。 第四章 控制方案儀表硬件選型 19 圖 37 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 第四章 控制方案儀表硬件選型 自動(dòng)控制系統(tǒng)儀表選型原則 儀表（元件）及控制閥選型的一般原則如下： ① 工藝過(guò)程的條件 工藝過(guò)程的溫度、壓力、流量、粘度、腐蝕性、毒性、脈動(dòng)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(wèn)題。比較器的輸出，則升到高電位，經(jīng)過(guò) IC2a、 IC2b、和 IC2c。這里采用前饋 —串級(jí)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(hào)組 成的前饋 —串級(jí) 控制系統(tǒng)。 若 被控變量為液位，可選用對(duì)數(shù)； 若 被控變量為壓力，可選用對(duì)數(shù)。如下表 31 給出了正常工況回路說(shuō)明與控制目標(biāo) 。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(cè)量。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 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]。這是流量控制系統(tǒng)不能加微分的原因。此對(duì)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。根據(jù)各對(duì)象的不同動(dòng)態(tài)特性，我們采用不同的控制方法。 WinCC 在其基本系統(tǒng)內(nèi)集成 了 基于 Microsoft SQL Server 2020 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)。組態(tài)軟件 (configuration software)是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件。但 DDE 存在的缺陷是：當(dāng)通訊數(shù)據(jù)大時(shí)，數(shù)據(jù)刷新速度慢，容易出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象； DDE 本身的窄帶寬，第一章 緒論 5 并不非常適用于實(shí)時(shí)交換系統(tǒng)，而這種實(shí)時(shí)系統(tǒng)卻為自動(dòng)化控制所必需。 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。為此，可采用單 閉環(huán)，雙閉環(huán)比值控制，有時(shí)，可采用變比值控制系統(tǒng)。在反應(yīng)熱較大的場(chǎng)合，還應(yīng)設(shè)置廢熱回收裝置，以節(jié)約能源。但不論采取哪種工藝流程，都由如下工藝單元組成。所以近年來(lái)，化工過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)和故障診斷等方面得到了迅速發(fā)展。 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， 其中主要的污染物為乙酸甲酯、對(duì)二甲苯和溴代烴類，其中乙酸甲酯高達(dá) 14600mg/m3，對(duì)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。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(wú)二次污染物等優(yōu)點(diǎn) 。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(shí)交換。 但由于催化燃燒過(guò)程會(huì)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。例如反應(yīng) A+B→ C 是通過(guò)中間活性結(jié)合物 (AB)過(guò)渡而成的，即： A+B→ [AB]→ C，其反應(yīng)速度較慢。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。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： 1）反應(yīng)物流量的控制 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(shí)，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。我國(guó)的科學(xué)工作者和教育工作者也逐漸認(rèn)識(shí)到 MATLAB 語(yǔ)言的重要性，并且在很多高校的本科 自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到應(yīng)用 [2,3,4]。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。隨著 OPC 技術(shù)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)流行的監(jiān)控組態(tài)軟件，如 RSVIEW3 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(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的 OPC 服務(wù)器，任一客戶端無(wú)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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。 WinCC 監(jiān)控平臺(tái)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(yǔ)言支持，全球通用 ； 它 可以集成到所有自動(dòng)化解決方案內(nèi) ， 內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡(jiǎn)單、有效地進(jìn)行組態(tài) ， 可基于 Web 持續(xù) 延展，采本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡(jiǎn)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(tái) ， 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。 其主要設(shè)備為：催化燃燒反應(yīng)器 1個(gè)，板式換熱器 1 個(gè)，電加熱器 1 個(gè)。因此，征對(duì)溫度遲滯大的特性，我們要在溫度控制系統(tǒng)中增加微分作用。這是由于管道中的流動(dòng)正常時(shí)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(dòng)。 催化燃燒 工藝擾動(dòng)分析 和其他化工過(guò)程一樣， 燃燒 過(guò)程是在一定物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。當(dāng)進(jìn)料流量需要定值控制時(shí)，從工藝的角度看，有時(shí)需要增加中間儲(chǔ)罐或者容器，以便緩沖上一工序的出料量。 催化劑進(jìn)料的流量 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(shí)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(huì)使 化學(xué)反應(yīng)速率 越大。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(guò)程的放大系數(shù) [1]。 3. 改變物料的組態(tài)。所以要設(shè)計(jì)一個(gè)閉環(huán)回路，通過(guò)控制電 加熱器的電壓來(lái)控制電加熱器的加熱溫度。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。盡量選用同一系列、同一規(guī)格型號(hào)及同一生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品 [16]。 3 根據(jù)測(cè)量對(duì)象對(duì)響應(yīng)速度的要求 ， 可選用下列時(shí)間常數(shù)的檢出 (測(cè) )元件 ： (1)熱電偶 ： 600s， 100s 和 20s 三級(jí)； (2)熱電阻 ： 90180s， 3096s， 1030s 和 10s 四級(jí) ； (3)熱敏熱電阻 ： 1s。如下表 43 為選型一覽表。 WinCC 是一個(gè)功能強(qiáng)大的全面開放的監(jiān)控系統(tǒng) [13]，既可以用來(lái)完成小規(guī)模的簡(jiǎn)單的過(guò)程監(jiān)控應(yīng)用，也可以用來(lái)完成復(fù)雜的應(yīng)用。更進(jìn)一步，集成的 OPC(OLE for process control)服務(wù)器使得過(guò)程數(shù)據(jù)可由其它應(yīng)用程序 (OPC 客戶機(jī) )訪問(wèn)。 平臺(tái)的總體功能設(shè)計(jì) 該集成監(jiān)控平臺(tái)主要對(duì)以 Matlab 為基礎(chǔ)的化工流程模擬平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控，該模擬平臺(tái)需要一個(gè)登陸界面，以保證平臺(tái)運(yùn)行的安全和可靠性。在本次畢設(shè)中只創(chuàng) 建了第五章 催化燃燒過(guò)程集成監(jiān)控平臺(tái)的建立 27 外部變量，外部變量可以設(shè)置其上下限和初始值，它主要用于記錄 MATLAB 仿真平臺(tái)的相關(guān)數(shù)據(jù)和狀態(tài)的判斷。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。 圖 57 登陸界面 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。 圖 510 報(bào)表打印 第五章 催化燃燒過(guò)程集成監(jiān)控平臺(tái)的建立 33 圖 511 報(bào)警界面 圖 511 歷史曲線 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 小結(jié) 本章在分析集成監(jiān)控平臺(tái)用戶需求的基礎(chǔ)上，采用西門子公 Simatic WinCC工控組態(tài)軟件，開發(fā)了催化燃燒反應(yīng)器監(jiān)控平臺(tái)。這就帶來(lái)如耗費(fèi)大量重復(fù)性的勞動(dòng)，不同設(shè)備供應(yīng)商的驅(qū)動(dòng)程序之間的不一致，硬件性能不能得到廣泛支持，驅(qū)動(dòng)程序不能適應(yīng)升級(jí)后的硬件以及發(fā)生存取沖突等諸多問(wèn)題。 OPC 規(guī)范要求硬件銷售商提供他們所發(fā)布的每一種新設(shè)備和協(xié)議的 OPC 服 第六章 有機(jī)廢氣催化燃燒集成監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)通信技術(shù) 37 務(wù)器，為設(shè)備提供基本的協(xié)議接口，并且具有 OLE/COM 連接，一般用來(lái)完成數(shù)據(jù)采集、通信規(guī)約等預(yù)處理功能的前置處理部分設(shè)計(jì)成 OPC 服務(wù)器。無(wú)論是管理系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)，無(wú)論是 PLC 上還是 DCS，或者是 FCS，都可以通過(guò) OPC快速可靠地彼此交換信息。 OPC 數(shù)據(jù)項(xiàng)是服務(wù)器定義的對(duì)象，本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 OPC 客戶對(duì)設(shè)備寄存器。然而自動(dòng)化客戶運(yùn)行時(shí)需進(jìn)行類型檢查，這一點(diǎn)則大大犧牲了程序的運(yùn)行速度，但卻可以簡(jiǎn)化客戶應(yīng)用程序的實(shí)現(xiàn)。 OPC 作為硬件和軟件之間的一個(gè)中間接口，使不同的客戶軟件能夠訪問(wèn)任意的數(shù)據(jù)源。 OPC 技術(shù) OPC (Ole for Process Control)產(chǎn)生的背景 工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域用到大量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和智能儀表，應(yīng)用程序需要不斷地 和這些設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。 C 上層監(jiān)控平臺(tái)功能展示 上層監(jiān)控平臺(tái)包括報(bào)表打印、報(bào)警界面、歷史曲線。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 圖 56 畫面屬性設(shè)置圖 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(shí)曲線和歷史曲線等功能。 圖 32 變量組 屬性設(shè)置 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(duì)話框，在名稱對(duì)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 34 所示。在本次畢設(shè)中只需將圖形運(yùn)行系統(tǒng)選中即可，如圖 41 所示。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(yǔ)、顯示錯(cuò)誤信息等方面確保一致。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(shí)可通過(guò) DDE 裝載過(guò)程數(shù)據(jù)。自動(dòng)化過(guò)程 (AS)保持對(duì)過(guò)程的實(shí)際控制。 流量?jī)x表選擇一覽表： 本設(shè)計(jì)中，測(cè)量流量的有氨水、去離子水、冷卻水、自來(lái)水、氨氣、水蒸氣等。 2 裝配式熱電偶適用于一般場(chǎng)合 ； 裝配式熱電阻適用于無(wú)振動(dòng)場(chǎng)合 ； 熱敏熱電阻適用于測(cè)量反應(yīng)速度快的場(chǎng)合 。 ③ 經(jīng)濟(jì)性和統(tǒng)一性 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前提下，進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)核算，取得適宜的性能／價(jià)格比。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。 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 37。 2. 熱量平衡。 被控變量 位號(hào) 名稱 單位 F1 FT1001 E101 廢氣進(jìn)料流量 Kg/h F2 FT1002 E101 處理后廢氣出料流量 Kg/h F3 FT1003 回路 流量 1 Kg/h F4 FT1004 回路 流量 2 Kg/h F5 FT1005 D101 廢氣 進(jìn) 反應(yīng)器流量 Kg/h F6 FT1006 D101 催化劑流量 Kg/h F7 FT1007 廢氣出料流量 Kg/h T1 TT1001 H101 電加熱器溫度 ℃ T2 TT1002 D101 反應(yīng)器 溫度 ℃ 表 32 被控變量 本科畢 業(yè)設(shè)計(jì) 14 操縱變量 位號(hào) 名稱 備注 V1 V01 廢