诺贝尔学术资源网醋酸生产车间计算机监控系统开发

1、第第12章章 醋酸生产车间计算机监控系统开发醋酸生产车间计算机监控系统开发12.1 计算机监控系统概述 12.2 监控系统的原理及功能 12.3 监控系统的软硬件配置 12.4界面设计 12.5 监控系统软件代码 12.1 计算机监控系统概述 早在60年代，控制领域中就已引入了计算机，当时的计算机只是控制调节器的设定点，具体的控制则由电子调节器来执行，这种系统又称为计算机监控系统（SCC）。这种系统现在还有应用，所不同的是当时所用的调节器是模拟量的电子调节器，而现在则是使用了数字式的调节器、SCC既采用了计算机，又采用了调节器，系统复杂，投资又大，于是在60年代末期出现了一种用计算机直接控制一

2、个机组，或一个车间的控制系统。但由于当时的技术水平所限，计算机的可靠性不高，因此一旦计算机发生故障，整个系统就会停顿，影响了这种系统的进一步推广应用。70年代随着电子技术的飞速发展，大规模集成电路的出现，其生产成本大幅度的下降，为现在的计算机为基础的分散控制系统奠定了物质基础。1975年美国HONEYWELL首先推出了以微处理器为基础的TDC2000型总体分散型控制系统（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL）。TDC即为其缩写，其含意是集中管理、分散控制。因而称之为集散控制系统。 随后世界上各著名的仪表厂商都纷纷推出各种TCS系统。当时的产品，绝大多数是用一个CPU控制8个PI调

3、节器回路。当CPU发生故障时只影响8个回路，对车间而言故障限制在局部的范围内，若及时采取措施，不至于影响全车的生产，这就是“危险分散”化的含义了。随着CPU大量生产及其价格下降，出现了一个CPU控制4个或2个回路。以至用一个CPU控制一个回路的单回路数字式调节器。由于这种系统以数字控制代替了模拟控制，精度有所提高，而且有集中管理、分散控制、危险分散、可靠性高、组态容易（无需逐条编程）和扩展性强的优点。因此，很快得到了广泛应用。这种系统在国际上被称为分散控制系统（DCS ），在国内也逐步将集散控制系统的名称改为分散控制系统了。 12.1 计算机监控系统概述 DCS的出现使系统的控制方式发生了质的

4、变化，是控制史上的一个里程碑。继TDC2000之后，其它厂商吸收了计算机技术自动控制技术、数据通信技术、CRT显示技术，简称4C技术，不断地完善和改进自己的产品。这时期的代表产品有；日本横河公司的GENTUM-XL，美国西屋公司的WDPF，HONEYWELL公司的TDC3000。ROSEMOUNT公司的SM3，FOXBORO公司的IA系列。值得一提的是西屋公司的WDPF系列，它采用了广播通信技术，在体系结构上采用了“水平式”结构，使系统内各站处于平等的地位，而FOXBORO公司的I/A系统是一种开放式的智能化体系，采用了这种开放式系统后方便地与其它厂商的设备进行互连，这时期产品的特点是：精度高

5、、可靠性强、模块化结构、智能化体系，系统已趋于成熟，得到用户的普遍接受。 由于技术的进步，工业PC机的平均无故障时间MBF值大幅度提高，各种应用软件和控制应用软件也为K进入控制领域铺平了道路。另外适合工业应用的网络技术的发展，为PC方式的DCS的广泛应用起了更有力的推动作用。 如美国奥林（OLIN）公司的化工厂，从1986年开始用486PC机直接控制生产过程。据介绍，一个有2592个模拟输入，484个模拟输出，656个数字输入及1088个数字输出的系统，如用传统的DCS则需约220万美元，而用PC机为基础的控制网络进行直接控制，包括软件在内仅需要50万美元，其投资比为4：l。又如在美国内陆钢铁

6、公司（INLAND STEEL）7号高炉的自动化改造方面，他们采用微机组成的开放式系统进行直接控制，这样可以节省3050的投资，在可靠性方面比其目前的在线系统的MTBF提高了10倍左右，而且还可提高高炉运行的效率并能延长炉龄。该系统由13台PC机组成前端数据采集和控制，其中高炉上料、炉况控制与热风炉火的燃烧控制是高炉的关键部位，因而这些部位采用了双机冗余方式，其它则没有冗余。由7台VAX4000计算机担任上一级监控功能。整个高炉的数据采集点高达5000个。值得指出的是，过去的高炉，其上料系统历来是PLC应用领域，热风炉的燃烧控制、高炉的炉况控制则是传统的DCS的应用领域，而内陆钢铁公司的7号高

7、炉上应用微机进行控制。这是一个很大的突破，说明PC机参与全面集散控制的时代到来了。12.2 监控系统的原理及功能监控系统的原理及功能12.2.1原理原理12.2.2 本系统主要功能本系统主要功能12.2.1原理原理 温度采用测温热电阻，测温热电阻把温度变化转变成电阻变化，经过桥路转变成电压变化。压力和液位通过变送器把压力信号、液位信号转变成0-24mA标准信号，经过桥路转变成电压变化。把电压变化信号输入到PCL-8l3AD卡，由PCL813AD卡把电压变化模拟量转变为数字量输入到电子计算机，电子计算机读取到数字量后，经过运算处理，获得所需的工艺参数。显示在监测主画面上。其系统原理图如右图所示。

8、 本监控系统主要要求实现数据采集、计算机控制、生产数据管理等功能。因此，设计本监控系统要通过硬件配置和软件设计来完成。由硬件负责完成数据采集、阀门控制等操作，再编写相应软件来实现数据处理、数据保存、数据管理等功能。系统的数据采集通过利用两张PCL813AD卡的共64个输入通道来完成（本设计需要 48个输入通道）。PCL813转换卡是一个 32通道 AD转换版，默认地址是310 H（第M张卡的默认地址是300H）。此系统共设48路PCL813卡输入通道用于48个工艺参数。余下的PCL813卡的通道可以留备将来仪表盘扩展用。 12.2.2 本系统主要功能本系统主要功能 本生产监控系统是多目标、多任

9、务、多功能的实时系统，其基本功能有： 对生产过程中各个工艺参数的实时监测对生产过程中各个工艺参数的实时监测 各个仪表测量的温度信号、压力信号、流量信号通过传感器转换成标准的信号，再由 PCL8l3AD卡将压力传感器输出的电压变化模拟转变成数字量，再输出到电子计算机，由电子计算机读取数字量，经过电子计算机计算处理后实现醋酸生产过程中各个工艺参数的自动监测。 本系统会自动采集温度、压力、液位等参数的实时的量，并进行自动计算和保存数据，而且在主画面上实时显示这些参数的量值，并采用柱状图和曲线图对某些重要的工艺参数作单独的显示。动态感很强，直观、及时指导操作人员当时生产的情况。 对于管理员以修改可报警

10、上下限和量程对于管理员以修改可报警上下限和量程 管理员可通过输人密码，进人修改量程和上下限的画面，从而对上下限和量程进行修改。该画面是管理员直接在表格中对修改上下限的数值，也可以报警范围。修改完毕并检查无误时可以保存其修改，新的量程范围和报警要求会立刻应用到实时监测中去。 在修改画面中还可以修改管理员密码，其作用是为了确认操作人员的资格，增加管理的方便性。 查找报警历史记录功能查找报警历史记录功能 进入查找历史记录画面操作者可以输入需要查看几年几月几日的历史，确定后表格中就可以把这天的报警记录显示出来，而图上把报警越限的记录点用曲线连接起来，操作人员可以查看曲线的波动情况对问题进行分析。 本系

11、统作为醋酸生产车间的自动监控系统，实现了对生产自动数据采集，并对数据进行记录。由于其过程中全由电子计算机自动控制，减少了生产过程中的人工影响因素，使计量数据具有较高的精度。系统还能实现实时超限报警，保证了生产安全。本系统可以与各仪表相连，实时采集仪表数据，经过电子计算机转换处理后显示在电子仪表盘上，从而实现了在一处监测、管理多个仪表，给生产带来了很大的方便。本系统人一机界面友好，画面直观，操作简单。12.3 监控系统的软硬件配置监控系统的软硬件配置 12.3.1软件配置软件配置 12.3.2 硬件配置硬件配置12.3.1软件配置软件配置 对于软件设计，随着Windows95以上操作系统的广泛应

12、用，考虑到界面友好及用户对Windows环境的熟悉和实用性，因此在选择Windows操作系统平台下进行程序设计。为提高开发速度和质量，选择一个优秀的合适的开发工具是很重要的，通过比较和分析，我采用VB60（企业版）作为软件系统的开发工具。 在传统的控制软件中，计算机采集处理的数据以数据文件的形式保存。由于生产情况的数据是很庞大的，而文件形式通常只为单一的程序设计，数据独立性很差，由于数据库与数据文件相比数据结构化，最小冗余度，较高的数据与程序的独立性、易与扩充。易于编制应用程序等优点，较复杂的信息系统都是建立在数据库的设计基础之上的。因此在设计软件时将生产数据以数据库的形式保存。 12.3.2

13、 硬件配置硬件配置 硬件部分有电子计算机（微机）、PCLsl3AD卡、压力（温度、液位）变送传感）器以及安装在管路上的检测、控制单元和现场的控制按扭等组成。 PCL813AD卡为ISA板卡，直接插在微机主板上的ISA插槽上。微机通过并行接口与打印机进行连接。压力（温度、液位）变送（传感）器用六线制接入桥式电路，桥式电路接入线性放大器，放大器的输出再接入AD电路PCL813卡。而计算机的硬件至少满足以下条件： 1、128M RAM 2、2.1 ARD DISK 3、INTEL CELERON 133以上的CPU 4、800600的显示分辨率的显示器 5、声卡12.4界面设计界面设计 本系统采用可

14、视化界面设计。可视化界面设计是基于面对对象技术的图形用户界面（GUI）设计。现有的许多应用系统是在类似于DOS的平台上开发的，这些系统虽然功能复杂但一般界面比较简单，多以字符界面为主，而且界面的友好、交互性差，操作麻烦。 近年来，以WINDOWS为代表的桌面操作系统逐步替代了DOS的类字符操作系统。然而许多应用系统是在类似DOS的平台上开发的，并仍然继续使用，受当时计算机的性能和开发环境的限制，这类系统功能虽然比较复杂但界面比较简单。这种界面主要是输入数据和输出数据。 基于面向对象技术的可视化界面设计，面向对象技术从根本上改变了程序设计者的工作方法；加快了应用程序的开发速度。可视化程序设计语言

15、，用可视对象（基于图形元素或代码）的结构及它们之间的空间位置关系来表示程序。目前基于WINDOWS的可视化界面设计语言绝大多数采用了面向对象的技术，如CBUILDER、VISUALC、DELPHI、VISUALBASIC等。这些工具提供了面向对象的编程工具，同时其灵活强大的基本类库及WINDOWS消息映射也为我们的开发提供了极大的方便。 可视化控件使用以前，界面设计的过程十分复杂，首先编写程序，然后要编译远行程序，通过不断的摸索和试验，才能正确的定位数据和图形。拖放技术的采用，使得可视化界面中定位数据和图形变得形象了，添加和修改也轻松了。交互设计输出数据，用静态控件完成，静态控件分静态文字和静态图形两类，是一种单向交互的控制，只能支持应用程序的输出，