李靖寰

(鄭州蘭博爾科技有限公司 ,河南鄭州 450009)

組態(tài)軟件在 2-氯 -5-氯甲基吡啶生產(chǎn)中的應(yīng)用

李靖寰

(鄭州蘭博爾科技有限公司 ,河南鄭州 450009)

2-氯 -5-氯甲基吡啶是一種重要的農(nóng)藥和醫(yī)藥中間體,它的合成研制對農(nóng)藥的發(fā)展和創(chuàng)制具有重大的現(xiàn)實意義。用組態(tài)軟件制作的監(jiān)控管理系統(tǒng)不僅在設(shè)計上非常簡單,而且功能強大,維護和升級也非常方便,同時具有較高的性能和穩(wěn)定性。本文較詳細(xì)地介紹了組態(tài)軟件在 2-氯 -5-氯甲基吡啶生產(chǎn)中的應(yīng)用。

組態(tài)軟件 ;2-氯 -5-氯甲基吡啶 ;組態(tài)王 ;PLC;合成

1 前言

2-氯 -5-氯甲基吡啶是一種重要的農(nóng)藥和醫(yī)藥中間體,英文名稱為 2-Chlor-5-Chlor methylpyridine,簡稱 CCMP,CAS No.70258-18-3。是合成以吡蟲啉 ( Imidacloprid)(化學(xué)名:1-(6-氯 -3-吡啶基甲基)-N-硝基亞咪唑烷 -2-基胺)、吡蟲清 (啶蟲脒Acetamiprid)(化學(xué)名:N-[(6-氯 -3-吡啶)甲基 ]-N′-氰基 -N-甲基乙脒)、吡蟲胺(Nitenpyram TI-304)為代表的吡啶雜環(huán)類化合物的關(guān)鍵中間體之一,也是這一類農(nóng)藥分子中最具殺蟲活性的結(jié)構(gòu)部分。因此,2-氯 -5-氯甲基吡啶的合成研制對于新型、高效、低用量、安全的新農(nóng)藥的發(fā)展和創(chuàng)制具有重大的現(xiàn)實意義[1]。

我公司 CCMP的生產(chǎn)采用國內(nèi)大多采用的環(huán)戊二烯路線,化學(xué)合成 CCMP的方法在文獻[2-4]等文章中均有詳細(xì)介紹,在此就不贅述。由于 CCMP的工藝路線長、加工工藝復(fù)雜、要求條件苛刻、三廢多等條件的限制,本公司應(yīng)用新技術(shù)和先進工藝,特別是建立了先進的基于組態(tài)軟件的自動化控制系統(tǒng),使該產(chǎn)品的質(zhì)量和收率達到國內(nèi)先進水平。

2 組態(tài)軟件

組態(tài) (Configuration)是指用軟件工具對計算機及其軟件資源配置的過程[5]。組態(tài)軟件即指用于組態(tài)的專用軟件,它們是自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境。常用的國外組態(tài)軟件有:InTouch、iFIX、W INCC等 ,國產(chǎn)組態(tài)軟件有:組態(tài)王(Kingview)、力控、MCGS等。組態(tài)軟件能提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法,以靈活多樣的組態(tài)方式 (而不是編程方式)提供良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的使用方法,其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能;因此具有比VB、VC等編程方式更靈活多樣的組態(tài)方式,可以非常容易的實現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項功能。同時組態(tài)軟件一般支持大多數(shù)硬件廠家的計算機和I/O設(shè)備,與現(xiàn)在高可靠的工控計算機和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合,可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口,進行系統(tǒng)集成。

在生產(chǎn)監(jiān)控過程中,由于許多情況要求將數(shù)據(jù)庫存儲在地理上分布在不同位置的不同計算機上,通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)分散控制、集中管理,分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以方便地構(gòu)成這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),同時由于數(shù)據(jù)庫是一個開放性的結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的第三方軟件也可以對組態(tài)軟件進行訪問,如通過實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供的DbCom控件訪問數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序等。但在用戶操作時感覺不到數(shù)據(jù)的分布。用戶看到的似乎不是一個分散的數(shù)據(jù)庫,而是一個數(shù)據(jù)模式為全局?jǐn)?shù)據(jù)模式的集中式數(shù)據(jù)庫。一般組態(tài)軟件還具有實用的事件管理、配方管理、雙機冗余及熱備、與第三方軟件通訊等功能。

3 控制系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)構(gòu)成分為三個層:上面一層是系統(tǒng)管理操作層,由兩個操作站和調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)成,在操作站和調(diào)度系統(tǒng)計算機內(nèi)裝有組態(tài)開發(fā)和運行軟件,可以對整個生產(chǎn)過程進行有效地控制和管理;中間一層的PLC控制層由 SIEMENS S IMATIC S7-300 CPU、通訊模塊及 I/O模塊等組成;下面一層為現(xiàn)場設(shè)備層,包括各種智能儀表、電動執(zhí)行機構(gòu)、常規(guī)儀表等等。系統(tǒng)采用 ProfiBUS-DP總線技術(shù)組成網(wǎng)絡(luò),具有優(yōu)良的擴展性,在各個層次上用戶可以自由擴展:一方面最上層可以通過冗余的10M/100Mbps光纖環(huán)網(wǎng)(工業(yè)以太網(wǎng))與公司企業(yè)管理層的EPR系統(tǒng)連接,成為公司信息化管理中的一環(huán);同時上、中、下各層都還可隨意增加節(jié)點進行系統(tǒng)改造,以便系統(tǒng)發(fā)揮更大的作用。

4 組態(tài)設(shè)計

4.1 結(jié)構(gòu)概述

我公司在 2-氯 -5-氯甲基吡啶生產(chǎn)控制系統(tǒng)采用組態(tài)王 (Kingview)作為組態(tài)軟件,組態(tài)王是運行在 W indow98/NT/2000上的一種組態(tài)軟件,軟件包由工程管理器 (Pro jManager)、工程瀏覽器(Touch Explorer)、畫面運行系統(tǒng) (Touch Vew)三部分組成。其中,工程管理器用于新建工程、工程管理等。工程瀏覽器內(nèi)嵌畫面開發(fā)系統(tǒng),即組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)。工程瀏覽器 (Touch Explorer)和畫面運行系統(tǒng)(Touch Vew)是各自獨立的W indows應(yīng)用程序,均可單獨使用;兩者又相互依存,在工程瀏覽器的畫面開發(fā)系統(tǒng)中設(shè)計開發(fā)的畫面應(yīng)用程序必須在畫面運行系統(tǒng)(Touch Vew)運行環(huán)境中才能運行。工程瀏覽器是軟件的核心部分和管理開發(fā)系統(tǒng),它的功能是建立動畫顯示窗口。通過它提供的工具箱可方便建立實時曲線圖、歷史趨勢圖和報警記錄顯示。畫面運行系統(tǒng)是顯示建立的圖形窗口的運行環(huán)境。圖1是組態(tài)王與下位機的通訊圖,能夠反映出監(jiān)控軟件的結(jié)構(gòu)。

圖1 組態(tài)王同下位機通訊圖

KingView I/O驅(qū)動程序以 ProfiBUS-DP方式與 PLC進行通信,用串口與 ADAN模塊進行通信,分別訪問相應(yīng)的寄存器,以獲取現(xiàn)場各工藝參數(shù)的實際值或?qū)ΜF(xiàn)場的開關(guān)量和模擬量如各控制閥門的開度進行控制。本系統(tǒng)中將 PLC的OUB#.#數(shù)據(jù)設(shè)置為可讀寫區(qū),即上位機可對下位機該區(qū)域進行讀寫操作; INB#.#數(shù)據(jù)設(shè)置為只讀區(qū),即上位機只能讀出下位機該區(qū)域的值而不能改變。

4.2 設(shè)計步驟

下面著重說明監(jiān)控軟件的制作。應(yīng)用北京亞控公司的Kingview 6.02組態(tài)王軟件,利用此軟件設(shè)計2-氯 -5-氯甲基吡啶生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括:進行設(shè)備配置、設(shè)計圖形界面、構(gòu)造數(shù)據(jù)庫、建立動態(tài)連接、運行調(diào)試等幾方面。

4.2.1 設(shè)計圖形界面

圖形用戶希望怎樣的圖形畫面?首先要為應(yīng)用程序指定工作目錄 (或稱“工程路徑”)。確定工程路徑后,就可以為每個應(yīng)用程序建立數(shù)目不限的畫面,在每個畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。這些畫面都是由“組態(tài)王”提供的類型豐富的圖形對象組成的。構(gòu)圖時可以像搭積木那樣利用系統(tǒng)提供的圖形對象完成畫面的生成。同時支持畫面間圖形對象拷貝,可重復(fù)使用以前的開發(fā)結(jié)果。

4.2.2 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫及設(shè)備配置

數(shù)據(jù)怎樣用數(shù)據(jù)來描述工控對象的各種屬性?也就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫,此數(shù)據(jù)庫中的變量反映了工控對象的各種屬性,比如溫度、壓力等。

在 Kingview中,數(shù)據(jù)被 Kingview程序稱為變量,分為二種:內(nèi)存變量、I/O變量。內(nèi)存變量是指那些不需要和其它應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)、也不需要從下位機得到數(shù)據(jù)、只在“組態(tài)王”內(nèi)需要的變量,比如計算過程的中間變量,就可以設(shè)置成“內(nèi)存變量”。I/O變量指可與外部數(shù)據(jù)采集程序直接進行數(shù)據(jù)交換的變量,如下位機數(shù)據(jù)采集設(shè)備 (如 PLC、儀表等)或其它應(yīng)用程序 (如 DDE、OPC服務(wù)器等)。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動態(tài)的,就是說:在“組態(tài)王”系統(tǒng)運行過程中,每當(dāng) I/O變量的值改變時,該值就會自動寫入下位機或其它應(yīng)用程序;每當(dāng)下位機或應(yīng)用程序中的值改變時,“組態(tài)王”系統(tǒng)中的變量值也會自動更新。所以,那些從下位機采集來的數(shù)據(jù)、發(fā)送給下位機的指令,比如“反應(yīng)罐液位”、“電源開關(guān)”等變量,都需要設(shè)置成“I/O變量”。若要在操作站的動態(tài)畫面上顯示,就必須在標(biāo)記名字典中定義,且與控制站(PLC)的內(nèi)部地址一一對應(yīng)。

4.2.3 建立動畫連接

連接數(shù)據(jù)和圖形畫面中的圖素的連接關(guān)系是什么?也就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。定義動畫連接是指在畫面的圖形對象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間建立一種關(guān)系,當(dāng)變量的值改變時,在畫面上以圖形對象的動畫效果表示出來;或者由軟件使用者通過圖形對象改變數(shù)據(jù)變量的值?！敖M態(tài)王”提供了 21種動畫連接方式:屬性變化、線屬性變化、填充屬性變化、文本色變化位置與大小變化填充、縮放、旋轉(zhuǎn)、水平移動、垂直移動。在本系統(tǒng)中動畫連接是比較多的,如:液位、溫度、壓力等都要進行動畫連接。例如:

上面的這個例子是說當(dāng) I/O整型變量 split_kettle_R101 automatis m的第 1位等于0時,將 I/O整型變量 split_kettle_R101 automatism的第 1位置為 1。又如對一按鈕有下面的動畫連接:

即是:當(dāng) I/O離散變量 start1為 1且 I/O整型變量 debug大于等于 1小于 20時,變量 debug的值加 1。當(dāng) I/O離散變量 start1為 1但 I/O整型變量debug小于 1大于等于 20時,變量 debug的值不變且彈出另一畫面:call the police。

4.2.4 運行和調(diào)試

接著共設(shè)計了 20余幅操作畫面,包括流程體畫面、報警畫面、流量和液位趨勢圖畫面、P ID調(diào)節(jié)畫面、退出和登錄畫面、硅量和監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示畫面等。工藝人員能構(gòu)造操作畫面上直觀地看到工藝流程,能及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。對重要閥門設(shè)置了手動開關(guān)按鈕,能夠在控制室內(nèi)手動開關(guān)重要閥門,保證系統(tǒng)的安全運行。所有的工藝操作度可用鼠標(biāo)在相應(yīng)的畫面上進行,操作方便,界面友好。各閥門的開關(guān)狀態(tài)在畫面上用不同的顏色區(qū)分,即綠開紅關(guān)。

四套 P ID調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用 PLC中的P ID模塊控制,在組態(tài)軟件中設(shè)置調(diào)節(jié)畫面,畫面上除保留K MS面板上的各項功能外還設(shè)置了趨勢畫面,通過調(diào)用趨勢圖可進行參數(shù)整定及查看各參數(shù)的歷史。在畫面上可直接修改調(diào)節(jié)器 P ID參數(shù)及正反作用。

系統(tǒng)發(fā)生報警時工控機發(fā)出報警聲,點擊操作畫面上的報警燈進入報警畫面可看到具體報警內(nèi)容。并且所有發(fā)生的報警均有 48 h的歷史記錄。Kingview可以為每個數(shù)據(jù)定義它的報警信息,模擬量還可定義高、低、高高、低低報警值,并且可以通過條件腳本或數(shù)據(jù)值改變腳本和用戶編制的快速腳本處理各種報警信息,如彈出報警窗口或聲音提示。

4.2.5 系統(tǒng)安全

W indowsNT操作系統(tǒng)本身穩(wěn)定可靠,具有很高的安全性,Kingview可以通過帳號管理機制,限制不同人員的訪問權(quán)限,來實現(xiàn)系統(tǒng)安全。在本系統(tǒng)中,我們共設(shè)置了三個級別的訪問權(quán)限,分為工程師級、儀表工級、操作工級。登錄之后的擁有不同的訪問級別 (＄AccessLevel),決定了他對操作站軟件的操作權(quán)限。比如,某些重要參數(shù) (如 P ID參數(shù))的修改只能讓儀表工級以上級別的人 (＄AccessLevel＞6000)操作,則可在按鈕動畫鏈接的Miscellaneous/Disable(On)屬性的條件表達式中寫上 ＄Access Level＜6000。這樣,沒有登錄或訪問級別不夠的人就無法觸發(fā)此按鈕了。

5 方案總結(jié)

我公司的組態(tài)軟件應(yīng)用于 2000年12月 21日完工,交付生產(chǎn)分廠使用。后經(jīng)過多次升級改造,逐步完善,使用至今,從整體布局,系統(tǒng)配置,操作性能,操作人員均反映非常好,系統(tǒng)運行也很正常,應(yīng)用取得圓滿成功。

[1]李 峰.我國 2-氯 -5-氯甲基吡啶的生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場前景[J].精細(xì)與專用化學(xué)品,2004,12(10):29-30.

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1003-3467(2010)16-00106-03

2010-07-21

李靖寰 (1977-),男,從事精細(xì)化工生產(chǎn)中的電氣技術(shù)工作,電話:13526801346。