组态软件在 2-氯 -5-氯甲基吡啶生产中的应用

2010-10-20李靖寰

河南化工 2010年16期

关键词：组态王吡啶组态

李靖寰

(郑州兰博尔科技有限公司 ,河南郑州 450009)

组态软件在 2-氯 -5-氯甲基吡啶生产中的应用

李靖寰

(郑州兰博尔科技有限公司 ,河南郑州 450009)

2-氯 -5-氯甲基吡啶是一种重要的农药和医药中间体,它的合成研制对农药的发展和创制具有重大的现实意义。用组态软件制作的监控管理系统不仅在设计上非常简单,而且功能强大,维护和升级也非常方便,同时具有较高的性能和稳定性。本文较详细地介绍了组态软件在 2-氯 -5-氯甲基吡啶生产中的应用。

组态软件 ;2-氯 -5-氯甲基吡啶 ;组态王 ;PLC;合成

1 前言

2-氯 -5-氯甲基吡啶是一种重要的农药和医药中间体,英文名称为 2-Chlor-5-Chlor methylpyridine,简称 CCMP,CAS No.70258-18-3。是合成以吡虫啉 ( Imidacloprid)(化学名:1-(6-氯 -3-吡啶基甲基)-N-硝基亚咪唑烷 -2-基胺)、吡虫清 (啶虫脒Acetamiprid)(化学名:N-[(6-氯 -3-吡啶)甲基 ]-N′-氰基 -N-甲基乙脒)、吡虫胺(Nitenpyram TI-304)为代表的吡啶杂环类化合物的关键中间体之一,也是这一类农药分子中最具杀虫活性的结构部分。因此,2-氯 -5-氯甲基吡啶的合成研制对于新型、高效、低用量、安全的新农药的发展和创制具有重大的现实意义[1]。

我公司 CCMP的生产采用国内大多采用的环戊二烯路线,化学合成 CCMP的方法在文献[2-4]等文章中均有详细介绍,在此就不赘述。由于 CCMP的工艺路线长、加工工艺复杂、要求条件苛刻、三废多等条件的限制,本公司应用新技术和先进工艺,特别是建立了先进的基于组态软件的自动化控制系统,使该产品的质量和收率达到国内先进水平。

2 组态软件

组态 (Configuration)是指用软件工具对计算机及其软件资源配置的过程[5]。组态软件即指用于组态的专用软件,它们是自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境。常用的国外组态软件有:InTouch、iFIX、W INCC等 ,国产组态软件有:组态王(Kingview)、力控、MCGS等。组态软件能提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法,以灵活多样的组态方式 (而不是编程方式)提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法,其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能;因此具有比VB、VC等编程方式更灵活多样的组态方式,可以非常容易的实现和完成监控层的各项功能。同时组态软件一般支持大多数硬件厂家的计算机和I/O设备,与现在高可靠的工控计算机和网络系统结合,可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口,进行系统集成。

在生产监控过程中,由于许多情况要求将数据库存储在地理上分布在不同位置的不同计算机上,通过计算机网络实现分散控制、集中管理,分布式数据库系统可以方便地构成这种网络架构,同时由于数据库是一个开放性的结构,网络节点的第三方软件也可以对组态软件进行访问,如通过实时数据库系统提供的DbCom控件访问数据库的应用程序等。但在用户操作时感觉不到数据的分布。用户看到的似乎不是一个分散的数据库,而是一个数据模式为全局数据模式的集中式数据库。一般组态软件还具有实用的事件管理、配方管理、双机冗余及热备、与第三方软件通讯等功能。

3 控制系统简介

系统构成分为三个层:上面一层是系统管理操作层,由两个操作站和调度系统构成,在操作站和调度系统计算机内装有组态开发和运行软件,可以对整个生产过程进行有效地控制和管理;中间一层的PLC控制层由 SIEMENS S IMATIC S7-300 CPU、通讯模块及 I/O模块等组成;下面一层为现场设备层,包括各种智能仪表、电动执行机构、常规仪表等等。系统采用 ProfiBUS-DP总线技术组成网络,具有优良的扩展性,在各个层次上用户可以自由扩展:一方面最上层可以通过冗余的10M/100Mbps光纤环网(工业以太网)与公司企业管理层的EPR系统连接,成为公司信息化管理中的一环;同时上、中、下各层都还可随意增加节点进行系统改造,以便系统发挥更大的作用。

4 组态设计

4.1 结构概述

我公司在 2-氯 -5-氯甲基吡啶生产控制系统采用组态王 (Kingview)作为组态软件,组态王是运行在 W indow98/NT/2000上的一种组态软件,软件包由工程管理器 (Pro jManager)、工程浏览器(Touch Explorer)、画面运行系统 (Touch Vew)三部分组成。其中,工程管理器用于新建工程、工程管理等。工程浏览器内嵌画面开发系统,即组态王开发系统。工程浏览器 (Touch Explorer)和画面运行系统(Touch Vew)是各自独立的W indows应用程序,均可单独使用;两者又相互依存,在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在画面运行系统(Touch Vew)运行环境中才能运行。工程浏览器是软件的核心部分和管理开发系统,它的功能是建立动画显示窗口。通过它提供的工具箱可方便建立实时曲线图、历史趋势图和报警记录显示。画面运行系统是显示建立的图形窗口的运行环境。图1是组态王与下位机的通讯图,能够反映出监控软件的结构。

图1 组态王同下位机通讯图

KingView I/O驱动程序以 ProfiBUS-DP方式与 PLC进行通信,用串口与 ADAN模块进行通信,分别访问相应的寄存器,以获取现场各工艺参数的实际值或对现场的开关量和模拟量如各控制阀门的开度进行控制。本系统中将 PLC的OUB#.#数据设置为可读写区,即上位机可对下位机该区域进行读写操作; INB#.#数据设置为只读区,即上位机只能读出下位机该区域的值而不能改变。

4.2 设计步骤

下面着重说明监控软件的制作。应用北京亚控公司的Kingview 6.02组态王软件,利用此软件设计2-氯 -5-氯甲基吡啶生产监控系统主要包括:进行设备配置、设计图形界面、构造数据库、建立动态连接、运行调试等几方面。

4.2.1 设计图形界面

图形用户希望怎样的图形画面?首先要为应用程序指定工作目录 (或称“工程路径”)。确定工程路径后,就可以为每个应用程序建立数目不限的画面,在每个画面上生成互相关联的静态或动态图形对象。这些画面都是由“组态王”提供的类型丰富的图形对象组成的。构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。同时支持画面间图形对象拷贝,可重复使用以前的开发结果。

4.2.2 构造数据库及设备配置

数据怎样用数据来描述工控对象的各种属性?也就是创建一个具体的数据库,此数据库中的变量反映了工控对象的各种属性,比如温度、压力等。

在 Kingview中,数据被 Kingview程序称为变量,分为二种:内存变量、I/O变量。内存变量是指那些不需要和其它应用程序交换数据、也不需要从下位机得到数据、只在“组态王”内需要的变量,比如计算过程的中间变量,就可以设置成“内存变量”。I/O变量指可与外部数据采集程序直接进行数据交换的变量,如下位机数据采集设备 (如 PLC、仪表等)或其它应用程序 (如 DDE、OPC服务器等)。这种数据交换是双向的、动态的,就是说:在“组态王”系统运行过程中,每当 I/O变量的值改变时,该值就会自动写入下位机或其它应用程序;每当下位机或应用程序中的值改变时,“组态王”系统中的变量值也会自动更新。所以,那些从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令,比如“反应罐液位”、“电源开关”等变量,都需要设置成“I/O变量”。若要在操作站的动态画面上显示,就必须在标记名字典中定义,且与控制站(PLC)的内部地址一一对应。

4.2.3 建立动画连接

连接数据和图形画面中的图素的连接关系是什么?也就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。定义动画连接是指在画面的图形对象与数据库的数据变量之间建立一种关系,当变量的值改变时,在画面上以图形对象的动画效果表示出来;或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值。“组态王”提供了 21种动画连接方式:属性变化、线属性变化、填充属性变化、文本色变化位置与大小变化填充、缩放、旋转、水平移动、垂直移动。在本系统中动画连接是比较多的,如:液位、温度、压力等都要进行动画连接。例如:

上面的这个例子是说当 I/O整型变量 split_kettle_R101 automatis m的第 1位等于0时,将 I/O整型变量 split_kettle_R101 automatism的第 1位置为 1。又如对一按钮有下面的动画连接:

即是:当 I/O离散变量 start1为 1且 I/O整型变量 debug大于等于 1小于 20时,变量 debug的值加 1。当 I/O离散变量 start1为 1但 I/O整型变量debug小于 1大于等于 20时,变量 debug的值不变且弹出另一画面:call the police。

4.2.4 运行和调试

接着共设计了 20余幅操作画面,包括流程体画面、报警画面、流量和液位趋势图画面、P ID调节画面、退出和登录画面、硅量和监控数据显示画面等。工艺人员能构造操作画面上直观地看到工艺流程,能及时发现异常现象。对重要阀门设置了手动开关按钮,能够在控制室内手动开关重要阀门,保证系统的安全运行。所有的工艺操作度可用鼠标在相应的画面上进行,操作方便,界面友好。各阀门的开关状态在画面上用不同的颜色区分,即绿开红关。

四套 P ID调节系统采用 PLC中的P ID模块控制,在组态软件中设置调节画面,画面上除保留K MS面板上的各项功能外还设置了趋势画面,通过调用趋势图可进行参数整定及查看各参数的历史。在画面上可直接修改调节器 P ID参数及正反作用。

系统发生报警时工控机发出报警声,点击操作画面上的报警灯进入报警画面可看到具体报警内容。并且所有发生的报警均有 48 h的历史记录。Kingview可以为每个数据定义它的报警信息,模拟量还可定义高、低、高高、低低报警值,并且可以通过条件脚本或数据值改变脚本和用户编制的快速脚本处理各种报警信息,如弹出报警窗口或声音提示。

4.2.5 系统安全

W indowsNT操作系统本身稳定可靠,具有很高的安全性,Kingview可以通过帐号管理机制,限制不同人员的访问权限,来实现系统安全。在本系统中,我们共设置了三个级别的访问权限,分为工程师级、仪表工级、操作工级。登录之后的拥有不同的访问级别 (＄AccessLevel),决定了他对操作站软件的操作权限。比如,某些重要参数 (如 P ID参数)的修改只能让仪表工级以上级别的人 (＄AccessLevel＞6000)操作,则可在按钮动画链接的Miscellaneous/Disable(On)属性的条件表达式中写上＄Access Level＜6000。这样,没有登录或访问级别不够的人就无法触发此按钮了。