基于PLC五效蒸馏罐监控系统的设计
五效蒸馏罐监控系统的设计
1.1 蒸馏罐简介 1
1.1.1 多效蒸馏系统工作原理 1
1.1.2 蒸馏系统发展现状 2
1.1.3 五效蒸馏罐 3
1.2 工业监控系统发展现状 3
1.3 课题简介 4
2 五效蒸馏罐监控系统设计方案 4
2.1 硬件设计 4
2.1.1 PLC选型 5
2.1.2 PC选型 6
2.1.3 计算机控制系统 7
2.1.4 系统硬件设计方案 8
2.2 软件设计 9
2.2.1 数据的传输 9
2.2.2 数据的保存 9
2.2.3 数据的处理 11
2.2.4 系统软件设计方案 12
3 五效蒸馏罐监控系统的设计 13
3.1 数据传输 13
3.2 主界面设计 14
3.3 子界面设计 15
3.3.1 数据库创建界面设计 16
3.3.2 数据查询界面设计 17
3.3.3 数据生成报表界面设计 23
3.3.4 保存报表功能设计 24
3.3.5 数据打印界面设计 24
4 系统调试 25
4.1 功能调试 25
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
1 引言
监控系统作为应用系统的组成，其重要性不言而喻。随着IT技术的发展，企业的应用系统越来越复杂，对于企业而言，一旦监控系统崩溃或者监控系统的性能降低，那么会直接导致依赖于监控系统的应用系统运行速度缓慢或者根本无法使用，其最终结果不仅仅是会影响应用系统的使用效率，甚至会造成企业利润的流失。
更有甚者，对于某些企业来说，其日常的运营完全依赖于业务系统，那么一旦业务系统所使用的数据监控系统崩溃，那么会对企业造成根本性的伤害，或者会影响到企业的正常运营。
因此，通过监控系统的设计，降低人力资源，提高生产管理自动化，提高监控系统的安全性是一项非常重要的工作。
1.1 蒸馏罐简介
1.1.1 多效蒸馏系统工作原理
多效蒸馏系统的工作流程如下：原料水在一效预热器被工业蒸汽凝结水加热，进入以后各效预热器被二次蒸汽的凝结水（蒸馏水）加热；到冷凝器被二次蒸汽、蒸馏水加热；然后在蒸发器顶部经分水装置，均匀地分布进入蒸发列管，在蒸发列管内形成薄膜状的水流；这些水流因为薄所以很快被蒸发，产生二次蒸汽；未被蒸发的原料水被输送到下一效，作为次效蒸发器的原料水，以后各效与此类似，未被蒸发的进入下一效，直到最后一效仍未被蒸发的，将作为凝结水排放；被蒸发的原料水，现在是二次蒸汽，继续在蒸发器中盘旋上升，经中上部特殊分离装置处，进入纯蒸汽管路，作为次效的热源；二次蒸汽在次效被吸收热量后凝结成蒸馏水；各效过程与此相似，各效的蒸馏水和末效的二次蒸汽被冷凝器收集，并经过与冷却水、原料水换热，冷却成为蒸馏水；经过电导率的在线检测，合格的蒸馏水作为注射用水输出，不合格的蒸馏水将被排放。原料水转化成的二次蒸汽是洁净蒸汽，它经过三次分离作用：在最初进入蒸发器后，沿列管向下流动，同时蒸发，这是第一次分离；被蒸发的原料水（二次蒸汽）在蒸发器的下端180度折返，杂质在重力作用下，被分离到下部，这是第二次分离；被蒸发的原料水，即二次蒸汽，继续在蒸发器中盘旋上升，到中分离装置处，进行第三次分离。 冷却水只在冷凝器通过，对各效产生的蒸馏水和末效的二次蒸汽进行降温。工业蒸汽在第一效的蒸发器对原料水进行加热，其凝结水在第一效的预热器对原料水加热，热量被吸收后成为凝结水排出机外。在冷凝器中，有一种不能凝结成水的一部分气体，被称作不凝性气体，此部分气体将由安装在冷凝器上部的排出装置去除。根据机型的不同，在各效蒸发器上也可能设有此种不凝气体连续排放装置。
1.1.2 蒸馏系统发展现状
蒸发是重要的化工单元操作，是将含有不挥发性溶质的溶液在沸腾条件下受热，使部分溶剂气化为蒸汽的单元操作。由于溶剂气化需要大量的潜热，因此蒸发是一个能耗很高的单元操作。溶剂气化所需的大量的潜热一般是利用饱和蒸汽（生蒸汽）来提供，为了降低能耗，提高生蒸汽的利用率，工业生产一般是采用多效蒸发，即将前一效蒸发器汽化的二次蒸汽通入后一效蒸发器的加热室作为后一效蒸发器的加热剂。多效蒸发在化工、轻工、制药、食品工业及海水淡化中得到了广泛的应用，多效蒸发的设备投资及能耗在诸多化工单元操作中相当突出，蒸发过程的生产费用在各产品的生产成本中所占的比重也是相当大，因此进行多效蒸发系统的节能技术研究，设计一个能够节省投资、降低能耗的多效蒸发系统是一项具有重要的工业意义的工作。
上个世纪八十年代中期，有学者利用牛顿迭代法就对简单多效蒸发过程进行了模拟，建立了多效蒸发过程的模拟计算方法——一种求偏导数的迭代法，并用 Basic 语言编制了计算程序。但是此法耗机时较多，解法较繁琐，对初值要求也高，收敛速度慢。
九十年代，部分学者通过对多效蒸发过程的模拟进行了研究，以并流流程为例，建立了多效蒸发过程数学模型，并考虑到沸点升高的情况，用 Broyden 法求解了模型，Broyden 法对初值要求不高，在运算中不用求偏导，比较适用于多效蒸发过程的计算。
近几年，许多研究者在给定蒸汽压力P0（或蒸汽温度 T0）、冷凝器真空度 Pk（或冷凝器中二次蒸汽温度Tk）假设前提对多效蒸发系统的常规设计及优化设计（节能）进行了研究，得出提高 P0和 Pk可增大传热温度差，提高设备生产能力，或减小传热面积节省设备投资费。
上述研究通过事先设定条件，通过忽略部分因素，从而进行线性化处理，所得结论必须在在特定条件才能成立。由于蒸汽能级提高，蒸汽费用增加，冷凝器真空度增大，真空泵的动力费用增加；若降低 P0和Pk则结果相反。因此，P0和Pk对多效蒸发系统设计结果影响很大，存在最佳的P0和Pk值，不考虑对其进行优化是不合理的。此外，多效蒸发是一个序贯系统，前后效衡算既存在不等式约束又存在等式约束，因此多效蒸发系统的优化设计的求解远比常规设计的求解困难，寻求高效先进的算法显得尤为重要。
1.1.3 五效蒸馏罐
五效蒸馏罐监控系统所涉及的多效蒸发系统总效数为5，蒸汽从第1效进入，依次经过2，3，4，5，物料是各效分别进料分别出料；除末效外，各效均有冷凝水闪蒸，即前一效的冷凝水通过闪蒸器得到的二次蒸汽引入下一效作为加热蒸汽，同时，前一效冷凝水闪蒸器中流出的温度较高的冷凝水引到后一效温度较低的冷凝水闪蒸器中继续闪蒸。从各效（最后一效除外）出来的温度与压力较高的浓缩液进行逐级闪蒸。
1.2 工业监控系统发展现状
数据采集与监控系统（supervisory control and data acquisition，简称SCADA）一般是有监控程序及数据收集能力的计算机控制系统。可以用在工业程序、基础设施或是设备中。 SCADA一词是指一个可以监控及控制所有设备的集中式系统，或是在由分散在一个区域中许多系统的组合。其中大部份的控制是由远程终端控制系统（RTU）或PLC进行，主系统一般只作系统监控层级的控制。PLC或RTU会利用回授控制来控制流量或温度，而SCADA则监控系统的整体性能。数据采集是对一个或多个信号获取对象信息的过程。数据采集器是一种具有实验室和现场进行实时数据采集、自动存储记录、信号预处理、及时显示、及时状态分析、自动传输等功能的自动化设备。
监控系统能实现在无人监控的场合下，适时、清晰、准确地反映被监视的数据。监控系统已经变成现代化管理中最有效的观察工具。监控系统是一个全数字化、网络化的系统，可以同现有的多媒体系统、控制系统和信息系统集成，方面地实现数据和信息的共享。在控制中心，只要一个工作人员操作，就可以观察多个被控制区域，以及远距离区域的控制功能。
监控系统会包括以下的子系统：
?人机界面（human machine interface，简称HMI）是一个可以显示程序状态的设备，操作员可以依此设备监控及控制程序。
?（计算机）监控系统可以采集数据，也可以提交命令监控程序的进行。
?远程终端控制系统（Remote Terminal Unit，简称RTU）连接许多程序中用到的传感器，数据采集（Data acquisition）后将数字的数据传送给监控系统。
?可编程逻辑控制器（programmable logic controller，简称PLC）因为其价格便宜，用途广泛，也常用作现场设备，取代特殊功能的远程终端控制系统。
我国的机械设备水平一直比较落后，大多数机械设备的控制、操作水平基本上停留在手工和简单仪表操作的水平。这样就容易出现操作失误，精度不高，从而对生产活动产生很大的影响。正是由于机械设备自动化水平较低，不能满足其生产要求，所以机械设备的监控系统设计是一项重要的任务。
随着现代电子技术的发展,监控系统也逐步由模拟走向数字化。监控系统是工厂生产工程的重要组成部分，是安全系统中最最重要的部分。系统通过获取控制系统的数据来监控一系列生产过程，同时可以把监控下来的数据存储的数据库里，以备调用。监控系统使工厂生产效率得到整体的提升。
1.3 课题简介
本设计来源于工学院和淮安华尔润化工有限公司联合开发研制的一个项目。通过对盐厂蒸发工段多效蒸发系统进行参数优化的设计，提高设备使用率，降低能耗的同时提高生产管理效率。它是一套集数据监控、数据采集、数据保存、数据分类、数据查询、数据打印为一体的自动化管理系统，可以实现对温度、压力和效率等数据的采集及处理工作的监控软件。适用于当前的工厂信息化生产模式，可以极大地提高工作效率，解决存档数据量大，数据易丢失的问题。
2 五效蒸馏罐监控系统设计方案
五效蒸馏罐监控系统由硬件系统和软件系统两部分组成，两者的相互配合实现了监控系统的具体功能。
1.1 蒸馏罐简介 1
1.1.1 多效蒸馏系统工作原理 1
1.1.2 蒸馏系统发展现状 2
1.1.3 五效蒸馏罐 3
1.2 工业监控系统发展现状 3
1.3 课题简介 4
2 五效蒸馏罐监控系统设计方案 4
2.1 硬件设计 4
2.1.1 PLC选型 5
2.1.2 PC选型 6
2.1.3 计算机控制系统 7
2.1.4 系统硬件设计方案 8
2.2 软件设计 9
2.2.1 数据的传输 9
2.2.2 数据的保存 9
2.2.3 数据的处理 11
2.2.4 系统软件设计方案 12
3 五效蒸馏罐监控系统的设计 13
3.1 数据传输 13
3.2 主界面设计 14
3.3 子界面设计 15
3.3.1 数据库创建界面设计 16
3.3.2 数据查询界面设计 17
3.3.3 数据生成报表界面设计 23
3.3.4 保存报表功能设计 24
3.3.5 数据打印界面设计 24
4 系统调试 25
4.1 功能调试 25
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
1 引言
监控系统作为应用系统的组成，其重要性不言而喻。随着IT技术的发展，企业的应用系统越来越复杂，对于企业而言，一旦监控系统崩溃或者监控系统的性能降低，那么会直接导致依赖于监控系统的应用系统运行速度缓慢或者根本无法使用，其最终结果不仅仅是会影响应用系统的使用效率，甚至会造成企业利润的流失。
更有甚者，对于某些企业来说，其日常的运营完全依赖于业务系统，那么一旦业务系统所使用的数据监控系统崩溃，那么会对企业造成根本性的伤害，或者会影响到企业的正常运营。
因此，通过监控系统的设计，降低人力资源，提高生产管理自动化，提高监控系统的安全性是一项非常重要的工作。
1.1 蒸馏罐简介
1.1.1 多效蒸馏系统工作原理
多效蒸馏系统的工作流程如下：原料水在一效预热器被工业蒸汽凝结水加热，进入以后各效预热器被二次蒸汽的凝结水（蒸馏水）加热；到冷凝器被二次蒸汽、蒸馏水加热；然后在蒸发器顶部经分水装置，均匀地分布进入蒸发列管，在蒸发列管内形成薄膜状的水流；这些水流因为薄所以很快被蒸发，产生二次蒸汽；未被蒸发的原料水被输送到下一效，作为次效蒸发器的原料水，以后各效与此类似，未被蒸发的进入下一效，直到最后一效仍未被蒸发的，将作为凝结水排放；被蒸发的原料水，现在是二次蒸汽，继续在蒸发器中盘旋上升，经中上部特殊分离装置处，进入纯蒸汽管路，作为次效的热源；二次蒸汽在次效被吸收热量后凝结成蒸馏水；各效过程与此相似，各效的蒸馏水和末效的二次蒸汽被冷凝器收集，并经过与冷却水、原料水换热，冷却成为蒸馏水；经过电导率的在线检测，合格的蒸馏水作为注射用水输出，不合格的蒸馏水将被排放。原料水转化成的二次蒸汽是洁净蒸汽，它经过三次分离作用：在最初进入蒸发器后，沿列管向下流动，同时蒸发，这是第一次分离；被蒸发的原料水（二次蒸汽）在蒸发器的下端180度折返，杂质在重力作用下，被分离到下部，这是第二次分离；被蒸发的原料水，即二次蒸汽，继续在蒸发器中盘旋上升，到中分离装置处，进行第三次分离。 冷却水只在冷凝器通过，对各效产生的蒸馏水和末效的二次蒸汽进行降温。工业蒸汽在第一效的蒸发器对原料水进行加热，其凝结水在第一效的预热器对原料水加热，热量被吸收后成为凝结水排出机外。在冷凝器中，有一种不能凝结成水的一部分气体，被称作不凝性气体，此部分气体将由安装在冷凝器上部的排出装置去除。根据机型的不同，在各效蒸发器上也可能设有此种不凝气体连续排放装置。
1.1.2 蒸馏系统发展现状
蒸发是重要的化工单元操作，是将含有不挥发性溶质的溶液在沸腾条件下受热，使部分溶剂气化为蒸汽的单元操作。由于溶剂气化需要大量的潜热，因此蒸发是一个能耗很高的单元操作。溶剂气化所需的大量的潜热一般是利用饱和蒸汽（生蒸汽）来提供，为了降低能耗，提高生蒸汽的利用率，工业生产一般是采用多效蒸发，即将前一效蒸发器汽化的二次蒸汽通入后一效蒸发器的加热室作为后一效蒸发器的加热剂。多效蒸发在化工、轻工、制药、食品工业及海水淡化中得到了广泛的应用，多效蒸发的设备投资及能耗在诸多化工单元操作中相当突出，蒸发过程的生产费用在各产品的生产成本中所占的比重也是相当大，因此进行多效蒸发系统的节能技术研究，设计一个能够节省投资、降低能耗的多效蒸发系统是一项具有重要的工业意义的工作。
上个世纪八十年代中期，有学者利用牛顿迭代法就对简单多效蒸发过程进行了模拟，建立了多效蒸发过程的模拟计算方法——一种求偏导数的迭代法，并用 Basic 语言编制了计算程序。但是此法耗机时较多，解法较繁琐，对初值要求也高，收敛速度慢。
九十年代，部分学者通过对多效蒸发过程的模拟进行了研究，以并流流程为例，建立了多效蒸发过程数学模型，并考虑到沸点升高的情况，用 Broyden 法求解了模型，Broyden 法对初值要求不高，在运算中不用求偏导，比较适用于多效蒸发过程的计算。
近几年，许多研究者在给定蒸汽压力P0（或蒸汽温度 T0）、冷凝器真空度 Pk（或冷凝器中二次蒸汽温度Tk）假设前提对多效蒸发系统的常规设计及优化设计（节能）进行了研究，得出提高 P0和 Pk可增大传热温度差，提高设备生产能力，或减小传热面积节省设备投资费。
上述研究通过事先设定条件，通过忽略部分因素，从而进行线性化处理，所得结论必须在在特定条件才能成立。由于蒸汽能级提高，蒸汽费用增加，冷凝器真空度增大，真空泵的动力费用增加；若降低 P0和Pk则结果相反。因此，P0和Pk对多效蒸发系统设计结果影响很大，存在最佳的P0和Pk值，不考虑对其进行优化是不合理的。此外，多效蒸发是一个序贯系统，前后效衡算既存在不等式约束又存在等式约束，因此多效蒸发系统的优化设计的求解远比常规设计的求解困难，寻求高效先进的算法显得尤为重要。
1.1.3 五效蒸馏罐
五效蒸馏罐监控系统所涉及的多效蒸发系统总效数为5，蒸汽从第1效进入，依次经过2，3，4，5，物料是各效分别进料分别出料；除末效外，各效均有冷凝水闪蒸，即前一效的冷凝水通过闪蒸器得到的二次蒸汽引入下一效作为加热蒸汽，同时，前一效冷凝水闪蒸器中流出的温度较高的冷凝水引到后一效温度较低的冷凝水闪蒸器中继续闪蒸。从各效（最后一效除外）出来的温度与压力较高的浓缩液进行逐级闪蒸。
1.2 工业监控系统发展现状
数据采集与监控系统（supervisory control and data acquisition，简称SCADA）一般是有监控程序及数据收集能力的计算机控制系统。可以用在工业程序、基础设施或是设备中。 SCADA一词是指一个可以监控及控制所有设备的集中式系统，或是在由分散在一个区域中许多系统的组合。其中大部份的控制是由远程终端控制系统（RTU）或PLC进行，主系统一般只作系统监控层级的控制。PLC或RTU会利用回授控制来控制流量或温度，而SCADA则监控系统的整体性能。数据采集是对一个或多个信号获取对象信息的过程。数据采集器是一种具有实验室和现场进行实时数据采集、自动存储记录、信号预处理、及时显示、及时状态分析、自动传输等功能的自动化设备。
监控系统能实现在无人监控的场合下，适时、清晰、准确地反映被监视的数据。监控系统已经变成现代化管理中最有效的观察工具。监控系统是一个全数字化、网络化的系统，可以同现有的多媒体系统、控制系统和信息系统集成，方面地实现数据和信息的共享。在控制中心，只要一个工作人员操作，就可以观察多个被控制区域，以及远距离区域的控制功能。
监控系统会包括以下的子系统：
?人机界面（human machine interface，简称HMI）是一个可以显示程序状态的设备，操作员可以依此设备监控及控制程序。
?（计算机）监控系统可以采集数据，也可以提交命令监控程序的进行。
?远程终端控制系统（Remote Terminal Unit，简称RTU）连接许多程序中用到的传感器，数据采集（Data acquisition）后将数字的数据传送给监控系统。
?可编程逻辑控制器（programmable logic controller，简称PLC）因为其价格便宜，用途广泛，也常用作现场设备，取代特殊功能的远程终端控制系统。
我国的机械设备水平一直比较落后，大多数机械设备的控制、操作水平基本上停留在手工和简单仪表操作的水平。这样就容易出现操作失误，精度不高，从而对生产活动产生很大的影响。正是由于机械设备自动化水平较低，不能满足其生产要求，所以机械设备的监控系统设计是一项重要的任务。
随着现代电子技术的发展,监控系统也逐步由模拟走向数字化。监控系统是工厂生产工程的重要组成部分，是安全系统中最最重要的部分。系统通过获取控制系统的数据来监控一系列生产过程，同时可以把监控下来的数据存储的数据库里，以备调用。监控系统使工厂生产效率得到整体的提升。
1.3 课题简介
本设计来源于工学院和淮安华尔润化工有限公司联合开发研制的一个项目。通过对盐厂蒸发工段多效蒸发系统进行参数优化的设计，提高设备使用率，降低能耗的同时提高生产管理效率。它是一套集数据监控、数据采集、数据保存、数据分类、数据查询、数据打印为一体的自动化管理系统，可以实现对温度、压力和效率等数据的采集及处理工作的监控软件。适用于当前的工厂信息化生产模式，可以极大地提高工作效率，解决存档数据量大，数据易丢失的问题。
2 五效蒸馏罐监控系统设计方案
五效蒸馏罐监控系统由硬件系统和软件系统两部分组成，两者的相互配合实现了监控系统的具体功能。
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