甘油生产过程监控系统设计hmi子系统
近年来，随着我国油脂化工业的快速发展，以及甘油的广泛应用，甘油需求量也急剧增加。为了有效提高甘油的纯度以及生产效率，甘油生产过程监控系统的优劣就显得尤为重要，而触摸屏设计作为系统的重要组成部分，对系统的实现起着关键性作用。本课题基于PLC、WinCC提出了甘油提纯过程监控系统的的设计方案，针对蒸馏与冷凝系统工艺，利用wincc flexible软件设计了主控界面、流程控制界面、趋势显示、报警显示、参数设定和用户管理等模块，并基于MPI构建了PLC与HMI间的S7 Connection连接，实现了两者的数据交互。调试结果表明，系统设计方案可行，操作简便。关键词 甘油提纯，监控系统，HMI子系统，Wincc flexible
目录
1 引言 1
1．1 研究背景及意义 1
1．2 国内外研究现状及趋势 1
1．3 本课题研究的主要内容 3
2 系统工艺简介 4
2．1 工艺流程简述 4
2．2 系统概述 5
3 系统的实现 6
3．1 触摸屏的选型 6
3．2 PLC与HMI的连接 7
3．3 变量定义 10
3．4 界面组态 13
4 系统仿真 24
4．1 登录与退出 24
4．2 画面访问 24
4．3 组态模拟运行 26
4．3 工艺界面联调 30
结 论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
1 引言
随着计算机技术、控制技术、数字通信技术的飞速发展，自动化生产线的监控控制系统被广泛应用于各个领域[1]。世界竞争日趋激烈，产业的转型，核心技术的掌握，已经迫在眉睫，而工业自动化技术的提升能降低工业生产的成本，是中国制造业转型的有力支撑。在这样的背景下，基于组态技术的触摸屏技术、可编程逻辑控制器（PLC）、变频器、伺服、仪表等的研究开发有着极高的社会价值及意义[2]。因此，作为工业自动化设备的一个环节，高性能，稳定的基于组态技术的触摸屏技术的提升也是极为重要的。
1．1 研究背景及意义
我国随着油脂化 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
工行业的迅速发展，甘油产量大大增加，但尚不能满足国内需求[3]。甘油的用途广泛，主要应用于食品、医药、化妆品等行业，与生活息息相关，因此甘油的生产对我国的石油化工行业以及国民生活有着重大意义。
在甘油的生产中，监控系统是一个很重要的环节。生产数据和各种技术参数对于整个过程都至关重要，因此需要对甘油生产进行实时监控和控制，以保证生产有序顺利地进行。想要简单直观地显示监控数据并且快速有效地进行调节，需要运用人机界面，而触摸屏是一种常用的人机界面产品。
1．2 国内外研究现状及趋势
1.2.1 甘油生产工艺
近年来甘油产品市场供过于求，价格疲软，各主产国均在积极研究将剩余甘油转化为高附加值产品的新途径。甘油精炼过程非常复杂，涉及温度、压力、物位等大量物理参数[4]。甘油产品分为天然甘油和化学合成甘油，天然甘油主要以植物油脂和动物脂肪为原料，生产生物柴油过程中产生的副产品[5]，例如油脂皂化制皂、油脂水解和油脂醇解；合成甘油则是将石油化工产品经化学合成制得。现在生产甘油的主要方法有如下五类。
1.皂化制皂
油脂皂化是油脂与碱液在一定条件下反应生成肥皂及甘油的过程，反应所得的废皂液一般含有8%12%的甘油，废皂液是甘油商品资源的传统来源，至今仍是回收甘油的主要原料之一[6]。
2.油脂水解
油脂与过量水在一定条件下反应生成脂肪酸和甘油的过程。由于油脂水解工艺多、操作条件差异大，所得的甜水浓度及杂质含量并不相同，甘油在甜水中的浓度约为12%18%，其中较为现代的高温高压连续逆流水解法因不使用催化剂，仅利用高压蒸汽促使油脂水解，所得的甜水质量好，可进一步加工成高品质甘油[6]。
3.油脂醇解
油脂与过量低碳链醇(如甲醇)在一定条件下反应生成脂肪酸酷和甘油的过程。在此反应过程中，每生产1Kg脂肪酸甲脂，约产生0.1Kg左右的甘油[6]。
4.合成法
合成甘油生产法(Dow法)是将丙烯氯化成氯化烯丙基，再转化成二氯醇，然后通过将少量稀NaOH和Na2CO3转化成甘油的过程。合成甘油的中间原料环氧氯丙烷因供货紧、价格高、反应条件苛刻且污染大，将被逐步淘汰[6]。
1.2.2 HMI发展现状
HMI是Human Machine Interface[7]的缩写，也叫人机接口或人机界面。HMI是操作系统和用户管理之间的桥梁，用来进行信息交互。人机界面广泛应用于存在人机信息交换的领域。
HMI技术的发展取决于半导体技术、计算机技术、通信技术的进步,HMI的发展大致经历了三个阶段[8]：
1.纯硬件阶段
早期的HMI技术只是通过简单的按钮、开关、指示灯和其他控制设备，给用户提供设备，实现对设备启动、停止和状态的显示。早期的HMI主要考虑简单的功能性和产品的可靠性，忽略了显示画面的多样化和用户体验，用户操作起来也繁琐。这种设备的功能通过硬件实现，所以对于设备需求的更改必须对硬件进行改变，并且设备发生故障时，故障的排查也会很困难。目前这种纯硬件的HMI设备只适合在要求简单、产品可靠性高的场合使用。
2.PLC实现阶段
PLC英文全称Programmable Logic Contrller[9]，又称可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，是一种带有指令存储器，数字的或者模拟的输入/输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，用于控制机器或者生产过程的自动化控制装置。将PLC技术应用于HMI技术，改变了之前纯硬件的HMI实现方式，使得灵活性和多样性大大改善。PLC主要通过状态灯或基于字符的显示装置来进行设备信息的显示和人机的交互[5]。它的优点是可靠性高，抗干扰强，接口简单，容易实现。但是信息显示方式过于单一，难以满足图案化的设计要求，设计成本也较高，只适合量少类多的场合。
3.基于GUI的完全编程HMI阶段
随着半导体技术的发展以及对HMI功能需求的不断提高，8位、16位单片机、32位嵌入式CPU、嵌入式操作系统被广泛应用到HMI产品中，从而出现了软硬件完全定制开发的，基于图形化显示、触摸屏控制的人机接口产品[8]。
在显示和用户操作接口方面，高分辨的彩色LCD液晶屏逐步取代了数码管、字符驱动液晶屏的显示方式。
在平台软件方面，因为使用了性能高的处理器和容量大的存储器件，很多的HMI产品使用Windows CE、Linux[10]等功能强大的操作系统，管理功能强大，控制智能。
目录
1 引言 1
1．1 研究背景及意义 1
1．2 国内外研究现状及趋势 1
1．3 本课题研究的主要内容 3
2 系统工艺简介 4
2．1 工艺流程简述 4
2．2 系统概述 5
3 系统的实现 6
3．1 触摸屏的选型 6
3．2 PLC与HMI的连接 7
3．3 变量定义 10
3．4 界面组态 13
4 系统仿真 24
4．1 登录与退出 24
4．2 画面访问 24
4．3 组态模拟运行 26
4．3 工艺界面联调 30
结 论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
1 引言
随着计算机技术、控制技术、数字通信技术的飞速发展，自动化生产线的监控控制系统被广泛应用于各个领域[1]。世界竞争日趋激烈，产业的转型，核心技术的掌握，已经迫在眉睫，而工业自动化技术的提升能降低工业生产的成本，是中国制造业转型的有力支撑。在这样的背景下，基于组态技术的触摸屏技术、可编程逻辑控制器（PLC）、变频器、伺服、仪表等的研究开发有着极高的社会价值及意义[2]。因此，作为工业自动化设备的一个环节，高性能，稳定的基于组态技术的触摸屏技术的提升也是极为重要的。
1．1 研究背景及意义
我国随着油脂化 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
工行业的迅速发展，甘油产量大大增加，但尚不能满足国内需求[3]。甘油的用途广泛，主要应用于食品、医药、化妆品等行业，与生活息息相关，因此甘油的生产对我国的石油化工行业以及国民生活有着重大意义。
在甘油的生产中，监控系统是一个很重要的环节。生产数据和各种技术参数对于整个过程都至关重要，因此需要对甘油生产进行实时监控和控制，以保证生产有序顺利地进行。想要简单直观地显示监控数据并且快速有效地进行调节，需要运用人机界面，而触摸屏是一种常用的人机界面产品。
1．2 国内外研究现状及趋势
1.2.1 甘油生产工艺
近年来甘油产品市场供过于求，价格疲软，各主产国均在积极研究将剩余甘油转化为高附加值产品的新途径。甘油精炼过程非常复杂，涉及温度、压力、物位等大量物理参数[4]。甘油产品分为天然甘油和化学合成甘油，天然甘油主要以植物油脂和动物脂肪为原料，生产生物柴油过程中产生的副产品[5]，例如油脂皂化制皂、油脂水解和油脂醇解；合成甘油则是将石油化工产品经化学合成制得。现在生产甘油的主要方法有如下五类。
1.皂化制皂
油脂皂化是油脂与碱液在一定条件下反应生成肥皂及甘油的过程，反应所得的废皂液一般含有8%12%的甘油，废皂液是甘油商品资源的传统来源，至今仍是回收甘油的主要原料之一[6]。
2.油脂水解
油脂与过量水在一定条件下反应生成脂肪酸和甘油的过程。由于油脂水解工艺多、操作条件差异大，所得的甜水浓度及杂质含量并不相同，甘油在甜水中的浓度约为12%18%，其中较为现代的高温高压连续逆流水解法因不使用催化剂，仅利用高压蒸汽促使油脂水解，所得的甜水质量好，可进一步加工成高品质甘油[6]。
3.油脂醇解
油脂与过量低碳链醇(如甲醇)在一定条件下反应生成脂肪酸酷和甘油的过程。在此反应过程中，每生产1Kg脂肪酸甲脂，约产生0.1Kg左右的甘油[6]。
4.合成法
合成甘油生产法(Dow法)是将丙烯氯化成氯化烯丙基，再转化成二氯醇，然后通过将少量稀NaOH和Na2CO3转化成甘油的过程。合成甘油的中间原料环氧氯丙烷因供货紧、价格高、反应条件苛刻且污染大，将被逐步淘汰[6]。
1.2.2 HMI发展现状
HMI是Human Machine Interface[7]的缩写，也叫人机接口或人机界面。HMI是操作系统和用户管理之间的桥梁，用来进行信息交互。人机界面广泛应用于存在人机信息交换的领域。
HMI技术的发展取决于半导体技术、计算机技术、通信技术的进步,HMI的发展大致经历了三个阶段[8]：
1.纯硬件阶段
早期的HMI技术只是通过简单的按钮、开关、指示灯和其他控制设备，给用户提供设备，实现对设备启动、停止和状态的显示。早期的HMI主要考虑简单的功能性和产品的可靠性，忽略了显示画面的多样化和用户体验，用户操作起来也繁琐。这种设备的功能通过硬件实现，所以对于设备需求的更改必须对硬件进行改变，并且设备发生故障时，故障的排查也会很困难。目前这种纯硬件的HMI设备只适合在要求简单、产品可靠性高的场合使用。
2.PLC实现阶段
PLC英文全称Programmable Logic Contrller[9]，又称可编程逻辑控制器，定义是：一种数字运算操作的电子系统，是一种带有指令存储器，数字的或者模拟的输入/输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，用于控制机器或者生产过程的自动化控制装置。将PLC技术应用于HMI技术，改变了之前纯硬件的HMI实现方式，使得灵活性和多样性大大改善。PLC主要通过状态灯或基于字符的显示装置来进行设备信息的显示和人机的交互[5]。它的优点是可靠性高，抗干扰强，接口简单，容易实现。但是信息显示方式过于单一，难以满足图案化的设计要求，设计成本也较高，只适合量少类多的场合。
3.基于GUI的完全编程HMI阶段
随着半导体技术的发展以及对HMI功能需求的不断提高，8位、16位单片机、32位嵌入式CPU、嵌入式操作系统被广泛应用到HMI产品中，从而出现了软硬件完全定制开发的，基于图形化显示、触摸屏控制的人机接口产品[8]。
在显示和用户操作接口方面，高分辨的彩色LCD液晶屏逐步取代了数码管、字符驱动液晶屏的显示方式。
在平台软件方面，因为使用了性能高的处理器和容量大的存储器件，很多的HMI产品使用Windows CE、Linux[10]等功能强大的操作系统，管理功能强大，控制智能。
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