WINCC的溶剂回收控制系统设计上位机监控
目录
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题内容介绍 2
1.3组态软件介绍 3
2 系统工具选择 5
2.1系统结构框图 5
2.2 WinCC介绍 5
3 WinCC系统的创建 7
3.1 WINCC项目设计 7
3.2 建立系统驱动 8
3.3 图形编辑器 9
4 人机界面设计 10
4.1 溶剂回收系统的设计 11
4.2系统主监控画面 11
4.3系统变量设置 14
4.3 系统的工艺界面 18
4.5 参数设置 24
4.6报警界面设计 27
4.7趋势界面设计 28
4.8用户管理 30
4.9系统调试 31
结论 36
致谢 37
参考文献 38
附录：过程变量表 1
1 绪论
1.1 课题背景
随着现代技术的发展，化工行业也迅猛发展，但同时也生产出了大量的可循环利用的废有机溶剂。有机溶剂能够伤害人体的身体健康，它会引发中毒性肝炎；也会破损骨髓造成贫血。所以对有机溶剂的提纯既可以资源再利用，也可以保护和改善环境，减少危险人类健康的根源。
丙酮它的英文名是ACetone， CH3COCH3是它的化学分子式，它的沸点是56.5℃。它是一种有辛辣气味的无色透明液体，它和水、甲醇、乙醇、乙醚、油类、烃类等有机溶剂发生互溶。易燃、易挥发，容易与其他物质发生化学反应。丙酮是一种优良的有机溶剂，它可以作为人造纤维、油漆、塑料、有机玻璃、医药、化妆品等行业的有机原料 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
；它可以作为生产炸药、制革、橡胶、喷漆等的原材料；丙酮也可以作为实验室的洗涤溶剂；脱脂、脱水、固定等也可以在丙酮的参与下达成目的；丙酮在萃取方面也有很多的应用，水果、蔬菜、茶叶等农药残留的有机成份可以通过丙酮提取出来。现如今丙酮可以通过异丙醇、异丙苯、发酵法等生产出来，同时乙炔水合法和丙烯直接氧化法也可以制成。当前，世界工业生产丙酮的方法是异丙苯法。
Ethanol是乙醇的英文名，俗称酒精。乙醇的沸点为78.3℃。它是一种化学性质活泼的无色透明略带香味的液体。易溶于水、氯仿、甲醇 、丙酮 等有机溶剂 ，乙醇常用来溶解植物色素或其中的药物成分。乙醇可以用来作为燃料、消毒剂、稀释剂、涂料剂等，也可以用来萃取其他的有机化合物，乙醇是制取乙醚、乙酸乙酯的原料。75%的乙醇通常用于医疗消毒。乙醇的生产方法主要有淀粉发酵法和乙烯直接水化法。
溶剂回收方法主要包括蒸馏、萃取精馏、固体吸附法、吸收法、冷凝法以及膜分离法等。
1.蒸馏：利用混合液体中成分的沸点差别，沸点较低的先挥发，沸点较高的以后蒸发，不蒸发的则会留在蒸馏器内，从而达到离散和提纯的目的。
2.萃取精馏：向塔内添加高沸点的添加剂，改变混合液中成分间的沸点，使液体混合物易于分离。
3.固体吸附法：吸附是一种固体表面现象。它是使用多孔性固体吸附剂处置污染物，使其中的成份在固体吸附剂表面，增添了恰当的溶剂，利用加热的方式来分解吸取，从而达到分离的目的。
4.吸收法：利用液态吸收剂处理气体混合物。在这过程中会发生某种气体在溶液中溶解的物理现象，这是物理吸收。也有气液中化学物质之间发生化学反应，这是化学吸收 。
5.冷凝法：冷凝法是利用溶液在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一物理性质，采用降低设备温度或提高设备压力的方法，使处于蒸汽状态下的混合液冷凝并从中分离出来的过程。
6.膜分离法：膜分离法是一种利用新型隔膜分离的技术，利用一种特殊的半透膜使混合溶液中的某些组分隔开，达到某些溶质和溶剂渗透而分离的目的。[9]
因为丙酮和乙醇具有挥发性和溶解性，要想将废液中的丙酮进行高纯度提纯并进一步提纯残夜中的乙醇，所以本文采用连续精馏的方法达到溶剂回收的目的。
1.2 课题内容介绍
本文主要是介绍溶剂回收的系统中组态软件WINCC的应用及精馏塔工作原理和控制要求。利用WinCC软件完成组态主控界面实现工作方式选择与命令发布、工艺参数与控制参数的在线设置、美观友好的监测界面设计、关键参数的实时曲线设置、故障信息的存档与故障的处理。精馏是一种分离多成分的液体混合物的单元操作，其实质就是多级蒸馏，即在一定压力下，利用液体混合物中各成分之间沸点相差的区别，在精馏塔中使沸点较低的先汽化，经多次汽化和冷凝器的冷凝后，将气体达到成分浓度的不同，从而实现分离。
整个工艺流程大致是：在通原料之前，必须先要完成氮气吹扫，以便管道没有任何杂质。打开排气阀之后，全开相应的阀门之后通入氮气30分钟，在进行氮气吹扫之前要先检测塔釜与回流罐的液位，只有空的时候才能进行氮气吹扫。丙酮精馏是在向塔内进料前，先检测塔釜液位，当低于L时，将含有丙酮溶剂的废液由进料泵P4601打入原料预热器E4601中，直到液位高于L时，调节阀门使之改为加料量的递增，经加热至一定温度后注入精馏塔T4601中，开启再沸器E4604的导热油调节阀，使塔釜升温。同时也要设置冷凝器、回流罐的温度。当塔顶温度达到设定值时，再增加进料量。当回流罐中的液位过高时，就要打开回流罐的阀门进行全回流，待回流液达到要求后，控制SV4610使塔顶温度保持在55℃，从塔顶蒸发出去的气体经过冷凝器E4603、E4605中的冷凝水处理过后，部分冷凝过后的气体变成液体，又经过回流罐流到精馏塔内，剩余的冷凝液经冷却器E4606冷却后送到丙酮储罐V4604，精馏后的残留物通过气泵注入混合乙醇储罐V4602作为乙醇连续精馏的原料，再次进入精馏塔进行乙醇精馏。乙醇精馏是检测塔釜液位，当高于L时打开再沸器加热，使精馏塔进入120℃的闭环。同时也打开SV4619、SV4605和SV4613向塔内加料至液位H，当液体中的乙醇达到沸点时，气体上升至冷凝器中，回流罐的液位高于HH时，打开出料阀，向乙醇罐排放。工艺的主要操作内容如图1.1所示。
图1.1精馏工艺流程图
WinCC提供了很多重要的通讯通道， 用于联接到西门子SIMATIC，比如PROFIBUS-DP/ FMS、DDE(动态数据交换)和OPC，也有很多非专用的通道。因为很多的控制器生产商都为其硬件设备供应了相应的OPC服务器，所以实际上可以不受任何限制地将各类硬件与WinCC建立通讯。
图3.5建立的组态驱动
3.3 图形编辑器
主监控画面图上分为启动与停止模式选择、系统模式选择、工艺界面浏览选择、运行信息浏览、系统设置等五个区。这些导航按钮是为了方便命令的发布，系统界面的切换。启动按钮连接M205.0的变量地址，它会在运行时把命令发给PLC。具体建立如图4.2所示。运行方式的发布是连接一个二进制变量，然后在它输入/输出的属性中建立一个布尔型的动态对话框。建立的动态对话框如图4.3所示。作业类型是建立一个模拟量的动态对话框，命令是根据送的数值范围来选择具体的工作类型的，建立的动态对话框如图4.4所示。点击原料进塔按钮的组态对话框，然后连接工艺浏览界面，按钮设置如图4.5所示。工艺参数、运行参数、报警信息等按钮也都是在按钮的动态对话框里连接相应的画面。在用户登录的鼠标事件中编辑c动作，然后运行时可以弹出如图4.6所示的窗口。在主监控界面上还放了一个数字/模拟时钟控件，系统运行时方便管理员了解时间讯息，使得界面友好。
1 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题内容介绍 2
1.3组态软件介绍 3
2 系统工具选择 5
2.1系统结构框图 5
2.2 WinCC介绍 5
3 WinCC系统的创建 7
3.1 WINCC项目设计 7
3.2 建立系统驱动 8
3.3 图形编辑器 9
4 人机界面设计 10
4.1 溶剂回收系统的设计 11
4.2系统主监控画面 11
4.3系统变量设置 14
4.3 系统的工艺界面 18
4.5 参数设置 24
4.6报警界面设计 27
4.7趋势界面设计 28
4.8用户管理 30
4.9系统调试 31
结论 36
致谢 37
参考文献 38
附录：过程变量表 1
1 绪论
1.1 课题背景
随着现代技术的发展，化工行业也迅猛发展，但同时也生产出了大量的可循环利用的废有机溶剂。有机溶剂能够伤害人体的身体健康，它会引发中毒性肝炎；也会破损骨髓造成贫血。所以对有机溶剂的提纯既可以资源再利用，也可以保护和改善环境，减少危险人类健康的根源。
丙酮它的英文名是ACetone， CH3COCH3是它的化学分子式，它的沸点是56.5℃。它是一种有辛辣气味的无色透明液体，它和水、甲醇、乙醇、乙醚、油类、烃类等有机溶剂发生互溶。易燃、易挥发，容易与其他物质发生化学反应。丙酮是一种优良的有机溶剂，它可以作为人造纤维、油漆、塑料、有机玻璃、医药、化妆品等行业的有机原料 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
；它可以作为生产炸药、制革、橡胶、喷漆等的原材料；丙酮也可以作为实验室的洗涤溶剂；脱脂、脱水、固定等也可以在丙酮的参与下达成目的；丙酮在萃取方面也有很多的应用，水果、蔬菜、茶叶等农药残留的有机成份可以通过丙酮提取出来。现如今丙酮可以通过异丙醇、异丙苯、发酵法等生产出来，同时乙炔水合法和丙烯直接氧化法也可以制成。当前，世界工业生产丙酮的方法是异丙苯法。
Ethanol是乙醇的英文名，俗称酒精。乙醇的沸点为78.3℃。它是一种化学性质活泼的无色透明略带香味的液体。易溶于水、氯仿
溶剂回收方法主要包括蒸馏、萃取精馏、固体吸附法、吸收法、冷凝法以及膜分离法等。
1.蒸馏：利用混合液体中成分的沸点差别，沸点较低的先挥发，沸点较高的以后蒸发，不蒸发的则会留在蒸馏器内，从而达到离散和提纯的目的。
2.萃取精馏：向塔内添加高沸点的添加剂，改变混合液中成分间的沸点，使液体混合物易于分离。
3.固体吸附法：吸附是一种固体表面现象。它是使用多孔性固体吸附剂处置污染物，使其中的成份在固体吸附剂表面，增添了恰当的溶剂，利用加热的方式来分解吸取，从而达到分离的目的。
4.吸收法：利用液态吸收剂处理气体混合物。在这过程中会发生某种气体在溶液中溶解的物理现象，这是物理吸收。也有气液中化学物质
5.冷凝法：冷凝法是利用溶液在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一物理性质，采用降低设备温度或提高设备压力的方法，使处于蒸汽状态下的混合液冷凝并从中分离出来的过程。
6.膜分离法：膜分离法是一种利用新型隔膜分离的技术，利用一种特殊的半透膜使混合溶液中的某些组分隔开，达到某些溶质和溶剂渗透而分离的目的。[9]
因为丙酮和乙醇具有挥发性和溶解性，要想将废液中的丙酮进行高纯度提纯并进一步提纯残夜中的乙醇，所以本文采用连续精馏的方法达到溶剂回收的目的。
1.2 课题内容介绍
本文主要是介绍溶剂回收的系统中组态软件WINCC的应用及精馏塔工作原理和控制要求。利用WinCC软件完成组态主控界面实现工作方式选择与命令发布、工艺参数与控制参数的在线设置、美观友好的监测界面设计、关键参数的实时曲线设置、故障信息的存档与故障的处理。精馏是一种分离多成分的液体混合物的单元操作，其实质就是多级蒸馏，即在一定压力下，利用液体混合物中各成分之间沸点相差的区别，在精馏塔中使沸点较低的先汽化，经多次汽化和冷凝器的冷凝后，将气体达到成分浓度的不同，从而实现分离。
整个工艺流程大致是：在通原料之前，必须先要完成氮气吹扫，以便管道没有任何杂质。打开排气阀之后，全开相应的阀门之后通入氮气30分钟，在进行氮气吹扫之前要先检测塔釜与回流罐的液位，只有空的时候才能进行氮气吹扫。丙酮精馏是在向塔内进料前，先检测塔釜液位，当低于L时，将含有丙酮溶剂的废液由进料泵P4601打入原料预热器E4601中，直到液位高于L时，调节阀门使之改为加料量的递增，经加热至一定温度后注入精馏塔T4601中，开启再沸器E4604的导热油调节阀，使塔釜升温。同时也要设置冷凝器、回流罐的温度。当塔顶温度达到设定值时，再增加进料量。当回流罐中的液位过高时，就要打开回流罐的阀门进行全回流，待回流液达到要求后，控制SV4610使塔顶温度保持在55℃，从塔顶蒸发出去的气体经过冷凝器E4603、E4605中的冷凝水处理过后，部分冷凝过后的气体变成液体，又经过回流罐流到精馏塔内，剩余的冷凝液经冷却器E4606冷却后送到丙酮储罐V4604，精馏后的残留物通过气泵注入混合乙醇储罐V4602作为乙醇连续精馏的原料，再次进入精馏塔进行乙醇精馏。乙醇精馏是检测塔釜液位，当高于L时打开再沸器加热，使精馏塔进入120℃的闭环。同时也打开SV4619、SV4605和SV4613向塔内加料至液位H，当液体中的乙醇达到沸点时，气体上升至冷凝器中，回流罐的液位高于HH时，打开出料阀，向乙醇罐排放。工艺的主要操作内容如图1.1所示。
图1.1精馏工艺流程图
WinCC提供了很多重要的通讯通道， 用于联接到西门子SIMATIC，比如PROFIBUS-DP/ FMS、DDE(动态数据交换)和OPC，也有很多非专用的通道。因为很多的控制器生产商都为其硬件设备供应了相应的OPC服务器，所以实际上可以不受任何限制地将各类硬件与WinCC建立通讯。
图3.5建立的组态驱动
3.3 图形编辑器
主监控画面图上分为启动与停止模式选择、系统模式选择、工艺界面浏览选择、运行信息浏览、系统设置等五个区。这些导航按钮是为了方便命令的发布，系统界面的切换。启动按钮连接M205.0的变量地址，它会在运行时把命令发给PLC。具体建立如图4.2所示。运行方式的发布是连接一个二进制变量，然后在它输入/输出的属性中建立一个布尔型的动态对话框。建立的动态对话框如图4.3所示。作业类型是建立一个模拟量的动态对话框，命令是根据送的数值范围来选择具体的工作类型的，建立的动态对话框如图4.4所示。点击原料进塔按钮的组态对话框，然后连接工艺浏览界面，按钮设置如图4.5所示。工艺参数、运行参数、报警信息等按钮也都是在按钮的动态对话框里连接相应的画面。在用户登录的鼠标事件中编辑c动作，然后运行时可以弹出如图4.6所示的窗口。在主监控界面上还放了一个数字/模拟时钟控件，系统运行时方便管理员了解时间讯息，使得界面友好。
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