果糖結晶的溫度控制畢業(yè)設計

1、tianjin university of technology and education 畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計 果糖臥式結晶自動控制系統(tǒng)的設計果糖臥式結晶自動控制系統(tǒng)的設計 天津工程師范學院本科生畢業(yè)設計天津工程師范學院本科生畢業(yè)設計 果糖臥式結晶自動控制系統(tǒng)的設計果糖臥式結晶自動控制系統(tǒng)的設計 design of the automatic control system of fructose horizontal crystallization 專業(yè)班級：電氣專業(yè)班級：電氣 04020402 學生姓名：曹紅彥學生姓名：曹紅彥 指導教師：儲指導教師：儲 健健 教授教授 系系 別：自動化

2、與電氣工程學院別：自動化與電氣工程學院 20092009 年年 6 6 月月 摘 要 目前，果糖生產(chǎn)過程中除結晶工序外的其它工序，如壓榨、清凈等都己經(jīng)基本 實現(xiàn)了自動化。果糖結晶過程的控制操作卻由經(jīng)驗豐富的操作工人根據(jù)個人操作技 巧和果糖經(jīng)驗來控制果糖結晶過程，降低了產(chǎn)品產(chǎn)量和質量。因此，結晶工序成為 果糖生產(chǎn)過程中的決定性工序，這一工序工作結果的好壞直接決定著果糖的產(chǎn)量和 質量，從而也決定著制糖產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益。據(jù)此本系統(tǒng)研究了如何實現(xiàn)果糖結晶自 動化控制。 本系統(tǒng)測定了果糖在不同體積分數(shù)的乙醇溶液中的粘度，并測定了果糖在水中 和在 20%的乙醇溶液中的介穩(wěn)區(qū)寬度，通過計算機控制實現(xiàn)了在果糖結

3、晶過程中結 晶罐的溫度控制，從而實現(xiàn)果糖結晶的自動控制。 本系統(tǒng)以實現(xiàn)果糖結晶工序的自動化生產(chǎn)為目標.對果糖結晶過程以及要求進行 研究和分析，一: 本系統(tǒng)的輸入信號為糖漿的溫度，且控制系統(tǒng)的輸入是按照經(jīng)驗 曲線通過 pid 來控制系統(tǒng)的溫度，以此來控制結晶罐的溫度。二：設計了以工業(yè)計 算機為控制平臺，以 s7-200 為核心，配以高性能的檢測儀表，其中測量溫度利用先 進的 pt100 傳感器。采用智能控制技術，實現(xiàn)結晶的自動化控制。三:根據(jù)實際情況 研究果糖結晶過程控制算法的更有效方法，針對果糖控制系統(tǒng)具有非線性、時變性 以及不確定性的特點，本文充分利用 pid 控制精度高的特點，將 pid

4、控制和 plc 控 制相結合，設計符合果糖結晶實際過程的自控系統(tǒng)，以提高蔗糖結晶的速度、縮短 煮糖時間、節(jié)約能源和提高產(chǎn)品質量。 關鍵詞：關鍵詞：果糖結晶；溫度控制；pid 控制 目 錄 1 緒論.1 1.1 果糖簡介.1 1.2 國內外結晶果糖生產(chǎn)技術概況.1 1.3 立題背景及意義.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 1.4 研究內容.2 2 自動控制系統(tǒng)的設計.3 2.1 西門子可編程邏輯控制器 s7-200 的 pid 應用.4 2.2 pt100 的特性.10 2.3 調節(jié)閥 v2100.12 2.4、臥式結晶罐的對比曲線.13 3 果糖冷卻結晶工藝的優(yōu)化設計.14 3.1 前言.

5、錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 3.2 實驗設定設計.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 3.3 實驗結果與討論.17 3.4 冷卻結晶工藝條件的優(yōu)化設計.19 4 s7 200 與監(jiān)控組態(tài)軟件 wincc 的連接設計.22 4.1 wincc 簡介及產(chǎn)品分類.22 4.2 wincc 與西門子可編程邏輯器 s7-200 之間的通訊設計.24 4.3 wincc 的過程值歸檔設計.26 4.4 控制系統(tǒng)的監(jiān)控圖像.27 結 論.28 參考文獻.29 附錄 1：s7-200 的 pid 程序.30 致 謝.35 1 緒論 1.1 課題研究背景： 煮糖結晶工序是蔗糖生產(chǎn)過程中的決定性工序，

6、這一工序工作的結果直接決定 著蔗糖的產(chǎn)量和質量，也決定糖廠的經(jīng)濟效益。目前，蔗糖生產(chǎn)過程中除煮糖工序 外的其它工序，如甘蔗壓榨、蔗汁清凈等都已經(jīng)基本實現(xiàn)了自動化。 糖廠的煮糖結晶過程是果糖結晶的生產(chǎn)過程，是一個復雜的化學和物理過程。 由制糖工藝學可知，煮糖工藝關鍵就是控制糖液的溫度，使其保持在適當?shù)姆秶?使晶粒能均勻、整齊地生長。但在實際生產(chǎn)過程中，物料的純度和濃度在不斷地變 化，生產(chǎn)工藝條件如真空或蒸汽壓力經(jīng)常波動，這些因素都直接地影響了糖液的過 飽和度。由于煮糖控制本身受干擾的因素很多，其時變性和非線性等差異很大，因 此要想建立一個反映進料量、進水量與過飽和度之間精確的數(shù)學模型非常困難，

7、以 至于用經(jīng)典控制或現(xiàn)代控制的方法對這類復雜的控制對象都難以得到滿意的效果。 在制糖工業(yè)中，走在世界前列的有丹麥、美國、法國、澳大利亞等國，這些發(fā) 達國家的糖廠基本上實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)，同時也是糖的消費大國。中國在這方面還 遠落后于發(fā)達國家。對于一個人口大國，我國年人均糖消費量不及世界平均水平。 我國制糖工業(yè)還處于一種手工操作的狀態(tài)。因此實現(xiàn)制糖工業(yè)的自動化控制越發(fā)顯 得重要。 在制糖工業(yè)中，煮糖屬于最后一道生產(chǎn)環(huán)節(jié)，也是最為關鍵的環(huán)節(jié)。而煮糖質 量的好壞，關鍵是控制糖液的過飽和度，并保持在適當?shù)姆秶Ｄ壳皣鴥群芏嗟闹?小型企業(yè)的煮制工段長期都是依靠富有經(jīng)驗的工人手動控制，一沒有實現(xiàn)自動化， 糖

8、的產(chǎn)量和質量不高且生產(chǎn)效率低下。在整個生產(chǎn)過程中，壓榨、提汁、分離和分 蜜這幾個工段都基本上實現(xiàn)了自動化，但蒸發(fā)、煮制工段長期以來都是依靠富有經(jīng) 驗的工人監(jiān)守控制，沒有實現(xiàn)自動化。相比之下，國外的制糖自動化技術較為成熟， 而且與之配套的設備完善。但對中小企業(yè)來說，引進國外先進成套設備雖然能夠實 現(xiàn)制搪過程的自動化，提高效率。但是極大的提高了制糖的成本，不能有效的利用 原有的設備和發(fā)揮我國勞動力優(yōu)勢，因此，在原有設備基礎上實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化， 獲得一種對煮糖過程實行在線檢測和動態(tài)調整的控制系統(tǒng)是非常必要而有意義的。 本研究工作以實現(xiàn)煮糖工序的自動化生產(chǎn)為目標，利用國外先進的溫度傳感器 對蔗糖溫度進

9、行準確的測量，結合其它參數(shù)，利用微機對煮糖結晶過程進行控制。 并根據(jù)實際情況研究蔗糖結晶過程控制算法的更有效方法，利用符合煮搪實際過程 的模糊 pid 調節(jié)器，以提高果糖結晶的速度、縮短煮糖時間、節(jié)約能源和提高產(chǎn)品 質量。 1.2 國內外控制研究近況 綜觀國際制糖工業(yè)，從原料預處理、提汁、澄清到蒸發(fā)階段，早已實現(xiàn)了連續(xù) 化和自動化生產(chǎn)，唯獨結晶工段大多數(shù)仍沿用間歇法生產(chǎn)，自動控制的實現(xiàn)比較復 雜。而結晶過程若能實現(xiàn)自動化，可對全廠的生產(chǎn)起穩(wěn)定作用。煮糖時間可縮短 35%一 40%，可大大減輕工人的勞動強度，還可節(jié)省人力，并且煮出的糖膏質量好，晶粒均 勻。間歇罐配備自動控制后，一般 1 個人可操

10、作 3 個以上結晶罐。德國某糖廠采用 自動煮糖系統(tǒng)后，2 個人可操作 13 臺煮糖罐。 結晶過程自動化是一個包括有真空度、粘稠度、母液過飽和度、蒸汽壓力、液 位等的調節(jié)及結晶過程的程控(或自控)、顯示、遠程操作等復合控制系統(tǒng)。煮糖中 要控制好起晶、養(yǎng)晶、濃縮操作，就必須充分掌握煮糖罐設備性能、原料及糖膏的 濃度、純度、溫度、真空度等條件。但目前有些糖廠的煮糖連真空計、溫度計都殘 缺不全。有些煮糖師傅對自己使用的原料純度和錘度都重視不夠。沒有使用科學的 儀器來控制，只依靠采樣觀察糖漿的粘度、糖膏在玻璃板上的流動和晶粒的情況、 視鏡上液體的拋動等現(xiàn)象憑肉眼看和手指的感覺等來操作。這樣，經(jīng)驗豐富的煮

11、搪 師傅可準確地控制操作，但這樣的操作技術只可意會不可言傳，學習費時，操作技 術因人而異，差別相當大，先進經(jīng)驗和成績很難鞏固推廣，煮糖人才的培養(yǎng)也受到 限制。 人們根據(jù)蔗糖結晶理論，在原有煮搪方法的基礎上，采用了一種科學的煮糖法 一“五一”煮糖法。 “五一”煮糖法是廣東糖業(yè)公司于 1953 年組織東莞、順德、汕 頭和揭西四大糖廠的煮糖工人和技術工人，以理論和先進操作經(jīng)驗相結合創(chuàng)造出來 的一種有科學理論根據(jù)、使用科學的儀器來控制生產(chǎn)的煮糖方法。但這個方法因使 用的儀器不夠完善，控制需要人力較多，控制的要求比較嚴格，操作比較煩瑣。因 此如何利用近代較先進的過飽和度儀器代替“五一”煮糖法所使用的簡單

12、指示儀器， 從而使糖廠能恢復使用準確的晶核起晶法和過飽和度儀器來控制養(yǎng)晶，并結合微機 的應用，使煮糖過程儀表化、自動化被提上日程。 1.3 研究內容 本論文采取冷卻結合溶析的方法制備結晶果糖，意在解決果糖結晶工藝中存在 的產(chǎn)率低、產(chǎn)品質量差等問題，得到一條較優(yōu)的果糖冷卻結晶工藝。 本論文的研究內容包括： 1.介紹了果糖的國內外研究現(xiàn)狀及應用，說明了果糖的研究的內容、目的以及 研究意義。 2.通過實驗，深入研究自動控制系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)的影響，熟悉實驗 控制過程。 3.優(yōu)化強效糖化酶降解低聚糖的工藝和果糖冷卻溶析結晶工藝。 4.s7-200 與監(jiān)控組態(tài)軟件 wincc 的連接設計 2 果糖

13、結晶自動控制系統(tǒng)的總體設計 結晶自動控制系統(tǒng)控制框圖如下圖 2-1 所示： 其中 a/d 轉換、pid 調節(jié)、d/a 轉換等運算都是在 plc 內部執(zhí)行，同時為上位機 提供可用的數(shù)據(jù)，用以顯示。上位機也可對相應的地址進行賦值，來設定相關參數(shù)。 圖 2-1 結晶自動控制系統(tǒng)圖 本系統(tǒng)的輸入信號為循環(huán)水的溫度，且溫度按照經(jīng)驗曲線（圖 2-2 所示）控制 系統(tǒng)的溫度，以此來控制結晶罐的溫度。 圖 2-2 溫度經(jīng)驗曲線 2.1 果糖結晶自動控制系統(tǒng)軟件設計 2.1.1 pid 算法 s7-200 cpu 提供 pid 回路指令（比例、積分、微分回路） ，執(zhí)行 pid 計算。 pid 回路操作取決于存儲

14、在 36 個字節(jié)回路表中的 9 個參數(shù)。 1.模擬 pid 算法 在穩(wěn)定狀態(tài)操作中，pid 控制器管理輸出數(shù)值，以便將偏差 e 驅動為零。偏差測 量由設定值（所需的操作點）和進程變量（實際操作點）之間的差別決定（即 ） 。pid 控制原則基于以下公式(2-1)，其中將輸出 m(t)表示為比例項、pvspe 積分項和微分項的函數(shù)： (2-1) dt de dteet dinitial t c *)( 0 i 其中：作為時間函數(shù)的回路輸出；)(t 比例增益； c 回路偏差（設定值和進程變量之間的差別） ；e 為積分項增益； i k 為微分項增益； d k 回路輸出的初始值。 initial 2.數(shù)

15、字式 pid 算法 為了在數(shù)字計算機中運行該控制函數(shù)，必須將連續(xù)函數(shù)量化為偏差值的定期樣 本，并隨后計算輸出。數(shù)字計算機運算以下列相應的公式（2-2）為基礎： (2-2)(* 1 1 nndinitial n i iincn eeee 式中：為第 n 個采樣時刻計算出來的回路輸出值； n 為第 n 個采樣時刻的采樣偏差； n e 為第 n-1 個采樣時刻的采樣偏差； 1n e 為回路增益； c 為積分項系數(shù)； i 為微分項系數(shù)； d 為回路輸出的初始值。 initial 在 plc 中，實際使用公式（2-2）的改進公式（2-3） )(*/*)(*/*)(* 1nnsdcnniscnncn pv

16、pvxpvsppvsp （2-3） 式中：為采樣時間，單位為秒； s 為積分時間，單位為分鐘； i 為微分時間，單位為分鐘； d 為第 n 個采樣時刻的進程變量； n pv 為第 n-1 個采樣時刻的進程變量； 1n pv 為第 n 個采樣時刻的設定值。 n sp 2.1.2 pid 回路表 在 pid 指令框中輸入的表格（tbl）起始地址為首地址，回路表分配八十個字 節(jié)。s7-200 的 pid 指令引用一個包含回路參數(shù)的回路表，此表起初的長度為 36 個 字節(jié)。在增加了 pid 自動調諧后，回路表現(xiàn)已擴展到 80 個字節(jié)，pid 回路表如表 2-1 所 2 示。 表 2-1 pid 回路表

17、 偏 移量 域格 式 類型說明 0 n v雙 字-實數(shù) 輸入進程變量，必須在 0.0 至 1.0 范圍內。4 n sp雙 字-實數(shù) 輸入設定值，必須在 0.0 至 1.0 范圍內。8 n m雙 字-實數(shù) 輸入/輸 出 計算輸出，在 0.0 至 1.0 范圍內。12 c 雙 字-實數(shù) 輸入增益（比例系數(shù)）可為正數(shù)或 負數(shù)。16 s t雙 字-實數(shù) 輸入采樣時間，單位為秒，必須為 正數(shù)。20 i t雙 字-實數(shù) 輸入積分時間，單位為分鐘，必須 為正數(shù)。24 d t雙 字-實數(shù) 輸入微分時間，單位為分鐘，必須 為正數(shù)。28mx雙 字-實數(shù) 輸入/輸 出 積分和數(shù)值，在 0.0 和 1.0 之 間。3

18、2 1n pv雙 字-實數(shù) 輸入/輸 出 進程上次數(shù)值。 2.1.3 pid 主程序各模塊介紹 1.pid 程序流程圖，如下圖 2-3 所示。 根據(jù)流程圖所示，整個 pid 程序分為主程序（main） 、參數(shù)初始化子程序 （sbr_1） 、實驗子程序（sbr_2） 、輸入模擬量的數(shù)值轉換子程序（scale） 、輸出 模擬量的數(shù)值轉換子程序（unscale）和定時中斷子程序（int_0）等六大部分。 下面我來作逐一的介紹。 圖 2-3 pid 程序流程圖 2.主程序模塊介紹 （1）主程序（main） 主程序完成兩項任務：一個是調用參數(shù)初始化子程序（sbr_1） ，在 plc 運行的 第一個掃描周

19、期，完成 pid 參數(shù)初始化；另一個是不斷調用實驗子程序（sbr_2） ， 來執(zhí)行不同的實驗算法。 （2）參數(shù)初始化子程序（sbr_1） 參數(shù)初始化子程序是初始化 pid 參數(shù)，同時使能定時中斷 0，設置定時中斷時 間為 100ms，將定時中斷事件與 int_0 子程序關聯(lián)。 （3）實驗子程序（sbr_2） 該部分是根據(jù)實驗選擇變量的值決定執(zhí)行的算法，讀取測量值，刷新輸出緩沖 區(qū)，等待定時中斷的發(fā)生。 （4）輸入模擬量的數(shù)值轉換子程序（scale） 用 em235 測量的模擬值，在 plc 中的范圍為 032000，而 plc 中的 pid 回路 表 pv 值的范圍為 01 的標準化數(shù)值，所以

20、要利用 pid 指令，必須將工程實際值標 準化。轉換公式為： （2-4）offsetsrr panrawnorm / 兩回路pid 參數(shù)初 始化，使能定時中 斷時間，并初始化 判斷選擇那個 實驗 執(zhí)行對應程序，讀 取測量值，刷新輸 出緩沖區(qū)，等待定 時中斷 定時中斷發(fā)生 了嗎？ 否 是 執(zhí)行中斷子程序 完成數(shù)值轉換，刷新 上一次計算輸出 執(zhí)行本次運算 判斷手動/自動 方式 手動 不執(zhí)行pid指令， 輸出通過鍵盤輸入 執(zhí)行pid指令，運 算結果更新輸出緩 沖區(qū) 自動 返回主程序 式中：為工程實際值的標準化值； norm r 為工程實際值的實數(shù)值； raw r 為最大允許值減去最小允許值，在本文中

21、 em235 測量 420ma 的電流， pan s 通過 500 歐電阻轉化為 210v 單極性電壓，所以=32000-6400=25600； pan s offset 為偏移量，在本文中為-0.25。 （5）輸出模擬量的數(shù)值轉換子程序（unscale） 在對模擬量進行 pid 運算后，對輸出的控制作用是在01范圍的標準化值， 為能夠驅動實際的驅動裝置，必須將其轉換成工程實際值。轉換公式為： （2-5） pannscal soffsetmr*)( 式中：為按工程量標定的過程變量的實數(shù)格式； scal r 為過程變量的標準化值； n m 為最大允許值減去最小允許值，本文中=32000-6400

22、=25600； pan s pan s offset 為偏移量，取 0.25。 （6）定時中斷子程序（int_0） 完成輸入/輸出模擬量的數(shù)值轉換，更新輸入/輸出，根據(jù)手自動控制位，決定 執(zhí)行方式，發(fā)起新一次的 pid 計算，并保持手動/自動無擾切換。以上具體程序代碼 請見附錄。 3.s7-200 的 pid 程序見附錄 1 2.2 pid 工程整定方法 1.臨界比例度法 在外界干擾或設定的作用下，自控系統(tǒng)出現(xiàn)一種既不衰減也不發(fā)散的等幅振蕩 的過程，叫做臨界狀態(tài)。臨界比例度法亦稱等幅振蕩比例度法，其特點是不需要求 得控制對象的特性，直接在閉合的控制系統(tǒng)中進行整定。當系統(tǒng)投運以后，在純比 例調節(jié)

23、作用下，從大到小逐漸改變調節(jié)器的比例度，得到臨界振蕩過程即等幅振蕩。 把臨界振蕩時的比例度和從圖上讀出的臨界過程的周期，代入表 3-2 所推薦的 k k 經(jīng)驗公式，計算出調節(jié)器各個參數(shù)整定值，最后經(jīng)過實際調整稍做修改就可得到較 好的參數(shù)。 步驟： 1）在系統(tǒng)閉環(huán)的情況下，將調節(jié)器的積分時間置最大，微分時間置零，比例度 一般為 100%。 2）在干擾作用下，逐步將調節(jié)器比例度減小，每次改變比例度，都要通過改變 設定值來施加 10%的階躍干擾，細心觀察被控變量的變化情況。如果過渡過程是衰 減的，則應把比例度減小，如果過渡過程是發(fā)散的，則應把比例度放大，直到出現(xiàn) 45 次等幅振蕩為止。 表 2-2

24、臨界比例度法整定調節(jié)器參數(shù)經(jīng)驗公式 調節(jié)器參數(shù) 調節(jié)規(guī)律 /%k ti/mintd/min p 2 k pi 2.2 k 0.85 k pid 1.7 k 0.5 k 0.13 k 3）讀出和，根據(jù)表 2-2 的經(jīng)驗公式求出調節(jié)器的、。 k k i d 4）求出各參數(shù)的具體數(shù)值后，先把比例度放在比計算值稍大一些（約 20%）的 數(shù)值上，再依次加上積分時間和微分時間，最后在把比例度放回原值即可。給系統(tǒng) 一個 10%的階躍信號，細心觀察過渡過程，最后再根據(jù)此過程曲線加以修正，直到 過渡過程達到滿意為止。 比例度法的局限性：生產(chǎn)過程有時不允許出現(xiàn)等幅振蕩，或者無法產(chǎn)生正常操 作范圍內的等幅振蕩，不能

25、利用此法整定。 2.衰減曲線法 衰減曲線法是在總結臨界比例度法和其它一些方法的基礎上，經(jīng)過反復實踐提 出來的，其特點是：直接閉合系統(tǒng)在純比例作用下，以 4：1 或 10：1 的衰減曲線作 為整定目的，而直接求得調節(jié)器比例度。 具體步驟： 1）在系統(tǒng)閉環(huán)情況下，將積分時間置最大，微分時間置零，比例度一般取 100%。 2）逐漸減小比例度，并且每改變一次比例度，通過改變設定值給系統(tǒng)施加一個階躍 干擾，如果衰減比大于 4：1，比例度減?。环粗?，則增大比例度。 3）當采用 4：1 衰減比時，讀取振蕩周期時間和比例度，按表 3-3 計算參數(shù)。 s s 4）當采用 10：1 衰減比時，讀取上升時間和比例度

26、，按表 3-4 計算參數(shù)。 s s 5）將比例度放在比計算值大 20%的數(shù)值上，加上積分時間、微分時間，再加一次階 躍干擾，根據(jù)曲線，調整參數(shù)。 注意事項：對于快速反應的系統(tǒng)，想得到理想的 4：1 曲線很困難，工程上常以 被控變量波動兩次而穩(wěn)定，近似認為是 4：1 衰減過程。 表 2-3 4：1 衰減曲線法參數(shù)計算 調節(jié)器參數(shù) 調節(jié)規(guī)律 /%k ti/mintd/min p s pi 1.2 s 0.5 s pid 0.8 s 0.5 s 0.1 s 表 2-4 10：1 衰減曲線法參數(shù)計算 調節(jié)器參數(shù) 調節(jié)規(guī)律 /%k ti/mintd/min p s pi 1.2 s 2 s pid 0.

27、8 s 1.2 s 0.4 s 3.響應曲線法 響應曲線法是從對象特性入手，作對象的階躍響應曲線，求出時間常數(shù)、滯后 時間，靜態(tài)放大倍數(shù)，然后在根據(jù)經(jīng)驗公式求出調節(jié)器的最佳參數(shù)組合比。其 pid 參數(shù)整定步驟： 1）在手動狀態(tài)下，改變控制器輸出（通常采用階躍變化） ，記錄被控變量響應曲線； 2）在響應曲線的拐點處作切線，通過切線與初始值和新穩(wěn)態(tài)值的交點，可以測得廣 義對象的時間常數(shù)和純滯后時間； p 3）根據(jù)控制器類型與對象模型，根據(jù)經(jīng)驗表（3-5）選擇 pid 參數(shù)并投入閉環(huán)運行， 在運行過程中，可對增益作調整。 表 2-5 響應曲線法參數(shù)整定表 控制規(guī)律c（秒）i（秒）d pp / 0.9

28、p2.3 d d 1.2p20.5 2.3 臥式結晶罐 1pid 參數(shù)設置的監(jiān)控界面 臥式結晶罐 1pid 參數(shù)設置的監(jiān)控界面如圖 2-4 所示： 圖 2-4 臥式結晶罐 1pid 參數(shù)設置的監(jiān)控界面 2.2 果糖結晶自動控制系統(tǒng)硬件設計 它的電阻溫度關系的線性度非常好，在-200650溫度范圍內線性度已經(jīng)非 常接近直線。 鉑電阻阻值與溫度的關系可以近似用下式表示： 在 0650范圍內： rt =r0 (1+at+bt2) 在-1900范圍內： rt =r0 (1+at+bt2+c(t-100)t3) 式中 a、b、c 為常數(shù)， a=3.9684710-3； b=-5.84710-7； c=-

29、4.2210-12； rt 為溫度為 t 時的電阻值；r0 為溫度為 0時的電阻值，以 pt100 為例，這 種型號的鉑熱電阻，r0 就等于 100，即環(huán)境溫度等于 0 度的時候，pt100 的阻值 就是 100。當溫度變化的時候，pt100 的電阻也隨之變化，通過以上電阻-溫度表 達式便可以計算出相對應的溫度。 2.2.1 pt100 測溫原理 pt100 是電阻式溫度傳感器，測溫的本質其實是測量傳感器的電阻，通常是將 電阻的變化轉換成電壓或電流等模擬信號，再將模擬信號轉換成數(shù)字信號，再由處 理器換算出相應溫度。采用 pt100 測量溫度一般有兩種方案： 1.設計一個恒流源通過 pt100

30、熱電阻，通過檢測 pt100 上電壓的變化來換算出 溫度； 2.采用惠斯頓電橋，電橋的四個電阻中三個是恒定的，另一個用 pt100 熱電阻， 當 pt100 電阻值變化時，測試端產(chǎn)生一個電勢差，由此電勢差換算出溫度。兩種方 案的區(qū)別只在于信號獲取電路的不同，其原理上基本一致。 3. 提高 pt100 測溫精度的方案 2.2.2 通過改善 pt100 接線方式對誤差進行補償 鉑熱電阻的使用，一般有三種接法，分別是二線制接法、三線制接法和四線制 接法，不同的接法適應于不同的精度要求。 1.二線制接法：這種接法不考慮 pt100 電纜的導線電阻，將 a/d 采樣端 與電流源的正極輸出端接在一起，這種

31、接法由于沒有考慮測溫電纜的電阻，因 此只能適用于測溫距離較近的場合。 2.三線制接法：這種接法增加了用于 a/d 采樣的補償線，三線制接法消除了連 接導線電阻引起的測量誤差，這種接法適用于中等測溫距離的場合。 3.四線制接法：這種接法不僅增加了 a/d 采樣補償線，還加了一條 a/d 對地的 補償線，這樣可以近一步的減小測量誤差，可以用于測溫距離較遠的場合。如果只 從精度上考慮，采用四線制接法效果最好。 3.2 通過對采樣信號進行濾波減小隨機誤差 由于外界干擾或某些不可預知的因素，模擬量在受到干擾后，經(jīng) a/d 轉換后的 結果偏離了真實值，可能會出現(xiàn)一些隨機的誤差，如果只采樣一次，無法確定結果

32、 是否可信。必須通過多次采樣得到一個 a/d 轉換的數(shù)據(jù)序列，通過軟件算法處理后 才能得到一個可信度較高的結果。這種方法就是數(shù)字濾波。 2.2.3 通過插值算法校正 pt100 的非線性度 由 pt100 的特性可知，雖然 pt100 的線性度比較好，但是由于其溫度電阻函 數(shù)關系并非線性，用單片機運算則占用資源和時間都比較多。通常采用查表和線性 插值算法進行標度變換的方法計算出溫度，不僅運算快、占用單片機內部資源少， 而且可以一定程度上對 pt100 進行線性化校正，從而達到非常精確的測溫效果。 要查表首先要在單片機的 rom 區(qū)建立一個電阻溫度分度表，在檢測值的范圍 內均勻選擇若干個標定點，

33、標定的點數(shù)越多則表格越大，對系統(tǒng)的描述也越精確。 pt100 的鉑電阻溫度分度表，可以向 pt100 的廠商索要，考慮到單片機的程序存儲 空間資源和實際的測量精度要求，并不需要每隔一攝氏度就取一個標定點，根據(jù)精 度要求選擇適當?shù)臏囟乳g隔。 2.3 調節(jié)閥 v2100 表 2-6 調節(jié)閥 v2100 系列軟密封 v 型球閥 v2100 系列的球芯呈閉時 v 型缺口與閥座產(chǎn)生楔形剪切作用，可防止特殊球扇 形，閥關球芯卡死，適宜控制紙漿、料漿類粘性介質和含有纖維性的微小固體懸濁 介質。 主要技術參數(shù): (1)公稱通徑：dn25-400(2)公稱壓力：dn16-250(3)連接型式：對夾(4)法蘭距：

34、 符合 ansi/isa 標準(5)泄露等級：ansi b16.104 、(6)流量特性：近 似等百分比(7)使用溫度：-196-+300 圖 2-5 v2100 調節(jié)閥 2.4、臥式結晶罐的對比曲線 圖 2-6 臥式結晶罐的對比曲線 3 結晶參數(shù)的測量及控制方案的確定 3.1 結晶參數(shù)的測量 對于果糖結晶工藝，主要需考慮產(chǎn)率和產(chǎn)品的質量兩個問題。產(chǎn)率包括產(chǎn)量和 生產(chǎn)時間；產(chǎn)品的質量包括產(chǎn)品色澤、純度、粒度特征和流動性等。 目前結晶果糖的生產(chǎn)中面臨的最大問題是產(chǎn)率低及產(chǎn)品的粒度特征不佳，而這 兩者又往往是一對難以兩全的矛盾。從水溶液中結晶，由于果糖在水中具有極高的 溶解度，一方面造成過飽和果糖

35、漿粘度很大，不利于晶體生長，往往結晶時間長達 60 小時以上；另一方面，在結晶操作終止的溫度時，仍有大量果糖溶解于水中，造 成產(chǎn)量較低。從含溶劑的水溶液中結晶，果糖溶解度的降低直接導致了果糖漿粘度 的降低，結晶時間可以縮短，產(chǎn)率得以提高。然而成本上升、操作復雜化及產(chǎn)品粒 度特征差是這種結晶操作的缺點。因此找到使結晶操作相對良好的平衡點就是果糖 結晶工藝研究的關鍵。 本章對添加乙醇降低果糖漿的粘度和添加表面活性劑降低果糖膏的粘度進行了 比較系統(tǒng)的研究，確定了果糖結晶操作中添加乙醇的量，并探討了表面活性劑對改 善晶形和均勻度的作用；測定了果糖在水中和乙醇水溶液中結晶的介穩(wěn)區(qū)寬度基礎 數(shù)據(jù)。優(yōu)化了強

36、效糖化酶降解果糖漿中的低聚糖的工藝，降低了高果糖漿的粘度； 對影響果糖結晶工藝的各因素條件進行了優(yōu)化。 3.1.1 果糖溶解度的測定 在含一定量去離子水的酶反應器中加入過量的果糖固體，酶反應器中通恒溫循 環(huán)水。在一定溫度下攪拌 8h，再靜置 12h 使果糖晶體充分沉降，以 45m 纖維濾膜 過濾上清液以除去微晶的干擾，以阿貝折射儀測定上清濾液的可溶性固形物含量。 3.1.2 果糖在純水和乙醇水體系中的介穩(wěn)區(qū)寬度的測定 實驗裝置示意圖見圖 3-1。將果糖飽和溶液加入夾套玻璃杯（結晶器） ，通以恒 速降溫冷卻水，使結晶器內果糖溶液恒速降溫，夾套玻璃杯中溶液以磁力攪拌子攪 拌。為了使實驗條件盡量接近

37、實際結晶操作，降溫速率選取 1/h，攪拌速率選取 10rpm。在恒速冷卻降溫的同時，注意觀察糖漿渾濁度的變化，在出現(xiàn)晶核的瞬間， 果糖漿由透明突 變?yōu)闇啙?，記錄此時的溫度，這個溫度即為超飽和溫度。為消除可 能存在的晶核的影響，冷卻結晶從高于其飽和溫度 5開始。 圖 3-1 介穩(wěn)區(qū)寬度測定裝置 1.酶反應器；2.磁力攪拌器；3.超級恒溫水浴 3.1.3 晶種的制備 將結晶果糖研磨后過篩，取 150 目到 250 目篩之間的部分作為晶種。150 目篩 對應的篩孔直徑為 100m，250 目篩對應的篩孔直徑為 63m。 3.1.4 糖膏的制備 在表面活性劑對結晶的影響實驗中，以配制的果糖膏為實驗原料

38、。按照果糖、 葡萄 糖、麥芽糖質量比為 9：0.7：0.3 的比例稱取固體結晶果糖、葡萄糖和麥芽 糖并混合溶 解，60 下真空濃縮至固形物含量達到 89%以上，加入少量晶種，緩 慢降溫使果糖結晶析出。 3.1.5 果糖冷卻結晶工藝 高果糖漿酶解活性炭脫色過濾去除活性炭調 ph 至 3.8真空濃縮至過 飽和降溫 1添加晶種降溫 2添加乙醇降溫 3糖蜜洗蜜離心分蜜真 空干燥包裝、貯藏 具體參數(shù)及簡介如下： (1)酶解：添加強效糖化酶降解高果糖漿中的低聚糖，降低糖漿粘度。(2)活性 炭脫色：1.5%（對糖漿固形物）粉末活性炭，65脫色 20min。(3)過濾去除活性炭： 以硅藻土作為助濾劑去除活性炭

39、。(1)調 ph 至 3.8：果糖在此 ph 下，穩(wěn)定性最高。 (4)真空濃縮至過飽和：60下，真空濃縮高果糖漿至達到一定過飽和度。(5)降溫 1：快速將溫度降至添加晶種時的溫度，避免由熱引發(fā)的副反應。(6)添加晶種：緩 慢均勻添加晶種，盡量使晶種在糖漿中分散均勻。(7)降溫 2：緩慢降溫，使晶種生 長。(8)添加乙醇：以恒流泵緩慢泵入一定量乙醇，降低糖漿粘度。(9)降溫 2：不 斷緩慢降溫，為果糖結晶提供推動力。(10)洗蜜：將糖膏轉入乙醇中，清洗去除晶 體表面的雜質，并稀釋糖膏，利于后續(xù)的離心操作。(11)離心分蜜：以三足式離心 機對洗蜜后的糖膏進行離心，將晶體與母液分離。濾布為 200

40、目。2800rpm 下離心 20min。(12)真空干燥：60，0.1mpa 真空度下干燥至恒重。 3.1.6 果糖純度的測定 1.1.旋光法旋光法 因實驗中要進行果糖分析的樣品成份比較簡單，基本上只有果糖和葡萄糖兩個 組分，因此可以采用旋光法分析果糖產(chǎn)品的純度。計算公式為： 果糖純度=（g-s）/（g-f） 100 g：葡萄糖的比旋光度 f：果糖的比旋光度 s：樣品的比旋光度 2.2.高效液相法高效液相法 色譜條件： (1)高效液相色譜儀：water-600/z410 型(2)檢測器：示差折光檢測器， waters2410；(3)色譜柱：shodex nh2p-504e 色譜柱；(4)流動相

41、：乙腈水 7525 v/v；(5)柱溫：30 ； (6)流速：1.0 ml/min； (7)進樣體積： 10 l。 由標樣知果糖的保留時間為 6.757 min，葡萄糖的保留時間為 8.739min。 實驗中發(fā)現(xiàn)兩種方法的結果差別不大，而旋光法操作簡單，故采用旋光法測定 果糖 成品的純度。 3.1.7 提糖率和結晶率的測定 提糖率(%)=（成品果糖質量/糖膏總固形物質量）100 首先用阿貝折光儀測得高果糖漿的固形物含量，然后根據(jù)加入的果糖漿量計算 出進 行結晶的果糖漿的總固形物的含量，結晶后進行分離，將得到的結晶果糖產(chǎn)品 在 60，600mmhg 以上真空度干燥直至恒重，稱得的晶體質量就為成品

42、果糖的質量， 用上式計算提糖率。 結晶率(%)=結晶果糖質量（純度 100%）/糖膏總固形物質量 100=提糖率 成品果糖純度 在結晶實驗中，產(chǎn)品的純度往往超過試劑果糖的純度，因此認為結晶率與提糖 率在 本實驗中數(shù)值上極相近，除特別聲明外，可以不做區(qū)分。 由于分離時選取了 200 目的濾布，對應的篩孔為 76m。自發(fā)成核產(chǎn)生的極小 的晶 體可以透過濾布，因此提糖率除了可以指示結晶的產(chǎn)率外，還可以在一定程度 上間接反映自發(fā)成核的嚴重程度，即結晶質量的好壞。 3.2 實驗結果與討論 一方面，果糖屬于熱敏性物質，熱穩(wěn)定性較差，楊瑞金等34研究表明果糖溶 液在 65下維持 6h，色值有較大增加。另一方

43、面，果糖在水中的溶解度隨溫度的變 化顯著 且果糖在乙醇等有機溶劑的溶解度要小得多，這些特性決定了果糖不適于采 用蒸發(fā)法結晶而適合采取冷卻結晶或溶析結晶。在眾多關于果糖結晶的專利中，冷 卻結晶又分為兩種：在水中結晶和在含溶劑的水溶液中結晶，后者實際上是冷卻結 晶與溶析結晶的結合。在水中結晶時，果糖漿粘度很大，傳質擴散很慢，因此結晶 速率也很低。通常需要結晶五六十個小時以上才能得到品質良好的結晶果糖產(chǎn)品。 在含溶劑的水溶液中結晶時，果糖漿的粘度大大降低，糖膏的流動性顯著增加，因 此結晶速率也隨之顯著加快，結晶時間可以明顯縮短。但是，由于溶劑的加入使得 本來就十分復雜的多相多溶質體系變得更為復雜，對

44、結晶操作也提出了更加嚴格的 要求。常用的有機溶劑有乙醇、甲醇、異丙 醇及它們的混合物。從安全和成本的角 度考慮，本研究選擇乙醇作為溶劑，采取溶析法輔助冷卻法的結晶工藝制備結晶果 糖。 3.2.1 果糖水溶液的介穩(wěn)區(qū)寬度 物質普遍具有過飽和能力，即溶質能在溶液中以高于飽和濃度的濃度保持穩(wěn)定 而不析出。某溫度下，溶質析出的濃度稱為極限過飽和度，不同溫度下溶質的極限 過飽和度構成了超溶解度曲線，超溶解度曲線和溶解度曲線之間的部分就是介穩(wěn)區(qū)。 將一系列不同溫度的飽和果糖漿以 1/h 的速率等速降溫，同時以肉眼觀察果糖漿， 當果糖漿由澄清突變?yōu)闇啙釙r認為達到了極限過飽和度。圖 3-2 是按上述方法測得

45、的果糖水溶液的超溶解度曲線和介穩(wěn)區(qū)。 在圖 3-2 中，ab 線為溶解度曲線，cd 線代表溶液過飽和而能自發(fā)地產(chǎn)生晶核的 濃 度曲線（超溶解度曲線） ，這兩根曲線將濃度-溫度圖分割為三個區(qū)域。ab 曲線 以下是 穩(wěn)定區(qū)，在此區(qū)中溶液尚未達到飽和，因此沒有發(fā)生結晶的可能。 在 ab 與 cd 線之間 稱為介穩(wěn)區(qū)，在這個區(qū)域中，不會自發(fā)地產(chǎn)生晶核，但如果 溶液中已加了晶種，這些晶種就會長大。cd 線以上是不穩(wěn)區(qū)，在此區(qū)域中，溶液能 自發(fā)地產(chǎn)生晶核。這些概念對于結晶過程具有重要意義。所謂介穩(wěn)區(qū)寬度是指物系 的超溶解度曲線與溶解度曲線之間的距離，其垂直距離代表最大過飽和度cmax， 其水平距離代表最大

46、過冷卻度max。測取介穩(wěn)區(qū)寬度就是要求能通過試驗測取較 為確切的cmax 或max 值，作為設計中選 擇適宜過飽和度的依據(jù)；它也作為界 限，以防止操作進入不穩(wěn)定區(qū)，使產(chǎn)品質量惡化。 圖 3-2 果糖水溶液介穩(wěn)區(qū)寬度 由圖 3-2 可看出，與其它糖類相似，果糖形成過飽和溶液的能力較強，可以在 低于飽和溫度以下十多度的溫度范圍內保持穩(wěn)定而不發(fā)生自發(fā)成核。但由于實驗中 是以肉眼觀察果糖漿由透明到渾濁的突變點作為判斷產(chǎn)生自發(fā)成核的依據(jù)，難免存 在滯后性。況且有文獻1報道，帶有兩個或半個結晶水的果糖晶體比無水果糖結晶 更易析出，而它們與無水結晶果糖的介穩(wěn)區(qū)界限模糊，較高的過飽和度可能使操作 進入含結晶水

47、果糖晶體的不穩(wěn)區(qū)而使其大量析出。這種現(xiàn)象應當盡量避免，因為含 結晶水的果糖晶體的熔點很低（接近室溫） ，吸潮性很強。因此，果糖結晶的操作適 宜在低的過飽和度下進行。工業(yè)結晶中一般將過飽和度控制在介穩(wěn)區(qū)寬度的 1/2 偏 向溶解度曲線處。 3.2.2 果糖在不同比例乙醇溶液中的溶解度和粘度 果糖飽和水溶液具有極高的粘度，50時達到 3600cp，而 50的蔗糖飽和水溶 液粘度僅為 100cp 左右52。如此高的粘度主要是由果糖在水中極高的溶解度導致 的，而果糖在乙醇等有機溶劑中的溶解度則低得多，這使得通過添加乙醇等有機溶 劑來降低果糖漿粘度成為可能。圖 3-3 是 50 下測得的果糖在不同濃度乙

48、醇溶液 中的溶解度和飽和溶液的粘度。 從圖 3-3 可見，粘度在 0 到 20%（v/v）乙醇溶液的范圍內下降十分迅速，之后 繼續(xù)提高乙醇比例，下降趨勢就緩慢了，而溶解度下降均勻，沒有轉折點的出現(xiàn)。 為了避免操作進入不穩(wěn)區(qū)及出于節(jié)約乙醇，降低成本的考慮，初步認為選擇 20%（v/v）的乙醇濃度較合適。乙醇的加入大大降低了粘度，這對結晶操作是有利 的。但是，果糖溶解度 的下降意味著過飽和度的提高，如果控制不當，容易發(fā)生自 發(fā)成核，對結晶產(chǎn)生不利影響。因此，在降低粘度和控制過飽和度不進入到不穩(wěn)區(qū) 間找到平衡是以添加乙醇來幫助果糖結晶的關鍵。 圖 3-3 果糖在不同比例乙醇溶液中的溶解度和粘度 3.

49、3 冷卻結晶工藝條件的優(yōu)化設計 果糖冷卻結晶工藝的影響因素較多，而且果糖結晶操作對這些工藝參數(shù)的要求 十分嚴格，對其中任一條件的控制不佳都將導致產(chǎn)品質量低劣。很有必要對冷卻結 晶工藝條件進行優(yōu)化。 1.1.晶種添加量對提糖率的影響晶種添加量對提糖率的影響 冷卻速率及加晶種對結晶操作的影響結果見圖 3-4。(a)表示不加晶種而迅速冷 卻的情況。此時溶液的狀態(tài)很快穿過介穩(wěn)區(qū)而達到超溶解度曲線上的一點，出現(xiàn)初 級成核現(xiàn)象，溶液中大量微小的晶核驟然產(chǎn) 生，屬于無控制結晶。(b)表示不加晶 種而緩慢冷卻的情形。此時溶液的狀態(tài)也會穿過介穩(wěn)區(qū)而到達超溶解度曲線，產(chǎn)生 較多的晶核(初級成核)，過飽和度因成核而

50、有所消耗后，溶液的狀態(tài)即離開超溶解 度曲線，不再有晶核生成。由于初級成核速率隨過飽和度的加大而增長迅猛，其晶 核的生成量不可能恰好適應需要，故所得晶體的粒度分布范圍往往較寬。(c)表示加 有晶種而迅速冷卻的情形。溶液的狀態(tài)一旦越過溶解度曲線，晶種便開始長大，而 由于溶質結晶出來，在介穩(wěn)區(qū)溶液中的質量濃度有所下降。但由于冷卻迅速，溶液 仍可很快到達不穩(wěn)區(qū)，因而不可避免地有細小的晶體產(chǎn)生。(d)表示加有晶種而緩慢 冷卻的情形。由于溶液中有晶體存在，且降溫速率得到控制，在操作過程中溶液始 終保持在介穩(wěn)區(qū)狀態(tài)，而晶體的生長速率完全有冷卻速率加以控制。因為溶液不致 進入不穩(wěn)區(qū)，所以不會發(fā)生初級成核現(xiàn)象。

51、這種控制結晶操作方法能夠產(chǎn)生預定粒 度的、合乎質量要求的勻整晶體。 不同晶種添加量對提糖率的影響結果見圖 3-5。結晶過程的其它條件為：90%純 度 果糖漿，初始過飽和度為 1.06，添加乙醇前降溫速率為 0.3/h，乙醇對水的添 加量為 0.2ml/ml（v/v） ，span60 添加量為 100mg/kg，添加乙醇后降溫速率為： 52至 43為 0.3/h；43至 38為 0.5/h，38為 35以 0.8/h。 圖 3-4 冷卻速率及加晶種對結晶操作的影響 圖 3-5 晶種添加量對提糖率的影響曲線 由圖 3-5 可見，2%-2.5%的晶種添加量是合適的。晶種對抑制自發(fā)成核具有顯著 的 作

52、用，晶種可以為溶質的沉積提供位點，而溶質沉積排列于已有晶核表面的自由 能要遠低于重新凝結成晶核的自由能，溶質沉積在晶核表面的宏觀表現(xiàn)就是晶體的 生長現(xiàn)象，而溶質凝結成為晶核就表現(xiàn)為自發(fā)成核。二者之間是競爭的關系，當晶 種量偏少時，晶種的表面積較小，不能為溶質沉積提供足夠的位點，如果此時的結 晶推動力稍大，溶質極有可能來不及擴散沉積到晶種表面就自發(fā)成核了。然而過量 的晶種也是不可取的，晶種添加量過高時，晶漿的懸浮密度很大，粘度極高，不利 于溶質擴散，且平均分配到每個晶種的溶質的量就少了，造成終產(chǎn)品的粒徑偏小。 2.2.添加乙醇前降溫速率對提糖率的影響添加乙醇前降溫速率對提糖率的影響 在本研究采取

53、的冷卻結晶工藝中，添加乙醇后的降溫操作的重要性高于添加乙 醇前 的降溫操作。添加乙醇后的降溫往往采用不等速分段降溫，而添加乙醇前的降 溫采取等 速降溫即可。加乙醇前降溫速率對提糖率的影響結果見圖 3-6。結晶過程 的其它條件為：90%純度果糖漿，初始過飽和度為 1.03，晶種添加量為 2%，乙醇對 水的添加量為 0.2ml/ml（v/v） ，span60 添加量為 100mg/kg，添加乙醇后降溫速率 為：52至 43為 0.3/h；43至 38為 0.5/h，38至 35為 0.8/h。 圖 3-6 加乙醇前降溫速率對提糖率的影響曲線 降溫速率越快，結晶過程中糖漿的過飽和度就越大，結晶推動力

54、就越大，超過 介穩(wěn)區(qū)而進入不穩(wěn)區(qū)的風險也越高。在保證是糖漿維持在介穩(wěn)區(qū)的過飽和度范圍內， 提高降 溫速率可以提高晶體生長速率，縮短結晶時間，提高生產(chǎn)效率。由圖 3-17 可見，0.4/h 的降溫速率是合適的。 4 s7-200 與監(jiān)控組態(tài)軟件 wincc 的連接設計 4.1 wincc 簡介及產(chǎn)品分類 4.1.1 簡介及性能特點 西門子公司的wincc是windows control center（視窗控制中心）的簡稱，它可 為您提供在windows nt、windows 2000/xp和windows 2003標準環(huán)境下安全控制過 程所需的所有功能。wincc是一種按照價格和性能分級，能高效

55、控制自動化過程的 過程可視化系統(tǒng),它集成了數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)scada（supervisory control and data acqu- isition） 、組態(tài)、腳本（script）語言和opc(ole for process control)等 先進技術，為用戶提供了在windows操作系統(tǒng)環(huán)境下使用各種通用軟件的功能。 wincc繼承了西門子公司的全集成自動化（tia）產(chǎn)品的技術先進和無縫集成的特 點，其特殊功能之一是其整體開放性。系統(tǒng)集成商使用wincc作為系統(tǒng)擴展的特定 平臺，通過activex、opc、sql等標準接口可開發(fā)其自己的應用系統(tǒng)。借助于其模 塊化的設計，能以靈活的方式

56、加以擴展。wincc是一個現(xiàn)代化的系統(tǒng)，有設計獨特 而頗富吸引力的用戶界面，可用于辦公環(huán)境和制造業(yè)，以提供成熟和可靠的運行機 制及高效的組態(tài)。它也是一個it及商務集成的平臺。憑借西門子的全面服務和支持， wincc可在全球范圍內應用。其性能特點如下： 1）使用了microsoft sql server作為其組態(tài)數(shù)據(jù)和歸檔數(shù)據(jù)的存儲數(shù)據(jù)庫，多語言支 持，全球通用，適合所有工業(yè)領域的解決方案； 2）提供所有西門子plc系統(tǒng)的通訊通道； 3）可靈活組合，由簡單任務擴展到復雜任務； 4）眾多的選件和附加件擴展了基本功能； 5）采用開放性標準，提供了ole，dde，activex,opc服務器和客戶機等

57、標準接口， 集成簡便； 6）集成的historian系統(tǒng)作為it和商務集成的平臺； 7）可基于web持續(xù)延展； 8）使用方便的腳本語言； 9)提供實現(xiàn)“全集成自動化(totally integrated automation)”的部件。 4.1.2 組態(tài)畫面的制作與編輯 wincc圖形編輯器 - wincc graphics designer是一種面向矢量的制圖程序。包 括如精確定位、對準、旋轉、鏡像和傳輸圖形對象屬性等功能，以同樣方式，利用 不同格式（bmp，gif，jpg，wmf，emf）或經(jīng)過ole對圖形進行分組，庫對象 的生成以及輸入或嵌入外部編輯的文本和圖形。圖形編輯器為可定制的工作

58、環(huán)境提 供范圍廣泛的選項。例如，您可以改變工具欄和選項板，您可定義顏色和規(guī)定程序 的基本設定值。應用范圍廣泛的圖形對象（它在幾個工具選項板上提供），您可以 方便和快速地建立復雜的過程畫面。將一個對象連接到一個內部變量或一個過程組 是非常簡單的。一旦相應的對象已放置在畫面內，就會顯示一個編輯參數(shù)的對話框， 它的使用十分方便。此外，圖形編輯器實際上能處理對象的所有特性并給出它們的 動態(tài)表示。要求完全靈活性，可將任何事情包括在一個腳本（操作）內。圖形編輯 器支持在32個畫面層上的組態(tài)。對于眾多對象彼此重疊的復雜畫面，個別的層可以 隱去，這樣能為您提供更為清楚的顯示結構。應用分組對象，圖形編輯器能直接

59、改 變各個對象的特性，而不必首先將它們取消組合。以相同的方式，您可同時改變幾 個選擇的對象的特性。智能向導支持自動生成常用的動態(tài)并將其分配給對象?？蓪?圖形對象存儲在一個圖形庫內，還可將常用的對象定義為“積木”。下面說明一下 具體步驟。 1）放置畫面對象 打開一個新畫面，通過“對象選項板”中“標準”選項中選取基本的畫面對象， 如“按鈕”、輸入/輸出域，像電機、plc的對象可通過工具欄中的“庫”選項中找 到，在線趨勢曲線圖可從“對象選項板”中“控件”中找到，可利用界面左下方的 “圖層選項板”改變對象所在圖層。 2）對象的基本靜態(tài)操作 在wincc的圖形對象中對象屬性分為“屬性”和“事件”，屬性指

60、的是對象的 性質如“幾何”、“顏色“等；事件是由系統(tǒng)或操作員發(fā)送的命令，影響對象的屬 性。右擊需要修改的對象，從快捷菜單選擇“屬性”菜單項，打開“對象屬性”窗 口，在“靜態(tài)列”可修改屬性。不同對象類型有不同的默認屬性，如果對某個對象 類型要建立多個對象，一個一個地修改就比較費時，可以采用更改對象類型的默認 對象屬性，將鼠標指向“對象選項板”，右擊需要修改的對象，從快捷菜單選擇 “屬性”菜單項，打開“對象屬性”窗口，更改對象屬性。如果希望一群對象有相 同的屬性，可以將其編組，通過設置組的屬性來實現(xiàn)。 3）對象的基本動態(tài)操作 在對象屬性的“動態(tài)列”可通過動態(tài)對話框、c動作、vbs動作，變量四種方式