【正文】 用于精確計(jì)量回流的產(chǎn)品流量 用于精確計(jì)量產(chǎn)品的流量 用于精確計(jì)量進(jìn)料的流量 塔底殘液出料流量顯示 FI12 浙江中控 5 不銹鋼管道 只 若干 6 不銹鋼閥門 只 若干 7 對(duì)象框架 個(gè) 1 提供實(shí)驗(yàn) 設(shè)備布置 浙江中控 8 對(duì)象電氣柜 個(gè) 1 提供設(shè) 備用電 浙江中控 9 鉑熱電阻 只 10 檢測(cè)精餾塔塔節(jié)溫度 檢測(cè)精餾塔塔釜溫度 檢測(cè)精餾塔進(jìn)料溫度 檢測(cè)精餾塔產(chǎn)品出料溫度 浙江中控 10 差壓變送器 只 1 測(cè)量塔釜液位 浙江中控 11 壓力變送器 只 2 測(cè)量塔頂和塔釜壓力 浙江中控 12 渦輪流量計(jì) 只 1 塔頂冷卻 水流量檢測(cè) 浙江中控 13 比例閥 只 1 塔頂冷卻水流量調(diào)節(jié) 浙江中控 控制系統(tǒng)硬件配置 1 SP202 系統(tǒng)機(jī)柜 1 含威圖溫度 控制器 2 電源 (24V) 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 12 頁(yè) 共 45 頁(yè) 按照液位、壓力、流量的參數(shù)和結(jié)構(gòu)選擇測(cè)控儀表的型號(hào)如表 所示。 此設(shè)計(jì)研究的對(duì)象時(shí)板式精餾塔的控制系統(tǒng)。因塔頂為全凝器，則 ?? Dxy 。 (2)確定精餾塔的理論塔板 根據(jù)上面的數(shù)據(jù)分析和逐板計(jì)算法的介紹可以確定精餾塔的理論板數(shù)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 6 頁(yè) 共 45 頁(yè) 2 系統(tǒng)理論的分析及控制方案的確定 板式精餾塔控制系統(tǒng)研究的對(duì)象及要求 研究對(duì)象 a)全 塔物料的衡算 (1)料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 原料液組成： ?? 35 184246584658 ???Fx 塔頂產(chǎn)品組成： 182046804680 ???Dx 塔底產(chǎn)品組成： 186046404640 ???Wx (2)平均摩爾質(zhì)量 加料板： ?? K m o lKgFM /8 2 2 5 0 5 0 ?????? 塔頂： ?? K m olKgM D / ?????? 塔底： ?? K m o lKgM W / ?????? (3)物料衡算 總物料衡算： F=D+W 其中： F原料液流量 D塔頂產(chǎn)品流量 W塔地產(chǎn)品流量 加料板的平摩爾質(zhì)量 原料質(zhì)量?F hK m o lF /7 1 8 2 2 20 ?? 易揮發(fā)組分的衡算： WDF WxDxFx ?? ????? WD 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 7 頁(yè) 共 45 頁(yè) 由上以得： ?? ?? ?? ?????? WD WF xx xxFD 所以 ????? DFW 回收率 乙醇回收率： %% %100 ??? ???? FFx DDxD? 水的回收率： ?? ?? ?? ?? %% %10011 ???? ???????FxF WxWW? b)塔板數(shù)的確定 (1)逐板計(jì)算法介紹 假設(shè)塔頂冷凝器為全凝器泡點(diǎn)回流，回流比為 2，塔釜為間接器加熱，如圖21 所示 .因塔頂采用全凝器，故從塔頂?shù)谝粔K板（即最上一層塔板）上升的蒸氣進(jìn)入冷凝器后被全部冷凝，塔頂餾出液及回流液組成即為第一塊塔板上升蒸氣組成，即 Dxy ?1 而離開(kāi)第一塊塔板的液相組成與從該板上的蒸氣組成滿足相平衡關(guān)系，因此可由汽 液平衡方程求得，即 ?? 111 1 yaa yx ??? 第二塊理論塔板上升的蒸氣組成與第一塊塔板下降的液體組成滿足精餾段操作線方程，即 DxRxR Ry 111 12 ???? 同理，與滿足相平衡方程，可求出，而與滿足精餾段操作線方程，可計(jì)算出，以此類推，重復(fù)計(jì)算，直到計(jì)算到（即精餾段與提溜段操作線的交點(diǎn)）后，再改用相平衡方程和提溜段操作線方程計(jì)算提溜段每段塔板組成，至為止。底層網(wǎng)絡(luò)為控制站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò) SBUS，采用主控制卡指揮式 令牌網(wǎng)，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議，是控制站各卡件之間進(jìn)行信息交換的通道 [9]。如下圖 ：集散控制系統(tǒng)的基本組成部分包括分散的過(guò)程過(guò)程控制裝置、集中操作管理系統(tǒng)和通信系統(tǒng)三個(gè)部分。在同一系統(tǒng)中，任何信號(hào)均可按冗余或 不冗余連接，詳見(jiàn)卡件描述。 操作站是由工業(yè) PC機(jī)、 CRT、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等組成的人機(jī)系統(tǒng)，是操作人員完成過(guò)程監(jiān)控管理任務(wù)的環(huán)境。 JX300XP DCS 由操作站、控制站、過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)等組成。相反，采用無(wú)線射頻的方式則可以超越地域上的限制，大大提高系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上的靈活性。選擇什么樣的傳輸介質(zhì)往往跟網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系有關(guān)，例如星型結(jié)構(gòu)通常 選用雙絞線，這取決于節(jié)點(diǎn)的能力、節(jié)點(diǎn)之間的距離及環(huán)境因素等。同軸電纜目前主要應(yīng)用在環(huán)形和總線型網(wǎng)絡(luò)中，其成本中等。 每級(jí)之間以及每級(jí)內(nèi)的計(jì)算機(jī)或微處理器則由通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是 DCS 的基本和核心，實(shí)現(xiàn)將分散的信 息綜合、管理的信息分散的功能。 DCS 系統(tǒng)以其靈活，模塊化結(jié)構(gòu)，安全，可靠，危險(xiǎn)分散，功能齊全以及對(duì)大規(guī)模系統(tǒng)經(jīng) 濟(jì)性好等特點(diǎn)成為當(dāng)代自動(dòng)化控制的主流系統(tǒng)。 20世紀(jì) 50 年代，研究人員對(duì)篩板塔做了大量的研究工作，取得了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 3 頁(yè) 共 45 頁(yè) 篩板塔是最早出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)型式之一，在 1832 年以用于生產(chǎn)。 目前國(guó)產(chǎn) DCS 的技術(shù)水平已達(dá)到或接近國(guó)外廠家同類 DCS 的水平，并占據(jù)了相當(dāng)多的市場(chǎng)份額。我們可以吧 Honeywell 等公司在 20 世紀(jì) 70 年代推出的先期系統(tǒng)作為第一代 20 世紀(jì) 80 年代中期推出的系統(tǒng)，如 Honeywell 推出的 TDC3000，西屋公司的 WDPF 系統(tǒng)，橫河公司的 CENTUMXL 等稱為第二代 DCS。 DCS（分布式集散控制系統(tǒng)）的應(yīng)用日益普遍的 原因之一是： DCS 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入 /輸出模塊、智能信號(hào)裝置和過(guò)程調(diào)節(jié)裝置與 PC 之間的數(shù)據(jù)傳輸，把 I/O 通道分散到實(shí)際需要的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近，使安裝和布線的費(fèi)用減少到最小，從而使成本費(fèi)用大大的節(jié)省。 塔設(shè)備是最常用的精餾裝置，無(wú)論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。因其良好的理化性能，而被廣泛的應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。 精餾過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的傳質(zhì)傳熱過(guò)程。 隨著石油化工的迅速發(fā)展，精餾操作的應(yīng)用越來(lái)越廣，分離物料的組分越來(lái)越多，分離的產(chǎn)品純度要求越來(lái)越高，對(duì)精餾過(guò)程的控制也提出了越來(lái)越高的要求，也越來(lái)越被人們所重視。 第 I 頁(yè) 共 I 頁(yè) 目 錄 1 引言 .............................................................. 1 課題背景及依據(jù) .................................................. 1 板式精餾塔的控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀 ................................ 2 板式精 餾塔的簡(jiǎn)述 ................................................ 2 DCS 系統(tǒng)的簡(jiǎn)述 .................................................. 3 本課題主要研究的內(nèi)容 ............................................ 5 2 系統(tǒng)理論的分析及控制方案的確定 .................................... 6 板式精餾塔控制系統(tǒng)研究的對(duì)象及要求 .............................. 6 板式精餾塔控制方案的比較與確定 ................................. 14 板式精餾塔控制系統(tǒng)的組成及其工作原理 ........................... 16 3 板式精餾塔控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ..................................... 19 精餾塔的監(jiān)控測(cè)試點(diǎn)的確定 ....................................... 19 精餾塔控制系統(tǒng)的 DCS 硬件設(shè)計(jì) ................................... 20 系統(tǒng)硬件的安裝 ................................................. 23 4 精餾塔控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ......................................... 25 控制系統(tǒng)在 DCS 中的實(shí)現(xiàn) ......................................... 26 精餾塔的組態(tài)設(shè)計(jì) ............................................... 27 5系統(tǒng)組態(tài)與實(shí)時(shí)監(jiān)控的連接與調(diào)試 ................................... 38 系統(tǒng)組態(tài)與實(shí)時(shí)監(jiān)控的連接 ....................................... 38 系統(tǒng)調(diào)試 ....................................................... 38 其它控制量的控制趨勢(shì)圖 ......................................... 41 結(jié) 論 ............................................................. 43 致 謝 ............................................................. 44 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................ 45 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 1 頁(yè) 共 45 頁(yè) 1 引言 精餾是煉油、化工、輕工、等生產(chǎn)部門中應(yīng)用極為廣泛的傳質(zhì)分離過(guò)程，其目的是將混合液中各組成分離開(kāi)，成為具有一定純度的產(chǎn)品或半產(chǎn)品。 精餾過(guò)程通過(guò)精餾塔、再沸器、冷凝器等設(shè)備完成。表現(xiàn)為：過(guò)程變量多，被控變量多，可操 縱的變量也多；過(guò)程動(dòng)態(tài)和機(jī)理復(fù)雜，例如，非線性、時(shí)變、關(guān)聯(lián)；控制方案多樣，例如，同一被控變量可以采用不同的控制方案，控制方案的適應(yīng)面廣等。近些年來(lái)，由于燃料價(jià)格的上漲，乙醇燃料越來(lái)越有取代傳統(tǒng)燃料的趨勢(shì)已在很多地方的公交車和出租車中使用了。但是在本設(shè)計(jì)中對(duì)填料塔和板式塔經(jīng)行比較后，確認(rèn)板式塔 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 2 頁(yè) 共 45 頁(yè) 在本設(shè)計(jì)的應(yīng)用中比填料塔好。其原因之二是： DCS具有“開(kāi)放”的通信接口，允許用戶選用不同制造商生產(chǎn)的分散 I/O 裝置和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 [11]。自從 FOXBORO 公司推出 I/A Series 以后，各公司積極地研發(fā)并推進(jìn)開(kāi)放技術(shù)，開(kāi)始擴(kuò)展 DCS 的信息管理功能，我們可以把20 世紀(jì) 90 年代初期與中期推出的各 DCS 稱為第三代 DCS。北京和利時(shí)公司（ Hollysys）推出 MACSSmartpro 第四代DCS 系統(tǒng)，浙大中控公司 (SUPCON)推出 Webfield(ECS)系統(tǒng)，上海新華公司推出了 XDPF400系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)，對(duì)篩板的操作性能認(rèn)識(shí)不足，由于篩板塔設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致操作性能很差，而同一時(shí)期開(kāi)發(fā)的泡罩塔則能穩(wěn)定地操作。通過(guò)深入研究篩板的操作性能后認(rèn)為。 集散控制系統(tǒng)的基本組成都包括分散的過(guò)程控制裝置、集中操作管理系統(tǒng)和通信系統(tǒng)三部分。 它的主要特點(diǎn)是信息的集成化、 DCS 、 PLC 和 FCS相互融合形成混合控制系統(tǒng)、開(kāi)放性、低成本。雙紋線近年來(lái)在桌面接入系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在星型網(wǎng)絡(luò)中。環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以采用任何傳輸介質(zhì)，取決于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求。因此，近年來(lái)，無(wú)線 DCS 越來(lái)越受到人們的重視 [11]。 工程師站是為專業(yè)工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)的， 內(nèi)裝有相應(yīng)的組態(tài)平臺(tái)和系統(tǒng)維護(hù)工具。高性能工控機(jī)、卓越的流程圖機(jī)能、多 窗口畫面顯示功能可以方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程信息的集中顯示、 集中操作和集中管理。對(duì)于系統(tǒng)中重要的公用部件，建議采用 100%冗余，如主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和電源箱。如圖 所示。 本課題主要研究的內(nèi)容 本課題是針對(duì)某 8 層塔板的板式精餾塔 ，需對(duì)進(jìn)料（乙醇和水的混合溶液）在塔頂分離出純度達(dá) 80%以上的乙醇產(chǎn)品， 先利用化工原理知識(shí)為精餾的工程設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)，再用組態(tài)軟件 編寫組態(tài)控制程序，并在實(shí)際的精餾塔上運(yùn)行調(diào)試通過(guò)，采用合理的控制策略，力求混合物的分離純度達(dá)到 80%以上。在計(jì)算過(guò)程中沒(méi)使用一次相平衡方程表示需要一塊理論板對(duì)于間接蒸汽加熱的再沸器，認(rèn)為離開(kāi)它的氣液兩相達(dá)到平衡，故再沸器相當(dāng)于一塊理論板。已知塔頂冷凝器為全凝器泡點(diǎn)回流，回流比 R 為 2。 由相平衡方程求得第一塊板下降液體組成為： 111 ?????? yyx 利用精餾段操作線計(jì)算第二塊板上升蒸汽組成為 : 12 ?????? xy 交替使用精餾 段操作線方程提溜段操作線方程、和相平衡方程直到Fn xx ? ，然后改用提溜段操作線方程，直到 Wn xx ? 為止，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 。由于對(duì)精餾塔的控制要求較高所以設(shè)計(jì)每個(gè)控制環(huán)節(jié)時(shí)要全方面的考慮。 表 精餾塔控制