【正文】 .................... 18 流量控制儀表在 CENTUM CS3000 測(cè)試狀態(tài)下的畫面 ................ 22 本章小結(jié) ....................................................... 24 5 工廠驗(yàn)收測(cè)試 ..................................................... 25 系統(tǒng)檢查 ....................................................... 25 控制站應(yīng)用功能檢查 ............................................. 26 6 結(jié)束語(yǔ) ........................................................... 29 致 謝 ............................................................. 31 參考文獻(xiàn) ........................................................... 33 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VI 緒論 1 1 緒論 工業(yè)氣體在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用 工業(yè) 氣體是指氧、氮、氬、氖、氪、氦、氫、二氧化碳、乙炔、天然氣等。目前全國(guó)氣體產(chǎn)品市場(chǎng)年銷售額約為 400 億元。該系統(tǒng)將若干臺(tái)微機(jī)分散應(yīng)用于 過程控制 ，全部信息通過 通信網(wǎng)絡(luò) 由上位管理 計(jì)算機(jī) 監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個(gè)裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計(jì)算機(jī)集中控制的優(yōu)點(diǎn)，克服了常規(guī)儀表功能單一，人 機(jī)聯(lián)系差以及單臺(tái)微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中的缺點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實(shí)現(xiàn)了在功能、負(fù)荷和危險(xiǎn)性三方面的分散。 課題研究的意義 以橫河的 CENTUM CS3000 系統(tǒng)作為學(xué)習(xí)及應(yīng)用的對(duì)象。說明 這種設(shè)計(jì)方法 運(yùn)行可靠性好、操作方便、能耗低、安全性高 。 （ 2） 對(duì)中原石化項(xiàng)目中運(yùn)用的 YOKOGAWA CENTUM CS3000 控制系統(tǒng)的軟件、硬件組成進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。第四章為流量控制，詳細(xì)介紹流量控制的方式、方法 。 空分設(shè)備將空氣經(jīng)低溫分離得到氧、氮等產(chǎn)品，從本質(zhì)上說是通過能量轉(zhuǎn)換來完成。經(jīng)壓縮后的原料空氣溫度較高，空氣預(yù)冷系統(tǒng)通過接觸式換熱降低空氣的溫度，同時(shí)可以洗滌其中的酸性物質(zhì)等有害雜質(zhì)。 熱交換系統(tǒng)：空分設(shè)備的熱平衡是通過制冷系統(tǒng)和熱交換系統(tǒng)來完成的。只要由低壓塔、中壓塔和冷凝蒸發(fā)器組成。 空氣分離裝置的工藝流程簡(jiǎn)介 空氣分離裝置是以空氣為原料，根據(jù)氣體沸點(diǎn)不同分別提取 N O Ar等的裝置。透平膨脹機(jī)則是通過減小壓力來使氣體溫度下降，從而完成對(duì)氣體的冷卻。 （ 3）本次項(xiàng)目概述 本次項(xiàng)目是 將空氣分離裝置的過程通過 CENTUM CS3000 軟件進(jìn)行繪圖和組態(tài)，通過調(diào)試， 模擬演示空氣分離裝置 利用多塔低精餾的工藝，從經(jīng)過分子篩吸附器的壓縮空氣（已除去所含的水、 CO碳?xì)浠衔锏入s質(zhì)）中 制取高純度的氧、氮、氬產(chǎn)品的過程。 （ 2） 控制體統(tǒng)對(duì)整個(gè)制氧機(jī)組的過程參數(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制，具有顯示、操作、報(bào)警、調(diào)節(jié)、記憶、啟動(dòng)聯(lián)鎖和保護(hù)聯(lián)鎖等功能，有關(guān)的連鎖保護(hù)將根據(jù)工藝要求自動(dòng)啟動(dòng)和停車，打開和關(guān)閉閥門。各保護(hù)功能具有獨(dú)立性，確保生產(chǎn)人員及設(shè)備的安全。本 節(jié)主要針對(duì) CENTUM CS3000 系統(tǒng)的分析，闡述中原石化選用此設(shè)備原因。 （ 3） 靈活性 通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行軟硬件組態(tài)，即確定測(cè)量與控制信號(hào)及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫(kù) 中 選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫(kù)調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報(bào)警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。 CENTUM CS3000 的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計(jì)算機(jī)站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場(chǎng)控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器構(gòu)成。 綜合以上分析，從產(chǎn)品的各種性能上，中原石化選擇 CENTUM CS3000 是符合工程需要的。 圖 31 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 硬件配置 本項(xiàng)目中 DCS系統(tǒng)主要包括控制器、 I/O卡件、工程師站 1臺(tái)、操作站 2臺(tái)、報(bào)警打印機(jī) 1臺(tái)、報(bào)表打印機(jī) 1臺(tái)、畫面打印機(jī) 1臺(tái)、組態(tài)畫面打印機(jī) 1臺(tái)。工程師站主要有以下功能： a． 控制策略組態(tài) (包括系統(tǒng)硬件設(shè)備、控制、算法 )，人機(jī)界面組態(tài) (包括系統(tǒng)圖形、報(bào)表 )和相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。對(duì)所配置的控制 器，既考慮到工藝流程的分配，又考慮控制器的負(fù)荷， FCS101 實(shí)現(xiàn)整個(gè)空氣分離裝置系統(tǒng)的控制。 為實(shí)現(xiàn)以上功能，首先對(duì)模擬量輸入 /輸出、 PID 控制模擬塊、數(shù)字量輸入 /輸出進(jìn)行模板設(shè)置，如圖 3圖 33 所示。 采樣組（ Collection Points）存放采集的過程數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的名稱及其采集要求。 濃縮組（ Reduction Groups）提供了對(duì)采集來的大量過程數(shù)據(jù)進(jìn)行歸約濃縮再加工處理的方法，經(jīng)過濃縮組處理的數(shù)據(jù)可提供給過程報(bào)表使用，也可以將濃縮處理后的數(shù)據(jù)再次進(jìn)行濃縮，即串級(jí)濃縮。 歸檔組（ Archive Groups）以上三組的數(shù)據(jù)只能保存制定的時(shí)間或記錄條數(shù)，超過以后，新寫入的數(shù)據(jù)將覆蓋最早的數(shù)據(jù)。 操作站主要完成以下功能： a．各種監(jiān)視信息的顯示、查詢和打印。 數(shù)據(jù)庫(kù)站 (ADS) 冗余設(shè)置的數(shù)據(jù)庫(kù)站是 DELL工業(yè)計(jì)算機(jī)，采用 windows2020SERVER的操作系統(tǒng)，運(yùn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理。 d． 自動(dòng)同步系統(tǒng)中各站的時(shí)鐘。冗余設(shè)置的高可靠性 ACS控制器具備強(qiáng)大的 EI型綜合控制功能，可以方便實(shí)現(xiàn)就地維護(hù)和在線下載，運(yùn)行著工程師站所下裝的控制程序，與操作員站進(jìn)行通訊，完成數(shù)據(jù)交換；智能的 Process I／ O 單元完成現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集和控制輸出；電源單元為智能 I／ O單元提供穩(wěn)定的工作電源；現(xiàn)場(chǎng)總線為主控單元與智能 I／ O單元之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換提供通訊鏈路。由于 流量控制系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)直接承擔(dān)控制任務(wù)，所以要求實(shí)時(shí)性好、可靠性高和適應(yīng)性強(qiáng)。若缺少這一環(huán)節(jié)，或不 給予 應(yīng)有的重視，就會(huì)給測(cè)量帶來誤差，有時(shí)誤差可高達(dá)百分之十，甚至更大，使儀表的示值變得毫無意義。 大部分氣體，可近似地視為理想氣體，其密度可用經(jīng)過補(bǔ)正的理想氣體狀態(tài)方程來表示。 流量控制的方法 因?yàn)榇蠖鄶?shù)流量?jī)x 表是孔板型的，根據(jù)伯努利原理，溫度、壓力的校正計(jì)算是很有必要的。當(dāng)節(jié)流件長(zhǎng)度很小時(shí)，對(duì)于不可壓縮流體其密度不變，流體在管道中連續(xù)流動(dòng)，則可以列出如下的連續(xù)方程： 1 1 2 2F v F v? ? ? （ 2） 節(jié)流前后流通面積、 ?21 FF 假設(shè) 1F 為管道流體為收縮前 的截面積， 2F 為節(jié)流件最小截面處得截面積。而蒸汽工況（溫度、壓力）的變化，必然使密度 ? 產(chǎn)生相應(yīng)的變化，因此蒸汽流量測(cè)量必須進(jìn)行密度補(bǔ)償才能提高測(cè)量的精確度。因此，氣體流量測(cè)量必須進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。對(duì)于大部分氣體，在低壓（如小于 1MPa）的壓縮系數(shù)都接近于 1。 分析計(jì)算表明，當(dāng)溫度和壓力在設(shè)定值上變化 20%， Re? 變化 60%時(shí)，如果我們只補(bǔ)償密度變化的影響，那么，即使密度變化可能引入的誤差為零，即認(rèn)為已實(shí)現(xiàn)了對(duì)密度的完全補(bǔ)償，其它各余留參數(shù)變化累加后的最大誤差仍可達(dá) 6%左右。 在 DCS中，實(shí)現(xiàn)過熱蒸汽流量測(cè)量的溫度、壓力補(bǔ)償實(shí)質(zhì)上就是將以上計(jì)算過程用計(jì)算機(jī)程序予以實(shí)現(xiàn)。 TPCFL（溫壓補(bǔ)償）功能塊是基于式（ 8）來實(shí)現(xiàn)孔板式流量?jī)x表的流量控制。它的處理時(shí)間只限定期啟動(dòng)。 ○ ：可以連接。 通用 運(yùn)算塊（ CALCU）是運(yùn)行預(yù)先定義好的任意運(yùn)算算法的功能塊。 在孔板式流量?jī)x表控制中，各個(gè)儀表控制塊如圖 46 所示 流量控制 23 圖 46 孔板式流量?jī)x表 在渦流式流量?jī)x表控制中，各個(gè)儀表控制塊如圖 47 所示 圖 47 渦流式流量?jī)x表 西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 TI101 測(cè)量點(diǎn)的溫度顯示儀表； PIC101 測(cè)量點(diǎn)的壓力顯示儀表； FIC101RW測(cè)量點(diǎn)的流量顯示儀表； FIC101TP 是經(jīng)過溫壓補(bǔ)償塊（ TPCFL）計(jì)算后的理論流量值； FIC101 是實(shí)際控制閥的流量值的顯示儀表。因而， CENTUM CS3000 控制系統(tǒng)采用給予設(shè)定值（ SV）的變化范圍， 當(dāng)測(cè)量值（ PV）變化在限定范圍內(nèi)時(shí) ，控制閥位不會(huì)改變，當(dāng)其超出設(shè)定范圍時(shí)，就會(huì)根據(jù)兩者的偏差 值（ MV）對(duì)控制閥進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使得測(cè)量值回歸到變化范圍內(nèi)。 系統(tǒng)檢查 系統(tǒng)啟動(dòng) 目的 : 此項(xiàng)檢查的目的主要是確保所有的硬件在從“停”到“運(yùn)行”狀態(tài)切換時(shí)，都能自動(dòng)的啟動(dòng)。處于后備狀態(tài)的 CPU 的內(nèi)容也在同步地進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。 方法： 1） 拔掉一個(gè) NODE 插卡電源卡的插頭； 2） 在操作站的畫面上查看系統(tǒng)報(bào)警信息。此項(xiàng)測(cè)試的主要目的就是為了驗(yàn)證，一根總線的通訊失敗不會(huì)影響正常的高速實(shí)時(shí)通訊。那么定義這些設(shè)備的操作站就叫做這些設(shè)備的主操作站。 評(píng) 判： 操作站（另一站）的 CRT、打印機(jī)、彩拷機(jī)的功能可以正常實(shí)現(xiàn)。 （ 1） DI 點(diǎn)的測(cè)試：拿一根短接線在數(shù)字量端子板（如圖 所示）上短接兩個(gè)接口，操作站上對(duì)應(yīng)通道的數(shù)字量表的 OFF 會(huì)至為 ON 狀態(tài)，即為正常狀態(tài)。 圖 數(shù)字量端子板 反饋控制 反饋回路測(cè)試可使用無線測(cè)試軟件包。參考需方提供的設(shè)計(jì)資料。 大中型空氣分離裝置，氧、氮的產(chǎn)品產(chǎn)量大于 5000NM3/h，選用全低壓空分裝置；產(chǎn)品產(chǎn)量低于 5000NM3/h的小型空氣分離裝置，可根據(jù)所需產(chǎn)品的具體要求，選擇變壓吸附、膜分離或全低壓低溫精餾工藝。如果液態(tài)產(chǎn)品的提取量占用氧的產(chǎn)品的比例高于 8%，宜選用全低壓內(nèi)壓縮工藝；液態(tài)產(chǎn)品的產(chǎn)量小于 8%氣態(tài)氧的產(chǎn)量，選用全低壓外壓縮工藝較為經(jīng)濟(jì)。在我困難的時(shí)候他們一直支持我，幫我分析解決難題，使我克服了困難，順利完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 [2] 王常力，羅安 .分布式控制系統(tǒng)（ DCS）設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例 .電子工業(yè)出版社 .2020。 [6]張?jiān)?.集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線 [9]am