【正文】 常采用這類方案，這是因?yàn)樵谝合噙M(jìn)料時(shí)，進(jìn)料量 F 的變化首先影響到塔底產(chǎn)品濃度，而塔頂或精餾塔板上的溫度不能及時(shí)地反映這種變化。串級(jí)控制系統(tǒng)雖 15 較復(fù)雜，但可迅速而有效地克服進(jìn)入副環(huán)的擾動(dòng)，并可降低對(duì)調(diào)節(jié)閥 特性的要求，有較高的精度。 3）串級(jí)控制系統(tǒng)的流量回路對(duì)回流罐液位與壓力、精餾塔內(nèi)壓力等干擾對(duì)回流量的影響有較強(qiáng)的抑制。但在產(chǎn)品純度要求很高，塔頂、塔底產(chǎn)品的沸點(diǎn)差別又不大、塔內(nèi)壓力存在波動(dòng)時(shí)，以某一點(diǎn)溫度作為被控參數(shù)的控制方案不能滿足精餾工藝的精度要求。 溫差控制雖可以克服由于塔內(nèi)壓力波動(dòng)對(duì)塔頂或塔底產(chǎn)品質(zhì)量的影響，但是還存在一個(gè)問題，就是當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，上升蒸氣流量發(fā)生變化，引起塔板間的壓降變化。從前面的分析可知由壓降引起的溫差變化，不僅出現(xiàn)在精餾段（頂部），也出現(xiàn)在提餾段（底部），這種因負(fù)荷變化在精餾段合格提餾段引起的溫差變化相減后就可相互抵消。 21 圖 乙烯精餾塔工藝流程 該系 統(tǒng)投運(yùn)后使出料流量馬上趨于平穩(wěn)，且平均產(chǎn)量增加，產(chǎn)品乙烯中的濃度大約在 %左右，即乙烯濃度接近指標(biāo) 99． 95％ ，塔底組分合格，達(dá)到很好地降低能耗、提高產(chǎn)量的目的。側(cè)線再沸器 (EA603)的流量控制與再沸器的液位控制器進(jìn)行低選 ,來控制進(jìn)入換熱器殼層的乙烯流量 [13]。結(jié)果明顯的節(jié)省冷劑用量及增加乙烯收率。 精餾塔 工藝因數(shù)影響 及系統(tǒng)維護(hù) 工藝因數(shù) 影響 (1)上升蒸汽和回流影響 在精餾塔內(nèi)，上升蒸汽流量變化的響應(yīng)是相當(dāng)快的。由于再沸器加熱量 的增加引起上升蒸汽量的增加，將會(huì)改善汽、液接觸，從而使組分滯后減少 [15]。 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)。從裝置來看，它要有快的時(shí)鐘頻率，足夠的字長。而 DCS 系統(tǒng)在工業(yè)控制上具有上述兩種系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)越性。 （ 4）安全可靠性高。同軸電纜帶寬較高，傳輸距離可達(dá)幾公里。 有線方式在應(yīng)用范圍、組網(wǎng)靈活性等方面都存在著一定的不足。這一固定周期越短，則網(wǎng)絡(luò)的整體實(shí)時(shí)性越高。 DCS 系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)基本上是基于 IEEES02 局域網(wǎng) 通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的。 JX300XP 系統(tǒng)簡介 — 300XP 系統(tǒng)概述 浙大中控推出的全數(shù)字化的新一代集散控制系統(tǒng) JX— 300XP，大限度的滿足應(yīng)用需求的原則，應(yīng)用了最新的信號(hào)處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、可靠地軟件平臺(tái)和軟件設(shè)計(jì) 技術(shù)以及現(xiàn)場總線技術(shù)，采用了高性能的微處理器和成熟的先進(jìn)控制算法，全面提高了 JX— 300X 的功能和性能，使其兼具了高速可靠的數(shù)據(jù)輸入、輸出、運(yùn)算、過程控制功能和 PLC 連鎖邏輯控制功能，能適應(yīng)更廣泛更復(fù)雜的應(yīng)用要求，成為一個(gè)全數(shù)字化。 控制站 直接與現(xiàn)場打交道的 I/O 處理單元，完成整個(gè)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。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。每類機(jī)籠最多可以配置 20 塊卡件，即除了最多配置互為冗余的主控制卡和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡各一對(duì)外，還可以 配置 16 塊各類 I/O 卡件。通道之間的隔離消除了信號(hào)之間的串模干擾影響，提高了信號(hào)處理的可靠性。②人 — 機(jī)接口：人 — 機(jī)接口是 DCS 系統(tǒng)的操作站部分。機(jī)籠固定在機(jī)柜的多層機(jī)架上，每只機(jī)柜最多配置 7 只機(jī)籠： 1 只電源箱機(jī)籠和 6 只卡件機(jī)籠（可配置控制站類卡件）。 JX— 300XP DCS 的工程師站的硬件配置與操作站的硬件配置基本一致，無特殊要求，而他們的區(qū)別在于系統(tǒng)軟件的配置不同，工程師站除了安裝有操作、監(jiān)視等基本功能的軟件外，還裝有相應(yīng)的系統(tǒng)組態(tài)、維護(hù)等工程師站應(yīng)用的工具軟件。系統(tǒng)組態(tài)軟件包在系統(tǒng)的工程師 站上運(yùn)行，在未設(shè)工程師站的系統(tǒng)中亦可在操作站上運(yùn)行。用來檢測這些參數(shù)的技術(shù)工具稱為檢測儀表。 BPKZK智能型壓力變送器 儀表性能： ①測量、顯示、控制一體化，安裝使用方便。該軟件還支持在畫面的基礎(chǔ)上的各類動(dòng)態(tài)參數(shù)的直接數(shù)據(jù)組態(tài)，這些動(dòng)態(tài)參數(shù)在實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件的流程圖畫面中可以進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和操作。各功能軟件之間通過對(duì)象鏈接與嵌入技術(shù)，動(dòng)態(tài)的實(shí)現(xiàn)模塊間各種數(shù)據(jù)、信息通訊、控制管理。主控制卡的高度模塊化結(jié)構(gòu)，用簡單的配置方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的過程控制。主控制卡通常插在過程控制站最上部機(jī)籠內(nèi)，通過系統(tǒng)內(nèi)高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充各種更能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信號(hào)的輸入輸出，同時(shí)完成過程控制中的數(shù)據(jù)采集、回路控制、順序控制以及包括優(yōu)化控制等各種控制算法。 JX— 300XP DCS 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括：①通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)是選擇 DCS 系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。系統(tǒng)通過軟、硬件措施，確保冗余 I/O 卡之間滿足輸入 / 輸出相容性原則。機(jī)籠固定在機(jī)柜的多層機(jī)架上，每只機(jī)柜最多配置 7 只機(jī)籠： 1 只電源箱機(jī)籠和 6 只卡件機(jī)籠（可配置控制站各類卡件）。如下圖 31 所示： 圖 31 JX— 300XP 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 33 最上層為信息管理網(wǎng)，采用符合 TCP/IP 協(xié)議的以太網(wǎng)，連接了各個(gè)控制裝置的網(wǎng)橋以及企業(yè)內(nèi)各類管理計(jì)算機(jī)，用于工廠級(jí)的信息傳送和管理，是實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。 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 32 操作人員完成過程監(jiān)控管理任務(wù)的環(huán)境。 MAP 代表著工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。 另外，提高通信速率也可以提高實(shí)時(shí)性。 （ 1）限定通信網(wǎng)絡(luò)上每一個(gè)取得通信權(quán)的時(shí)間上限值，從而避免某些站長時(shí)間的 30 占用通信資源而破壞其他站的實(shí)時(shí)性。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。鑒于上述優(yōu)良的性能及布線、安裝、調(diào)試費(fèi)用等的大幅度下降， DCS 系統(tǒng)規(guī)模越大，平均每個(gè)回路的投資越省。 （ 3）完善的人 機(jī)聯(lián)系和集中監(jiān)控功能。它相當(dāng)于現(xiàn)場控制級(jí)和過程控制裝置級(jí)，實(shí)現(xiàn)與過程的連接。它把監(jiān)視和控制分離，把危險(xiǎn)分散，使得系統(tǒng)的可靠性提高。精餾塔的維修時(shí)間要視檢測后的精餾塔狀況來確定，在這里規(guī)定精餾塔的最大運(yùn)行狀態(tài)為精餾塔在發(fā)生故障前各參數(shù)能夠達(dá)到的最大值，當(dāng)其中的一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)超過該值時(shí)，即認(rèn)為精餾塔已經(jīng)達(dá)到極限壽命，需要修理 。這就是說，塔板上的組分平衡要等到影響組分的液相或汽相流量穩(wěn)定相當(dāng)時(shí)間后才能建立。長期以來一直由現(xiàn)場操作人員憑經(jīng)驗(yàn)判斷影響壓差的因素然后手動(dòng)調(diào)節(jié) ,若操作人員疏忽或經(jīng)驗(yàn)不足會(huì)出現(xiàn)塔系不穩(wěn)的情況。又考慮到過程波動(dòng)，往往要超規(guī)格運(yùn)行而引至過量的冷劑消耗。回流罐液位與回流量構(gòu)成串級(jí)控制 。以乙烷為主的產(chǎn)品經(jīng)塔釜排出，作為下一工段原料，要求乙烯含量小于 0． 5%。 雙溫差控制也稱溫差差值控制。 當(dāng)選擇溫差信號(hào)時(shí)，如果塔頂（塔底）采出量為主要產(chǎn)品，可將一個(gè)檢測點(diǎn)放在塔頂或其稍下位置（塔底或其稍上位置），并將對(duì)應(yīng)的 塔板稱為 參照板；另一個(gè)檢測點(diǎn)放在靈敏板附近，即濃度和溫度變化較大的位置，然后取上述兩點(diǎn)的溫度差 △ T 作為被控參數(shù)。以靈敏板溫度作為被控參數(shù)有利于提高控制精度。在以塔頂采出物為主要產(chǎn)品，對(duì)塔頂產(chǎn)品成分的純度要求 高于對(duì)塔底產(chǎn)品成分的要求時(shí)，往往采用精餾段溫度控制 系統(tǒng)方案 [9]。 2） 當(dāng)干擾首先進(jìn)入提餾段時(shí)，例如在液相進(jìn)料時(shí)，由進(jìn)料產(chǎn)生的干擾首先要引起提餾段和塔底的參數(shù)變化，故用提餾段溫度控制比較及時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程也比 較迅速。下面對(duì)常見的幾種方案進(jìn)行分析。可是單位產(chǎn)量的能耗最低并不等于單位產(chǎn)量的成本最低，因?yàn)闆Q定成本的不僅是能耗，還有原料的成本。這是對(duì)于某一精餾塔按分離 50%兩組合分混合液作出的曲線圖，縱坐標(biāo)是回收率，橫坐標(biāo)是產(chǎn)品純度（按純度的對(duì)數(shù)值刻度），圖中的曲線是表示每單位進(jìn)料所消耗能量的等值線 （用塔內(nèi)上升蒸氣量 V與進(jìn)料量 F 之比 V/F 來表示）。 產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗 精餾塔的其他兩個(gè)重要控制目標(biāo)是產(chǎn)品的產(chǎn)量和能量消耗。 在二元組分精餾中，情況比較簡單，質(zhì)量指標(biāo)就是使塔頂產(chǎn)品中輕組分純度符合技術(shù)要求或塔底產(chǎn)品中重組分純度符合技術(shù)要求。 環(huán)境溫度一般變化較小?，F(xiàn)在精餾工藝是盡可能減少或取消中間儲(chǔ)槽，采取在上一道工序設(shè)置液位均勻控制系統(tǒng)控制出料流量，使精餾塔的進(jìn)料流量 F 比較平穩(wěn)，避免 F 的劇烈變化。在精餾操作中，質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品回收率和能量消耗均是 要控制的目標(biāo)。為了維持塔的物料平衡，還要控制塔頂和塔底產(chǎn)品采出量，使二者之和等于進(jìn)料量，兩個(gè)采出量變化要緩慢，以保證精餾塔的平穩(wěn)運(yùn)行；精餾塔內(nèi)的儲(chǔ)液量應(yīng)保持在限定的范圍內(nèi)。 設(shè)原溶液中 A 占 20%， B 占 80%，把 A、 B 混合液加熱到 ℃ 時(shí)，液體沸騰。主要是 DCS 仍然是一門新型的控制系統(tǒng)，使用時(shí)要考慮它的通融性、方便性、系統(tǒng)配件性等。在控制算法上，在原 PID 控制的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)智能控制、過程控制等一些先進(jìn)控制方法。 精餾塔也是一種最常見且消耗能量最大的操作單元。同時(shí)各塔工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又千差萬別，這就更需要深入分析工藝特性，進(jìn)行自動(dòng) 控制方案的設(shè)計(jì)和研究。 puter control system IV 目錄 精餾塔自控系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................................................................ I 摘 要 ................................................................................................................................. I Monitoring and Controlling System Design of Distillation .....................................................II Abstract ...............................................................................................................................II Keywords: automation。 I 精餾塔 自控 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 自動(dòng)化技術(shù)已成為國家工業(yè)生產(chǎn)力水平的一個(gè)重要標(biāo)志，本文闡述了基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，從精餾塔控制方案入手，介紹與精餾塔相關(guān)的工藝設(shè)備、工藝流程、控制過程及 DCS 控制系統(tǒng)常識(shí)，講述了精餾塔控制系統(tǒng)所涉及到的檢測儀表及 DCS 控制裝置的基礎(chǔ)知識(shí)。 DCS。這些都給自動(dòng)控制的實(shí)施帶來一定困難。 精餾與其他分離過程耦合的塔 (吸附 精餾耦合、結(jié)晶 精餾耦合等 )；精餾一精餾耦合的塔：熱耦精餾塔；內(nèi)部熱耦合精餾塔；分隔壁精餾塔 (Dividing wall column)簡稱 DWC。在硬件上采用上位計(jì)算機(jī)和下位 DCS 相結(jié)合。這說明在 DCS 的應(yīng) 3 用上還存在著很大的不足。純 A 的沸點(diǎn)是 100℃ ，純 B 的 沸點(diǎn)是 135℃ .兩組分的混合比變化時(shí)，混合溶液的沸點(diǎn)也將隨之變化，如圖中液相曲線所示，圖中還標(biāo)出了溫度變化時(shí)，汽相組分的變化曲線 [3]?？赏ㄟ^進(jìn)料的溫度控制、加熱劑和冷凝劑的壓力控制、進(jìn)料量的均勻控制等，使精餾塔的進(jìn)料參數(shù)保持穩(wěn)定或避免其劇烈波動(dòng)。 精餾塔的操作情況必須從整個(gè)經(jīng)濟(jì)收益來衡量。但是精餾塔進(jìn)料量 F 往往是由上一道生產(chǎn)工序所決定，如果一定要使精餾塔進(jìn)料量 F 恒定，就必須設(shè)置中間儲(chǔ)槽進(jìn)行緩沖。冷卻劑的溫度一般變化較小，而流量的變化大多是由壓力波動(dòng)引起的，可采用與克服加熱劑壓力變化類似的方法進(jìn)行控制。也就是說，塔頂或塔底產(chǎn)品之一應(yīng)該保證達(dá)到規(guī)定的程度，而另一產(chǎn)品也應(yīng)保證在規(guī)定的范圍 內(nèi) [5]。超過規(guī)定的產(chǎn)品是一種浪費(fèi)，因此它的售價(jià)不會(huì)太高，只會(huì)增加能耗 、降低產(chǎn)量而已。 產(chǎn)品回收率、產(chǎn)品純度及能量消耗三者之間的定量關(guān)系可以用圖 中的曲線來說明。然而，在一定的純度要求下，提高產(chǎn)品的回收率，必然要增加能量消耗。 12 圖 精餾塔工藝流程 13 第三章 精餾塔控制方案設(shè)計(jì) 精餾塔控制方案 不同精餾塔生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不一樣，對(duì)控制的要求個(gè)不相同，因而精餾塔控制方案較多。在以塔底采出液為主要產(chǎn)品，對(duì)塔底產(chǎn)品成分的要求高于對(duì)塔頂餾出液成分的要求時(shí)，往往采用提餾段溫度控制系統(tǒng)方案。 圖 精餾塔精餾段 溫度 控制方案 精餾段溫度控制系統(tǒng)有如下特點(diǎn)： 16 1） 用精餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，能較迅速、直接地反映提餾產(chǎn)品品質(zhì)。 所謂靈敏板，是指出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)溫度變化最大的那塊塔板。由于壓力波動(dòng)對(duì)每塊塔板的溫度影響是基本相同的，只要將上述兩溫度相減，壓力的影響就消除了，這就是采用溫差來衡量質(zhì)量指標(biāo)的依據(jù)。如果控制系統(tǒng)能夠使兩個(gè)參照板與兩個(gè)靈敏板之間的溫差相等，就能夠消除負(fù)荷擾動(dòng)的影響，達(dá)到質(zhì)量控制的目的，這就是雙溫差控制的依據(jù) [11]。成品乙烯從塔板側(cè)線出料，其乙烯純度要求大于99． 95%，大部分液體繼續(xù)流向塔釜，經(jīng)再沸器的丙烯加熱成為蒸汽上升，與下降的液體接觸分離，升至塔頂，如此反復(fù)。為了防止乙烯產(chǎn)品的過量采出 ,塔頂回流量與側(cè)線產(chǎn)品采出量采用比值控制 (