【正文】 氣 進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥 / V2 V02 管道 流量調(diào)節(jié)閥 1 / V3 V03 管道 流量調(diào)節(jié)閥 2 / V4 V04 催化劑進(jìn)料閥 / 電壓 V05 電壓調(diào)節(jié)器 用電路控制 表 33 操縱變量 閥門特性選取 選擇控制閥工作流量特性的目的是通過(guò)控制閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的增益來(lái)補(bǔ)償因?qū)ο笤鲆孀兓斐砷_(kāi)環(huán)總增益的變化的影響。進(jìn)料溫度一般是可控可測(cè)的，多數(shù)情況下，進(jìn)料溫度較恒定，因此控制策略是不進(jìn)行控制。 進(jìn)料流量與進(jìn)料成分 進(jìn)料流量是上工序的出料，因此，通常是不可控但可測(cè)的，當(dāng)進(jìn)料流量變化較大時(shí)，對(duì) 后續(xù) 的操作會(huì)造成很大的影響。當(dāng)手動(dòng)調(diào)整閥門時(shí)，流量在較短時(shí)間內(nèi)就能變化完畢，反應(yīng)比較靈敏。 流量特性 在此工藝裝置中，流量檢測(cè)包括 廢氣進(jìn)料濃度，廢氣進(jìn)催化燃燒反應(yīng)器流量等。一般來(lái)說(shuō)，溫度的慣性很大，容量滯后大，有的過(guò)程時(shí)間常數(shù)能達(dá)十幾分鐘。催化燃燒處理后高溫尾氣將熱量傳遞給處理的低溫尾氣后，經(jīng)尾氣洗滌塔洗滌后由尾氣洗滌塔放空煙囪排入大氣。 WinCC 是一個(gè)功能強(qiáng)大、接口豐富的監(jiān)控系統(tǒng)，既可以用來(lái)完成小規(guī)模、簡(jiǎn)單的過(guò)程監(jiān)控應(yīng)用，也可以用來(lái)完成復(fù)雜的應(yīng)用。 在工業(yè)過(guò)程的實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)監(jiān)控組態(tài)軟件都擁有開(kāi)發(fā)商自主開(kāi)發(fā)的專有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。 MATLAB 所具備的強(qiáng)有力的計(jì)算功能和圖形表現(xiàn)，以及各種工具箱提供的豐富的專用函數(shù)，為設(shè)計(jì)研究人員避免重復(fù)繁瑣的計(jì)算和編程，更快、更好、更準(zhǔn)確地進(jìn)行控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)提供了極大的幫助。例如，溫度或帶壓力補(bǔ)償?shù)臏囟鹊茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)，操縱變量可以采用進(jìn)料量，冷卻劑量或加熱劑量，也可以采用進(jìn)料溫度等進(jìn)行外圍控制 [1]。 化學(xué)反應(yīng)器的基本控制策略 影響化學(xué)反應(yīng)的擾動(dòng)主要來(lái)自外部，因此控制外圍是反應(yīng)器控制的基本控制策略。因?yàn)榇呋瘎┒加幸粋€(gè)催化活性溫度，對(duì)催化燃燒來(lái)說(shuō)催化劑是起燃溫度，必須使廢氣和床層的溫度達(dá)到起燃溫度才能進(jìn)行催化燃燒，因此，必須設(shè)置預(yù)熱裝置。 2)催化作用機(jī)理：在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，催化劑的加入并不能改變?cè)械幕瘜W(xué)平衡，所改變的僅是化學(xué)反應(yīng)的速度，而在反應(yīng)前后，催化劑本身的性質(zhì)并不發(fā)生變化。直接燃燒是通過(guò) 800～ 900 ℃ 高溫直接氧化尾氣中的有害物質(zhì)為 CO2和水，脫除效率可超過(guò) 99%， 但直接燃燒成本價(jià)高 ；催化燃燒是借助于催化劑的作用，使有害物質(zhì)的分解溫度降低到 280～ 450 ℃ ，催化燃燒法具起燃溫度較低、氧化溫度低、能耗低、效率高， NOx生成量極少，無(wú)二次污染物 等優(yōu)點(diǎn) 。并根據(jù)系統(tǒng)的特性與要求選擇，確定自動(dòng)閥門的流量特性與 氣動(dòng)特性。 2. 根據(jù)自控設(shè)計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)控制所需壓力、溫度、流量等儀表進(jìn)行選型，給出具體的型號(hào)。降解技術(shù)中目前較為成熟的是直接燃燒和催化燃燒技術(shù)。 1)催化劑定義：催化劑是一種能提高化學(xué)反應(yīng)速率，控制反應(yīng)方向，在反應(yīng)前后本身的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變的物質(zhì)。 : 預(yù)熱裝置包括廢氣預(yù)熱裝置和催化劑燃燒器預(yù)熱裝置。為保護(hù)催化劑，加熱裝置應(yīng)與催化燃燒裝置保持一定距離，這樣第一章 緒論 3 還能使廢氣溫度分布均勻。 4）化學(xué)反應(yīng)器的質(zhì)量指標(biāo)是最主要的控制目標(biāo) 對(duì)反應(yīng)器的控制，主要被控變量是反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率或反應(yīng)生成物的濃度等直接質(zhì)量指標(biāo)， 當(dāng)直接質(zhì)量指標(biāo)較難獲得時(shí)，可采用間接質(zhì)量指標(biāo)。它還包括了 ToolBox（工 具箱 ） 的各類問(wèn)題的求解工具，可用來(lái)求解特定學(xué)科的問(wèn)題。 OPC 是 OLE for Process 的縮寫，即把 OLE 應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，采用客戶 /服務(wù)器體系。 WinCC(windows control center)是由德國(guó)西門子公司與微軟公司共同開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)，是結(jié)合西門子在過(guò) 程自動(dòng)化領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件強(qiáng)大功能的產(chǎn)物。第一章 緒論 7 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第二章 低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒的 工藝簡(jiǎn)介與特性分析 低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒工藝流程 透平后待處理的低溫尾氣與催化燃燒處理后高溫尾氣在換熱器 中進(jìn)行熱量交換，待處理的低溫尾氣升溫后再經(jīng)電加熱器加熱到 320℃ 左右，加熱后的尾氣送入催化燃燒反應(yīng)器，去除尾氣中的有機(jī)組分。就檢測(cè)手段來(lái)說(shuō)，包括接觸式檢測(cè)與非接觸式檢測(cè)。對(duì)于后者而言，雖然體積和容量較大，動(dòng)態(tài)特性的時(shí)間常數(shù)較大，但相對(duì)溫度對(duì)象而言還 是有一定得靈敏性，所以一般也不需要加入微分作用 [7]。流量過(guò)程時(shí)間常數(shù)很小。各種擾動(dòng)因素有可控的，也有不可控的。 進(jìn)料溫度或者進(jìn)料熱熵 進(jìn)料溫度影響 廢氣處理過(guò)程 的能量平衡。被控變量與操縱變 量的選擇如表 3 33 所示。例如，反應(yīng)器的入口溫度等。此處采用前饋主要考慮開(kāi)停車控制 可以采用串級(jí)加前饋控制 。由于晶體管是p 一 n 一 p 型 ,它將開(kāi)始導(dǎo)通， T3 也被導(dǎo)通，繼電器 Re1被激發(fā)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)工藝過(guò)程影響不大，但需經(jīng)常監(jiān)視的變量，可選指示型；對(duì) 需要經(jīng)常了解變化趨勢(shì)的重要變量，應(yīng)選記錄式；而一些對(duì)工藝過(guò)程影響較大的，又需隨時(shí)監(jiān)控的變量，應(yīng)設(shè)控制；對(duì)關(guān)系到物料衡算和動(dòng)力消耗而要求計(jì)量或經(jīng)濟(jì)核算的變量，宜設(shè)積算；一些可能影響生產(chǎn)或安全的變量，宜設(shè)報(bào)警。 （ 3）檢出元件選擇 1 根據(jù)溫度測(cè)量范圍 ， 參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用相應(yīng)分度號(hào)的熱電偶 ， 熱電 阻。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 表 41 溫度 儀表選型一覽表 編號(hào) 變送器 型號(hào) 公司 防爆等級(jí) 等級(jí) 傳感器型號(hào) 公司 備注 TT1001 SITRANS TH200 西門子 ExiaIICT4T6 級(jí) WZC2441G 蘇科 Cu50 TT1002 UDC3500 霍尼韋爾 本安防爆 級(jí) WZC2441G 蘇科 Pt100 流量?jī)x表 化工裝置流量計(jì)選擇：節(jié)流裝置及差壓計(jì) ； 速度式流量計(jì) ； 容積式流量計(jì) ；可變面積式流量計(jì) (轉(zhuǎn)子流量計(jì) )； 質(zhì)量流量計(jì) ； 楔形流量計(jì) ； 明渠流量計(jì)等。 HMI 代表 “Human Machine Interface(人機(jī)界面 )，即人 (操作員 )和機(jī)器 (過(guò)程 )之間的界面。 WINCC 的組態(tài)及歸檔數(shù)據(jù)存放在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)可用標(biāo)準(zhǔn)工具如ODBC 和 SQL 等讀出 [15]。要保持界面的一致性。 平臺(tái)啟動(dòng)選項(xiàng)的設(shè)置 在啟動(dòng)選項(xiàng)中，可以將文本庫(kù)運(yùn)行系統(tǒng)，腳本運(yùn)行系統(tǒng)，報(bào)警記錄運(yùn)行系統(tǒng)，變量記錄運(yùn)行系統(tǒng)，報(bào)表運(yùn)行系統(tǒng)，圖形運(yùn)行系統(tǒng)選中，使得 WinCC 啟動(dòng)時(shí)就運(yùn)行上述系統(tǒng)，達(dá)到數(shù)據(jù)歸檔，生成報(bào)警信息，運(yùn)行函數(shù)和圖形的功能。 以下為內(nèi)部變量組的創(chuàng)建、內(nèi)部變量的創(chuàng)建及初始值的設(shè)置： 雙擊“變量管理器” 展 開(kāi)菜單 選擇 “ 新建變量 組” 打開(kāi)變量 組 屬性對(duì)話框，在名稱對(duì)話框中輸入變量 組 的名稱 ，如圖 42 所示。本設(shè)計(jì)中一共設(shè)置了 11 個(gè)畫面，下面重點(diǎn)介紹主畫面的制作。然后在輸入和輸出的各個(gè)物流下，分別加入靜態(tài)文本和 I/O 輸入輸出域，分別對(duì)這些物料的溫度、壓力、和組分百分比及它們各自的單位進(jìn)行顯示。基于 OPC 技術(shù)實(shí)現(xiàn) WinCC 與 MATLAB 之間的實(shí)時(shí)通訊，為實(shí)現(xiàn) WinCC與 MATLAB 兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有效地實(shí)現(xiàn)智能控制算法提供了一條有效途徑。 OPC 技術(shù)特點(diǎn) OPC[16]是以微軟公司的 OLE/COM和 DCOM機(jī)制作為應(yīng)用程序的通信標(biāo)準(zhǔn)，采用客戶 服務(wù)器結(jié)構(gòu)。COM 接口效率高，通過(guò)該接口，客戶能夠發(fā)揮 OPC 服務(wù)器的最佳性能，自動(dòng)化接口使解釋性語(yǔ)言和宏語(yǔ)言訪問(wèn) OPC 服務(wù)器成為可能。 OPC 服務(wù)器對(duì)象擁有服務(wù)器的所有信息，同時(shí)也是組對(duì)象的容器，組對(duì)象 OPC 項(xiàng)擁有本組的所有信息，同時(shí)包含并在邏輯上組織了 OPC 數(shù)據(jù)項(xiàng)，它提供了客戶組織數(shù)據(jù)的一種方法，客戶可以對(duì)之進(jìn)行讀和寫 ,還可以設(shè)置客戶端的數(shù)據(jù)更新速率。換句話說(shuō)， OPC 是整個(gè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接口規(guī)范，所以， OPC 提升了控制系統(tǒng)的功能，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的功能，提高了企業(yè)管理的水平。這樣任何符合 OPC 的客戶都能以標(biāo)準(zhǔn)的方式訪問(wèn)服務(wù)器。解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵在于一個(gè)統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)修改啟動(dòng)選項(xiàng)、創(chuàng)建內(nèi)部、創(chuàng)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、組態(tài)畫面和設(shè)置各記錄參數(shù)，作者實(shí)現(xiàn)了用戶登錄功能、工藝流程動(dòng)態(tài)顯示功能、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示功能報(bào)表顯示功能等多項(xiàng)集成功能。 include void OnLButtonDown(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName, char* 第五章 催化燃燒過(guò)程集成監(jiān)控平臺(tái)的建立 31 lpszPropertyName, UINT nFlags, int x, int y) {pragma code () include pragma code() PWRTLogin(39。在 WinCC組態(tài)界面中，可以對(duì)相應(yīng)的畫面和按 鈕進(jìn)行授權(quán)，管理員可以根據(jù)自己的授權(quán)進(jìn)行相應(yīng)的作業(yè)，沒(méi)有授權(quán)的管理員就沒(méi)有辦法對(duì)相應(yīng)的畫面進(jìn)行操作，這樣可以從一定程度上保證了運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠。記錄仿真平臺(tái)的相關(guān)數(shù)據(jù)從而在畫面內(nèi)享受實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其次，該流程模擬平臺(tái)的主界面需要實(shí)現(xiàn)以下功能： 1. 畫面顯示功能，以顯示本化工工 藝的總體流程和物流的各項(xiàng)參數(shù)； 2 報(bào)表生成功能，實(shí)現(xiàn)了一段時(shí)間內(nèi)所需數(shù)據(jù)的參數(shù)顯示和打??； 3. 參數(shù)顯示與記錄功能，可以將某個(gè)變量與時(shí)間的關(guān)系曲線顯示出來(lái)等； 由于本次畢設(shè)的模型為穩(wěn)態(tài)，因此報(bào)警燈和報(bào)警數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線的顯示等功能不能予以實(shí)現(xiàn)。 WinCC 是 PCS7 系統(tǒng)操作站采用的監(jiān)控軟件(HMI)。在任何情況下 WinCC 都可以生成漂亮而便捷的人機(jī)對(duì)話接口，使操作員能夠清晰地管理和優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。 表 43 流量?jī)x表選型一覽表 編號(hào) 型號(hào) 公司 防爆等級(jí) 精確度等級(jí) FT1001 SKCW11V5LSDQBH SUPCON ExiaIICT4 級(jí) FT1002 SKCW11V5LSDQBH SUPCON ExiaIICT4 級(jí) FT1003 SKCW11V5LSDQBH SUPCON ExiaIICT4 級(jí) FT1004 蘇科 ExiaIIB 級(jí) FT1005 SKCW11V5LSDQBH SUPCON ExiaIICT4 級(jí) FI1005 SKLU25YF1J1L2T2 蘇科 ExiaIIBT3T6 級(jí) FT1006 SKCW11V5LSDQBH SUPCON ExiaIICT4 級(jí) FT1007 SKCW11V5LSDQBH SUPCON ExiaIICT4 級(jí) 第四章 控制方案儀表硬件選型 23 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 第五章 催化燃燒過(guò)程集成監(jiān)控平臺(tái)的建立 WinCC 監(jiān)控平臺(tái)簡(jiǎn)介 隨著對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，以 及大量控制設(shè)備和過(guò)程監(jiān)控裝置之間的通訊的需要，監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)越來(lái)越受到用戶的重視，從而導(dǎo)致組態(tài)軟件的大量使用。 （ 4）變送器 與接受標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)顯示儀表配套的測(cè)量或控制系統(tǒng) ， 可選用具有模擬信號(hào)輸出功能或數(shù)字信號(hào)輸 出功能的變送器；一般情況應(yīng)選用現(xiàn)場(chǎng)型變送器，此處采用現(xiàn)場(chǎng)型變送器 [11]。 ④ 儀表的使用和供應(yīng)情況 選用的儀表應(yīng)是較為成熟的產(chǎn)品， 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用證明性能可靠的；同時(shí)要注意到選用的儀表應(yīng)當(dāng)是貨源供應(yīng)充沛，不會(huì)影響工程的施工進(jìn)度 [17]。 由 IC2d、 T和 D2 組成一個(gè)任意的指示器，當(dāng)加熱電阻沒(méi)有導(dǎo)通時(shí)，比較器的輸出為低電位， IC2d 的 13 腳也是低電位，這種門電路就起反相器的作用，因此 T1，導(dǎo)通而 D2 亮。控制回路中，我們可以通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電熱器加熱電路圖 (如 圖所示 )來(lái)控制電加熱器的溫度如 圖所示。例如，氨冷卻器將液氨成氣氨。 一般來(lái)說(shuō)， 根據(jù)被控對(duì)象的特性，流量控制對(duì)象的過(guò)程放大系數(shù)為線性，所以選擇線性閥（ V V V V4 選用線性）。因此，可以將催化劑進(jìn)料和反應(yīng)器溫度組成串級(jí)控制，同時(shí)廢氣進(jìn)料作為前饋控制。從控制角度講，可以采用均勻控制策略，使進(jìn)料流量基本恒定的同時(shí)，對(duì)上一工序的操作不造成較 大的影響。一切影響 催化燃燒反應(yīng)的 因素均通過(guò)物料平衡和能量平衡進(jìn)行。特別是流體通過(guò)截流裝置時(shí)，此種騷動(dòng)程度比較大，產(chǎn)生的噪聲也較大。在該對(duì)象中，主要的控制要求是保持 電加熱器 出料溫度與 反應(yīng)器溫度 的恒定。 催化燃燒反應(yīng)器換 熱 器電 加 熱 器透 平 后 尾 氣尾 氣 洗 滌 第二章 低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒的工藝簡(jiǎn)介與特性分析 9 低濃度有機(jī)廢氣催化燃燒 工藝裝置特性 催化燃燒 過(guò)程是一個(gè)具有干擾、非線性、時(shí)變、多變量的復(fù)雜過(guò)程，在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前有必要針對(duì)對(duì)象進(jìn)行特性分析。 WinCC 監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)軟件 集生產(chǎn)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化于一體，實(shí)現(xiàn)了相互之間的整合，這在大量應(yīng)用和各種工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例中業(yè)已證明，包括：汽車工業(yè)、化工和制藥行業(yè)、印刷行業(yè)、能源供應(yīng)和分配、貿(mào)易和服務(wù)行業(yè)、塑料和橡膠行業(yè)、機(jī)械和設(shè)備成套工程、金屬加工業(yè)、食品、飲料和煙草行業(yè)、造紙和紙品加工、鋼鐵行業(yè)、運(yùn)輸行業(yè)、水處理和污水凈化。 化工過(guò)程集成監(jiān)控軟件 組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。 仿真模型與監(jiān)控平臺(tái)間的通訊技術(shù) 根據(jù)現(xiàn)有資料， Matlab 和監(jiān)