【正文】 統(tǒng)硬件構(gòu)成的軟件設(shè)置，如設(shè)置系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、冗余狀況、控制周期； I/O 卡件的數(shù)量、地址、冗余狀況、類型；設(shè)置每個 I/O 點的類型、處理方法、報警選項和其他特殊的設(shè)置；選擇控制方案；定義操作畫面。 本小結(jié)主要介紹有關(guān)壓力、流量、溫度、液位的檢測方法、檢測儀表及相應(yīng)的傳感器和變送器。 JX— 300XP 系統(tǒng)組態(tài)軟件包包括基本組態(tài)軟件 SCKey、流程圖制作軟件SCDraw、報表制作軟件 SCForm；用于控制站編程的程序語言 SCLang、圖形化組態(tài)軟件 SCControl 等?？刂普局饕袡C柜、機籠、供電單元和各類卡件（包括主控制卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡和各種信號輸入 /輸出）組成，其核心是主控制卡。用戶可以根據(jù)需要，對 I/O 卡選擇全冗余、部分冗余或不冗余。 — 300XP DCS 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) JX— 300XP DCS 采用三層通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。而介質(zhì)訪問控制子層 MAC與 基本一致，故 MAP 協(xié)議也具備令牌總線的優(yōu)點。為了保證 DCS 通信網(wǎng)絡(luò)的實時性，一般采取以下幾種措施。 （ 6）具有 良好的性能價格比。 目前的分散過程控制裝置部分由回路控制器、多功能控制器、可編程序邏輯控制器及數(shù)據(jù)采集裝置等組成。 nd 的確定取決于設(shè)備運行的環(huán)境狀況。影響乙烯精餾塔壓差的因素很多 ,比如進料流量、塔釜液位、塔釜溫度、靈敏板乙烯濃度等 ,這些因素相互耦合 ,互相影響。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 (比例一般設(shè)為 4∶ 1)。如果控制系統(tǒng)能夠使兩個參照板與兩個靈敏板之間的溫差相等，就能夠消除負(fù)荷擾動的影響，達(dá)到質(zhì)量控制的目的，這就是雙溫差控制的依據(jù) [11]。 所謂靈敏板，是指出現(xiàn)擾動時溫度變化最大的那塊塔板。在以塔底采出液為主要產(chǎn)品，對塔底產(chǎn)品成分的要求高于對塔頂餾出液成分的要求時，往往采用提餾段溫度控制系統(tǒng)方案。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。超過規(guī)定的產(chǎn)品是一種浪費，因此它的售價不會太高，只會增加能耗 、降低產(chǎn)量而已。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引起的，可采用與克服加熱劑壓力變化類似的方法進行控制。 精餾塔的操作情況必須從整個經(jīng)濟收益來衡量。純 A 的沸點是 100℃ ，純 B 的 沸點是 135℃ .兩組分的混合比變化時，混合溶液的沸點也將隨之變化，如圖中液相曲線所示，圖中還標(biāo)出了溫度變化時，汽相組分的變化曲線 [3]。在硬件上采用上位計算機和下位 DCS 相結(jié)合。這些都給自動控制的實施帶來一定困難。 I 精餾塔 自控 系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 自動化技術(shù)已成為國家工業(yè)生產(chǎn)力水平的一個重要標(biāo)志，本文闡述了基于實時網(wǎng)絡(luò)控制自動化技術(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，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。同時各塔工藝結(jié)構(gòu)特點又千差萬別，這就更需要深入分析工藝特性，進行自動 控制方案的設(shè)計和研究。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控制方法。 設(shè)原溶液中 A 占 20%， B 占 80%，把 A、 B 混合液加熱到 ℃ 時，液體沸騰。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)。 環(huán)境溫度一般變化較小。 產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗 精餾塔的其他兩個重要控制目標(biāo)是產(chǎn)品的產(chǎn)量和能量消耗?？墒菃挝划a(chǎn)量的能耗最低并不等于單位產(chǎn)量的成本最低，因為決定成本的不僅是能耗，還有原料的成本。 2） 當(dāng)干擾首先進入提餾段時，例如在液相進料時，由進料產(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，動態(tài)響應(yīng)過程也比 較迅速。以靈敏板溫度作為被控參數(shù)有利于提高控制精度。 雙溫差控制也稱溫差差值控制?；亓鞴抟何慌c回流量構(gòu)成串級控制 。長期以來一直由現(xiàn)場操作人員憑經(jīng)驗判斷影響壓差的因素然后手動調(diào)節(jié) ,若操作人員疏忽或經(jīng)驗不足會出現(xiàn)塔系不穩(wěn)的情況。精餾塔的維修時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)其中的一個或幾個參數(shù)超過該值時，即認(rèn)為精餾塔已經(jīng)達(dá)到極限壽命，需要修理 。它相當(dāng)于現(xiàn)場控制級和過程控制裝置級，實現(xiàn)與過程的連接。鑒于上述優(yōu)良的性能及布線、安裝、調(diào)試費用等的大幅度下降， DCS 系統(tǒng)規(guī)模越大，平均每個回路的投資越省。 （ 1）限定通信網(wǎng)絡(luò)上每一個取得通信權(quán)的時間上限值，從而避免某些站長時間的 30 占用通信資源而破壞其他站的實時性。 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。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)，連接了各個控制裝置的網(wǎng)橋以及企業(yè)內(nèi)各類管理計算機，用于工廠級的信息傳送和管理，是實現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。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。主控制卡通常插在過程控制站最上部機籠內(nèi)，通過系統(tǒng)內(nèi)高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)擴充各種更能，實現(xiàn)現(xiàn)場信號的輸入輸出，同時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。各功能軟件之間通過對象鏈接與嵌入技術(shù)，動態(tài)的實現(xiàn)模塊間各種數(shù)據(jù)、信息通訊、控制管理。 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。系統(tǒng)組態(tài)軟件包在系統(tǒng)的工程師 站上運行，在未設(shè)工程師站的系統(tǒng)中亦可在操作站上運行。機籠固定在機柜的多層機架上，每只機柜最多配置 7 只機籠： 1 只電源箱機籠和 6 只卡件機籠（可配置控制站類卡件）。通道之間的隔離消除了信號之間的串模干擾影響，提高了信號處理的可靠性。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)，存儲轉(zhuǎn)發(fā)通信協(xié)議，是控制站各卡件之間進行信息交換的通道。 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)用了最新的信號處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、可靠地軟件平臺和軟件設(shè)計 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，成為一個全數(shù)字化。這一固定周期越短，則網(wǎng)絡(luò)的整體實時性越高。同軸電纜帶寬較高，傳輸距離可達(dá)幾公里。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。 DCS 系統(tǒng)以其靈活，模塊化結(jié)構(gòu)，安全，可靠，危險分散，功能齊全以及對大規(guī)模 系統(tǒng)經(jīng)濟性好等特點成為當(dāng)代自動化控制的主流系統(tǒng)。 精餾塔 工藝因數(shù)影響 及系統(tǒng)維護 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。側(cè)線再沸器 (EA603)的流量控制與再沸器的液位控制器進行低選 ,來控制進入換熱器殼層的乙烯流量 [13]。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。但在產(chǎn)品純度要求很高，塔頂、塔底產(chǎn)品的沸點差別又不大、塔內(nèi)壓力存在波動時，以某一點溫度作為被控參數(shù)的控制方案不能滿足精餾工藝的精度要求。串級控制系統(tǒng)雖 15 較復(fù)雜，但可迅速而有效地克服進入副環(huán)的擾動，并可降低對調(diào)節(jié)閥 特性的要求，有較高的精度。其中質(zhì)量指標(biāo)是必 要條件，在質(zhì)量指標(biāo)一定的前提下，在控制過程中應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同時能量消耗盡可能低一些。另外，分離混合液也需要消耗一定的能 10 量，這主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗。內(nèi)回流是指精餾塔精餾段上一層 塔 盤向下一層塔盤流下的液體量。 精餾塔的干擾因數(shù)特性 圖 表示精餾塔物料流程圖。 圖 A,B 二組分混合物溫度 濃度曲線 5 精餾塔的控制要求及主要擾動 精餾塔的控制要求 為了保證精餾生產(chǎn)過程安全，高效地連續(xù)進行，精餾塔自動 控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足以下幾方面的要求： (1)保證產(chǎn)品質(zhì)量 對于正常工作的精餾塔，應(yīng)當(dāng)使塔頂或塔底產(chǎn)品中的一個產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的純度；另一端產(chǎn)品的成分 亦應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。 10 年來，有關(guān)精留塔控制的研究文獻大量涌現(xiàn)，其不同時期研究熱點大致趨勢是： (1)開發(fā)和應(yīng)用線性多變量控制技術(shù)，自適應(yīng)、自校正控制，預(yù)測推理控制和魯棒控制算法， 進行精餾塔預(yù)測控制系統(tǒng)和魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計。作為化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的分離過程，精餾也是耗能較大的一種化工單元操作。 精餾塔控制系統(tǒng)采用 DCS 控制系統(tǒng)進行自動控制，不僅能為操作人員提供可靠的數(shù)據(jù)信息，而 且還能提供主要監(jiān)測點的動態(tài)畫面，它還具有可靠的多級報警系統(tǒng)，可提示故障點和維修措施，同時，計算機系統(tǒng)還能從宏觀的角度調(diào)節(jié)精餾塔過程控制，使整個精餾塔系統(tǒng)從整體上協(xié)調(diào)運行，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。精餾塔的控制直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和 能量的消耗，因此精餾塔的自動控制長期以來一 直受到人們的高度重視 [1]。在硬件上將回路分散化，數(shù)據(jù)顯示、監(jiān)督等功能集中化，硬件可靠性 大大提高，效果甚好，但在控制算法上無顯著改進。 根據(jù)工藝要求所提供的控制方案，在保證生產(chǎn)安全的前提下，通過對乙烯精餾塔精餾段溫度控制，對比控制方案的優(yōu)缺點，以達(dá)到最優(yōu)控制，使所研究的問題符合要求，通過上位機軟件的設(shè)計 ，完 成對乙烯裝置的系統(tǒng)主態(tài)、歷史趨勢和實時報警等功能的研究，使整個過程更加直觀。 (4)節(jié)能要求和經(jīng)濟性 精餾過程消耗的能量主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻能量的消耗。 當(dāng)加熱劑是 蒸氣 時，通過再沸器輸入精餾塔的熱量擾動 往往是由蒸氣壓力變化所引起的，這一擾動可通過在蒸氣總管 設(shè)置壓力控制來加以克服，或者通過溫度串級控制系統(tǒng) 的副回路予以克服。因此，對多元組分的分離可簡化為對二元關(guān)鍵組分的分離，這就大大的簡化精餾操作。例如，由圖 可以看出，在 98%的純度下，當(dāng) V/F 從 2 增至 4 時，產(chǎn)品回收率從 14%增到 88%，增加了 74%；當(dāng) V/F 再從 4增加到 6 時，則產(chǎn)品回收率僅從 88%增加到 %，只增加了 %。 采用提餾段溫度控制系統(tǒng)時，在回流量足夠大的情況下， 塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量也可以保持在規(guī)定的純度范圍內(nèi)，因此，即使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量要求比塔底嚴(yán)格，仍然采用提餾段溫度控制系統(tǒng)。為了及時、精確地檢測和控制產(chǎn)品質(zhì)量，要求溫度檢測儀表有很高的測量精度和靈敏度。下面分析雙溫差控制系統(tǒng)的工作原理。液態(tài)乙烯產(chǎn)品從乙烯精餾塔 第 9 塊塔板抽出 ,從乙烯精餾塔底部抽出乙烷。由于乙烯精餾塔液位為滿液位液位可調(diào)范圍太小 ,所以不能 23 象一般精餾塔那樣通過控制液位來調(diào)節(jié)塔釜采出流 量。 圖 潛在故障向功能故障發(fā)展的示意圖 針對以上故障，應(yīng)用 γ 射線現(xiàn)場掃描檢測技術(shù)可以診斷和消除故障、優(yōu)化操作條件和延長操作周期等，并且為煉油和化工企業(yè)指導(dǎo)生產(chǎn)提供重要數(shù)據(jù)或科學(xué)依據(jù)。在上一級設(shè)備出現(xiàn)故障或與上一級的通信失敗的情況下，它還能正常運行，從而也使過程控制和操作得以進行。集散系統(tǒng)各單元安裝在標(biāo)準(zhǔn)機框內(nèi)，模件之間采用多芯電纜，標(biāo)準(zhǔn)化接插件相連；現(xiàn)場與控制室之間只需 12 根屏蔽電纜進行數(shù)據(jù)通訊，布線量大大減少。 DCS 通訊網(wǎng)絡(luò) 與普通局域網(wǎng)不同，工業(yè) LAN 對實時性要求比較高。美國 General Motons 公司以 ISO7 層模式為依據(jù)，從制造業(yè)自動化局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的角度提出了 MAP 規(guī)程，得到了工業(yè) 31 控制領(lǐng)域的認(rèn)可。對于系統(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。 系統(tǒng)的模擬量輸入（ AI）卡件采用了智能調(diào)理和先進的信號前端處理技術(shù)，由卡件上的微處理器控制，將信號調(diào)理和 A/D 轉(zhuǎn)換合二為一，使每塊模擬量輸入卡具有信號智能調(diào)理和處理的能力，提高了 I/O 卡件的可靠性、獨立性，同時也有助于功能擴展。 （ 1）控制站硬件 控制站是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場打交道的 I/O 處理單元，完成整個工業(yè)過程的實時監(jiān)控功能。 37 圖 32 JX— 300XP DCS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖 — 300XP DCS 系統(tǒng)軟件 用于給 CS、 OS、 MFS 進行組態(tài)的專用軟件，包括： SCKey（系統(tǒng)組態(tài)）、 SCDiagnose（系統(tǒng)診斷）、 SCControl（圖形化組態(tài)）等工具軟件包，稱之為組態(tài)軟件包。在生產(chǎn)過程中需要測量的參數(shù)是多種多樣的，相應(yīng)的測量方法及儀表的結(jié)構(gòu)原理也各不同，但從測量過程的結(jié)構(gòu)原理也各不相同，但從測量過程的實質(zhì)來看，都是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進行比較的過程，而測量儀表就是實現(xiàn)這種比 較的工具。其中，報表制作部分在 SCForm 報表制作軟件中實現(xiàn)，實時運行部分與 AdvanTrol 監(jiān)控軟 件集成在一起。 主控制卡必須插在機籠最左端的兩個槽位。 所有智能卡件通過先進的硬件設(shè)計和周密的軟件配合，都實現(xiàn)了帶電插拔的 35 功能，以滿足系統(tǒng)在運行過程中的維修需要。每個 SC Ⅱ網(wǎng)理論上最多可帶 1024 個節(jié)點，最遠(yuǎn)可達(dá) 10,000 米。 工程師站是為專業(yè)工程技