【正文】 ...................... 38 其它控制量的控制趨勢圖 ......................................... 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 共 45 頁 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)分離過程，其目的是將混合液中各組成分離開，成為具有一定純度的產(chǎn)品或半產(chǎn)品。 塔設(shè)備是最常用的精餾裝置，無論是填料塔還是板式塔都在化工生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 3 頁 共 45 頁 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)。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。 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)，是操作人員完成過程監(jiān)控管理任務(wù)的環(huán)境。 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 6 頁 共 45 頁 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)研究的對象及要求 研究對象 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 共 45 頁 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。 表 精餾塔的配置和硬件清單 配置 序號 型號及名稱 單位 數(shù)量 功能材質(zhì) 產(chǎn)地 1 原料儲罐 只 1 用于實(shí)驗(yàn)原料存儲，采用鏡面不 銹鋼材質(zhì) 浙江中控 2 精餾塔 只 1 用于實(shí)驗(yàn)水和酒精的分離實(shí)驗(yàn)， 采用鏡面不銹鋼材質(zhì) 浙江中控 3 水泵 只 1 輸送原料液至精餾塔塔釜 輸送殘液至精餾塔廢料罐 浙江中控 4 計(jì)量泵 只 4 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 對象框架 個 1 提供實(shí)驗(yàn) 設(shè)備布置 浙江中控 8 對象電氣柜 個 1 提供設(shè) 備用電 浙江中控 9 鉑熱電阻 只 10 檢測精餾塔塔節(jié)溫度 檢測精餾塔塔釜溫度 檢測精餾塔進(jìn)料溫度 檢測精餾塔產(chǎn)品出料溫度 浙江中控 10 差壓變送器 只 1 測量塔釜液位 浙江中控 11 壓力變送器 只 2 測量塔頂和塔釜壓力 浙江中控 12 渦輪流量計(jì) 只 1 塔頂冷卻 水流量檢測 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 共 45 頁 按照液位、壓力、流量的參數(shù)和結(jié)構(gòu)選擇測控儀表的型號如表 所示。 總物料平衡 F=D+B 輕組分物料平衡 BBxDDxzFF ?? 式中 F 是 進(jìn)料量； D 是塔頂餾出液量； B 是塔底釜液采出量；是進(jìn)料中輕組分含量；和是塔頂和塔底餾出液中輕組分含量。當(dāng)上升蒸汽速度過低時，上升蒸汽不能托起上層的液相，造成 NO 液，使板效率下降，精餾操作不能正常進(jìn)行。出料流量信號 q在方塊圖中把控制閥和對象連接在一起。 (5) 回流罐 C102 液位的均勻控制。 b) 信號檢測機(jī)構(gòu)：在控制過程中信號檢測機(jī)構(gòu)是由測量儀表裝置組成的。如在本設(shè)計(jì)中精餾塔位于整個工藝生 產(chǎn)過程的起點(diǎn)，要使流量 F 恒定，并無困難，可采用定值控制 . b)進(jìn)料成分 ZF 一般是不可控的，它的變化也是難以避免的，它由上一工序或原料情況所確定。如前所述蒸餾中如能適當(dāng)?shù)乩盟?、塔底的廢熱，就能節(jié)約很多的生蒸汽和冷卻水，也能減少很多電能的消耗。主控制卡是控制站的核心，可以冗余配置，保證實(shí)時過程控制的完整性。 (4)正確的設(shè)置地址開關(guān)、冗余方式選擇跳線、配電選擇跳線、信號類型選擇跳線等。其中，系統(tǒng)組態(tài)完成系統(tǒng)的各設(shè)備間的連接；畫面組態(tài)完成操作站的各種畫面及其之間的連接；控制組態(tài)完成各種控制器、過程裝置的控制結(jié)構(gòu)連接、參數(shù)設(shè)置等。 圖 自定義回路 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 31 頁 共 45 頁 c） 自定義控制 方案 (1)控制策略仍然沿用經(jīng)典的 PID 控制算法，程序梯形如圖 所示。 常開觸點(diǎn) ： 在常開觸點(diǎn)中，如果相關(guān) BOOL 變量的狀態(tài)為 ON 時，左鏈路的狀態(tài)復(fù)制至右鏈路。 操作站組態(tài) 操 作 小 組 設(shè) 置 標(biāo)準(zhǔn)畫面組態(tài) 總 貌 畫 面 趨 勢 畫 面 分 組 畫 面 一 覽 畫 面 流 程 圖 登 陸 報(bào) 表 登 陸 自 定 義 鍵 組 態(tài) 語 音 報(bào) 警 組 態(tài) 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 35 頁 共 45 頁 總貌畫面 一覽畫面 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 36 頁 共 45 頁 趨勢畫面 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 37 頁 共 45 頁 總流程圖 報(bào)表 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 38 頁 共 45 頁 5 系統(tǒng)組態(tài)與實(shí)時監(jiān)控的連接與調(diào)試 完成了系統(tǒng)的軟件組態(tài)，下面是將組態(tài)下載到浙江中控的 JX300XP DCS 系統(tǒng)中，對精餾塔進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。 全回流實(shí)驗(yàn)：進(jìn)料完畢后關(guān)閉進(jìn)料泵，打開冷卻水開關(guān)，給冷卻水調(diào)節(jié)閥手動設(shè)置一個開度。我現(xiàn)在能夠更好更牢固的掌握過程控制的要點(diǎn)。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK!zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。MuWFA5ux^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFeds wSyXTyamp。 849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。通過本設(shè)計(jì) 不僅使我鞏固了對原有知識的掌握，還拓寬了我的知識面。 （ 4）啟動組態(tài)調(diào)試便可進(jìn)入監(jiān)控畫面。 圖 操作站組態(tài)流程 設(shè)置操作小組的意義在于不同的操作小組可觀察、設(shè)置、修改不同的標(biāo)準(zhǔn)畫面、流程圖、報(bào)表等。OUT=OFF,if IN1≠IN2 該模塊功能是檢查第一個輸入值是否等 于第二個輸入值，若是，則輸出值為ON，否則為 OFF。 本系統(tǒng)組態(tài)工程中定義的 1 字節(jié)變量有回流比控制和串級控制，如圖 所示。通過應(yīng)用軟件的組態(tài)來實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的控制、顯示、操作、通信、維護(hù)、管理等功能。在板式精餾控制系統(tǒng)中操作站網(wǎng)卡采用以太網(wǎng)接口卡、控制站主控制卡網(wǎng)絡(luò)地址的設(shè)置完成后用雙絞線將系 統(tǒng)中各站連接至以太網(wǎng)接線器，構(gòu)成過程控制網(wǎng)?？刂普局饕袡C(jī)柜、機(jī)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。 板式精餾塔控制系統(tǒng)的安全性問題 滿足工藝和操作要求 設(shè)計(jì)出的流程和設(shè)備，首先必須保證產(chǎn)品達(dá)到任務(wù)規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要求較高，這就要求流量和壓力穩(wěn)定，入塔的溫度和狀態(tài)穩(wěn)定從而需要采取相應(yīng)的措施。同時，物料平衡和熱量平衡之間又是相互影響的。同理，塔底產(chǎn)品的酒精含量與提餾段靈敏溫度（位置 待定）或塔底溫度TT32 基本對應(yīng)。以冷卻水量單回路控制為內(nèi)回路，通過自動調(diào)節(jié)冷卻水量 FT12 的設(shè)定值，以最終控制回流液的回流溫度 TT22。因此，本設(shè)計(jì)采用篩板塔比較合適。精餾塔上升蒸汽速度的最大限值。 生產(chǎn)效益除產(chǎn)品純度與產(chǎn)品收率間關(guān)系外，還須考慮能量消耗因素。 此設(shè)計(jì)研究的對象時板式精餾塔的控制系統(tǒng)。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(jìn)行信息交換的通道 [9]。 JX300XP DCS 由操作站、控制站、過程控制網(wǎng)絡(luò)等組成。 每級之間以及每級內(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。 目前國產(chǎn) DCS 的技術(shù)水平已達(dá)到或接近國外廠家同類 DCS 的水平，并占據(jù)了相當(dāng)多的市場份額。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)。 精餾過程通過精餾塔、再沸器、冷凝器等設(shè)備完成。其原因之二是： DCS具有“開放”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)場設(shè)備 [11]。通過深入研究篩板的操作性能后認(rèn)為。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。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。已知塔頂冷凝器為全凝器泡點(diǎn)回流，回流比 R 為 2。通常，滿足一端的產(chǎn)品質(zhì)量，即塔頂或塔底產(chǎn)品之一達(dá)到規(guī)定純度，而另一端產(chǎn)品的純度維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。精餾塔中上升蒸汽量越多，輕組分越容易從塔頂餾出，但消耗能量也越大，單位進(jìn)料量能耗增加到一定數(shù)值后，如果繼續(xù)增加塔內(nèi)上升蒸汽量、產(chǎn)品產(chǎn)量的同時，考慮降低能量消耗，使能量平衡，實(shí)現(xiàn)較好經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)能量平衡關(guān)系，再沸器兩側(cè)的溫度差低于臨界溫度限時，再沸器的給熱系數(shù)急劇下降，傳熱量下降，嚴(yán)重時不能保證精餾塔的正常傳熱需要。這方面的要求不高，以及擾動不多的時候，由前面靜態(tài)特性可知，只要固定 D/F(B/F)和V/F(或回流比 )，完全按物料及能量平衡關(guān)系進(jìn)行控制已能達(dá)到目的。 (7) 精餾段靈敏溫度的串級控制。氣相沿塔上升直至塔頂，由塔頂冷凝器將其進(jìn)行全部或部分冷凝。 d)蒸氣壓力的變動可以通過總管壓力控制的方法消除，也可以在串級控制系統(tǒng)的副回 路中（如采用對蒸氣流量的串級控制系統(tǒng)）予以克服。 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 19 頁 共 45 頁 3 板式精餾塔控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 精餾塔的監(jiān)控測試點(diǎn)的確定 (1)按照板式精餾塔的工藝監(jiān)控要求，統(tǒng)計(jì)其監(jiān)測點(diǎn)、控制點(diǎn)，采用 JX300XP設(shè)計(jì)精餾塔的集散控制系統(tǒng)。 c)通信網(wǎng)絡(luò) DCS 的通信網(wǎng)絡(luò)分三層：第一層網(wǎng)絡(luò)是信息管理網(wǎng)；第二層網(wǎng)絡(luò)是過程控制網(wǎng)，稱為 SetⅡ；第三層網(wǎng)絡(luò)是控制站內(nèi)部 I/O控制總線，稱為 SBUS。