【文章內(nèi)容簡介】 度投資與增長，更形成了每年超過 50億元（ 2021）的 DCS 市場規(guī)模。同時，市場的行業(yè)分布也與這些主要行業(yè)的投資情況息息相 關(guān)。譬如，近年的能源短缺和隨之而來的電力投資熱潮，使得電力行業(yè)的 DCS 需求達(dá)到 18億元，占據(jù)整個市場三分之一強(qiáng)的份額，超過了石化和化工這些傳統(tǒng)的 DCS 應(yīng)用的強(qiáng)勢行業(yè)。 市場份額DCS 是一個技術(shù)含量高，需要長期培養(yǎng)的市場，因此，市場格局在近年沒有大的變化，沒有新的有影響力的廠商進(jìn)入和退出，排名靠前的仍然是在業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)的強(qiáng)者，只是由于行業(yè)發(fā)展速度的不平衡，不同行業(yè)側(cè)重的公司的排名會產(chǎn)生一些小的變化。由于 DCS定制性很強(qiáng)，與客戶的工藝結(jié)合密切。很多人認(rèn)為 DCS 是一種“服務(wù)”而不是“產(chǎn)品”。在 DCS 市場中 ，方案的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成能力、培訓(xùn)、售后服務(wù)是客戶考察的重點(diǎn)，不像PLC 市場，用戶只看產(chǎn)品本身的性能和質(zhì)量就可以了?！败洝奔闹匾詫?dǎo)致了這個行業(yè)份額分布的一些重要特征。 行業(yè)性：對用戶行業(yè)的理解直接決定了 DCS 方案的適用性。這使得 DCS 供應(yīng)商所提供的產(chǎn)品會更適用于某些行業(yè)，而不是全部，從而導(dǎo)致 DCS 供應(yīng)商一般會有一個或者第一章 引言 3 數(shù)個較強(qiáng)的行業(yè)，同時在一些行業(yè)里卻很難有突破。例如： Honeywell 是 DCS 最大的行業(yè)市場油氣加工行業(yè)的強(qiáng)者，其在油氣開采、運(yùn)輸、冶煉乃至下游的化工都有較大的份額和影響力； ABB 由于其 電力行業(yè)的整體 能力，使得其在電力行業(yè)占據(jù)領(lǐng)先地位，此外，造紙也是 ABB 的強(qiáng)項(xiàng)；橫河在化工行業(yè)； Emerson 在石化；中控在化工；新華在電力；和利時在電力、交通等等。以上列舉了主要供應(yīng)商的一些強(qiáng)勢行業(yè)，實(shí)際上較大的供應(yīng)商都在謀求在熱點(diǎn)投資行業(yè)或者新興行業(yè)的突破，因此，也并不能把行業(yè)性作為描述供應(yīng)商的一個嚴(yán)格限制。 較強(qiáng)的本土供應(yīng)商力量：與 PLC、變頻器等自動化產(chǎn)品不同， DCS 市場中，國內(nèi)供應(yīng)商占據(jù)了相當(dāng)多的份額。這一點(diǎn)也是與剛才提到的 DCS 特點(diǎn)所分不開的。定制性、跟客戶的緊密溝通、培訓(xùn)、售后服務(wù)這些都是本 土企業(yè)的強(qiáng)項(xiàng)。這使得國內(nèi)興起了以Hollysys、 Supcon、 Xinhua 這樣的企業(yè)。但其業(yè)務(wù)主體在中低端市場，跟國外主流廠商的產(chǎn)品競爭并不明顯。 [3] 我國甲醛行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢 甲醛是甲醇最主要的下游產(chǎn)品之一，其消費(fèi)量占比達(dá)到 27％，在甲醇消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占據(jù)首位。一般來說，生產(chǎn)每噸甲醛需消耗甲醇 噸左右。 2021 年以來甲醛價(jià)格走勢總體與甲醇保持一致，兩者聯(lián)動性明顯。 我國的甲醛生產(chǎn)始于 20世紀(jì) 50 年代，目前已成為化學(xué)工業(yè)中的一個重要品種，生產(chǎn)能力達(dá)到 2873 萬噸。我國是世界第一甲醛生產(chǎn)和消費(fèi)大國， “十一五”期間，我國甲醛工業(yè)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，同時也經(jīng)歷了全球金融危機(jī)和全球經(jīng)濟(jì)衰退的考驗(yàn)，對保障汽車工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了重要作用。 現(xiàn)狀和特點(diǎn) 目前，我國甲醛行業(yè)有七個方面的特點(diǎn)：一是生產(chǎn)企業(yè)中 97％為民營和私有企業(yè)；二是生產(chǎn)能力居全球第一，產(chǎn)能占全球的 48％；三是生產(chǎn)裝置分布不均勻；四是工藝技術(shù)的進(jìn)步帶動了行業(yè)整體發(fā)展；五是區(qū)域性的合作初見成效；六是銀法甲醛技術(shù)和成套設(shè)備走向世界；七是全球大型化工企業(yè)的進(jìn)入。 生產(chǎn)企業(yè)和分布 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國甲醛工業(yè)步入了快速發(fā)展軌道 ，除青海省和西藏自治區(qū)外， 28個省市 (不含臺灣省 )都建設(shè)了數(shù)目不等的甲醛裝置，生產(chǎn)能力和產(chǎn)量大幅增加，我國成為全球最大的甲醛生產(chǎn)國。不過，我國甲醛產(chǎn)業(yè)集中度差，企業(yè)規(guī)模小，套數(shù)多，在全國的分布也極不均衡，呈現(xiàn)東多西少、南多北少、中部空虛的格局。 據(jù)中國甲醛行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)， 2021 年 10 月我國甲醛行業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)企業(yè)有 425 家，廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）：甲醛生產(chǎn)的 DCS 設(shè)計(jì) 4 甲醛生產(chǎn)裝置 624 套，其中 5 萬噸 /年及以上共有 229 套， 97％為民營和私有企業(yè)，央企和國企不足 20家。 我國甲醛生產(chǎn)裝置主要集中在山東、河北、廣東、江蘇、河南、四川、浙江、湖北、福建、安 徽等省 生產(chǎn)能力和產(chǎn)量據(jù)中國甲醛行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)， 2021 年 10 月我國甲醛生產(chǎn)總能力為 2873 萬噸 /年，比 2021年增長約 5％。其中，鐵鉬法甲醛 17家，合計(jì)生產(chǎn)能力 萬噸 /年，占生產(chǎn)總能力％。 我國甲醛生產(chǎn)能力的增長有幾個主要因素：一是對投資者來說，甲醛是一種穩(wěn)健的化工產(chǎn)品；二是甲醛屬大宗化工產(chǎn)品，社會需求量逐年增加；三是生產(chǎn)工藝簡單，原料供應(yīng)充足；四是甲醛不便于長途運(yùn)輸，屬于屬地性化工產(chǎn)品。 2021 年我國甲醛產(chǎn)量約為 1868 萬噸，比 2021 年增長約 ％，全年平均開工率約為65％，將比 2021 年下降 1％ . 2021 年上半年我國甲醛總體平均開工率超過 70％，甲醛總產(chǎn)量約 900 萬噸，其中東北 80 萬噸，山東 182 萬噸，河北 96 萬噸，山西 ，華東 78 萬噸，安徽 36 萬噸，華南 126 萬噸，四川 48萬噸，重慶 20 萬噸。 2021 年我國甲醛生產(chǎn)形勢是前高后低，總量預(yù)計(jì)仍高于 2021 年。 2021 年我國甲醛產(chǎn)能保持繼續(xù)增長態(tài)勢，超過 3000 萬噸。我國甲醛的產(chǎn)能有較大過剩，這也是今后相當(dāng)長時間將存在的問題。 我國甲醛工藝技術(shù)的進(jìn)步 20 世紀(jì) 90 年代，我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展推動了甲醛工業(yè)的快速成長，工藝 技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量、品種以及甲醛下游產(chǎn)品都有了長足的發(fā)展。新建的銀法甲醛裝置達(dá)到國際先進(jìn)水平，在節(jié)能減排、環(huán)保、安全生產(chǎn)等方面都有了重大突破。尾氣循環(huán)銀法工藝得到廣泛應(yīng)用，雙循環(huán)法高濃度甲醛新工藝也已問世并得到應(yīng)用。我國較普遍生產(chǎn)的甲醛產(chǎn)品是 37％ (重量 )甲醛，根據(jù)市場需求也可生產(chǎn) 45％、 50％、 52％、 55％ (重量 )的甲醛產(chǎn)品，醇含量降至 1％ (重量 )以下，甚至根據(jù)需要可生產(chǎn)無醇甲醛產(chǎn)品。原料甲醇的單耗由過去的每噸 37％ (重量 )甲醛耗 460— 480千克甲醇 (銀法 )降至目前的 440— 445千克甲醇 (銀法 )。 我國銀法甲醛技術(shù)和成套設(shè)備走向世界甲醇氧化法生產(chǎn)甲醛依據(jù)催化劑的不同分為銀法和鐵鉬法，我國甲醛生產(chǎn)裝置以銀法為主。 2021 年以來，我國銀法甲醛生產(chǎn)技術(shù)和成套設(shè)備有了飛速發(fā)展，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。同時，以江蘇恒茂機(jī)械制造有限公司為代表的我國銀法甲醛技術(shù)和成套設(shè)備已出口到東南亞 (如馬來西亞、泰國、越南 )、南亞 (如印度 )和西亞 (如伊朗 )等諸多國家。同時，臨沂和平的電解銀催化劑和巢湖瑞雪的高效阻聚劑也被東南亞、南亞和西亞的許多國家開始使用。 第一章 引言 5 全球大型化工企業(yè)入駐中國 進(jìn)入 21 世紀(jì)初，我國甲醛工業(yè)的快速發(fā)展引起了 全球大型化工企業(yè)的關(guān)注，并紛紛進(jìn)入中國，銷售和建設(shè)甲醛生產(chǎn)裝置，繼續(xù)生產(chǎn)聚甲醛 (POM)、多聚甲醛 (PF)、 1， 4丁二醇 (BDO)和酚醛樹脂，其中包括瑞典 Perstorp Formox、美國杜邦 (Du Pont)、日本旭化成 (Asahi Kasei)、日本寶理塑料 (Polyplastics)、三菱瓦斯 (MGC)、美國泰科納 (Ticona)和美國 等公司 。 [4] 本章小結(jié) 第一章通過對國內(nèi) DCS 及甲醛行業(yè)的現(xiàn)狀與趨勢的介紹，引申出本課題設(shè)計(jì)的工藝要求，將成熟的 DCS 控制技術(shù)應(yīng)用于 甲醛的生產(chǎn)中，提高甲醛產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力，降低成本，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定和安全性。 廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）：甲醛生產(chǎn)的 DCS 設(shè)計(jì) 6 第 二 章 DCS 系統(tǒng)介紹以及甲醛生產(chǎn)的工藝要求 集散控制系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)形式，其實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)控、操作、管理和分散控制的一種新型的控制技術(shù)。 DCS 是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、測量控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互發(fā)展和滲透而產(chǎn)生的。它既不同于分散的常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，又不同于集中式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，而是吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)，在它們的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門系統(tǒng)工程技 術(shù)，具有很強(qiáng)的生命力和顯著地優(yōu)越性。 DCS 系統(tǒng)介紹 DCS，（ Distributed Control System）分散控制系統(tǒng)的簡稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱之為集散控制系統(tǒng)。 DCS 是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)，通信、顯示和控制等 4C 技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。 [5] DCS 具有高可靠性以及開放性。由于 DCS 將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計(jì)，因此某一臺計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其他功 能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。 DCS采用的開放式，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中各臺計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時，可將新增計(jì)算機(jī)方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)的工作。 其技術(shù)特點(diǎn)有： 基于現(xiàn)場總線思想的 I/O 總線技術(shù) 先進(jìn)的冗余技術(shù)、帶電插拔技術(shù) 完備的 I/O 信號處理 基于客戶 /服務(wù)器應(yīng) 用結(jié)構(gòu) 平臺 ,以太網(wǎng) ,TCP/IP 協(xié)議 OPC 服務(wù)器提供互連 Web 瀏覽器風(fēng)格 ,ActiveX 控件支持 ODBC,OLE 技術(shù) ,實(shí)現(xiàn)信息 ,資源共享 高性能的過程控制單元。 支持標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線 1 Inter/Intra 應(yīng)用支持 [6] 基于 DCS 技術(shù)應(yīng)用成熟的大前提下，本設(shè)計(jì)采用浙大中控 JX300XP DCS 控制系統(tǒng)展開設(shè)計(jì)。 第二章 DCS 系統(tǒng)介紹以及甲醛生產(chǎn)的工藝要求 7 JX300 XP DCS 系統(tǒng)介 紹 硬件介紹 系統(tǒng)機(jī)柜尺寸、容量 尺寸： 2100*800*600 容量：配置一個電源機(jī)籠，四個 I/O 機(jī)籠 系統(tǒng)機(jī)籠的類型、容量 電源機(jī)籠：配置 4個電源 I/O 機(jī)籠： 20 個槽位， 2塊主控卡， 2塊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、 16塊 I/O 卡件 I/O 機(jī)籠間互連：通過 I/O 機(jī)籠背面的 SBUS2S連接器實(shí)現(xiàn)連接和通訊 系統(tǒng)電源的類型，供電方式 單個電源模塊（ 5V/24V），功率 150W AC 供電方式：兩路 220V 交流電冗余配電，一路通過 UPS 給系統(tǒng)供電，一路市電直接給系統(tǒng)進(jìn)行供電。 常用卡件介紹 主控卡 XP243：主控卡的地址范圍設(shè)置在 2~31 之間，周期設(shè)置在 ~5S 之間。（采用雙微處理器結(jié)構(gòu)）主控卡是控制站軟硬件的核心，協(xié)調(diào)控制站內(nèi)軟件硬件關(guān)系和各項(xiàng)控制任務(wù)。它是一個智能化的獨(dú)立運(yùn)行的，可以自動完成數(shù)據(jù)采集、信息處理、控制運(yùn)算等各項(xiàng)功能。它通過過程控制網(wǎng)絡(luò)與過程控制級（工程師站和操作員站）相連，接收上層的管理信息，并向上層傳遞工藝裝置的特性數(shù)據(jù)和采集到的實(shí)時數(shù)據(jù)；向下通過 SBUS 網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡的程控交換與智能 I/O 卡件實(shí)時通信，實(shí)現(xiàn)與 IO 卡件的信息交換（現(xiàn)場信號的輸入采樣和輸出控制）。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡 XP233： XP233 是機(jī)籠的核心單元，是主控卡聯(lián)接 I/O 卡件的 中間環(huán)節(jié)，它一方面驅(qū)動 SBUS 總線，另一方面管理本機(jī)籠的 I/O 卡件。 XP233 具有冷端溫度采集功能，負(fù)責(zé)整個 I/O 單元的冷端溫度采集，冷端溫度測量元件采用專用的電流環(huán)回路溫度傳感器，可以通過導(dǎo)線將冷端溫度測量元件延伸到任意位置處（如現(xiàn)場的中間端子柜），節(jié)約熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線。電流信號輸入卡 XP313：接受 6路的標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ型、Ⅲ型電流信號。（分組隔離） 電流信號輸入卡 XP313I：接受 6路的標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ型、Ⅲ型電流信號。（點(diǎn)點(diǎn)隔離） 電壓信號輸入卡 XP314：接受 6路的標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ型、Ⅲ型電壓信號、 0~20mV、 0~100mV，各種型號的熱電偶信號。（分組隔離） 電壓信號輸入卡 XP314I：接受 6路的標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ型、Ⅲ型電壓信號、 0~20mV、 0~100mV、廣東石油 化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）：甲醛生產(chǎn)的 DCS 設(shè)計(jì) 8 各種型號的熱電偶信號。（點(diǎn)點(diǎn)隔離） 熱電阻信號輸入卡 XP316：接收４路熱電阻（ PT100、 Cu50）信號。（分組隔離）。 熱電阻信號輸入卡 XP316I：接收４路熱電阻（ PT100、 Cu50）信號。（點(diǎn)點(diǎn)隔離）。 模擬量輸出卡 XP322：輸出 4路點(diǎn)點(diǎn)隔離的標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ型、Ⅲ型電流。 觸點(diǎn)型開關(guān)量輸入卡 XP363：接收 8路數(shù)字量輸入信號，響應(yīng)干觸點(diǎn)型信號。 電平型開關(guān)量輸入卡 XP361： 接收 8路數(shù)字量輸入信號，響應(yīng)電平型信號。 開關(guān)量輸出卡 XP362： 8路無源晶體管開關(guān)觸點(diǎn)輸出，通過中間繼電器驅(qū)動電動控制裝置。 設(shè)計(jì)卡件配置原則 1) 所有卡件的備用通道必須組上空位號，空位號的命名原則： 摸入點(diǎn) NAI***,描述采用“備用” 模出點(diǎn) NAO***,描述采用“備用” 開入點(diǎn) NDI***,描述采用“備用” 開出點(diǎn) NDO***,描述采用“備用” 其中“