【文章內(nèi)容簡介】 裝置中引進(jìn)了 Yokogawa 的產(chǎn)品，表現(xiàn)出良好的控制性能和可靠性。隨后中國引進(jìn)的 30套大化肥項目和大型煉油項目都采用了 DCS控制系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)設(shè)施的效率和產(chǎn)品質(zhì)量的連續(xù)性，并且物耗和能耗也有不同程度的降低。 DCS 產(chǎn)品在石油和化工行業(yè)的成功應(yīng)用也促進(jìn)了其他行業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展，在隨后的幾年，冶金、建材、電力、輕工等行業(yè)的新建項目中也陸續(xù)使用了 DCS產(chǎn)品，并成為這些行業(yè)的主流控制系 統(tǒng)。 [1]廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）：甲醛生產(chǎn)的 DCS 設(shè)計 2 技術(shù)發(fā)展 經(jīng)過 30年的發(fā)展，現(xiàn)代的 DCS產(chǎn)品與最初的產(chǎn)品相比在速度、可靠性、功能、通訊等方面取得了巨大的進(jìn)步。 功能領(lǐng)域的擴(kuò)展：從功能上現(xiàn)在的 DCS 已經(jīng)不再局限于控制層，而是增加了更多的管理層功能，向上提供企業(yè)管理系統(tǒng)接口。與此同時， DCS 向下不在局限于主工藝裝置系統(tǒng)的控制，而是將更多的輔助系統(tǒng)納入到整個控制系統(tǒng)。 硬件技術(shù)的發(fā)展：隨著硬件技術(shù)的發(fā)展， DCS系統(tǒng)的硬件可靠性進(jìn)一步增加，在系統(tǒng)規(guī)模日益擴(kuò)大的情況下，硬件的平均故障間隔時間（ MTBF）也保持在 100,000小時以上。 現(xiàn)在的 DCS 控制站普遍采用 32 位處理器及多處理器技術(shù)，在最新的產(chǎn)品上已經(jīng)開始使用 64 位處理器，相比初期 DCS 控制站的 8 位處理器，運算速度得到大幅度的提升。 先進(jìn)通訊技術(shù)的應(yīng)用：從通訊上看，目前現(xiàn)場總線已經(jīng)普遍運用，在最近的幾個大型石化項目中都使用了現(xiàn)場總線。 [2] 市場規(guī)模 中國龐大而成體系的流程工業(yè)形成了過程控制系統(tǒng)的市場基礎(chǔ)，而其中電力、石化、化工、建材、造紙、市政、冶金的大幅度投資與增長，更形成了每年超過 50億元（ 2022）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、系統(tǒng)集成能力、培訓(xùn)、售后服務(wù)是客戶考察的重點，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。“軟”件的重要性導(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；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)，實際上較大的供應(yīng)商都在謀求在熱點投資行業(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。這一點也是與剛才提到的 DCS特點所分不開的。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。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，其消費量占比達(dá)到 27％，在甲醇消費結(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。 2022 年以來甲醛價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 大國，“十一五”期間，我國甲醛工業(yè)實現(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，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 目前，我國甲醛行業(yè)有七個方面的特點：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， 2022 年 10 月我國甲醛行業(yè)運轉(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（論文 ）：甲醛生產(chǎn)的 DCS 設(shè)計 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， 2022年 10月我國甲醛生產(chǎn)總能力為 2873 萬噸 /年，比 2022年增長約 5％。其中，鐵鉬法甲醛 17 家，合計生產(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輸，屬于屬地性化工產(chǎn)品。 2022 年我國甲醛產(chǎn)量約為 1868 萬噸，比 2022 年增長約 ％，全年平均開工率約為65％ ，將比 2022年下降 1％ . 2022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。 2022年我國甲醛生產(chǎn)形勢是前高后低，總量預(yù)計仍高于 2022年。 2022 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。 2022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 。 [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（論文）：甲醛生產(chǎn)的 DCS 設(shè)計 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)，是計算機(jī)控制系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)形式，其實質(zhì)是利用計算機(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)，又不同于集中式計算機(jī)控制系統(tǒng)，而是吸收了兩者的優(yōu)點，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)為紐帶的多級計算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計算機(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算機(jī)上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機(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)中各臺計算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺計算機(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，系統(tǒng)中各臺計算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實現(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)其他計算機(jī)的工作。 其技術(shù)特點有： 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) ,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)計采用浙大中控 JX300XP DCS 控制系統(tǒng)展開設(shè)計。 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)系和各項控制任務(wù)。它是一個智能化的獨立運行的，可以自動完成數(shù)據(jù)采集、信息處理、控制運算等各項功能。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 卡件實時通信，實現(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