【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 主參數(shù)，以精餾塔塔頂產(chǎn)品采出量作為副參數(shù)，這樣就組成了一個(gè)由靈敏板溫度和塔頂產(chǎn)品采出量組成的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)精餾塔的塔釜溫度的控制。 其示意圖如圖 35 所示： 圖 35 溫度控制方案 b 示意圖 兩種控制方案的比較：方案 a 更直接地控制塔釜產(chǎn)品組成，因而當(dāng)塔釜產(chǎn)品組成要求嚴(yán)格時(shí)，采用此方案較為有力。同樣，方案 b 更直接地控制塔頂產(chǎn)品組成，因而當(dāng)塔頂產(chǎn)品組成要求嚴(yán)格時(shí)，采用方案 b 較為有力。 12 精餾塔 流量控制 方案 設(shè)計(jì) 進(jìn)料量和回流量都采用單回路的流量控制。再沸器加熱蒸汽 流量，由靈敏板溫度調(diào)節(jié) 和蒸汽流量調(diào)節(jié)構(gòu)成串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 主參數(shù)為塔釜溫度，副參數(shù)是蒸汽流量。當(dāng)塔釜溫度變化時(shí)，溫度傳感器測(cè)量到溫度值并將其變送到主調(diào)節(jié)器，與溫度設(shè)定值比較。主調(diào)節(jié)器根據(jù)差值 輸出一個(gè)信號(hào)作為副調(diào)節(jié)器的 給定值，并與蒸汽流量傳感器測(cè)量變送的流量值比較，副調(diào)節(jié)器根據(jù)其差值輸出信號(hào)，控制閥的開(kāi)度，以控制蒸汽流量。精餾塔流量控制方案 示意圖 如圖 36 所示： 圖 36 流量控制方案示意圖 控制方案 設(shè)計(jì) 由于 節(jié) 已經(jīng) 全面細(xì)致的分析了 針對(duì) 塔壓力、進(jìn)料流量、回流罐液位、回流罐流量、靈敏板溫度、塔 釜 液位等參數(shù)的控制方案 ， 綜合上文所述并 根據(jù)物料平衡提出以下兩種控制方案。 （ 1） 圖 37 為精餾控制系統(tǒng)的 控制方案 a， 是根據(jù)物料平衡設(shè)計(jì)的精餾 過(guò)程 的其中一個(gè)控 制方案。 13 圖 37 精餾過(guò)程 的控制方案 a （ 2） 圖 38 為精餾控制系統(tǒng)的 控制方案 b， 是根據(jù)物料平衡設(shè)計(jì)的精餾 過(guò)程 的另 一個(gè)控制方案。 圖 38 精餾過(guò)程 的控制方案 b 14 (3) 兩種控制方案的比較 塔頂和塔 釜 產(chǎn)品流量差異較大， 控制流量 大 的 產(chǎn)品 ，易引起流量小的產(chǎn)品 波動(dòng)；相反， 控制流量小的產(chǎn)品 ，則 流量 量大 的產(chǎn)品 變化慢、滯后。對(duì)于塔的控制最不希望 出現(xiàn) 波動(dòng)，因此，將兩個(gè)產(chǎn)品中的較小流 量的產(chǎn)品作為被控的主要對(duì)象 。方案 a 適合于塔 釜 產(chǎn)品流量小的場(chǎng)合，方案 b 適合于塔頂產(chǎn)品流量小的場(chǎng)合。 方案 a 適合于溫度 靈敏點(diǎn)在進(jìn)料以下的場(chǎng)合，方案 b 適合于溫度靈敏點(diǎn)在進(jìn)料以上的場(chǎng)合。 方案 b 特別適合于冷卻介質(zhì)波動(dòng)及由于環(huán)境溫度變化、保溫不好造成回流溫度變化而引起波動(dòng)的場(chǎng)合。例如，由于降雨引起的回流溫度突然降低，加熱量不變，冷回流使上升氣體在塔上部部分冷凝， 上升氣量減小，回流罐液位下降，液面控制將減小回流，但塔內(nèi)內(nèi)回流保持不變。相反，若采用方案 a 相同的變化也使回流罐液位下降，回流罐液位下降減小了采出，回流量持不變，等量低溫的回流進(jìn)入塔內(nèi)，塔的內(nèi)回流增大，直至靈敏點(diǎn)變化引起調(diào)節(jié)。方案 b 至少引起塔頂部波動(dòng)，而 方 案 a 引起整個(gè)塔的波 動(dòng)。 塔頂采出量小于回流量宜采用方案 b，回流量小于塔頂采出量宜采用方案 a。采用這兩種控制方案塔 釜 液面波動(dòng)易引起塔 釜 產(chǎn)品流量波動(dòng)，采用方案 a 為使塔頂流量波動(dòng)小，設(shè)計(jì)需加大液體在回流罐的停留時(shí)間。 15 第 4 章 精餾 過(guò)程 的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 筆 者針對(duì)精餾過(guò)程設(shè)計(jì)了具體的控制方案， 并給予了充分的論述，下面將 詳細(xì)闡述二元精餾過(guò)程的 DCS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括 DCS 儀 表、執(zhí)行器的選型 ， DCS 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 及 DCS 在二元精餾過(guò)程中的實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容。 DCS 系統(tǒng)選型 70 年代，大規(guī)模集成電路問(wèn)世，微處理器（ MICROPROCESSORμP）的誕生，控制技術(shù)、顯示技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)（即所謂 4C 技術(shù)）等的進(jìn)一步發(fā)展，人們?yōu)榱死^承常規(guī)模擬儀表和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)安全性和可靠性，降低成本，開(kāi)發(fā)研制以微處理器為基礎(chǔ)的新型控制系統(tǒng) —分散控制系統(tǒng)（ Distributed Control System—DCS）。 分散型綜合控制系統(tǒng) ，又 稱為集散控制系統(tǒng) ，它綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技 屬、通信技術(shù)和圖形顯示等技術(shù)，使控制系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)進(jìn)入了一個(gè)新階段。 DCS 系統(tǒng)以其構(gòu)成靈活、模塊化結(jié)構(gòu)、安全 、 可靠、危險(xiǎn)分散、功能齊全以及對(duì)大規(guī) 模系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)成為當(dāng)代自動(dòng)化控制的主流系統(tǒng)。 集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)品眾多，但從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析，都是由三部分組成，即分散過(guò)程控制裝置部分、操作管理裝置部分、以及通信系統(tǒng)部分組成。三部分關(guān)系如圖41 所示 。 16 常規(guī)模擬儀表組成的過(guò)程控制系統(tǒng)與集中式計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)都有其固有的局限性。而 DCS 系統(tǒng)在工 業(yè)控制上具有上述兩種系統(tǒng)所無(wú)法比擬的優(yōu)越性。 (1)控制功能完善。集散控制系統(tǒng)的控制單元具有連續(xù)、離散、批量控制等高級(jí)功能，可以完成從簡(jiǎn)單的單回路控制到復(fù)雜的多變量模型優(yōu)化控制及邏輯控制 ?？蓪?shí)現(xiàn)監(jiān)控、顯示、打印、報(bào) 警、歷史數(shù)據(jù)存貯等日常全部操作。 (2)系統(tǒng)擴(kuò)展靈活。集散系統(tǒng)多采用模塊式結(jié)構(gòu)，可以靈活地組建單回路、多回路、大 、 中 、 小等各類系統(tǒng)。由于系統(tǒng)采用局域網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的擴(kuò)展變得異常方便，局域網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以靈活地接入各種單元或其它網(wǎng)絡(luò)。 (3)完善的人一機(jī)聯(lián)系和集中監(jiān)控功能。 CRT 屏幕可將整個(gè)工廠的生產(chǎn)狀況，單元的數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確地展現(xiàn)在操作者面前 。同時(shí)， CRT 操作站還能夠適應(yīng)現(xiàn)代管理中對(duì)畫面和報(bào)表的各種要求，從而實(shí)現(xiàn)真正的集中操作和管理。 (4)安全可靠性高。由于采用了多微機(jī)分散控制結(jié)構(gòu)，危險(xiǎn)分散，系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備采用雙重 或多重冗余，設(shè)有自動(dòng)備用系統(tǒng)和完善的自診斷功能 。現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集采用分布式，采集的信號(hào)經(jīng)智能前端處理成數(shù)據(jù)信號(hào)，抗干擾的能力增強(qiáng)。 (5)安裝調(diào)試簡(jiǎn)單。集散系統(tǒng)各單元安裝在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)框內(nèi)，模件之間采用多芯電纜，標(biāo)準(zhǔn)化接插件相連 ?，F(xiàn)場(chǎng)與控制室之間只需 12 根屏蔽電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，布線量大大減少。系統(tǒng)采用專用軟件調(diào)試，安裝調(diào)試時(shí)間僅為常規(guī)儀表的一半。 (6)具有良好的性能價(jià)格比。鑒于上述優(yōu)良的性能及布線、安裝、調(diào)試費(fèi)用等的大幅度下降， DCS 系統(tǒng)規(guī)模越大，平均每個(gè)回路的投資越省。 浙江浙大中 控推出的全數(shù)字化的新一代集散 控制系統(tǒng) JX300X，大限度地滿足應(yīng)用需要的原則，應(yīng)用了最新信號(hào)處理技術(shù)、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、可靠的軟件 17 平臺(tái)和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，采用了高性能的微處理器和成熟的先進(jìn)控制算法，全面提高了 JX300 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(yùn)算、過(guò)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(gè)全數(shù)字化、結(jié)構(gòu)靈活、功能完善的新型開(kāi)放式集散控制系統(tǒng)。 JX300X 的基本組成包括工程師站（ ES）、操作站（ OS）、控制站（ CS）和通訊網(wǎng)絡(luò) SC II。通過(guò)在 JX300X 的通訊網(wǎng)絡(luò)上掛接總線變換單元（ BCU）可實(shí)現(xiàn)與 JX100、 JX200、 JX300 系統(tǒng)的互聯(lián)；在通訊網(wǎng)絡(luò)上掛接通信接口單元（ CIU）可實(shí)現(xiàn) JX300X 與 PLC 等數(shù)字設(shè)備的連接；通過(guò)多功能計(jì)算站（ MFS）和相應(yīng)的應(yīng)用軟件 AdvantrolPIMS 可實(shí)現(xiàn)與企業(yè)管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)的信息交換，實(shí)現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)流程查看、實(shí)時(shí)趨勢(shì)瀏覽、報(bào)警記錄與查看、開(kāi)關(guān)量變位記錄與查看、報(bào)表數(shù)據(jù)存貯、歷史趨勢(shì)存貯與查看、生產(chǎn)過(guò)程報(bào)表生成與輸出等功能，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的管 理、控制全集成綜合自動(dòng)化。 JX300X DCS 采用三層通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖 42 所示。 圖 42 JX300X 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 18 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(gè)控制裝置的網(wǎng)橋以及企業(yè)內(nèi)各類管理計(jì)算機(jī)，用于工廠級(jí)的信息傳送和管理，是實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。 中間層為過(guò)程控制網(wǎng)（名稱為 SCⅡ ），采用了雙高速冗余工業(yè)以太網(wǎng) SCⅡ 作為其過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)，連接操作站、工程師站與控制站等，傳輸各種實(shí)時(shí)信息。 釜 層網(wǎng)絡(luò)為控制站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)（名稱為 SBUS） ，采用主控制卡指揮式令牌網(wǎng)，存儲(chǔ)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。 JX300X DCS 系統(tǒng)設(shè)計(jì) DCS 系統(tǒng)是硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件三部分的有機(jī)結(jié)合體。所以 DCS 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件 設(shè)計(jì)。 JX300X DCS 系統(tǒng)硬件 配置 JX300X DCS 系統(tǒng)的硬件配置 包括： ① 通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)是選擇 DCS 系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的需求，大多數(shù) DCS 系統(tǒng)都以開(kāi)放系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)其通信系統(tǒng)。 ② 人 機(jī)接口：人 機(jī)接口是 DCS 系統(tǒng)的操 作站部分。 ③ 接口單元：這里的接口單元是指 DCS 系統(tǒng)與本系統(tǒng)之外產(chǎn)品的接口單元。主要有 DCS 系統(tǒng)與上位計(jì)算機(jī)的接口，與氣相工業(yè)色譜的接口及與可編程控制器的接口。 JX300X DCS 系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)介： 1. 控制站硬件 控制站是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場(chǎng)打交道的 I/O 處理單元，完成整個(gè)工業(yè)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。通過(guò)軟件設(shè)置和硬件的不同配置可構(gòu)成不同功能的控制結(jié)構(gòu)，如過(guò)程 19 控制站、邏輯控制站、數(shù)據(jù)采集站。控制站主要由機(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(hào)輸入 /輸出卡）組成，其核心是主控制卡。主控制卡通常插 在過(guò)程控制站最上部機(jī)籠內(nèi)，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)充各種功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的輸入輸出，同時(shí)完成過(guò)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。 JX300X DCS 控制站內(nèi)部以機(jī)籠為單位。機(jī)籠固定在機(jī)柜的多層機(jī)架上，每只機(jī)柜最多配置 7 只機(jī)籠： 1 只電源箱機(jī)籠和 6 只卡件機(jī)籠（可配置控制站各類卡件）。 卡件機(jī)籠根據(jù)內(nèi)部所插卡件的型號(hào)分為兩類：主控制機(jī)籠（配置主控制卡）和 I/O 機(jī)籠（不配置主控制卡）。每類機(jī)籠最多可以配置 20 塊卡件，即除了最多配置互為冗余的主控制卡和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡各一對(duì)外，還可以配置 16 塊各類 I/O 卡件。 主控制卡必須插在機(jī)籠最左端的兩個(gè)槽位。在一個(gè)控制站內(nèi)，主控制卡通過(guò) SBUS 網(wǎng)絡(luò)可以掛接 8 個(gè) IO 或遠(yuǎn)程 IO 單元（即 8 個(gè)機(jī)籠）。主控制卡是控制站的核心，可以冗余配置，保證實(shí)時(shí)過(guò)程控制的完整性。主控制卡的高度模件化結(jié)構(gòu)，用簡(jiǎn)單的配置方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的過(guò)程控制。 2． 操作站硬件 JX300X DCS 操作站的硬件基本組成包括：工控 PC 機(jī)（ IPC）、彩色顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤、 SCⅡ 網(wǎng)卡、 專用操作員鍵盤、操作臺(tái)、打印機(jī)等。 JX300X DCS 的工程師站的硬件配置與操作站的硬件配置基本一致，無(wú)特殊要求，而它們的區(qū)別在于系統(tǒng)軟件的配置不同，工程師站除了安裝有操作、監(jiān)視等基本功能的軟件外，還裝有相應(yīng)的系統(tǒng)組態(tài)、維護(hù)等工程師應(yīng)用的工具軟件。 20 3．通信網(wǎng)絡(luò) JX300X 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)（用戶可選）； 第二層網(wǎng)絡(luò)是過(guò)程控制網(wǎng)，稱為 SC Ⅱ ； 第三層網(wǎng)絡(luò)是控制站內(nèi)部 I/O 控制總線，稱為 SBUS。 JX300X DCS系統(tǒng)硬件： (1)主操作站 ； (2)控制站： MICRO I/A； (3)非標(biāo)機(jī)箱； (4)現(xiàn)場(chǎng)總線組件 (FBM)：見(jiàn)表 41所示； (5)NEC PS000J打印機(jī)一臺(tái)； (6)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置：配置如圖 43所示。 表 41 現(xiàn)場(chǎng)總線組件 圖 43 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置 JX300X DCS I/O點(diǎn)： 實(shí)現(xiàn) 精餾系統(tǒng) 控制及數(shù)據(jù)采集功能所需 I/O點(diǎn) 如 表 42所示。 21 表 42 I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì) 位號(hào) 顯示 控 制 AI/AO 備注 AI DI I O TIC1FIC3 2 1 塔釜溫度 蒸汽流量串級(jí) FIC1 1 1 進(jìn)料流量 FIC2 1 1 回流量 PIC1 1 2 塔頂壓力分程 LIC1 1 1 塔釜液位 LIC2 1 1 回流罐液位 TR1TR6 6 塔板溫度（顯示） PI1 1 塔頂壓力（顯示） LI1 1 塔釜液位（顯示） LI2 1 回流罐液位（顯示） 總計(jì) 9 7 7 JX300X DCS 系統(tǒng)軟件 配 置 用于給 CS、 OS、 MFS 進(jìn)行組態(tài)的專用軟件，包括： SCKey （系統(tǒng)組態(tài)）、SCDiagnose（系統(tǒng)診斷）、 SCCo