【正文】 為了方便系統(tǒng)模型建立，簡化工藝流程圖如上圖，并對過熱蒸汽進料采用平行進料流程，產(chǎn)生二次蒸汽作為可利用資源，一部分用作進料的預熱，一部分另作他用。由于蒸發(fā)過程中遵循熱量守恒定律和物料平衡原理，故可得其機理模型。 式中 上式中h,ρ,T,C分別表示溶液的液位，密度，溫度，比熱容。A,V分別表示蒸發(fā)器底面積和體積，λ為汽化潛熱，為進料流量（kg/h）,過熱蒸汽流量。故可得系統(tǒng)狀態(tài)空間方程： =AX+BU Y=CX+DU其中A為系統(tǒng)矩陣，B為控制矩陣，C為輸出矩陣，一般情況下D為零。 蒸發(fā)器儀表流程圖（Pamp。ID）在確定了基礎過程控制方案以及安全控制方案之后，可以最終確定加熱爐的管道儀表流程圖（Pipe and Instrument Diagram，Pamp。ID）。 蒸發(fā)器儀表流程圖（Pamp。ID） 第三章 自控設備的選擇本控制方案設計了基本過程控制系統(tǒng)（BPCS）和安全相關(guān)系統(tǒng)（SRS），其中安全相關(guān)系統(tǒng)中的自動聯(lián)鎖和緊急停車聯(lián)鎖均采用安全儀表系統(tǒng)（SIS）實現(xiàn)。為此，在自控設備的選擇過程中，分別針對BPCS 和SIS 進行儀表的選取。BPCS 和SIS 相互獨立，且SIS 的安全級別高于BPCS。 控制裝置的選擇對于大型生產(chǎn)過程或自動化水平要求較高的場合，適宜采用集散控制系統(tǒng)（DCS）。在石油、化工工業(yè)中，控制裝置多以DCS 為主。因此，本加熱爐裝置也采用DCS 完成基礎過程控制，SIS 的控制器部分則由PLC 實現(xiàn)。 DCS/SIS選型根據(jù)安全可靠和經(jīng)濟適用的原則，基礎過程控制系統(tǒng)（BPCS）選擇西門子公司的PCS 7作為控制系統(tǒng)，其CPU 選擇S7400 系列的CPU 4162。安全儀表系統(tǒng)（SIS）選擇SIEMENS公司S7400 系列PLC，CPU 選擇CPU 4162F。表31和表32給出兩個CPU 的具體信息。 表31 BPCS PCS 7 CPU選型型號訂貨號配置CPU 41626ES7 4162XN050AB0 RAMMPI/PROFIBUS DP 主站接口PROFIBUS DP 主站/重站接口 表32 SIS CPU選型型號訂貨號配置CPU 416F26ES7 4162FK040AB0 RAMMPI/PROFIBUS DP 主站接口PROFIBUS DP 主站/從站接口S7 F 采用PROFI safe規(guī)范安全性能滿足SIL3 （IEC 61508) 系統(tǒng)輸入輸出模塊配置 一、BPCS輸入輸出模塊配置 （1）DCS控制規(guī)模表 33與表34分別列出了BPCS 的I/O 點，根據(jù)I/O 點數(shù)即可進行BPCS I/O 模塊的選取。 表33 BPCS AI/AO信號列表信號類型位號說明AILT1201蒸發(fā)器液位FT1201稀液流量FT1202濃縮液流量FT1105過熱蒸汽流量FT1203二次蒸汽流量PT1201蒸發(fā)器壓力TT1201蒸發(fā)器溫度AOV1201稀液流量管線調(diào)節(jié)閥V1202濃縮液管線調(diào)節(jié)閥V1203二次蒸汽流量管線調(diào)節(jié)閥V1105過熱蒸汽流量管線調(diào)節(jié)閥 表34 BPCS DI/DO信號列表 信號類型位號說明DIHS1101現(xiàn)場系統(tǒng)啟動按鈕HS1102系統(tǒng)停車按鈕HS1103緊急停車按鈕HS1104確認報警按鈕DOHS1105本地控制／遙控HS1106US1102連鎖投用／切除HS1107US1103連鎖投用／切除AX1101報警喇叭AL1101總報警燈AL1102緊急停車指示燈LAH1101蒸發(fā)器液位高限報警指示燈LAL1101蒸發(fā)器液位低限報警指示燈LALL1101蒸發(fā)器液位低低限報警指示燈FALL1101稀液流量低低限報警指示燈FAHH1102過熱蒸汽流量高高限報警指示燈TAH1101蒸發(fā)器溫度高限報警指示燈TAL1101蒸發(fā)器溫度低限報警指示燈TAHH1101蒸發(fā)器溫度高高限報警指示燈 需要為BPCS 配置的I/O 點數(shù)統(tǒng)計如表35所示。 表35 BPCS輸入/輸出信號規(guī)模列表BPCS過程輸入／輸出點數(shù)是否冗余需配置的點數(shù)模擬量輸信號模擬輸入(4～20mA）用于控制5非冗余17用于顯示2冗余模擬輸出4冗余9數(shù)字量信號接點輸入4冗余17接點輸出14冗余26確定了BPCS 所需配置的I/O 點數(shù)后，即可進行輸入輸出模塊的選擇。這里選擇SIEMENS公司的分布式I/O 產(chǎn)品ET200M。具體配置的ET200M 通信模塊及輸入輸出模塊分別如表36和表37所示： 表36 BPCS ET200M通信模塊選型型號訂貨號數(shù)量說明IM 15326ES7 1532BA020XBO1最多可掛接I／O模塊12個 表37 BPCS ET200MI/O模塊選型列表BPCS過程輸入／輸出模塊型號模塊數(shù)量模擬量信號模擬量輸入模塊SM331 (訂貨號6ES73317KF020AB0，8點)2塊模擬量輸出模塊SM332 (訂貨號6ES73315HF000AB0，8點)1塊數(shù)字量信號數(shù)字量輸入模塊SM321 (訂貨號6ES73311BH020AA0,16點)1塊數(shù)字量輸出模塊SM322 (訂貨號6ES73221BH010AA0,16點)1塊SM322 (訂貨號6ES73221BH010AA0,8點)1塊（2） BPCS硬件資源分配在選定了輸入輸出模塊后，即可為 I/O 信號進行地址分配。表38到311分別給出了基礎過程控制系統(tǒng)AI、AO、DI、DO 信號的地址分配情況。 表38輸入地址分配量地址模塊通道號接線端子號模擬量位號SM3311(訂貨號6ES73317KF020AB0)IW512CH02,3LT1201IW514CH14,5FT1201IW516CH26,7FT1202IW518CH3備用IW520CH412，13FT1105IW522CH514，15FT1203IW524CH6備用IW526CH7備用SM3312(訂貨號6ES73317KF020AB0)IW528CH02,3PT1201IW530CH14,5TT1201IW532CH2備用IW534CH3備用IW536CH4備用IW538CH5備用IW540CH6備用IW542CH7備用 表39 模擬量輸出地址分配表地址模塊通道號接線端子號模擬量位號SM3321(訂貨號6ES73315HF020AB0)QW512CH03,6V1201QW514CH17,10V1202QW516CH2備用QW518CH3備用QW520CH411，14V1203QW522CH515，18V1105QW524CH6備用QW526CH7備用 表310 數(shù)字量輸入地址分配表地址數(shù)字量位號SM3211(訂貨號6ES73211BH020AA0)HS1101HS1102HS1103HS1104備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用備用 表311 數(shù)字量輸出地址分配表地址數(shù)字量位號SM3221(訂貨號6ES73221BH010AA0)HS1105HS1106HS1107AX1101AL1101AL1102備用備用LAH1101LAL1101LALL1101備用備用備用備用備用備用SM3222(訂貨號6ES73221BH010AA0)FALL1101FAHH1102備用備用TAH1101TAL1101TAHH1101備用 SIS輸入輸出模塊配置（1）SIS控制規(guī)模表 312與表313分別列出了SIS 的I/O 點，根據(jù)I/O 點數(shù)即可進行SIS I/O 模塊的選取。 表312 SIS AI/AO信號列表信號類型位號說明AILT1201蒸發(fā)器液位FT1201稀液流量FT1105過熱蒸汽流量PT1201蒸發(fā)器壓力TT1201蒸發(fā)器溫度 表313 SIS DI/DO信號列表信號類型位號說明DIHS1103緊急停車需要為SIS 配置的I/O 點數(shù)統(tǒng)計如表314 所示。 表314 SIS 輸入/輸出信號規(guī)模列表SIS過程輸入／輸出點數(shù)需配置點數(shù)模擬量輸信號模擬輸入(4～20mA）56數(shù)字量信號接點輸入12確定了SIS 所需配置的I/O 點數(shù)后，進行輸入輸出模塊的選擇。與BPCS 相同，仍然選擇分布式I/O ET200M，但在具體確定ET200M 通信模塊及輸入輸出模塊時，考慮到安全儀表系統(tǒng)的需要，均選用了具有SIL 等級的安全模塊產(chǎn)品，如表315和表316所示。 表315 SIS ET200M通信模塊選型型號訂貨號數(shù)量說明IM1532 F06ES7 1532BA020XBO1最多可掛接I／O模塊8個 表316 SIS ET200M I/O模塊選型列表BPCS過程輸入／輸出模塊型號模塊數(shù)量模擬量信號模擬量輸入模塊SM336F (訂貨號6ES7 3361HE000AB0，6點)1塊數(shù)字量信號數(shù)字量輸入模塊SM326F (訂貨號6ES73261RF000AB0,8點)1塊（1） SIS硬件資源分配表 317 和表318分別給出了安全儀表系統(tǒng)AI、AO、DI、DO 信號的地址分配情況。 表317 模擬量輸入/輸出地址分配表地址模塊通道號接線端子號模擬量位號SM336F1 (訂貨號6ES7 3361HE000AB0)IW512CH03,4LT1201IW514CH16,7FT1201IW516CH29,10FT1105IW518CH312,13PT1201IW520CH415,16TT1201IW522CH5備用 表318 數(shù)字量輸入/輸出地址分配列表地址數(shù)字量位號SM326F1 (訂貨號6ES73261RF000AB0)HS1103備用備用備用備用備用備用備用 系統(tǒng)軟件配置本控制方案采用 SIEMENS 公司的PCS 7 軟件實現(xiàn)。下面對PCS7 所具備的功能及相關(guān)配置進行簡單的介紹。方案中所涉及和使用的軟件功能包括：（1）SIMATIC Manger（SIMATIC 管理器）：項目創(chuàng)建、庫創(chuàng)建、項目管理和診斷等。（2）PH：Plant Hierarchy（工廠層級），用于工廠層級的設計。（3）HW Conf En：Hardware Configuration Environment（硬件配置環(huán)境），用于配置CPU、通信處理器、外圍設備和現(xiàn)場總線等。（4）CFC：Continuous Function Chart（連續(xù)功能圖），用于