【正文】 值90%,正常側(cè)量值在儀表測量范圍上限值的1/2左右。第四章 控制方案儀表硬件選型 （1）精確度等級 一般工業(yè)用溫度計(jì)：，精密測量用溫度計(jì)：。盡量選用同一系列、同一規(guī)格型號及同一生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品[16]。③經(jīng)濟(jì)性和統(tǒng)一性 儀表的選型也決定于投資的規(guī)模，應(yīng)在滿足工藝和自控的要求前提下，進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)核算，取得適宜的性能／價(jià)格比。②操作上的重要性 各檢測點(diǎn)的參數(shù)在操作上的重要性是儀表的指示、記錄、積算、報(bào)警、控制、遙控等功能選定依據(jù)。當(dāng)加熱電阻被導(dǎo)通時，IC2d的13腳升為高電位，則網(wǎng)絡(luò)R7一C2使門電路起矩形信號發(fā)生器的作用，因此D2與它同步也被熄滅。由R5提供的滯后作用，保證了通斷的臨界值差距很大，以防止繼電器產(chǎn)生卡塔聲。加熱電阻器( 用R12表示) 連接k1，然而再經(jīng)k2連接到電源變壓器，使加熱器發(fā)熱。三次反變換之后，在T2的基極存在一個低的邏輯電平。一個典型的LM溫度5傳感器連接到比較器IC1的負(fù)輸入端，傳感器的電壓與溫度成正比，因此當(dāng)加熱器被冷卻時，在給定的時刻內(nèi)電壓下降低于IC1正輸入端由P1設(shè)定的參考電壓。所以要設(shè)計(jì)一個閉環(huán)回路，通過控制電加熱器的電壓來控制電加熱器的加熱溫度。在該回路中，被控變量為催化劑進(jìn)料流量，其操作變量為進(jìn)入D101的水蒸汽流量，控制系統(tǒng)框圖見下圖37。TY是乘法器，F(xiàn)Y是前饋控制器。4. 余熱利用E101是換熱器，主要是個預(yù)熱裝置，后續(xù)還會有電加熱器繼續(xù)加熱，所以溫度的控制可通過控制廢氣進(jìn)氣流量和處理過廢氣出氣的流量即可，我們可以通過采用串級控制系統(tǒng)，副被控變量是廢氣進(jìn)料的流量，主被控變量處理過廢氣出氣的流量，操作變量是進(jìn)料流量控制閥，控制系統(tǒng)框圖見下圖35所示：圖 35 E101控制系統(tǒng)框圖 管道回路流量控制在兩個管道流量控制回路中，為保證流量穩(wěn)定以及后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量，可以采用定制控制，被控變量均為流量，其操作變量為流量控制閥，控制系統(tǒng)框圖見下圖36：圖36 管道流量控制系統(tǒng)框圖 D101催化燃燒反應(yīng)器控制D101催化燃燒反應(yīng)器的控制回路采用簡單單回路控制是滿足不了要求的，因?yàn)檫M(jìn)料雖然恒定，但是存在許多的擾動，如進(jìn)料的溫度與壓力等。3. 改變物料的組態(tài)。2. 熱量平衡。圖31 一般線性閥門特性曲線圖32 一般對數(shù)閥門特性曲線由于此控制系統(tǒng)是通過流量來控制壓力或者溫度，因此都選擇氣開閥，具體情況如表34所示：閥門操縱變量位號名稱流量特性氣動特性V1V01廢氣進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥線性氣開V2V02廢氣流量流量調(diào)節(jié)閥1線性氣開V3V03廢氣流量流量調(diào)節(jié)閥2線性氣開V4V04催化劑進(jìn)料閥線性氣開表33 閥門特性選取 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在該生產(chǎn)系統(tǒng)中，E101，D101，H101分別為換熱器、催化燃燒反應(yīng)器、電加熱器，其控制如下圖34所示：圖34 系統(tǒng)控制方案結(jié)構(gòu)示意圖 E101流量控制一般傳熱設(shè)備控制的實(shí)質(zhì)是對傳熱設(shè)備的熱量平衡控制，傳熱設(shè)備控制的目的如下[1]：1. 達(dá)到工藝所需的溫度。若溫度過程為非線性，所以選擇等百分比調(diào)節(jié)閥。因此，我們選擇的原則是：KvKp=常數(shù)，其中，Kv為調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)，Kp為過程的放大系數(shù)[1]。被控變量位號名稱單位F1FT1001E101廢氣進(jìn)料流量Kg/hF2FT1002E101處理后廢氣出料流量Kg/hF3FT1003回路流量1Kg/hF4FT1004回路流量2Kg/hF5FT1005D101廢氣進(jìn)反應(yīng)器流量Kg/hF6FT1006D101催化劑流量Kg/hF7FT1007廢氣出料流量Kg/hT1TT1001H101電加熱器溫度℃T2TT1002D101反應(yīng)器溫度℃表32被控變量操縱變量位號名稱備注V1V01廢氣進(jìn)料流量調(diào)節(jié)閥/V2V02管道流量調(diào)節(jié)閥1/V3V03管道流量調(diào)節(jié)閥2/V4V04催化劑進(jìn)料閥/ 電壓V05電壓調(diào)節(jié)器用電路控制表33操縱變量 閥門特性選取選擇控制閥工作流量特性的目的是通過控制閥調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的增益來補(bǔ)償因?qū)ο笤鲆孀兓斐砷_環(huán)總增益的變化的影響。回路說明控制目標(biāo)E101流量控制控制進(jìn)氣流量相對恒定，保證熱交換后的溫度達(dá)到一定值H101加熱溫度控制保證加熱溫度恒定D101催化劑進(jìn)料量控制保證催化劑進(jìn)料量，控制產(chǎn)品質(zhì)量D101溫度控制保證塔溫相對恒定管道流量控制保證管道流量相對恒定節(jié)能控制在滿足工藝要求的同時，盡量降低能耗安全控制保證工序的正常安全運(yùn)行，故障報(bào)警表31 正常工況回路說明與控制目標(biāo) 被控變量與操作變量的選擇分析系統(tǒng)的控制要求與控制目標(biāo)，可知反應(yīng)器溫度、壓力，廢氣進(jìn)料量，電加熱器溫度，等為被控變量。第四章 控制方案儀表硬件選型第三章 催化燃燒工藝控制方案設(shè)計(jì) 控制目標(biāo)分析在正常工況過程中，根據(jù)工藝要求和裝置特性可以設(shè)計(jì)催化燃燒工藝控制方案可將控制任務(wù)分為四大部分：正常工況回路說明與控制目標(biāo)常規(guī)回路控制；節(jié)能控制；安全控制。催化劑濃度影響著催化燃燒的反應(yīng)速率，催化劑實(shí)質(zhì)上是參加了化學(xué)反應(yīng)的，我所以在反應(yīng)物充分的條件下，催化劑的量越多，濃度越高，與反應(yīng)物接觸的量就越多，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的中間物就越多，得到的最后產(chǎn)物就越多，但前提必須是加入的所有催化劑都要與反應(yīng)物能充分接觸，才會使化學(xué)反應(yīng)速率越大。進(jìn)料溫度一般是可控可測的，多數(shù)情況下，進(jìn)料溫度較恒定，因此控制策略是不進(jìn)行控制。因此，控制策略是盡量控制上一工序的操作，從外圍入手，使進(jìn)料成分保持恒定見小其變化對于后續(xù)催化燃燒反應(yīng)的影響[1]。進(jìn)料流量影響物料平衡，也影響能量平衡。當(dāng)進(jìn)料流量需要定值控制時，從工藝的角度看，有時需要增加中間儲罐或者容器，以便緩沖上一工序的出料量。進(jìn)料流量是上工序的出料，因此，通常是不可控但可測的，當(dāng)進(jìn)料流量變化較大時，對后續(xù)的操作會造成很大的影響。物料平衡和能量平衡之間有相互影響。影響物料平衡的因素主要包括進(jìn)料量和進(jìn)料成分的變化及催化劑進(jìn)料的變化。和其他化工過程一樣，燃燒過程是在一定物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。當(dāng)手動調(diào)整閥門時，流量在較短時間內(nèi)就能變化完畢，反應(yīng)比較靈敏。由于噪聲頻率很高，雖然幅度變化不大，但若加上微分控制器其輸出容易出現(xiàn)波動，反而使系統(tǒng)不穩(wěn)定。噪聲是一種頻率很高，變化無常的流體流動。這是由于管道中的流動正常時都呈現(xiàn)湍流狀態(tài)，流量雖然平穩(wěn)，流體內(nèi)部卻在騷動。在此工藝裝置中，流量檢測包括廢氣進(jìn)料濃度，廢氣進(jìn)催化燃燒反應(yīng)器流量等。對于前者而言，管道容積較小，時間常數(shù)較小，控制比較靈敏，一般不需要加入微分作用。在此裝置中，壓力的檢測包括各個泵口的壓力以及反應(yīng)器的壓力。因此，征對溫度遲滯大的特性，我們要在溫度控制系統(tǒng)中增加微分作用。一般來說，溫度的慣性很大，容量滯后大，有的過程時間常數(shù)能達(dá)十幾分鐘。在此工藝裝置中，溫度檢測包括進(jìn)出廢氣出電加熱器的溫度，催化燃燒反應(yīng)器的溫度。整個裝置主要涉及到的工藝參數(shù)為：溫度，流量，壓力等。其主要設(shè)備為：催化燃燒反應(yīng)器1個，板式換熱器1個，電加熱器1個。催化燃燒處理后高溫尾氣將熱量傳遞給處理的低溫尾氣后，經(jīng)尾氣洗滌塔洗滌后由尾氣洗滌塔放空煙囪排入大氣。不同的評估用客戶機(jī)、開放性接口(開放性數(shù)據(jù)庫接口：ADO，OLEDB，SQL；編程接口：VBScript和有訪問COM對象模型和API功能的ANS I C)以及各種任選件(WinCC/Dat Monitor, WinCC/Connectivity Pack，WinCC, Industrial Data Bridge)構(gòu)成了靈活而高效的集成監(jiān)控平臺的基礎(chǔ)，這樣就可以與生產(chǎn)和公司管理層軟件(MES和ERP)相連接。WinCC提供了所有最重要的通訊通道，用于連接到SIMATIC S5/S7/505控制器(例如通過S7協(xié)議集)的通訊，以及如PROFIBUSDP/ FMS、DDE(動態(tài)數(shù)據(jù)交換)和OPC，(用于過程控制的OLE)等非專用通道；亦能以附加件的形式獲得其它通訊通道。WinCC監(jiān)控平臺設(shè)計(jì)軟件有著通用的應(yīng)用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；擁有多語言支持，全球通用 ；它可以集成到所有自動化解決方案內(nèi)，內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進(jìn)行組態(tài)，可基于Web持續(xù)延展，采用開放性標(biāo)準(zhǔn)，集成簡便；而且它集成的Historian 系統(tǒng)可以作為IT 和商務(wù)集成的平臺，可用選件和附加件進(jìn)行擴(kuò)展，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。WinCC是一個功能強(qiáng)大、接口豐富的監(jiān)控系統(tǒng)，既可以用來完成小規(guī)模、簡單的過程監(jiān)控應(yīng)用，也可以用來完成復(fù)雜的應(yīng)用。它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡潔的使用方法，其設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易的實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，為自動化工程技術(shù)人員提供了一種設(shè)計(jì)控制策略及控制界面的工具。隨著工業(yè)自動化水平的提高，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們對工業(yè)監(jiān)控軟件的通用性和靈活性提出了更高的要求。隨著OPC技術(shù)的廣泛應(yīng)用，國內(nèi)流行的監(jiān)控組態(tài)軟件，如RSVIEW3Ifix、WinCC、MCGS、Kingview 等全面支持OPC技術(shù)，即這些組態(tài)軟件提供了可以訪問數(shù)據(jù)庫的OPC服務(wù)器，任一客戶端無需了解接口特性，只要按照OPC規(guī)范編寫客戶端服務(wù)程序即可讀取和寫入監(jiān)控組態(tài)軟件實(shí)時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。在工業(yè)過程的實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)監(jiān)控組態(tài)軟件都擁有開發(fā)商自主開發(fā)的專有實(shí)時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫。OPC以其獨(dú)有的開放性、互連性、高效性和產(chǎn)業(yè)性占據(jù)了主導(dǎo)地位。大量的文獻(xiàn)表明了采用DDE數(shù)據(jù)交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件和MALAB的數(shù)據(jù)通信的有效性。該版本的核心在于引入了新一代的代碼生成產(chǎn)品：MATLAB Coder、Simulink Coder和Embedded Coder。MATLAB所具備的強(qiáng)有力的計(jì)算功能和圖形表現(xiàn)，以及各種工具箱提供的豐富的專用函數(shù)，為設(shè)計(jì)研究人員避免重復(fù)繁瑣的計(jì)算和編程，更快、更好、更準(zhǔn)確地進(jìn)行控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)提供了極大的幫助。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個方便、界面友好的用戶環(huán)境。然而在眾多控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真軟件中，MATLAB以其強(qiáng)大的計(jì)算功能、豐富方便的圖形功能、模塊化的計(jì)算方法，以及動態(tài)系統(tǒng)仿真工具Simulink，脫穎而出成為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真領(lǐng)域中的佼佼者，同時也成為了當(dāng)今最流行的科學(xué)工程語言[5,6]。我國的科學(xué)工作者和教育工作者也逐漸認(rèn)識到MATLAB語言的重要性，并且在很多高校的本科自動控制原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到應(yīng)用[2,3,4]。例如，溫度或帶壓力補(bǔ)償?shù)臏囟鹊茸鳛殚g接質(zhì)量指標(biāo)，操縱變量可以采用進(jìn)料量，冷卻劑量或加熱劑量，也可以采用進(jìn)料溫度等進(jìn)行外圍控制[1]。3）反應(yīng)器冷卻劑量或加熱劑量的控制 當(dāng)反應(yīng)物量穩(wěn)定后，由反應(yīng)物帶入反應(yīng)器的熱量就基本恒定，如果能夠控制放熱反應(yīng)器的冷卻劑量或吸熱反應(yīng)器的加熱劑量，就能夠使反應(yīng)過程的熱量平衡，使副反應(yīng)減少，及時地移熱