DCS操作手册.doc

自动化综合实习仿真教学系统 前言 随着现代化生产过程控制技术飞速发展，生产装置大型化，生产过程连续化和自动化程度的不断提高，为保证生产安全稳定、长周期、满负荷、最优化地运行，职业教育和在职培训显得越来越重要。但是，由于一些工艺过程复杂、工艺条件要求十分严格，常伴有高温、高压、易燃、有毒、腐蚀等不安全因素，常规的职业教育和培训方法不能满足要求，而仿真技术，能利用计算机模拟真实的操作控制环境，给职业教育提供丰富生动的多媒体教学手段，为受训人员提供安全、经济的离线培训条件。本套仿真教学软件适用于自动化专业进行实验，实习。本套仿真教学软件主要包含锅炉系统、压缩机系统、化工综合控制三个系统。通过对本软件的学习，可以了解大型生产装置工业锅炉、压缩机、化工反应器的结构组成，主要工艺流程和一般的操作方法。熟悉和掌握常用控制方案：单回路控制、双冲量控制、三冲量控制、负荷控制、防喘振控制、串级控制、比值控制、分程控制、选择性控制等。熟悉和掌握大型生产装置工业锅炉、压缩机、化工反应器的冷态开车步骤，控制系统的投运方法、步骤以及各控制回路pid参数的整定和对控制质量的影响。测试和比较在不同的控制方案下的控制质量和效果。第一章 软件安装 本软件建议使用配置为：windows 98/nt操作系统，pentium-166以上，至少32m内存，800x600的屏幕分辨率，建议使用32位真彩，至少200m的硬盘空间。 在安装本软件之前，应该先安装天公组态软件。 第一步：将天公组态软件的安装盘放入cd_rom驱动器中，安装程序会自动启动安装过程。 您可以在windows资源管理器中运行setup.exe启动安装过程。 您还可以在windows“开始”菜单中运行setup.exe.。 您可以在安装程序的指导下，继续“天公组态软件”的安装。通常情况下，安装在缺省的文件夹下。 在“安装类型对话框”中您可以选择喜欢的安装方式。 选择“典型”安装方式，安装系统将完全安装“天公组态软件”的所有模块。 选择“简洁”安装方式，安装系统将有选择的安装“天公组态软件”的常用模块。 选择“特定”安装方式，您可以选择您需要安装的选项。（建议用户选择“典型”的安装方式。） 单击“下一步”输入程序文件名称 完成“天公组态软件”系统文件复制 安装完成。 天公组态软件已经安装到您的计算机上，此时安装程序会提示您是否安装天公组态驱动程序。选择“是”，然后，单击结束，完成驱动程序的安装。由于驱动程序的安装与天公组态软件的安装类似，在此不在重复。 安装程序会在您的桌面上放置“天公组态软件”的工程管理器、开发系统和运行系统的三个快捷方式。 安装完天公组态软件之后，用户就可以进行“自动化实习仿真教学系统”软件的安装。双击“自动化实习仿真教学系统”的安装程序，即进行自动化实习仿真软件的安装，下图为进行安装的信息画面，点击next进行下一步。 安装程序默认了软件的安装路径，点击next即可进行下一步的安装。 双击browse用户可以选择安装路径，但用户一定要注意此安装路径必须与天公组态软件的安装路径相同，否则，软件将不能运行。 选择好安装路径之后，安装软件将请您选择软件在开始菜单中菜单组的名称，在此，您所选取的菜单组将出现在“开始-程序-东方仿真控制软件-控制实习仿真教学系统” 接下来，安装程序将向硬盘中拷入程序文件，在此画面中有安装进度条。点击next，开始拷程序。 在安装的过程中，随时点击cancel键将出现提示对话框，提示您安装过程尚未完成，是否要退出安装，如想继续安装则点击resume键，如想退出安装则点击exitsetup键。 安装程序将程序拷备到您的系统后，将自动更新您的系统。 安装完毕，点击finish键结束安装。 至此，控制实习仿真教学系统软件已成功地安装在您的计算机上了。您可以在计算机的“开始程序东方仿真控制软件控制实习仿真教学系统”，开始您的学习了。第二章 软件概述一、 软件内容 本软件共分为三个部分，分别为压缩机、工业锅炉和化工综合控制。每部分均可分为认识实习，仿真操作，思考题和dcs组态四个部分。 认识实习部分是结合压缩机、锅炉和化工综合控制的控制方案，原理以及装置结构特点阐述了流体输送设备，传热设备，化学反应器的控制方法，方案的比较。从中用户可以学习到三种大型设备的典型控制方案，控制算法。此部分采用的是多媒体教学，用户可以通过视觉感官来加强对仿真操作的认识， 仿真操作部分用户可以通过实际操作各种阀门，仪表,掌握仪表的使用，冷态开车的方法，比较各种控制方案下的不同控制效果，调节参数对调节质量的影响。思考题部分是考察学生学习完本软件之后对软件所涉及到的相关内容的掌握程度。dcs组态部分是给学生一个学习组态的开发环境。在这里，学生可以利用我公司开发的控件进行相应的上位机组态练习。二、 启动软件 用鼠标点击“开始程序东方仿真控制软件控制实习仿真教学系统”启动软件出现如下图所示画面：稍等片刻，系统自动进入操作选择界面： 将鼠标移动到要做的相应条目上，用鼠标左键点击即可启动相应的系统。 在选择相应系统之后，即进入如下画面： 学生输入姓名，学号等个人信息后，便可进入各系统界面： 三、 系统功能 下面以工业锅炉系统为例，介绍本软件共有的系统功能，包括共有部分的功能和内容及使用，一些公共按钮的说明，及设备的调节、使用方法。请务必仔细阅读，在以后的实验步骤介绍中，遇到相关的部分的使用方法问题，将不再做单独介绍。 用鼠标点击“认识实习”即进入相应的多媒体课件部分。 如下图所示： 点击“概述”，进入相应的内容表述部分，如下图：点击画面上的蓝色文字，在画面的右侧出现相应的图片，例如；点击“列管式”出现列管式传热设备结构图，如下图所示：如果出现文字部分较多，则用上、下箭头 切换处理。其他多媒体部分的操作与此类式，不再重复说明。 点击“仿真操作”部分，进入如下画面： 1、在方式及状态选择框内有六个按钮，其功能如下：用鼠标左键按下此按钮持续到红灯亮，然后松开鼠标左键，此时用户就可以进入到冷态开车的工况。用鼠标左键按下此按钮持续到绿灯发亮，然后松开鼠标左键，此时用户就可以进入到稳态开车的工况。用鼠标左键点击此按钮，选择框上方的蓝色框内将显示“单闭环控制”，此时用户选择了单闭环控制方案，软件将根据用户的操作运行单闭环控制程序。用鼠标左键点击此按钮，选择框上方的蓝色框内将显示“双冲量控制”，此时用户选择了双冲量控制方案，软件将根据用户的操作运行双冲量控制程序。用鼠标左键点击此按钮，选择框上方的蓝色框内将显示“三冲量控制“，此时用户选择了三冲量控制方案，软件将根据用户的操作运行三冲量控制程序。控制方式选择显示框，用户所选择的控制方式将显示在此方框内，以便与用户查询。点击此按钮执行，退出仿真操作部分。2、点击，将进入工业锅炉仿真操作的主流程画面，见下图；此画面的上部为各仪器设备的仿真，操作部分。此部分的操作方法及使用将在工业锅炉的操作部分给出。画面的下部分为各画面的切换按钮，点击该按钮可调换锅炉流程以外的其他窗口。下面分别介绍：_此处显示当前所选择的控制方式。点击此按钮可进入到显示仪表页。点击此按钮可进入到调节仪表页。点击此按钮可进入到历史趋势曲线一。点击此按钮可进入到历史趋曲线二。点击此按钮可进入实时报警页。点击此按钮可进入到历史报警页。点击此按钮可激活本部分的在线帮助。点击此按钮可退出“锅炉流程”返回主画面。此图案位于流程画面的右下角，当操作过程中有新报警发生时，此画面会出现连续摆动，通知用户有报警产生。此图案内的显示为当前的时间。3、点击“调节表页”，将进入调节仪表画面，此页显示为相关的调节仪表，在此，可以对调节仪表进行各种在线操作，如下图所示。此图上部分为调节仪表，下部分为各画面的切换按钮，点击各按钮可进入到调节仪表页以外的其他窗口。下面分别介绍：点击此按钮可进入到锅炉流程画面。其他按钮的功能与锅炉流程页的相同，在此不重复说明。4、点击“显示表页”，将进入显示仪表画面，此页为相关的显示仪表，在此，可以观察相关的显示仪表的数值。如下图所示：此图上部分为调节仪表，下部分为各画面的切换按钮，点击各按钮可进入到显示仪表页以外的其他窗口，由于各按钮的功能在前面已经介绍过，在此不再介绍。5、点击“趋势组一”，将进入到历史曲线页，此页显示相关变量的历史趋势，如下图所示：此画面上部分为窗口名称和时间显示。右侧为各曲线所代表的变量含义。中间部分显示各趋势曲线左侧为刻度线，曲线下方为趋势曲线的时间跨度及日期。窗口下侧为各画面的切换按钮，点击各按钮可进入到除历史趋势曲线一以外的其他窗口。由于各按钮的功能已经介绍过，在此不在重复介绍。对于趋势曲线进行操作的按钮位于曲线的下面，下面将分别进行介绍：点击此按钮可使趋势曲线向左移动一页。点击此按钮可使趋势曲线向左移动曲线跨度的十分之一。点击此按钮可使趋势曲线向右移动曲线跨度的十分之一。点击此按钮可使趋势曲线向右移动一页。点击此按钮可使趋势曲线的时间设置为当前时间。点击此按钮可对趋势曲线进行放大作用。点击此按钮可对趋势曲线进行缩小作用。点击此按钮可对当前趋势曲线画面进行打印。6、点击“趋势组二”，将进入历史趋势曲线页二，此窗口中各功能按钮与历史趋势曲线一中的相同，在此不重复说明。7、点击“实时报警”将进入到实时报警页，此页显示已经定义过的报警变量发生报警的情况。见下图：此画面上部分为窗口名称和时间显示，中间为实时报警记录，下面是各画面的切换按钮，点击各按钮可进入除实时曲线页以外的其他窗口，此部分的各按钮功能在前面均已经介绍过，在此不在重复介绍。画面右侧为对实时曲线操作的功能按钮，下面分别介绍。点击此按钮可使实时曲线向前翻页。点击此按钮可使实时曲线向后翻页。 点击此按钮可进行报警确认。确认后的报警文字颜色将改变。如下图 所示： 8、点击“历史报警”，将进入历史报警页，此页显示所发生的报警变量的历史情况。如下图所示： 此画面的各功能按钮与实时报警相同，在此不在重复介绍，此画面多了一个报警恢复色，见下图。四、 调节仪表的使用本软件所使用的调节仪表均为统一形式，在流程图页用鼠标左键点击即可弹出调节仪表，以lic101为例，如下图所示：2 1 4 3 此调节表的上部分为给定值的显示区（图中1部分），显示区的左侧为数值显示，右侧是棒图显示，绿色棒图的高度与红色指针相对应。中间部分（图中2部分）是数值显示、输入区，可显示输入本仪表的测量值（pv），给定值（sp），输出值（op）。输出值显示区（图中3部分）此部分蓝绿色指针与刻度一一对应。功能按钮区（图中4部分）此部分共有四个按钮，分别介绍如下：点击此按钮把调节表设置为手动状态，此种状态下输出指针可以用鼠标左键按住左右移动调整输出值。点击此按钮把调节表设置为自动状态，此种状态下给定值指针可以用鼠标左键按住上下移动调整给定值。手动与自动按钮之间的显示区显示的是当前调节表所处的状态。点击此按钮可关闭该调节表。点击此按钮可弹出调节面板，如下图所示：4 3 2 1此调节面板共分四个区域，其中趋势曲线显示区（图中1所示）显示给定值、测量值、输出值随时间变化的实时曲线。棒图与指针显示区（图中2所示）红色指针代表给定值，蓝绿色指针代表输出值，绿色液柱代表测量值。数值显示、输入区（图中3所示）此区用于给定值，测量值，输出值，比例值，积分值，微分值的输入与显示。功能按钮区（图中4所示）分别介绍如下：点击此按钮把调节表设置为手动壮态。点击此按钮把调节表设置为自动状态。手动与自动按钮之间的文字显示区显示的是当前调节表所处的状态。点击此按钮把调节表设置为内给定壮态。点击此按钮把调节表设置为外给定状态。内给定与外给定之间的文字显示区显示的是当前调节表所处的状态。点击此按钮把调节表设置为正作用。点击此按钮把调节表设置为反作用。正作用与反作用之间的文字显示区显示的是当前调节表所处的状态。点击此按钮可关闭调节面板。本调节表的最下面部分是本调节表所对应的变量名称。此调节表在调节表页的外关形式与上面的大致相同。唯一的区别在与调节按钮的弹出面板有所不同。见下图：此调节面板中只有比例值，微分值，积分值的输入和显示，以及一个关闭按钮，在此不在重复说明。五、 显示仪表的使用显示仪表是用来显示一些重要数据的仪表，显示仪表面板上没有任何操作，在此就不做介绍。六、 手动调节阀的的使用本软件所用的手动调节阀门共有两种，如下图所示： 此两种调节阀门的使用方法相同，用鼠标左键按住红色滑块左右或上下拖动，用来调节阀门的开度。阀门开度显示在显示框内，如下图所示： 调节阀门的开度也可以用鼠标的左键点击，开度显示框，将弹出如下数值输入框： 1 此数值输入对话框可以直接用键盘输入数值，也可点击下面的数字输入数值，然后点击确定即可。用户可以用鼠标点击右上部的小键盘（上图1部分所示）的方法把下面的数字输入区去掉，以节省画面。 七、 手动挡板的使用本软件所用到的手动挡板如下图所示，其操作方法与手动调节阀相同，在此不重复介绍。八、 泵的使用本软件所涉及到的泵有两种，如下图所示： 启动泵按下该泵旁边的开关按钮，红色按钮表示开，绿色按钮表示关，此时相应的文字显示为on或off 。九、 风机的使用本软件所涉及到的风机如下图所示，其操作方法与泵的操作方法相同，在此不在重复说明。第三章 软件操作 工程一：压缩机系统一、 实习目的及要求 1、了解离心式压缩机的结构组成、主要工艺流程和一般的操作方法。 2、熟悉离心式压缩机的常用控制方案：负荷控制系统、防喘振控制系统。 3、掌握离心式压缩机的启动过程，各控制系统的投运方法。 4、设定负荷增大干扰，测试负荷控制系统（压缩控制）的调节作并进行分析。 5、设定负荷超低干扰，测试防喘振控制系统的调节作用与效果，并进行分析。二、实习装置 1、 主要设备简介（1） 离心式压缩机 离心式压缩机是过程工业领域（石油化工、发电厂、冶金厂、制药厂）中最常用的气体输送设备，离心式压缩机由叶轮和机壳组成，叶轮在原动机（透平机、电动机等）带动下作高速旋转运动。离心压缩机的出口压力由旋转叶轮对气体作功而产生，转速越高，出口压力越大。而压缩气体流量增大，出口压力降低。离心式压缩机的性能通常用压缩比（出口压力比入口压力）来衡量，其特性曲线见图1.1。 图1、1（2） 离心式压缩机防喘振离心式压缩机在运行过程中，若气体流量低于某一值时，会出现“喘振现象”，即：流量下降并大幅度波动，出口压力大幅度波动，机身振动，并有低沉、周期性的噪声。如不及时采取措施，将使压缩机遭受严重破坏。喘振是离心式压缩机固有的特性，特性曲线见图1.1。实际生产中通常采取必要的控制手段，来预防其喘振，使其安全运行。2、 装置流量简介及控制系统设置 本装置选自“乙烯生产装置”中的甲烷单级透平压缩机。 前工序来的（压力为115kpa，温度为30的）甲烷气体通过调节阀门pv101引入压缩机入口缓冲缶（v101）。从缓冲缶v101出来的甲烷气体，进入压缩机c101入口，经压缩机的气体压力升至408kpa，温度160。经手阀sv102进入后工序（后工序压力为380kpa），输出流量为3200kg/h。压缩机由蒸汽透平机t101带动，正常转速为4480rpm，出口气体压力pic102通过调整压缩机的转速来控制。 为防止喘振，流程中设有从压缩机出口经冷却器e101到缓冲缶v101的返回线，并设有最小流量的防喘振控制系统fic101。图1、2 压缩机装置控制系统流程图三、 实习内容1、 实习原理在实际生产过程中，离心式压缩机通常设定如下控制系统：（1）负荷控制系统：即出口压力控制系统。本装置出口压力通过调整透平机的转速来控制。（2）防喘振控制系统：为防止压缩机的喘振，本装置设定了防喘振最小流量控制系统，即当压缩机吸入流量小到一定值时，通过调节返回线上的调节阀，以保证压缩机的吸入流量不低于最小限制流量，防止喘振。2、 实习内容 （1）将压缩机启动，并逐渐调整至正常生产状态，在此过程中选择合适的条件，将各控制系统投入运行。 （2）在正常生产状态下，设定适当的排出流量增加（和减少）的干扰，测试负荷调节系统的调节作用，并进行分析。 （3）在正常生产状态下，设定排出流量的超低负荷干扰，测试防喘振控制系统的调节作用，并进行分析。 四、 实习操作1、 系统启始状态 各手动阀门处于关闭状态；各调节回路处于手动状态，且输出值为0；透平机、压缩机处于静止状态；各压力为常压(100kpa)；温度为常温(30)；各流量为0.0kg/h。2、 启动压缩机并调整至正常（1）通过调节器fic101面板，手动全开调节阀fv101，使返回线畅通。手动全开sv103，使冷却器投用。（2）手动全开甲烷来气调节阀pv101，向缓冲缶v101充压，同时对压缩机入出口进行均压。当压力接近正常值105kpa时，将pic101投入自动，给定值设为105 kpa。（3）待压缩机入、出口压力趋于平衡时，打开透平机蒸流入口手阀sv101至80%。（4）手动渐开大pic102输出，使透平机启动、升速，升速过程要连续，且不可太快，并注意观察各监测参数。 （5）当pic102的测量值达到400 kpa左右时，逐渐打开sv102至50%。（6）在升速过程中，逐渐减小fv101的开度；当fic101测量值达到3100kg/h左右时，将其投入自动，给定值设为500 kg/h。 （7）继续升速直至正常转速4480rpm，当出口压力达到正常值408 kpa后，手动调节手阀sv102，尽量使出口压力pic102维持在正常压力。（8）待pic102稳定在正常值408 kpa左右时，将其投入自动，给定值设为408 kpa。 （9）待各控制系统稳定、正常后，打印本阶段相应趋势记录曲线3、 设定干扰，测试负荷控制系统（1）在整个装置再次进入稳态且各调节系统全部投入自动后，将手阀sv102迅速开大10%，观察压缩机出口压力调节系统pic102的变化。待系统稳定后，打印本阶段相应趋势记录曲线。（3） 将手阀sv102开度调回正常值50%，观察pic102的参数变化。待稳定后打印本阶段相应趋势记录曲线。4、 设定干扰，测试防喘振控制系统 （1）在整个装置再次进入稳态且各调节系统全部投入自动后，将手阀sv102关小到15%。（2）观察fic101的调节作用，待系统稳定后，打印本阶段相应趋势记录曲线。 五、报告要求1、 数据处理按各阶段分别整理打印的各阶段趋势记录曲线。2、 报告内容（1） 实验目的及要求（2） 实验装置工艺与自控流程曲图。（3） 整理原始记录曲线，分别标注曲线的变化阶段。（4） 对实验结果进行分析和总结：a、各控制系统的手动/自动切换点及手动、自动控制效果比较。b、在干扰下，负荷控制系统（pic102）的调节作用和相互影响关系与分析。c、在超低负荷干扰下，防喘振控制系统的调节作用与分析。（5） 实验中特殊现象的分析与说明。工程二、工业锅炉系统 一、 实习目的及要求 1、了解工业锅炉的结构组成、主要工艺流程和一般的操作方法。 2、熟悉和掌握工业锅炉控制系统的构成和常用控制方案：汽包液位控制、蒸汽压力及温度控制、炉膛负压控制等。 3、熟悉工业锅炉的开车过程；掌握控制系统的投运方法和步骤。4、掌握各控制回路pid参数的整定及对控制质量的影响。测试和比较在干扰作用下，同一控制参数在不同控制方案下的控制质量和效果。5、 在蒸汽负荷和给水压力干扰作用下，测试和比较汽包液位在不同控制方案下的控制质量和效果，并根据记录曲线进行分析。二、实习装置1、 工业锅炉的结构及工艺流程简介 锅炉是将燃料燃烧释放出的热能传递给水，使水转变成为具有一定压力和温度的蒸汽（或水）的动力装置。锅炉分动力锅炉和工业锅炉两大类。动力锅炉用于动力发电等方面，所产蒸汽的量、压力及温度都较高。工业锅炉用于工业生产和采暖等方面，所产蒸汽的量不是很大、一般是过热蒸汽和饱和蒸汽，或者是热水。本软件采用燃气、自然水循环、双汽包、产汽量65t/h过热蒸汽的工业锅炉为仿真实习装置，其控制系统流程图如图1所示。 锅炉是由锅炉本体和辅助设备两大部分组成。锅炉本体主要包括（上、下）汽包、对流管、下降管、上升管、水冷壁、（上、下）联箱、蒸汽过热器、减温器、省煤器、空气预热器、火嘴（喷燃器）等。辅助设备包括通风设备、给水设备、除灰设备和锅炉附件等。 蒸汽生产主流程为：除氧器v102中的水（约0.2mpa、105）用高压水泵p101抽出作为锅炉给水。一部分给水经减温器加热后与另一部分混合后进入省煤器，被烟气加热为248的饱和水后进入上汽包。上汽包中的热水由对流管流到下汽包，再通过下降管、下联箱进入水冷壁，吸收炉膛辐射热后成为汽水混合物，经上联箱进入上汽包进行汽水分离。上汽包分离出的饱和蒸汽经过热器低温段、减温器、过热器高温段后，成为448、3.77mpa的过热蒸汽送入中压汽网供用户使用。 燃烧系统流程为：来自外部的高压燃料气在气罐v101中经稳压后（约0.3mpa），送入锅炉燃烧室壁侧的火嘴。另外空气由鼓风机p102升压后，经风门送入锅炉燃烧室。燃烧室内的燃气和空气经点火后燃烧释放出热能，成为高温烟气（温度可达900），其中大部分热能被水冷壁吸收。高温烟气经蒸汽过热器、上升管、对流管、省煤器、空气预热器等，被逐步吸收热量，温度逐渐降低（到排烟段时降到180）。燃烧烟气最后经引风机p103送入烟囱，排入大气。炉膛负压由引风机控制烟气排出流量约为-0.2kpa。图1 工业锅炉控制系统流程图 2、 工业锅炉控制系统简介 针对上述工艺流程，为满足工业锅炉安全、稳定、正常运行的要求，其控制系统一般都设计实现以下几个控制参数。另外为达到环保及经济效益指标，有的锅炉控制系统还设计有其他控制参数（如排烟氧含量）。（1）上汽包液位的控制。这是保证工业锅炉安全、正常运行的最重要的一个控制参数。由于在蒸汽负荷变化及给水压力波动的情况下，工业锅炉都存在着“虚假液位”的现象，一般的汽包液位单回路控制方案不能有效地克服干扰，会出现锅炉水烧干甚至锅炉爆炸的严重事故。因而针对性地产生了“双冲量”控制（蒸汽流量-汽包液位的前馈-反馈控制）及“三冲量”控制（蒸汽流量-汽包液位-给水流量的前馈-反馈-串级控制），这两种控制方案的控制效果和控制质量，比单回路控制得以提高，满足了生产工艺的要求。（2）过热蒸汽压力及温度的控制。这是工业锅炉生产蒸汽产品的质量指标，达到蒸汽用户的要求。这两个控制参数一般都是单回路控制，控制质量要求高的，实现了串级控制。 （3）燃料气压力控制，这是保证燃料气稳定燃烧的重要指标。一般的单回路控制就可以满足要求。三、实习内容 1、工业锅炉的开车直至产汽量达到额定负荷，锅炉进入正常运行状态，控制系统全部投入自动。2、在锅炉进入正常运行状态后，分别在单回路、双冲量、三冲量三种控制方 案下，分别通过改变蒸汽负荷和给水压力作为干扰，记录汽包液位参数值反应曲线。3、 在锅炉正常运行状态时和汽包液位三冲量控制方案下，通过改变蒸汽负荷（或给水压力）作为干扰，记录过热蒸汽温度值和反应曲线。四、 实习步骤1、 工业锅炉的冷态开车（1）锅炉上水：在除氧器v102工作正常的条件下，启动给水泵p101，打开给水泵循环阀sv101，调节给水泵出口压力为5.0mpa。通过调节lic101的输出值，手动控制给水调节阀lv101（注意：在上汽包液位三种不同控制方案时，给水调节阀lv101的手动操作），使给水流量约10t/h, 锅炉开始上水。稍后可加大给水流量，并观察上汽包液位上升，直至达到50%左右。在下面的步骤中注意观察汽包液位的变化，随时进行调节，使液位稳定在50%左右。（2）燃料系统的投运：手动调节pic104输出值，缓慢打开调节阀pv104，燃料气进入缓冲气罐v101。当pic104指示达0.3mpa时，将pic104控制回路投自动，给定值设为0.3mpa。（3）锅炉点火：全开上汽包放空阀sv103和过热蒸汽放空阀sv104。打开主汽阀sv102至80%开度。遥控全开鼓风机风门hv101、引风机风门hv102。启动鼓风机p102、引风机p103，先通风一段时间使炉膛内不含可燃性气体后，将鼓风机风门hv101、引风机风门hv102都调至2040%开度。手动调节pic103输出值至5%左右，并立即持续按压住点火按钮点燃燃气，放开点火按钮,炉膛火焰点着后。手动控制调节阀pv103的开度，逐渐加大燃料气流量。注意在加大燃料气流量的过程中，用鼓风机风门hv101调整烟气出口氧含量值ai101在0.9%3.0%，用引风机风门hv102调整炉膛负压值pi106在-0.1-0.25kpa。（4）锅炉升压：严格按照锅炉的升压要求，继续手控调节器pic103，使锅炉缓慢平稳地升压。当蒸汽压力pi102达0.70.8mpa时，关闭上汽包放空阀sv103和过热蒸汽放空阀sv104。当tic101指示过热蒸汽温度达400时，手动调节tic101输出值，逐渐开启减温水调节阀tv101a使过热蒸汽温度达到正常值（448）。继续手控调节pic103，使蒸汽压力逐渐平稳至3.7mpa后保持3分钟。确认蒸汽压力稳定在3.723.77mpa范围内，蒸汽温度不低于400，上汽包水位在50%左右。当蒸汽压力稳定到3.77mpa时，将pic103投自动，给定值设为3.77mpa。（5）负荷提升：逐渐开大主汽阀sv102，手控tic101，当过热蒸汽温度稳定在448左右时，将tic101投自动，给定值设为448。锅炉达到额定负荷（65t/h）后，将上汽包水位控制lic101投入自动，给定值设为50%。注意在上汽包水位控制为三冲量控制方案时，主副回路投入自动的顺序。至此，锅炉进入正常运行状态。 注意：各冷态开车的步骤中各参数变化是相互影响的，所以要观察各参数的变化综合调节。 2、 三种控制方案下，上汽包水位的干扰实验（1）在上述冷态开车步骤选定的控制方案下，在锅炉进入正常运行状态且各调节系统全部投入自动后，瞬间减小蒸汽管网压力pi103a到3.62mpa，观察并记录汽包液位参数值反应曲线，直至达到新的稳态。（2）在整个装置再次进入稳态且各调节系统全部投入自动后，关小给水泵循环阀sv101到5%，使给水压力上升，观察并记录汽包液位参数值反应曲线，直至达到新的稳态。（3）分别在其他两种控制方案下，采用热态开车的方法使锅炉直接进入正常运行状态后，也分别通过改变蒸汽管网压力和给水压力作为干扰，观察并记录汽包液位参数值反应曲线。3、 过热蒸汽温度值的干扰实验 在汽包液位三冲量控制方案下和锅炉正常运行状态时，通过关小主汽阀sv102，使用户蒸汽用量减小到55 t/h左右，观察并记录过热蒸汽温度参数值反应曲线。并注意观察该分程控制中的两个调节阀（tv101a和tv101b）的动作过程，必要时可重新整定该温度控制回路tic101的p、i、d参数。五、 实习报告要求1、 数据处理整理打印各实验步骤的记录曲线，并加以标住说明。2、 报告内容（1） 实验目的及要求（2） 实验装置工艺控制流程图，并简要说明。（3） 根据各阶段的记录曲线，进行分析总结。a、比较上汽包液位在三种不同控制方案时，在相同干扰作用下的控制质量和效果。并对上汽包液位的三种控制方案的优确点进行总结。b、对过热蒸汽温度分程控制系统进行分析和总结。c、实验中出现的特殊现象分析和说明。 工程三、化工综合控制一、 实习目的及要求1、了解化工过程“丙炔加氢”的特点、生产原理、主要工艺流程和基本操作方法。 2、熟悉了解过程控制中常见的典型控制系统：串级、比值、分程、选择性等。 3、掌握“丙炔加氢”生产装置的开工过程和各控制系统的投运方法。4、设定不同的干扰，测试各控制系统的调节作用与效果。二、实习装置 本装置选自“乙烯生产装置”中的“丙炔加氢”单元。其工艺装置系统流程图如图1：图1 工艺装置控制系统流程图 （一） 工艺流程简介 本装置选自“乙烯生产装置”中的“丙炔加氢”单元。 来自前一工序的液态烃（主要成份是丙烯、丙烷、丙炔等烃类混合物，其中含有约5%的丙炔，89%的丙烯）与来自v101的循环烃按比例混合后，再与来自外界的h2按比例混合，最终混合物一起进入丙炔加氢反应器r101。在r101中的催化剂作用下，进料中的丙炔与h2进行化学反应，生成丙烯（主反应），同时部分丙烯会与h2反应生成丙烷（副反应），主副反应都是放热反应。从反应器r101出来的流出物（气液混合物）进入e101被冷剂冷却后，再进入分离罐（v101）。从v101出来的液体经泵p101，一部分作为循环液与新鲜进料混合，以稀释反应器进料中的丙炔浓度，另一部分作为产品送入下一工序。v101中产生的不凝气在压力控制下排放至火炬。（二） 控制系统说明本装置包括如下典型控制方案：串级、比值、分程、选择性等。 1、比值控制系统由于化学反应要求各进料按一定配比进入，以保证化学反应中主反应尽量彻底，而副反应尽量小。本装置设定的两套比值控制系统： （1）fi101k1fic102 即：新鲜进料与h2的单闭环比值控制系统； （2）fi101k2fic103 即：新鲜进料与循环烃的单闭环比值控制系统； 2、选择性控制系统 tic104ls1tv104 lic101ls1tv104即：冷却器e101的物料出口温度与冷剂液位的选择性控制系统。在正常情况下，调节阀tv104由tic104进行控制，当e101冷剂液位超过一定值时（超出lic101设定值），lic101的输出会逐渐减小，最后取代tic104的输出，转为由lic101进行控制，即高液位“超弛”。ls1为低选器，即选择tic104输出和lic101输出的低值，送给tv104调节阀。 3、分程控制系统 pic101pv101a/pv101b当压力低于设定值时，通过打开调节阀pv101a向v101充h2，使压力升高；当压力高于设定值时，通过打开调节阀pv101b向外排放，使压力下降。pic101输出分程点为50%，具体如图2：pv101apv101b100%50%100%00pic101.op 图2 pv101a、pv101b分程阀动作图 4、串级控制系统 lic102fic104fv104以lic102为主回路，以fic104为付回路构成串级控制系统。（三） 设备及生产原理1、 固定床反应器r101反应器r101为一圆柱形金属筒体，筒内装有微粒状的催化剂。经混合后的三股物料的气液相混合物（两股液相，一股气相），从反应器上端进入，经过催化剂床层时，发生化学反应，并放出热量。反应生成物从反应器下部流出进入冷却器e101。该装置的目的是生产尽量多的丙烯。化学反应介绍如下： （1）进料中各有四类物质：a、b、c和h2 其中： a：代表液相进料中的丙炔 b：代表液相进料中的丙烯 c：代表液相进料中的丙烷和不参加反应其他物料 h2：代表气相进料氢气 （2）化学反应 a + h2 b + q1 b + h2 c + q2 （3）生成物：a、b、c和h2 a：代表产物流中的丙炔（生产中要求控制在一定量） b：代表产物流中的丙烯 c：代表产物流中的丙烷和其他液体 h2：代表产物流中的h2 （4）操作条件对反应效果的影响 a、若h2进料比例太小，则反应不够完全，反应器出口物料中的丙炔含量（ai101）会超高，生产属于不合格；若h2进料比例太大，原料中的丙烯（b）会反应生成副产物c，影响主产物丙烯（b）的产率。所以进料h2应与新鲜液态烃进料成比例关系。b、 若循环量（fic103）太大，反应器中的h2浓度会下降，反应不彻底，反应器出口的乙炔含量会超高；若循环（fic103）太小，反应器中的h2浓度会过高，会使原料中的部分丙烯反应生成丙烷（产率下降）。所以循环量（fic103）也应与新鲜液态烃进料成比例关系。2、 冷却器e101 冷却器由壳程和管程组成（管程被包在壳程之内），热物流（反应器流出物）走管程，而冷剂（液体丙炔）进壳程，壳程内的液体冷剂吸收管程热物流的热量被气化。通常控制壳程内的液位为70%（气相空间为30%），液位的高低影响换热量，通常液位高换热量大；但当液位超过70%时，由于气相空间太小，影响气化，换热效果反而下降。所以设计了液位“超弛”控制（即选择性控制系统），即正常状态下由tic104控制冷剂流量，当冷剂液位超过70%时（lic101的给定值），lic101的输出会逐渐减少，当减到小于tic104的输出时，自动切换成由lic101来控制冷剂流量。3、 分离罐v101气液混相的来料进入v101后，分为气、液两相。气体在压力pic101的分程控制下排放，液相通过泵p101后，一部分在fic103控制下返回反应器r101作为循环，一部分在lic102和fic104串级控制下作为产品进入下一工序。 三、实验内容 1、 实验原理（1） 比值控制系统：在化工、炼油及其它工业过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，否则将影响生产或造成事故。实现这种要求的控制系统称之为比值控制系统。在需要保持比值关系的两种物料中，把生产中的主要物料（或不可控物料）定为主物料；而另一物料按主物料进行配比，在控制过程中随主物料而变化，称为从物料。比值控制系统按控制组成形式，分为开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值（串级比值）控制系统等类型。（2） 选择性控制系统：选择性控制系统是工业生产中用于事故防护、自动保护生产运行的一种控制系统，在控制系统中已考虑到了生产工艺过程限制条件的逻辑关系。当生产趋向极限条件时，用于控制不安全情况的控制方案将取代正常情况下的控制方案，直到生产操作重新回到安全范围时，正常情况下的控制方案又恢复对生产过程的正常控制。按极限条件时控制系统连锁动作产生的信号形式，分为开关型选择性控制系统、连续型选择性控制系统、混合型选择性控制系统。（3） 分程控制系统：分程控制系统中控制器的输出可以同时控制两只（两只以上）的调节阀，输出信号被分割成若干信号范围段，而由每一段信号去控制一只调节阀。而输出信号的分段是由附设在调节阀上的阀门定位器来实现的。设置分程控制系统的目的有两个：一是扩大调节阀的可调范围，以便改善控制系统的品质；二是为了满足某些工艺操作的特殊需要。（4） 串级控制系统：串级控制系统是由主环和副环两个控制回路组成的，主回路调节器的输出作为副回路调节器的给定，而由副回路调节器的输出来控制调节阀。主回路是一个定值控制系统，而副回路是一个随动控制系统。串级控制系统可以有效地克服进入副环的干扰，其控制质量比单回路控制系统要好。因此串级控制系统是一种易于实现且效果较好的控制方案，在生产中应用比较普遍。2、 实习内容 （1）对“丙炔加氢”生产装置进行开工操作，并逐步调整至正常生产状态，在此过程中将各控制系统投入运行。 （2）在正常生产状态下，设定干扰测试串级控制系统（lic102与fic104）； （3）在正常生产状态下，设定干扰测试分程控制系统pic101；（4）在正常生产状态下，设定干扰测试选择性控制系统（lic101与tic104）； （5）在正常生产状态下，设定干扰测试比值调节系统（fic102和fic103）。四、实习操作 1、系统起始状态 各手动阀门处于关闭状态，各调节回路处于手动状态，且设定值和输出为0.0。除反应器r101外，其他各设备处于常温常压空罐状态，压力为1atm，温度为25，各流量为0.01kg/h。 2、装置开工与各控制系统投运（1）手动略开调节器pic101输出，打开pv101a阀向v101充h2升压，待压力接近正常值（25bar）时，将pic101投入自动，并将其给定值设为正常值（25bar）。 （2）待v101压力稳定在正常值时，手动全开sv102，向v101充入液相丙烯，待lic102升至50%时，关闭sv102。 （3）启动p101泵；手动打开fic103的调节阀fv103（约30-50%），向r101和e101引入液相丙烯，使丙烯形成循环。（4）手动调节lic101的输出至60%；手动打开tic104的调节阀tv104约50%， 向e101壳程充入液相冷剂，待液位升至50%时，关闭tv104，并将lic101投入自动，给定值设为正常值（70%）。（5）把比值器k1的比值系数k1设为正常值0.0856；将fic102投入自动，使反应h2流量投入比值控制。（6）手动逐渐打开sv101，向r101进料（此时fic102应随fi101的进料而比值打开阀门fv102），逐步将fi101升至正常值262.2kmol/h。（7）把比值器k2的比值系数k2设为正常值1.384；手动调节fv103，当fic103测量值接近其给定值时，将fic103投入自动，使循环烃流量投入比值控制。（8）当tic104温度升至接近正常值时（正常值48.6），手动将tv104开至50%左右，并将tic104投入自动，给定值设为正常值48.6。（9）当lic102液位上升且至50%以上时，手动全开sv103；手动调节fic104调节阀fv104，控制lic102液位在50%左右。先将串级系统的副回路投入自动，方法是：手动调节lic102的输出以改变fic104的给定值，使fic104的给定值与测量值接近后，将fic104投入自动。然后再将主回路lic102投为自动，给定值设为正常值50%。（10）调节整个装置的各调节系统，使装置处于正常生产状态。（11）分段打印各调节系统的相关参数变化曲线。 3、设定干扰测试串级控制系统（lic102与fic104）（1）在整个装置进入稳态且各调节系统全部投入自动后，手动将sv103关至80%；观察记录lic102和fic104有关参数变化，至新稳态，打印结