毕业设计--甲醛生产的DCS设计.doc

学号： 毕业设计说明书甲醛生产的DCS设计The distributed control system for formaldehydes production学院 电信 专业 自动化 班级 09-1 学生 * 指导教师（职称） * 完成时间 2013 年 3 月 25 日至 2013 年 6 月 6 日广东石油化工学院本科毕业设计（论文）诚信承诺保证书本人郑重承诺：甲醛生产的DCS设计毕业设计（论文）的内容真实、可靠，是本人在*指导教师的指导下，独立进行研究所完成。毕业设计（论文）中引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处，如果存在弄虚作假、抄袭、剽窃的情况，本人愿承担全部责任。 学生签名： 年 月 日毕 业 设 计 任 务 书院（系）： 计算机与电子信息 专业 自 动 化 班 级： 自动化09-1班 学生： * 学号： 09034080118 一、毕业设计课题 甲醛生产DCS设计 二、毕业设计工作自 2013 年 3月 25日起至 2012年 6月 25 日止三、毕业设计进行地点 广东石油化工学院 四、毕业设计的内容要求 设计要求完成如下内容： 1、学习AdvanTrol-Pro软件，掌握各软件的使用方法以及控制系统的组态工作流程。 2、了解甲醛生产的工艺流程，完成吸收工段控制系统的设计，前期包括：系统的硬件构成、配置情况、卡件布置、系统数据测量点数清单、数据分组、系统控制方案的选择、监控画面、报表内容等。 3、对甲醛生产控制系统进行硬件组态、软件组态设计、流程图画面设计、实时监控的设计（报警画面、总貌画面、分组画面、调整画面、趋势画面）。 4、对设计好的系统进行工艺现场监控软件的模拟仿真。 5、按规范要求写出论文说明书； 6、做出PPT文档进行论文答辩。 指导教师 * 接受毕业设计任务开始执行日期 2013 年 3月 25日学生签名广东石油化工学院本科毕业设计（论文）：甲醛生产的DCS设计摘要摘要本课题以甲醛生产的控制系统为对象，运用浙大中控设计的AdvanTrol-Pro软件对其进行DCS设计。文章介绍了集散控制系统的基本结构和甲醛生产的工艺过程，分析了甲醛生产工艺过程的特点及具体要求，并提出了相应的控制方案；针对甲醛生产现场各个传感器以及输入设备之间数据通信的特点，确定出甲醛生产控制系统的结构、数据测量点数清单、卡件布置等,并根据计算机监控系统应满足的各项功能要求，设计计算机监控系统中数据采集，上下位机通讯及上位机管理子系统。完成的DCS设计包括硬件组态、软件组态，其中有流程图画面和实时监控的设计，最后是对工艺现场监控软件系统进行模拟仿真，仿真结果显示所设计的系统画面真实、动态效果好，基本能满足设计要求。关键词：甲醛 DCS 控制系统 AdvanTrol-Pro软件 组态I广东石油化工学院本科毕业设计（论文）：甲醛生产的DCS设计ABSTRACTThis topic takes the control system of formaldehydes production as the object, using the AdvanTrol-Pro software , designed by the SUPCON ,to design the DCS. This paper introduces the basic structure of the distributed control system and the production process of formaldehyde . It analyzes the characteristics and specific requirement of the process and proposed the corresponding control plan . For the characteristics of each sensor in the production filed of formaldehyde and the input data communication equipment, to determine the structure of the control system of the formaldehyde production ,data measurement points list, card a layout, and meet the requirements of function according to the computer monitoring system, design the computer monitoring system of data acquisition, and the upper and lower level computer communication and PC management subsystem. Complete the DCS configuration design including hardware, software configuration, the pictures of the flow chart of the real-time monitoring of design, the last is the process site monitoring software system simulation, the simulation results show that there is a real good effect of the system design, dynamic picture, and it meet the designs requirements in the main.KEYWORDS: formaldehyde DCS AdvanTrol-Pro the control system configurationII广东石油化工学院本科毕业设计（论文）：甲醛生产的DCS设计目录摘要IABSTRACTII目录III第一章 引言11.1国内DCS应用现状及发展方向11.1.1技术发展21.1.2市场规模21.1.3市场份额21.2我国甲醛行业现状及趋势31.2.1现状和特点31.3 本章小结5第二章DCS系统介绍以及甲醛生产的工艺要求62.1 DCS系统介绍62.2 JX-300 XP DCS系统介绍72.2.1 硬件介绍72.2.2 系统软件介绍82.2.3 软件功能介绍102.3 甲醛生产工艺要求122.3.1甲醛生产过程12第三章 系统配置及组态设计143.1硬件配置要求143.1.1测点清单143.1.2 卡件选择与统计163.1.4信号点分配183.2用户管理要求193.3组态要求193.3.1控制方案193.3.2 控制站及操作站配置20第四章 监控画面要求214.1操作小组配置要求214.1.1吸收操作小组设置要求214.1.2蒸发氧化操作小组设置要求254.1.3工程师组操作小组的设置要求26第五章 组态及系统仿真275.1软件组态界面及效果275.1.1用户授权管理275.1.2控制站及控制回路组态285.1.3操作小组组态285.1.4报表组态295.1.5二次计算305.2系统仿真效果315.2.1系统总貌315.2.2数据一览画面325.2.3报警一览325.2.4分组控制335.3 本章小结34结束语35致谢36参考文献37V第一章 引言第一章 引言甲醛是重要的有机化工原料，广泛应用于树脂合成、工程塑料聚甲醛、农药、医药、染料等行业。含甲醛36%-55%的水溶液，商品名为福尔马林，主要用于生产聚甲醛、酚醛、树脂、乌洛托品、季戊四醇、合成橡胶、粘胶剂等产品，在农业和医药部门也可以用于生产杀毒剂或消毒剂。目前国内的甲醛行业受建材需求较强的带动，生产势头较好；而农业、医药等方面对甲醛的需求也十分稳健，从而使得甲醛具有较好的市场需求面。为提高甲醛产品质量和生产能力，降低成本，保证生产的稳定和安全性，很多国内厂家对生产的自动控制提出了更高的要求。现代科技领域中，计算机技术和自动化技术被认为是发展最快的两个分支，计算机控制技术是这两个分支相结合的产物，它是工业自动化的重要支柱。随着自动化技术的广泛应用，企业的技术水平不断提升，通过优化生产过程，提高自动化程度，来节能降耗，降低企业的生产成本，提高企业的市场竞争力，是当今流程工业发展的方向。在甲醛的生产中，采用先进的集散控制系统进行全程监控，使之脱离传统的手工操作模式，提高生产的技术水平。1.1国内DCS应用现状及发展方向上世纪70年代，由于经济的迅速发展，生产装置迅速向大型化方向发展，尤其是石油炼制、冶金、化工、建材、电力等行业，这些行业生产装置的大型化能够带来明显的好处，如生产效率提高、原料消耗减少、劳动力成本降低等。生产设施的大型化要求设备之间具有更好的协调性，而且停机将带来更大的损失。因此用户迫切希望能够有一种产品或者系统能够解决生产设施大型化和连续化所面临的控制问题。与此同时，在20世纪70年代中期，大规模集成电路取得突破性的发展，8位微处理器得到了广泛的运用，使自动化仪表工业发生巨大的变化，现代意义上的DCS也应运而生，1975年Honeywell推出了第一个DCS产品。中国使用DCS始于1981年，当时吉化公司化肥厂在合成氨装置中引进了Yokogawa的产品，表现出良好的控制性能和可靠性。随后中国引进的30套大化肥项目和大型炼油项目都采用了DCS控制系统，提高了生产设施的效率和产品质量的连续性，并且物耗和能耗也有不同程度的降低。DCS产品在石油和化工行业的成功应用也促进了其他行业控制系统的发展，在随后的几年，冶金、建材、电力、轻工等行业的新建项目中也陆续使用了DCS产品，并成为这些行业的主流控制系统。11广东石油化工学院本科毕业设计（论文）：甲醛生产的DCS设计1.1.1技术发展经过30年的发展，现代的DCS产品与最初的产品相比在速度、可靠性、功能、通讯等方面取得了巨大的进步。1、功能领域的扩展：从功能上现在的DCS已经不再局限于控制层，而是增加了更多的管理层功能，向上提供企业管理系统接口。与此同时，DCS向下不在局限于主工艺装置系统的控制，而是将更多的辅助系统纳入到整个控制系统。2、硬件技术的发展：随着硬件技术的发展，DCS系统的硬件可靠性进一步增加，在系统规模日益扩大的情况下，硬件的平均故障间隔时间（MTBF）也保持在100,000小时以上。现在的DCS控制站普遍采用32位处理器及多处理器技术，在最新的产品上已经开始使用64位处理器，相比初期DCS控制站的8位处理器，运算速度得到大幅度的提升。3、先进通讯技术的应用：从通讯上看，目前现场总线已经普遍运用，在最近的几个大型石化项目中都使用了现场总线。21.1.2市场规模中国庞大而成体系的流程工业形成了过程控制系统的市场基础，而其中电力、石化、化工、建材、造纸、市政、冶金的大幅度投资与增长，更形成了每年超过50亿元（2004）的DCS市场规模。同时，市场的行业分布也与这些主要行业的投资情况息息相关。譬如，近年的能源短缺和随之而来的电力投资热潮，使得电力行业的DCS需求达到18亿元，占据整个市场三分之一强的份额，超过了石化和化工这些传统的DCS应用的强势行业。1.1.3市场份额2第一章 引言DCS是一个技术含量高，需要长期培养的市场，因此，市场格局在近年没有大的变化，没有新的有影响力的厂商进入和退出，排名靠前的仍然是在业内传统的强者，只是由于行业发展速度的不平衡，不同行业侧重的公司的排名会产生一些小的变化。由于DCS定制性很强，与客户的工艺结合密切。很多人认为DCS是一种“服务”而不是“产品”。在DCS市场中，方案的设计、系统集成能力、培训、售后服务是客户考察的重点，不像PLC市场，用户只看产品本身的性能和质量就可以了。“软”件的重要性导致了这个行业份额分布的一些重要特征。1、行业性：对用户行业的理解直接决定了DCS方案的适用性。这使得DCS供应商所提供的产品会更适用于某些行业，而不是全部，从而导致DCS供应商一般会有一个或者数个较强的行业，同时在一些行业里却很难有突破。例如：Honeywell是DCS最大的行业市场油气加工行业的强者，其在油气开采、运输、冶炼乃至下游的化工都有较大的份额和影响力；ABB由于其电力行业的整体能力，使得其在电力行业占据领先地位，此外，造纸也是ABB的强项；横河在化工行业；Emerson在石化；中控在化工；新华在电力；和利时在电力、交通等等。以上列举了主要供应商的一些强势行业，实际上较大的供应商都在谋求在热点投资行业或者新兴行业的突破，因此，也并不能把行业性作为描述供应商的一个严格限制。2、较强的本土供应商力量：与PLC、变频器等自动化产品不同，DCS市场中，国内供应商占据了相当多的份额。这一点也是与刚才提到的DCS特点所分不开的。定制性、跟客户的紧密沟通、培训、售后服务这些都是本土企业的强项。这使得国内兴起了以Hollysys、Supcon、Xinhua这样的企业。但其业务主体在中低端市场，跟国外主流厂商的产品竞争并不明显。34广东石油化工学院本科毕业设计（论文）：甲醛生产的DCS设计1.2我国甲醛行业现状及趋势甲醛是甲醇最主要的下游产品之一，其消费量占比达到27，在甲醇消费结构中占据首位。一般来说，生产每吨甲醛需消耗甲醇0.45吨左右。2011年以来甲醛价格走势总体与甲醇保持一致，两者联动性明显。我国的甲醛生产始于20世纪50年代，目前已成为化学工业中的一个重要品种，生产能力达到2873万吨。我国是世界第一甲醛生产和消费大国，“十一五”期间，我国甲醛工业实现了跨越式发展，同时也经历了全球金融危机和全球经济衰退的考验，对保障汽车工业、农业、医药业和房地产业的发展起到了重要作用。1.2.1现状和特点目前，我国甲醛行业有七个方面的特点：一是生产企业中97为民营和私有企业；二是生产能力居全球第一，产能占全球的48；三是生产装置分布不均匀；四是工艺技术的进步带动了行业整体发展；五是区域性的合作初见成效；六是银法甲醛技术和成套设备走向世界；七是全球大型化工企业的进入。1、生产企业和分布进入21世纪，我国甲醛工业步入了快速发展轨道，除青海省和西藏自治区外，28个省市(不含台湾省)都建设了数目不等的甲醛装置，生产能力和产量大幅增加，我国成为全球最大的甲醛生产国。不过，我国甲醛产业集中度差，企业规模小，套数多，在全国的分布也极不均衡，呈现东多西少、南多北少、中部空虚的格局。据中国甲醛行业协会统计，2011年10月我国甲醛行业运转的生产企业有425家，甲醛生产装置624套，其中5万吨/年及以上共有229套，97为民营和私广东石油化工学院本科毕业设计（论文）：甲醛生产的DCS设计有企业，央企和国企不足20家。我国甲醛生产装置主要集中在山东、河北、广东、江苏、河南、四川、浙江、湖北、福建、安徽等省2、生产能力和产量4据中国甲醛行业协会统计，2011年10月我国甲醛生产总能力为2873万吨/年，比2010年增长约5。其中，铁钼法甲醛17家，合计生产能力156.5万吨/年，占生产总能力7.4。我国甲醛生产能力的增长有几个主要因素：一是对投资者来说，甲醛是一种稳健的化工产品；二是甲醛属大宗化工产品，社会需求量逐年增加；三是生产工艺简单，原料供应充足；四是甲醛不便于长途运输，属于属地性化工产品。2011年我国甲醛产量约为1868万吨，比2010年增长约3.5，全年平均开工率约为65，将比2010年下降1.2011年上半年我国甲醛总体平均开工率超过70，甲醛总产量约900万吨，其中东北80万吨，山东182万吨，河北96万吨，山西9.5万吨，华东78万吨，安徽36万吨，华南126万吨，四川48万吨，重庆20万吨。2011年我国甲醛生产形势是前高后低，总量预计仍高于2010年。2012年我国甲醛产能保持继续增长态势，超过3000万吨。我国甲醛的产能有较大过剩，这也是今后相当长时间将存在的问题。3、我国甲醛工艺技术的进步20世纪90年代，我国经济的快速发展推动了甲醛工业的快速成长，工艺技术、产品质量、品种以及甲醛下游产品都有了长足的发展。新建的银法甲醛装置达到国际先进水平，在节能减排、环保、安全生产等方面都有了重大突破。尾气循环银法工艺得到广泛应用，双循环法高浓度甲醛新工艺也已问世并得到应用。我国较普遍生产的甲醛产品是37(重量)甲醛，根据市场需求也可生产45、50、52、55(重量)的甲醛产品，醇含量降至1(重量)以下，甚至根据需要可生产无醇甲醛产品。原料甲醇的单耗由过去的每吨37(重量)甲醛耗460480千克甲醇(银法)降至目前的440445千克甲醇(银法)。4、我国银法甲醛技术和成套设备走向世界第一章 引言甲醇氧化法生产甲醛依据催化剂的不同分为银法和铁钼法，我国甲醛生产装置以银法为主。2007年以来，我国银法甲醛生产技术和成套设备有了飞速发展，具有自主知识产权。同时，以江苏恒茂机械制造有限公司为代表的我国银法甲醛技术和成套设备已出口到东南亚(如马来西亚、泰国、越南)、南亚(如印度)和西亚(如伊朗)等诸多国家。同时，临沂和平的电解银催化剂和巢湖瑞雪的高效阻聚剂也被东南亚、南亚和西亚的许多国家开始使用。5、全球大型化工企业入驻中国进入21世纪初，我国甲醛工业的快速发展引起了全球大型化工企业的关注，并纷纷进入中国，销售和建设甲醛生产装置，继续生产聚甲醛(POM)、多聚甲醛(PF)、1，4-丁二醇(BDO)和酚醛树脂，其中包括瑞典Perstorp Formox、美国杜邦(Du Pont)、日本旭化成(Asahi Kasei)、日本宝理塑料(Polyplastics)、三菱瓦斯(MGC)、美国泰科纳(Ticona)和美国D.B.Western等公司。41.3 本章小结第一章通过对国内DCS及甲醛行业的现状与趋势的介绍，引申出本课题设计的工艺要求，将成熟的DCS控制技术应用于甲醛的生产中，提高甲醛产品质量和生产能力，降低成本，保证生产的稳定和安全性。5广东石油化工学院本科毕业设计（论文）：甲醛生产的DCS设计第二章DCS系统介绍以及甲醛生产的工艺要求集散控制系统，是计算机控制系统的一种结构形式，其实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监控、操作、管理和分散控制的一种新型的控制技术。DCS是由计算机技术、测量控制技术、网络通信技术和人机接口技术相互发展和渗透而产生的。它既不同于分散的常规仪表控制系统，又不同于集中式计算机控制系统，而是吸收了两者的优点，在它们的基础上发展起来的一门系统工程技术，具有很强的生命力和显著地优越性。2.1 DCS系统介绍DCS，（Distributed Control System）分散控制系统的简称，国内一般习惯称之为集散控制系统。DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。5DCS具有高可靠性以及开放性。由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其他功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。DCS采用的开放式，标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。其技术特点有： 1、基于现场总线思想的I/O总线技术 2、先进的冗余技术、带电插拔技术3、完备的I/O信号处理 4、基于客户/服务器应用结构 5、Windows.NET平台,以太网,TCP/IP协议 6、OPC服务器提供互连 7、Web浏览器风格,ActiveX控件支持 8、ODBC,OLE技术,实现信息,资源共享 9、高性能的过程控制单元。 10、支持标准现场总线 6第二章 DCS系统介绍以及甲醛生产的工艺要求11、Internet/Intranet应用支持 6基于DCS技术应用成熟的大前提下，本设计采用浙大中控JX-300XP DCS控制系统展开设计。2.2 JX-300 XP DCS系统介绍2.2.1 硬件介绍1、系统机柜尺寸、容量尺寸：2100*800*600容量：配置一个电源机笼，四个I/O机笼2、系统机笼的类型、容量电源机笼：配置4个电源I/O机笼：20个槽位，2块主控卡，2块数据转发卡、16块I/O 卡件I/O机笼间互连：通过I/O机笼背面的SBUS-2S连接器实现连接和通讯3、系统电源的类型，供电方式单个电源模块（5V/24V），功率150WAC供电方式：两路220V交流电冗余配电，一路通过UPS给系统供电，一路市电直接给系统进行供电。4、常用卡件介绍主控卡XP243：主控卡的地址范围设置在231之间，周期设置在0.15S之间。（采用双微处理器结构）7广东石油化工学院本科毕业设计（论文）：甲醛生产的DCS设计主控卡是控制站软硬件的核心，协调控制站内软件硬件关系和各项控制任务。它是一个智能化的独立运行的，可以自动完成数据采集、信息处理、控制运算等各项功能。它通过过程控制网络与过程控制级（工程师站和操作员站）相连，接收上层的管理信息，并向上层传递工艺装置的特性数据和采集到的实时数据；向下通过SBUS网络和数据转发卡的程控交换与智能I/O卡件实时通信，实现与IO卡件的信息交换（现场信号的输入采样和输出控制）。数据转发卡XP233：XP233是机笼的核心单元，是主控卡联接I/O卡件的中间环节，它一方面驱动SBUS总线，另一方面管理本机笼的I/O卡件。XP233具有冷端温度采集功能，负责整个I/O单元的冷端温度采集，冷端温度测量元件采用专用的电流环回路温度传感器，可以通过导线将冷端温度测量元件延伸到任意位置处（如现场的中间端子柜），节约热电偶补偿导线。电流信号输入卡XP313：接受6路的标准型、型电流信号。（分组隔离）电流信号输入卡XP313I：接受6路的标准型、型电流信号。（点点隔离）电压信号输入卡XP314：接受6路的标准型、型电压信号、020mV、0100mV，各种型号的热电偶信号。（分组隔离）电压信号输入卡XP314I：接受6路的标准型、型电压信号、020mV、0100mV、各种型号的热电偶信号。（点点隔离）热电阻信号输入卡XP316：接收路热电阻（PT100、Cu50）信号。（分组隔离）。热电阻信号输入卡XP316I：接收路热电阻（PT100、Cu50）信号。（点点隔离）。模拟量输出卡XP322：输出4路点点隔离的标准型、型电流。触点型开关量输入卡XP363：接收8路数字量输入信号，响应干触点型信号。电平型开关量输入卡XP361：接收8路数字量输入信号，响应电平型信号。开关量输出卡XP362：8路无源晶体管开关触点输出，通过中间继电器驱动电动控制装置。5、设计卡件配置原则1)所有卡件的备用通道必须组上空位号，空位号的命名原则：摸入点NAI*,描述采用“备用”模出点NAO*,描述采用“备用”开入点NDI*,描述采用“备用”开出点NDO*,描述采用“备用”其中“*”中第一位为主控卡地址，第二位为数据转发卡地址，第三位为卡件地址，第四位为通道地址，地址为整数。2)同一控制站测点分配先后顺序遵循如下原则：TIPIFILIAIAODIDO其他信号类型同一卡件尽量放在同一机笼中热备用卡件组在同类卡件的最后6、系统常用卡件配套端子板 非冗余端子板 XP520冗余端子板 XP520R端子转接板 用于DI/DO连接的扩展7、系统操作站硬件工控PC机8第二章 DCS系统介绍以及甲醛生产的工艺要求操作员键盘操作台：立式操作台，平面式操作台打印机 72.2.2 系统软件介绍1、浙大中控AdvanTrol-Pro软件包是基于Windows2000操作系统的自动控制应用软件平台，在SUPCONWebField系列集散控制系统（DCS）中完成组态、数据服务和实时监控功能。软件支持系统结构AdvanTrol-Pro在网络策略和数据分组的基础上实现了具有对等特征的操作网，在该操作网上实现操作站之间包括实时数据，实时报警，历史趋势，历史报警，操作日志等的实时通信和历史数据查询。AdvanTrol-Pro支持用户根据实际情况构建系统结构，与异构系统的数据交换即可通过数据站来实现，也可通过各种通信接口卡执行。2、系统软件功能特点及性能指标1)系统采用多任务、多线程，32位代码2)良好的开放性能3)系统组态结构清晰，界面操作方便4)控制算法组态采用国际标准，实现图形组态与语言组态结合，功能强大5)流程图功能强大，使用方便6)报表功能灵活，应用简捷，并且具有二次计算能力7)采用大容量、高吞吐量的实时数据库和两级分层（分组分区）的数据结构 9广东石油化工学院本科毕业设计（论文）：甲醛生产的DCS设计8)操作站数据更新周期为秒，动态参数刷新的周期为1秒9)按键响应时间小于等于0.2秒10)流程图完成显示时间小于等于2秒，其余画面小于等于1秒11)命令响应时间小于等于0.5秒12)实时和历史趋势操作灵活，支持历史数据离线浏览13)强大的报警管理功能，可以分区分级设置报警，支持语音报警14)提供基于API接口的多种数据访问接口15)系统安全、可靠、长期运行稳定16)支持Mudbugs和ProfiBus17)支持在线下载功能18)在网络策略和数据分组的基础上实现了具有对等C/S模式特征的操作网络服务3、系统软件运行环境配置要求101)主机型号：奔腾4（1.8G）以上的工控PC机2)主机内存：=256MB3)显卡：显存=16MB,显示模式可上1024*768，增强色（16位），刷新频率85Hz4)主机硬盘：10G可用空间，推荐配置80G硬盘5)操作系统：中文版Windows2000Professional+Sp4 4、系统软件构成AdvanTrol-Pro软件包可分成两大部分，一部分为系统组态软件，包括：用户授权管理软件（SCReg），系统组态软件（SCKey），图形化编程软件（SCControl），语言编程软件（SCLang），二次计算组态软件（SCTask），流程图制作软件（SCDrawEx），报表制作软件（SCFormEx），ModBus数据连接软件(AdvMBlink) ，另一部分为系统运行的实时监控软件（AdvanTrol），故障分析软件（SCDiagnose），OPC实时数据服务器软件(AdvOPCServer)，C/S网络互连功能等等。82.2.3 软件功能介绍1、用户授权管理软件（SCReg）在软件中将用户级别分为十个层次：观察员、操作员-、操作员、操作员+、工程师-、工程师、工程师+、特权-、特权、特权+。不同级别的用户拥有不同的授权设置，即拥有不同范围的操作权限。对每个用户也可专门指定（或删除）某种权限。2、系统组态软件（SCKey）SCKey组态软件主要是完成DCS的组态工作。如设置网络节点、冗余状况、系统控制周期；I/O卡件的数量、地址、冗余状况、类型；设置每个I/O点的类型、处理方法和其他特殊的设置；设置监控标准画面的信息；常规控制方案组态等。系统所有的组态 完成后，最后要在该软件中进行系统联编、下载和传送。SCKey组态软件大量采用windows标准控件，使操作保持了一致性，该软件采用了分类的树状结构管理组态信息，使用户可以清晰把握系统的组态状况。3、图形化编程软件（SCControl）图形化编程软件（SCControl）是SUPCON WebField系统控制用于编制系统控制方案的图形编程工具。按照IEC61131-3标准设计，为用户提供高效的图形编程环境。图形化编程软件集成了LD(梯形图)编辑器，FBD编辑器、SFC编辑器、ST语第二章 DCS系统介绍以及甲醛生产的工艺要求言编辑器、数据类型编辑器、变量编辑器。该软件编程方便、直观，具有强大的在线帮助和在线调试功能，用户可以利用该软件编写图形化程序实现所设计的控制算法。在系统组态软件SCKey中使用自定义控制算法可调用该软件。4、二次计算组态软件（SCTask）二次计算组态软件（SCTask）是 AdvanTrol-Pro软件包的重要组成部分之一，用于组态上位机号、事件、任务，建立数据分区，历史趋势和报警文件设置，光字牌设置，网络策略设置，数据提取设置等等。目的是在SUPCON WebField系列控制系统中实现二次计算功能、提供更丰富的报警内容、支持数据的输入和输出、数据组与操作小组的绑定等。5、流程图制作软件（SCDrawEx）流程图制作软件（SCDrawEx）是SUPCON WebField系统控制软件包的重要组成部分之一，是一个具有良好用户界面的流程图制作软件。他以中文windows2000操作系统为平台，为用户提供一个功能完备且简便易用的流程图制作环境。6、报表制作软件（SCFormEx）报表制作软件（SCFormEx）是全中文界面的制作工具软件，是软件包的重要组成部分之一。该软件提供了比较完备的报表制作功能，能够满足实时报表的生成、打印、存储、以及历史报表的打印等工程中的实际需要。7、实时监控软件（AdvanTrol）实时监控软件（AdvanTrol）是控制系统实时监控软件包的重要组成部分，是基于windows2000中文版开发的SUPCON WebField系列控制系统的上位机监控软件，基本功能为：数据采集和数据管理。它可以从控制系统或者其他职能设备采集数据以及数据管理，进行过程监视（图形显示）、控制、报表、数据存档等等。118、其他软件介绍1）语言编程软件（SCLang）又叫SCX语言，是SUPCONWebField系列控制系统控制站的专用编程语言。在工程师站完成SCX语言程序的调试编辑，并通过工程师站将编译后的可执行代码下载到控制站执行。SCX属于高级语言，语法风格类似标准C语言，除了提供类似C语言的基本元素、表达式之外 ，还在控制功能实现方面作了大量的扩充。用户可以利用该软件灵活强大的编辑环境，编写程序实现所设计的控制算法。2）ModBus数据连接软件(AdvMBlink)是连接AdvanTrol控制系统及其他设备进行数据连接的软件。它可以与其他支持ModBus串口通讯协议的设备进行数据通讯，同时与AdvanTrol控制系统进行数据交互。软件本身包括了组态与运行两广东石油化工学院本科毕业设计（论文）：甲醛生产的DCS设计部分。通过对ModBus设备进行位号组态后可直接与设备通讯测试。3）故障分析软件（SCDiagnose）故障分析软件（SCDiagnose）是进行设备测试、性能调试以及故障分析的重要工具。故障诊断软件主要功能包括：故障诊断、以太网络测试、网络响应测试、节点地址管理、控制回路管理、网络通讯监听等。4）OPC实时数据服务器软件(AdvOPCServer)OPC实时数据服务器软件(AdvOPCServer)是将DCS实时数据以OPC位号的形式提供给各个客户端应用程序。9、C/S网络互连功能AdvanTrol-Pro2.5在网络策略和数据分组的基础上实现了具有对等C/S特征的操作网,在该操作网上实现操作站之间包括实时数据、实时报警、历史趋势、历史报警、操作日志等的实时数据通讯和历史数据查询。该项功能主要通过AdvOPNet.exe和AdvOPNetHis.exe(历史数据传输)及其他相关模块实现。9此外还有时钟同步的功能。122.3 甲醛生产工艺要求目前工业上生产甲醛，一般采用甲醇氧化制甲醛的方法。由于使用金属银催化剂和氧化铁氧化钼催化剂的不同而分为银法和铁钼法。目前，国内主要采用银法，大多采用电解银作为催化剂，在爆炸范围上限以外（甲醇浓度大于36.5%）进行生产，催化剂寿命约为2-8个月；此外，还要求甲醛纯度较高，由于甲醇过量，脱氢过程生成的氢不能完全氧化，尾气中常含20%左右的H2。另外还有一些副反应物，如：CO、CO2、甲酸、甲烷等。 10甲醛氧化法生产，反应式如下：CH3OH=HCHO+H2-84kJ/molH2+1/2O2=H2O+243Kj/molCH3OH+1/2O2=HCHO+H2O+159Kj/mol2.3.1甲醛生产过程原料甲醇由高位槽进入蒸发器加热，水洗后经过加热到蒸发器的甲醇层（约50），为甲醇蒸汽所饱和，并与水蒸气混合；然后通过加热器加热到100-200，经阻火器和加热器进入氧化反应器；反应器的温度一般控制在600-650，在催化剂的作用下，大部分甲醇转化为甲醛。为控制副反应产生并防止甲酸分解，转化后气体冷却到100-120，进入吸收塔，先用37%左右的甲醛水溶液吸收，第二章 DCS系统介绍以及甲醛生产的工艺要求再用稀甲醛或水吸收，未被吸收的气体从塔顶排出，送到尾气锅炉燃烧，提供热能。一般的，甲醛工艺主要由压缩、反应、蒸汽发生、吸收等过程组成。1、 压缩新鲜空气通过消音器和空气过滤器进入增压风机升压，风机出口气与吸收二塔顶部循环尾气混合进入1#循环风机，再进入2#循环风机连续加压到一定的操作压力后送到反应工序。2、 反应从罐区来的原料先送到甲醇贮罐，再通过甲醇泵进入甲醇预蒸发器，在此与甲醛循环泵送来的吸收二塔的甲醛循环溶液进行热交换，甲醇吸热而汽化，同时与风机来的气体相混合形成原料气体。原料气体再经过甲醇蒸发器过热后，进入主反应器。3、蒸汽发生反应器的开车有一个导热油加热系统，主要由导热油贮槽、导热油泵、导热油电加热器等组成。开车达到温度后，反应器需由导热油汽化制热，同时产生蒸汽。在反应器投入原料气之前，先启动导热油泵，用泵将导热油经导热油电加热器、反应器和导热油泠凝器进行循环，借助导热油电加热器将导热油升温，并经上述循环过程，将反应器及其催化剂床层升温到达反应启动所需温度。反应一旦开始，就将释放出反应产生的热量。导热油在反应器管间吸热而汽化，气态的导热油进入导热油泠凝器，与锅炉给水换热而产生水蒸汽，它自身泠凝而流回反应器管间。控制气态导热油的压力，可以方便地改变导热油温度，从而改变反应热的撤出条件，藉此可有效控制反应温度。4、吸收来自甲醛蒸发器被冷凝的气进入吸收一塔，吸收一塔顶部出来的未被吸收气体进入吸收二塔。吸收二塔底部出来的液体由甲醛循环泵经甲醛预热器和甲醛循环冷却器冷却后进入吸收一塔上段及中段，该甲醛液与甲醇蒸发器换热冷却后的甲醛反应气逆流接触得到甲醛溶液，并用甲醛循环泵在该塔下段循环，同时从甲醛循环泵采出一股甲醛溶液经冷却后作为产品送至甲醛装置的中间罐区甲醛溶液贮槽。1113广东石油化工学院本科毕业设计（论文）：甲醛生产的DCS设计第三章 系统配置及组态设计随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。16本设计的主要任务即是根据甲醛生产的工艺及操作要求完成系统的组态设计，并且对设计好的系统进行工艺现场监控软件的模拟仿真。本设计的要求分为系统硬件配置要求、用户管理要求、组态要求及监控画面要求四部分。3.1硬件配置要求3.1.1测点清单全工艺过程的统计，该甲醛工艺控制项目中有测点与控制点共百余个，具体测点信息如表3-1所示：序号位号描述I/O类型量程/ON描述单位/OFF描述1PI201蒸发器压力AI配电4-20mA0-120kPa2PI202尾气压力AI配电4-20mA0-60kPa3PI203空气压力AI配电4-20mA0-60kPa4PI204蒸汽汽包压力AI配电4-20mA0-600kPa5PI205蒸汽分配器压力AI配电4-20mA0-300kPa6PI206废锅压力AI配电4-20mA0-300kPa