（机械工程专业论文）九钢制氧机分子筛纯化系统的集散控制系统设计.pdf

摘要 摘要 分子筛纯化系统作为大型制氧机组的一个重要设备，其自动化控制系统一 定程度上代表了制氧机组的先进性。因此，如何使其自动化控制系统功能齐全、 适应性好、性能稳定、价格低廉就成了诸多厂家在该领域研究和完善的问题。 论文在介绍制氧机组发展历史和国内外研究现状的基础上，分析了目前国 内外制氧机组分子筛纯化系统的自动控制系统的特点和优缺点。同时以九钢三 期技术改造工程为背景，选择浙大中控的s u p c o nj x 3 0 0 集散控制系统作为九 钢三期制氧机分子筛纯化系统的集散控制系统。 论文以九钢三期制氧机分子筛纯化系统的集散控制系统设计为背景，简单 介绍了制氧系统的工艺流程以及分子筛纯化系统的工作原理。然后针对九钢三 期技术改造工程制氧机分子筛纯化系统的工艺特点与设计要求，对与自动化控 制系统有关联的阀门动作情况及其它参数进行了系统的介绍。 论文根据s u p c o n i x 3 0 0 的系统结构、功能以及控制系统的软硬件特点与 性能等，结合九钢制氧机分子筛纯化系统的各参数及工艺设计要求，确定九钢 制氧机分子筛纯化系统的集散控制系统的测点清单、卡件配置、系统配置、测 点配置等配置。 论文从s u p c o nj x 3 0 0 的硬件设计出发，结合九钢制氧机分子筛纯化系统 的各参数及工艺设计要求，分别对分子筛纯化系统的各变量进行定义、画面和 流程图进行组态、控制程序进行设计与编程，待上述系统设计完成后对整个系 统组态程序进行编译、传送及下载。最后对各输入信号进行测点的调试，确保 可各输入信号点能正确地反映实际状态，保证了此套系统能安全稳定运行。 综上所述，论文以浙大中控的s u p c o n i x 3 0 0 作为设计与应用平台，建立 九钢三期制氧机分子筛纯化系统的集散控制系统，在保证自动控制系统良好功 能和稳定性能的基础上达到了经济的最优化。 关键词：分子筛纯化系统；集散控制系统；吸附器 a b s t r a c t 一一一 a b s t r a c t p u r i f i c a t i o ns 筘t e ma sam o l e c u l a rs i e v e o x y g e ng e n e r a t i n gu n i t si s 攫珏 i m p o r t a n tl a r g e 。s c a l ee q u i p m e n t ，a u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e m st oac e r t a i ne 】( t e n t r e p r e s e n t a t i v eo f t h ea d v a n c e dn a t u r eo ft h eo x y g e ng e n e r a t i n gu n i t t h e r e f o r e ，h o w t om a k ei ta u t o m a t i cc o n t r o l s y s t e m sf u l l yf u n c t i o n a l a d a p t a b i l i t y , s t a b l e p e r f o r m a n c e ，l o wp r i c eb e c o m e sal o to fm a n u f a c t u r e r si nt h i s 羝l do fr e s e a r c ha n d s o u n dp r o b l e m s 。 p a p e ri n t r o d u c i n gt h eo x y g e ng e n e r a t i n gu n i td e v e l o p m e n t h i s t o r ya n ds t a t u so f i n t e r n a t i o n a lr e s e a r c h ，b a s e do na n a l y s i so ft h ec u r r e n tc r e w o x y g e nm o l e c u l a rs i e v e p u r i f i c a t i o ns y s t e ma th o m ea n da b r o a do ft h e a u t o m a t i cc o n t r o l s y s t e m c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s t h e t h i r d s t a g eo ft h e e n g i n e e r i n gj i t d i a n gs t e e lp l a n tb o t ht e c h n i c a lt r a n s f o r m a t i o np r o j e c ta sb a c k g r o u n d ， s e l e c ts u p c o no fs u p c o nj x - 3 0 0d i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e ma sam o l e e u l a rs i e 、汜 o x y g e ng e n e r a t o rt h et h i r ds t a g eo ft h ee n g i n e e r i n gj i u j i a n gs t e e lp l a n td i s t r i b u t e d c o n t r o ls y s t e m s p a p e r sw i t hj i u j i a n gs t e e lp l a n tt h r e ew o r k so fo x y g e nm o l e c u l a rs i e v e p u r i f i c a t i o ns y s t e md i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e md e s i g na st h eb a c k g r o u n d ，ab r i e f i n t r o d u c t i o no ft h eo x y g e ns y s t e m ，p r o c e s sa sw e l la st h em o l e c u l a r s i e v ep u f f f i c a t i o n s y s t e mw o r k s t h e n ，f o rj i u j i a n gs t e e lp l a n tp h a s si i it e c h n o l o g i c a lt r a n s f o r m a t i o n p r o j e c to x y g e np r o c e s sm sp u r i f i c a t i o n s y s t e mc h a r a c t e r i s t i c sa n dd e s i g n m q m r e m e n t s ，w i t ha u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e mo nt h ev a l v em o v e m e n t sa h l do t h e r p a r a m e t e r so ft h es y s t e mi n t r o d u c t i o n t h e s i sa c c o r d i n gt os u p c o nj x - 3 0 0o ft h es y s t e ms t r u c t u r e ，f u n c t i o na n d c o n t r o ls y s t e mh a r d w a r ea n ds o f t w a r ef e a t u r e sa n d p e r f o r m a n c e ，e t c ，c o m b i n e dw i t h j i u j i a n gs t e e lp l a n to x y g e nm o l e c u l a rs i e v ep u f f f i c a t i o ns y s t e mp a r a m e t e r sa n d p r o c e s sd e s i g nr e q m r e m e m st od e t e r m i n et h ej i u j i a n gs t e e lp l a n to x y g e nm o l e c u l a r s i e v ep u r i f i c a t i o ns y s t e mf o rd i s t r i b u t i n gc o n t r o ls y s t e mm e a s u r i n gp o i n tl i s t ，t h e c a r dp i e c e so fc o n f i g u r a t i o n , s y s t e mc o n f i g u r a t i o n , m e a s u r i n gp o i n tc o n f i g u r a t i o n a b s t r a c t p r o f i l e p a p e r sf r o mt h es u p c o nj x 一3 0 0i nh a r d w a r ed e s i g n ，c o m b i n e dj i u j i a n gs t e e l p l a n to x y g e nm o l e c u l a rs i e v ep u r i f i c a t i o ns y s t e ma n dp r o c e s st h ev a r i o u sp a r a m e t e r s o ft h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s ，r e s p e c t i v e l y , o ft h em o l e c u l a rs i e v ep u r i f i c a t i o ns y s t e m t od e f i n et h ev a r i o u sv a r i a b l e s ，p i c t u r e sa n df l o wc h a r t sf o rc o n f i g u r a t i o n , c o n t r o l p r o c e d u r e s d e s i g na n dp r o g r a m m i n g ，p e n d i n gt h ec o m p l e t i o no ft h e a b o v e - m e n t i o n e ds y s t e md e s i g nc o n f i g u r a t i o no ft h es y s t e ma f t e rt h ep r o c e d u r et o c o m p i l e ，t r a n s m i ta n dd o w n l o a d f i n a l l y , t h ei n p u ts i g n a lm e a s u r i n gp o i n td e b u g g i n g ， t oe n s u r et h a tt h ei n p u ts i g n a lp o i n tc a na c c u r a t e l yr e f l e c tt h ea c t u a ls t a t eo ft h i ss e t o fs y s t e m st oe n s u r es a f ea n ds t a b l eo p e r a t i o n i ns u m m a r y , t h ep a p e r si no r d e rt os u p c o no fs u p c o nj x - 3 0 0a st h ed e s i g n a n da p p l i c a t i o np l a t f o r m ，t h ee s t a b l i s h m e n to fj i u ji a n gs t e e lp l a n tp h a s si i io x y g e n m o l e c u l a rs i e v ep u r i f i c a t i o ns y s t e mo fd i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，a u t o m a t i cc o n t r o l s y s t e mt oe n s u r eg o o df u n c t i o na n ds t a b l ep e r f o r m a n c eo nt h eb a s i so f t oa c h i e v et h e e c o n o m i co p t i m i z a t i o n k e yw o r d s ：m o l e c u l a rs i e v ep u r i f i c a t i o ns y s t e m ；t o t a ld i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ； a d s o r b e r i i i 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得直昌太堂或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名c 徇：狮定签字胁。彤年，月力l 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 、阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 学位焉篇! 幂脓艄，：了冬学位敝储签名c 瑚：狮屋聊签名c 瑚：狲吖耷 删矽刚眈日 期：文少帅籼 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 本课题的应用背景和研究意义 1 1 1 本课题的应用背景 九江钢铁有限公司( 九钢) 隶属汀西萍乡钢铁有限公司( 萍钢) ，作为江西 省未来的第三大钢铁工业基地，原有的d , n 氧机组己不能满足公司的发展要求， 迫切需要组建大型制氧机组。而作为大型制氧机组的自动化控制系统，特别是 分子筛纯化系统的自动化控制系统，其原有的单元组合仪表控制系统已不能满 足大型制氧机组自动化控制的集中管理与分散控制的要求。因此，九钢的三期 技术改造工程于2 0 0 7 年1 0 月9 日开始动工，它是一集产铁、钢、材为一体的 新型钢铁技术改造工程。而九钢制氧三期技术改造工程也因此孕育而生。九钢 制氧作为九钢公司的一个辅助单位，却肩负着为九钢公司的炼铁、炼钢提供氧、 氮、氩气的重责，同时又生产高纯度的液体产品及医用氧等。因此，如何确保 大型制氧机组的安全稳定运行就显的尤为重要，尤其是分子筛纯化系统的自动 化控制系统，而选择一套经济适当的、性能稳定的自动化控制系统也就变的理 所当然，浙大中控的s u p c o nj x 3 0 0 集散控制系统正是在这样的情况下被选 用的。s u p c o nj x - 3 0 0 集散控制系统依托于浙江大学多学科的综合优势，以浙 江大学先进控制研究所、工业自动化国家工程研究中心、工业控制技术国家重 点实验室长期的科研积累为技术支撑，于1 9 9 3 年自主研发的集散控制系统，其 以价格适当、功能齐全且稳定、备件价格低廉在行业内逐渐崭露头角。 1 1 2 本课题的研究意义 作为一个自动化控制系统，集散控制系统相对于单元组合仪表控制系统， 具备集中管理与分散控制的优点。而相对于国内其他厂家的一些集散控制系统， 浙大中控的s u p c o nj x 3 0 0 集散控制系统可以说是国内厂家的一个性能比较 优秀的集散控制系统；相对于国外的一些厂家的集散控制系统，其初始投资费 第1 章绪论 用、维护费用、备品备件费用等都相对低些，同时还功能性强、适应性好且非 常稳定。所以选择浙大中控的s l 摩c o nj x 3 0 0 集散控制系统作为九钢三期制 氧机分子筛纯化系统的集敞控制系统不失为一个明智的选择，其能在保证自动 化控制系统良好功能的基础上达到经济的最优化。 1 2 制氧机自动化控制系统的发展和国内外研究现状 我困制氧机制造业从19 5 0 年后才开始发展，先后成功地制造出10 0 0 、15 0 0 、 3 2 0 0 、6 0 0 0 、1 0 0 0 0 m 3 m 制氧机。这些制氧祝采用户外安装、流程系统复杂、控 制参数多、要求配套较完善的自动控制系统来确保制氧机安全稳定运行。因此， 仪控系统成为制氧机中十分重要的组成部分并在一定程度上代表了制氧机的先 进性。随饕我圜仪表及自控行业的发展，许多制氧机的专用仪表从无到有且仪 表的质量不断地提赢，我国全低压制氧机的自控水乎很快就达到了中控室集中 控制的水平。即在中央控制室内设置仪表盘、操作台，操作人员在主控制室内 可以全面掌握制氧机各部分的运行情况，能够进行遥控利自动调节，还设有报 警系统以及自动联锁保护装置等。 随着制氧机所选用仪表及皇控装置不断的更新换代，利氧机的自控系统普遍 应用单元组合仪表。所谓单元组合仪表就是指仪表按组合原理设计，各单元分别 起独立作用，如显示、变送、计算、调节等，各单元间采用国际通用的标准信号， 这样就可以依据不同的要求将各单元组合成各种测量及调节系统。因而具有高度 的通用性和灵活性，且因其工作位移小无机械摩擦，而具有精度赢、寿命长、便 于维修等特点。所以单元组合仪表的应用使得制氧机囱控水平又上了一个台阶。 近年来，由于计算机控制技术的发展，大型增压分子筛纯化制氧帆的出现， 制氧机的控制已经达到了微机控制及集散控制系统的先进水平。 集散控制系统是吸收了模拟仪表控制与大型计算机控制技术各自的长处而 研制出来的一种新型过程控制和自动化管理系统。它是当今世界公认的最先进 的自动化控制系统。集敖控制系统是1 9 7 5 年首先由美国霍尼威尔( h o n e y w e l l ) 公司提出的。先后经历在常规控制方匾见长第一代集散控制系统，在逻辑控制 方面有明显的优势第二代集散控制系统，在在通信、显示、内存、运算速度、 网络等方面发挥了特长第三代集散控制系统，以管控一体化形式出现的第四代 集散控制系统。 2 第1 章绪论 集散控制系统的问世标志仪表计算机控制系统进入了一个新的历史时期。 在短短的三十几年中，集散控制系统已经经历了四代的变迁，系统的功能不断 完善，系统从简单的自动化小岛不断地开放，与外部系统的联系更方便，系统 的可靠性、互操作性和其他性能都得到了不同程度的改进和提高，已经为各行 各业的人员所接受，并发挥着越来越大的作用，它正成为工业领域具有举足轻 莺的应用装置。 随着半导体集成技术、数据存储和压缩技术、网络和通信技术等其他高新 技术的发展，集散控制系统也进入了新的发展时期。现场总线的应用使集散控 制系统以全数字化的崭新面貌出现在工业生产过程广阔的舞台上，它是分散控 制的最终体现。而工厂信息网和i n t e m e t 网的应用使集散控制系统的集中管理功 能有了用武之地，管控一体化将使产品的质量和产量提高，成本和能耗下降， 从而使经济效益明显提高。 集散控制系统将向两个方向发展，一个方向是向上发展，即向c i m s 计算 机集成制造系统、c i p s 计算机集成过程系统发展。另一个方向是向下发展，即 向f c s ( f i e l d b u sc o n t r o ls y s t e m ) 现场总线控制方向发展。 1 3 本课题的来源与主要研究内容 1 3 1 本课题的来源 九钢三期技术改造工程制氧机分子筛纯化系统自动化控制系统的需要。 1 3 2 本课题主要研究内容 本论文以九钢三期制氧机分子筛纯化系统的集散控制系统设计为背景，简 单介绍制氧系统的工艺流程以及分子筛纯化系统的工作原理。然后针对九钢三 期技术改造工程制氧机分子筛纯化系统的工艺特点及设计要求，对自动化控制 系统有关的参数等进行了系统的介绍。 在上述介绍的基础上，详细介绍了浙大中控的s u p c o nj x 3 0 0 集散控制系 统的结构、功能、软硬件特点、性能等，并以此为设计与应用平台，建立九钢 三期制氧机分子筛纯化系统的集散控制系统。 3 笫2 章分予筛纯化系统的工作原理与工艺设计要求 第2 章分子筛纯化系统的工作原理与工艺设计要求 2 1 制氧系统的工艺流程 外界空气经空气压缩机压缩，通过预冷系统冷却到1 7 ，然后自下而上通 过分子筛纯化系统进行净化，空气中所含有的水、乙炔、二氧化碳等杂质相继 被分子筛吸附清除，净化蜃的加王空气分成巍股，一股直接进入冷箱中的主换 热器后进入下塔；另一股通过增愿机进一步压缩，并经增压机后冷却器冷却后 送入冷箱经主换热器冷却进入膨胀机，经膨胀机膨胀后进入上塔和旁通污氮。 最后在主塔和分馏塔进行气体分离，分离出来的液体进入储槽储存，气体 再经过各压缩机组进行压缩送给用户。 2 2 分子筛纯化系统的工作原理 分子筛纯化系统由公子筛吸附器、电加热器、控制系统等部分组成。吸附 器是成对交替使用，一只工作时，另一只被再生。 吸附器的再生分四步进行：( 1 ) 降压( 2 ) 加热( 3 ) 冷吹( 4 ) 升压。工作 时间4 小时。再生时间4 小时。( 再生时闻视每只分子筛吸附能力可以作一些调 整) 再生四步骤结束后，该只吸附器就投入工作。 各切换阀门的动作都是由d c s 系统控制筋。 分子筛纯化器是应用吸附法同时净除水分、二氧化碳、乙炔及其它碳氢化 合物。某种物质的分子在一种多孔固体表面浓聚的现象称为吸附。被吸附的物 质为吸附质，而具有多孔的固体表面的物质称为吸附剂，依据吸附质和吸附剂 问的吸附力不同吸附又可分为物理吸附和化学吸附。净化空气所采兵l 的吸辫法 属于物理吸附。 对于吸附剂而言，固体表面上有未饱和的表面力，为使表面力作用加强， 活性显著，吸附剂应该是颗粒状的多孔物质。吸附使表面力饱和，表谣能力降 低，因而吸附过程放热，所放出的热量称为“吸附热”。 4 第2 章分子筛纯化系统的工作原理与工艺设计要求 不管吸附力的性质如何，在吸附质与吸附剂充分接触后，终将达到动态平 衡，被吸附的量达到了最大值，即饱和。所谓动态平衡是指吸附和解吸的分子 数相等，处于平衡状态，此时吸附剂失去了吸附的能力。吸附和解吸事实上是 同时进行的。吸附和解吸是对立而统一的，在一定条件下可以相互转化的。当 吸附达到饱和时，使吸附质从吸附剂表面脱离，从而恢复吸附剂的使用能力的 过程称为解吸( 再生) 。与吸附相反，解吸需要吸热称为“脱附热”。脱附热与吸 附热相等。 分子筛纯化器应用工作的吸附器内的吸附剂进行吸附并达到饱和，通过控 制系统进行切换把由电加热器加热好的气体进入吸附器使吸附剂进行解吸( 再 生) ，如此周而复始进行。 2 3 分子筛纯化系统的工艺设计要求 2 3 1 分子筛纯化系统的基本参数 2 3 1 1 吸入空气的参数如表2 1 所示： 表2 1 吸入空气的参数 进口流量8 8 0 0 0 n m 3 h 进口压力 0 6 1 2m p a ( a ) 进口温度 1 7 相对湿度 1 0 0 c 0 2 含量9 0 0 p p m 2 3 1 2 再生用污氮气的参数如表2 2 所示： 表2 2 再生用污氮气的参数 再生气量 1 7 0 0 0 n m 3 h 进加热器前压力0 0 11m p a ( g ) 进加热器前温度2 4 5 第2 章分子筛纯化系统的t 作原理与t 艺设计耍求 2 313 允许阻力的参数如表2 3 所示： 表2 3 允许阻力的参数 2 31 _ 4 再生时间分配的参数如表2 4 所示： 袭2 4 再乍时间分配的参数 处理空气量 ( m m ) 工作时日】 ( m l m 卸压 ( r a i n ) 加热 ( r a i n ) 冷坎 ( r a i n ) 充压 r a i n ： 8 8 0 0 02 4 0 81 0 21 0 82 2 231 5 电加热器的参数如表2 5 所示 表2 5 电加热器的参数 通过气量1 7 0 0 0 m 进口压力00 1 1m p a ( g 、 进口温度 出口温度1 7 0 5 计功率 5 0 7 k w ( 三台，一削备) 使片j 功率 2 3 2 分子筛系统在各个工作状态时各阀门的动作情况 分子筛系统的控制程序共分1 1 步进行( 先吸咐器m s l 2 0 1 再生然后吸咐 器m s l 2 0 2 再生) ，其各阀门的动作情况如表2 6 所示： 表2 6 阀fj 的动作情况 第2 章 分子筛纯化系统的工作原理与丁艺设计要求 0 初始化：将1 2 0 1 、1 2 0 2 、1 2 0 3 、1 2 0 4 、1 2 1 9 五阀并联吸附9 0 秒： l 卸压：将1 2 0 1 、1 2 0 3 关闭，到位后( 确认g c s l 2 0 1 = o na n d g c s l 2 0 3 = o n ) ，开1 2 0 5 卸压( 确认g o s l 2 0 5 = o n ) ；卸压时间到且到达卸压终点 时关1 2 0 5 ( 确认g c s l 2 0 5 = o n ) ，卸压结束； 2 加热：开1 2 1 3 ( 确认g o s l 2 1 3 = o n ) 其后开1 2 1 l 、1 2 1 8 ( 确认g o s l 2 1 1 - - o n a n d g o s l 2 1 8 = o n ) 到位后关1 2 1 9 ( 确认g c s l 2 1 9 = o n ) ，到位后且时间之1 0 0 s 开始加热，加热时问到前1 2 0 秒停加热器，时间到后开1 2 1 7 ( 确认g o s l 2 1 7 = o n ) ， 时问到且确认v 1 2 1 7 全开，加热结束( 加热器出口温度2 0 0 或f i c s l 0 1 冬1 2 5 0 0 m 3 仉停电加热器) ； 3 冷吹：关1 2 1 8 开始冷吹，冷吹结束前5 秒，如果t i s l 2 0 1 9 0 ，将v 1 2 1 9 打开( 确认g o s l 2 1 9 = o n ) 时问到冷吹结束； 4 充压：关1 2 1 l 、1 2 1 3 、1 2 1 7 到位后( 确认g c s l 2 1 1 = o n a n dg c s l 2 1 3 = o n a n dg c s l 2 1 7 = o n ) ；并逐步打开1 2 0 7 开始充压，充压达到终点且时问到关 1 2 0 7 ( 确认g c s l 2 0 7 = o n ) ；充压结束： 5 切换：打开1 2 0 3 ( 确认g o s l 2 0 3 = o n ) ，打开1 2 0 1 ( 确认g o s l 2 0 1 = o n ) ， 1 2 0 1 、1 2 0 2 、1 2 0 3 、1 2 0 4 、1 2 1 9 并联吸附1 8 0 秒，切换结束： 6 卸压：将1 2 0 2 、1 2 0 4 关闭；到位后( 确认g c s l 2 0 2 = o na n d g c s l 2 0 4 = o n ) ，开1 2 0 6 卸压( 确认g o s l 2 0 6 = o n ) ，卸压时间到且到达卸压终点 时关1 2 0 6 ( 确认g c s1 2 0 6 = o n ) ；卸压结束； 7 加热：开1 2 1 4 ( 确认g o s l 2 1 4 = o n ) 其后打开1 2 1 2 、1 2 1 8 ( 确认g o s l 2 1 2 = o n a n d g o s l 2 1 8 = o n ) 到位后，关1 2 1 9 ( 确认g c s l 2 1 9 = o n ) 到位后且时间芝1 0 0 s ， 开始加热，加热时间到前1 2 0 秒到停加热器，时间到后，开1 2 1 7 ( 确认 g o s l 2 1 7 = o n ) ，时间到且确认v 1 2 1 7 开到位，加热结束( 加热器出口温度2 0 0 ； 或f i c s l o l s l 2 5 0 0 m 3 l l 停电加热器) ； 8 冷吹：关1 2 1 8 开始冷吹；冷吹结束前5 秒；如果t i s l 2 0 3 9 0 ；将v 1 2 1 9 打开( 确认g o s l 2 1 9 = o n ) ；时间到冷吹结束； 9 充压：关1 2 1 2 、1 2 1 4 、1 2 1 7 ，到位后( 确认g c s l 2 1 2 = o na n dg c s l 2 1 4 = o n a n dg c s l 2 1 7 = o n ) ，并逐步打开1 2 0 7 开始充压，充压达到终点且时间到关1 2 0 7 ( 确认g c s l 2 0 7 = o n ) ；充压结束； 1 0 切换：打开1 2 0 4 ( 确认g o s l 2 0 4 = o n ) ，打开1 2 0 2 ( 确认1 2 0 2 = o n ) 1 2 0 1 、 1 2 0 2 、1 2 0 3 、1 2 0 4 、1 2 1 9 并联吸附1 8 0 秒；程序循环。 7 第2 章分子筛纯化系统的工作原理与工艺设计要求 其中卸压终点：p i s = 0 0 1 m p a ，充压终点：p d i s = 0 0 0 8 m p a 。工作结束 ( m s l 2 0 1 ) 开v 1 2 0 2 、1 2 0 4 后待v 1 2 0 1 、1 2 0 3 继续工作3 分钟后关该二阀郎每 次并列运行3 分钟。 2 3 3 分子筛系统工艺报警及联锁技术参数如表2 7 所示。 表2 7 分子筛系统工艺报警及联锁技术参数 设定点 工位报警及联锁内容联锁结果 报警 联锁 a i a l 2 0 3牛气进冷箱c 0 2 含量高 1 5 p p m p d i a s l 2 0 5 m s 系统压蓑高，过高l o k p a2 1 5k p a 关闭v 1 0 1 空乐机停车 f l c s l 2 0 1 污氮气进m s 系统流量低 4 0 继续冷吹 t i s l 2 0 3m s l 2 0 2 进口温度高 4 0 继续冷吹 e h l 2 0 1 出舀湿度尚，过、 t l a s l 2 l l 4 6 3 k 4 7 3 k 高电加热器 e h l 2 0 2 出口温度高，过关 t l s 1 2 1 2 4 6 3 k4 7 3 k 高电加热器 e h l 2 0 3 出u 温度高，过 t 从s 1 2 1 3 4 6 3 k 4 7 3 k 高 电加热器 2 4 本章小结 本章以九钢i 期制氧机分子筛纯化系统的集散控制系统设讨为背景，简单 介绍了制氧系统的工艺流程以及分子筛纯化系统的工作原理。然后针对九钢三 期技术改造工程制氧机分子筛纯化系统的工艺特点及设计要求，对自动化控制 系统有关的阀f - 】动佟情况及其他各参数等进行了系统的介绍，为之后的分子赡 纯化系统的集散系统设计提供各种参数。 8 第3 章集散控制系统的构成 第3 章集散控制系统的构成 3 1 集散控制系统概述 九钢三期制氧机分子筛纯化系统的集散控制系统是采用浙大中控的 s u p c o nj x 3 0 0 集散控制系统，此控制系统是依托r 丁浙江大学多学科的综合优 势，以浙江大学先进控制研究所、工业自动化国家工程研究中心、工业控制技 术国家重点实验室长期的科研积累为技术支撑，于1 9 9 3 年自主研发的集散控制 系统，其由工程师站、操作站、控制站、过程控制网络等组成。其系统结构图 如图3 1 所示： s c n e t u 图3 1 系统结构图 工程师站是为专业工程技术人员设计的，内装有相应的组态平台和系统维 护工具，通过系统组态平台生成适合于生产工艺要求的应用系统，具体功能包 括：系统生成、数据库结构定义、操作组态、流程图画面组态、报表程序编制 等。而使用系统的维护工具软件实现过程控制网络调试、故障诊断、信号调校 等。 操作站是由工业p c 机、c r t 、键盘、鼠标、打印机等组成的人机系统，是 操作人员完成过程监控管理任务的环境。高性能工控机、卓越的流程图机能、 多窗口画面显示功能可以方便地实现生产过程信息的集中显示、集中操作和集 中管理。 控制站是系统中直接与现场打交道的i o 处理单元，完成整个工业过程的实 9 第3 章集散控制系统的构成 时监控功能。控制站可冗余配置，灵活、合理。在同一系统中，任何信号均可 按冗余或不冗余连接，详见卡件描述。对于系统中重要的公用部件，如主控制 卡、数据转发卡和电源箱，建议采用1 0 0 冗余。 s c n e ti i 为过程控制网，采用双高速冗余工业以太网s c n e ti i 作为过程控制 网络，连接操作站、工程师站与控制站，传输各种实时信息和控制命令。 s b u s 为控制站内部网络，采用主控制卡指挥式令牌网，存储转发通信协 议，是控制站各卡件问进行信息交换的通道。 本分子筛纯化系统的控制系统就是以浙大中控的s u p c o nj x 3 0 0 集散控 制系统为设计平台，由工程师站、操作站、控制站、过程控制网络等组成的集 散控制系统。 3 2 集散控制系统的硬件设备简介 3 2 1 控制站硬件设备 j x 3 0 0 集散控制系统控制站内部以机笼为单位。机笼固定在机柜的多层机 架上，每只机柜最多配置5 只机笼：1 只电源箱机笼和4 只卡件机笼( 可配置 控制站各类卡件) 。 卡件机笼根据内部所插卡件的型号分为两类：主控制机笼( 配置主控制卡) 和i o 机笼( 不配置主控制卡) 。主控制机笼可配置2 块主控卡、2 块数据转发 卡、1 6 块i o 卡件；i o 机笼可配置2 块数据转发卡、1 6 块i o 卡件。主控卡 必须插在机笼最左端的两个槽位。在一个控制站内，主控卡通过s b u s 网络可 挂接8 个i o 单元( 即8 个机笼) 。主控卡是控制站的核心，可冗余配置，保证 实时过程控制的完整性。主控卡的高度模块化结构，用简单的配置方法实现复 杂的过程控制。各种信号最大配置点数为： a i 模拟量输入点数 3 8 4 站 a o 模拟量输出点数_ 1 2 8 站 di 开关量输入点数_ 1 0 2 4 站 d o 开关量输出点数_ 1 0 2 4 站 控制回路：1 2 8 个站( 其中b s c 、c s c 之和最大不超过6 4 个) 程序空问：4 m b i tf l a s hr a m ，数据空间：4 m b i ts r a m 1 0 第3 章集散控制系统的构成 自定义1 字节开关量_ 2 0 4 8 虚拟2 字节变量 2 0 4 8 ( h a t 、s f o a t ) 虚拟4 字节变量茎5 1 2 ( 1 0 n g 、f o a t ) 虚拟8 字节变量 2 5 6 ( s u m ) 秒定时器2 5 6 个，分定时器2 5 6 个 1 、x p 2 4 3 主控卡 主控卡是控制站软硬件的核心，协调控制站内所有的软硬件关系和执行各 项控制任务。它是一个智能化的独立运行的计算机系统，自动完成数据采集、 信息处理、控制运算等各项功能。通过过程控制网络与过程控制级( 操作站、 工程师站) 相连，接收上层的管理信息，并向上传递工艺装置的特性数据和采 集到的实时数据；向下通过s b u s 和数据转发卡的程控交换智能i o 卡件实时 通信，实现与i o 卡件信息交换( 现场信息的输入采样和输出控制) 。 技术特点： 1 ) 主从c p u 设计，工业级嵌入式芯片，协同完成各种任务； 2 ) 具有双重冗余的以太网通信接口和上位机通信，同时通过s b u s 总线管 理i o 卡件： 3 ) 灵活支持冗余和不冗余的工作模式： 4 ) 1 2 8 个控制回路( 6 4 个常规+ 6 4 个自定义) 采样、控制速度5 0 m s , - 一5 s 可选： 5 ) 综合诊断i o 卡件和i o 通道，具有灵活的报警处理和信号质量码功能； 6 ) 后备锂电池断电情况下，保证卡件内s r a m 中的数据最长5 年不丢失。 2 、x p 2 3 3 数据转发卡 数据转发卡是i o 机笼的核心单元，是主控卡连接i o 卡件的中间环节。 它一方面驱动s b u s 总线，另一方面管理本机笼的i o 卡件。 技术特点： 1 ) 具有w d t 看门狗复位功能，在卡件受到干扰而造成软件混乱时能自动 复位c p u ，使系统恢复正常运行； 2 ) 支持冗余结构； 3 ) 可采集冷端温度，作为本机笼温度信号的参考补偿信号； 4 ) 冗余高速s b u s 总线通信规约。 3 、x p 3 1 3 电流信号输入卡 第3 章集散控制系统的构成 电流信号输入卡可测量6 路电流信号( i i 型或i i i 型) ，并可为6 路变送器 提供+ 2 4 v 隔离配电电源。它是一块带c p u 的智能型卡件，对模拟量电流输入 信号进行调理、测量的同时，还具备卡件自检及与主控卡通信的功能。 技术指标如表3 1 所示。 表3 1 技术指标 卡件电源 5 v 供电电源 ( 5 士0 3 ) v d c ，i m a x 5 0 r n a 2 4 v 供电电源 ( 2 4 + 0 5 ) v d c ，i m a x 5 0 d b 负荷能力 l k q ( 2 0 m a ) 短路保护电流 3 0 m a ( 单卡，每通道) 断线检测i l i 型信号具备，i i 型信号不具备 4 、x p 3 1 4 电压信号输入卡 电压信号输入卡是智能型带有模拟量信号调理的6 路模拟信号采集卡，每 一路可单独组态并接收各种型号的热电偶以及电压信号，将其调理后再转换成 数字信号并通过数据转发卡送给主控卡。 技术指标如表3 2 所示。 1 2 第3 章集散控制系统的构成 衷3 2 技术指标 卡件电源 5 v 供电电源( 5 + 0 3 ) v d c ，i m a x 13 0 d b 串模抑制比人信弓- 5 0 d b ，小信号- 6 0 d b 断线检测对热电偶信号具有断线检测功能 5 、x p 3 1 6 热电阻信号输入卡 热电阻信号输入卡是一块智能型的、分组隔离的、专用于测量热电阻信号 的、可冗余的4 路a d 转换卡。每一路可单独组态并可接收p t l 0 0 、c u 5 0 两种 热电阻信号，将其调理后转换成数字信号并通过数据转发卡送给主控卡。 技术指标如表3 3 所示。 表3 3 技术指标 卡件电源 5 v 供电电源 ( 5 土0 3 ) v d c ，i m a x 4 0 d b 断线检测具有断线检测功能 1 3 第3 章集散控制系统的构成 6 、x p 3 3 5 脉冲量信号输入卡 脉冲量信号输入卡是在总结以往脉冲量卡使用经验的基础上开发能满足绝 大多数应用场合的贴片化脉冲量测量卡。 技术指标如表3 4 所示。 表3 4 技术指标 卡件电源 5 v 供电电源 ( 5 士0 3 ) v d c ，i m a x 1 2 0 m a 2 4 v 供电电源 ( 2 4 + 0 5 ) v d c ，l m a x 2 0 0 m a 输入目路 通道数4 路 波形：方波、正弦波； 信号类型 高电平：( 5 - - 3 0 ) v ，低电平：( o 2 ) v 分辨率 i h z 输入阻抗 l m q 隔离方式光电隔离，组组隔离 5 0 0 v a c1 分钟( 现场侧与系统侧) 隔离电压 2 5 0 v a c1 分钟( 组组之间) 测量范围 l h z l o k h z 卡件配电 2 4 s d l a i c i a n ) r a m ，v ，i m a x = 4 5 m a 测量方式三线制或二线制 转换时间5 h z - - 一10 k h z ，ih z 5 h z 2 0 0 m s ，2 0 0 m si s 7 、x p 3 2 2 模拟信号输出卡 模拟信号输出卡为4 路点点隔离型电流( i i 型或i i i 型) 信号输出卡。作为 带c p u 的高精度智能化卡件，具有实时检测输出信号的功能，它允许主控卡监 控输出电流。 技术指标如表3 5 所示。 1 4 第3 章集散控制系统的构成 表3 5 技术指标 卡件电源 5 v 供电电源 ( 5 i - 0 3 ) v d c ，i m a x 5 0 m a 2 4 v 供电电源 ( 2 4 士0 7 ) v d c ，i m a x 2 0 0 m a 分辨率1 2 位，无极性 精度 士0 2 f s 输出回路 通道数4 路 i i 型：( 0 1 0 ) m a 信号类型 i i l 型：( 4 2 0 ) m a l o w 档 i i 型信号：1 5 k f 2 输出负载能力 i i i 型信号：7 5 0 f 2 i i 型信号：2