毕业设计(论文)-硫酸法钛白粉水解工段DCS系统工程设计.doc

1 引言 1.1 本课题的意义随着钛白粉的生活中的广泛应用，钛白粉的生产总量已成为社会消费水平的重要参考标志。它广泛应用于各种结构表面涂料、塑料及弹性体、印刷油墨、纸张涂层和填料、陶瓷、玻璃、催化剂、涂布织物等行，因此钛白粉的生产备受各工业发达国家的重视。钛白粉目前是最佳的无可替代的无机化工颜料料，我国的钛白粉行业面临严峻考验。1.2 国内外发展状况目前钛白粉的生产主要有氯化法和硫酸法两种工艺，我国主要应用硫酸法生产钛白粉。其中，硫酸法是以钛铁矿为原料用硫酸分解 ，然后除铁后经水解而制得 。氯化法是以金红石或高钛渣为原料 ，经氯化生产四氯化钛 ，然后在高温下氧化而制得 。目前世界上 51%的工厂采用硫酸工艺生产 ，49%的工厂采用盐酸工艺生产。1.2.1 钛白粉生产方法硫酸法生产硫酸法是挪威在1916年首次实现工业化的。主要步骤：1.二氧化钛原料用硫酸酸解2沉降将可溶性硫酸氧钛从固体杂质中分离出来3水解硫酸氧钛以形成不水解产物或称偏钛酸4煅烧除去水分，生产干燥的纯二氧化钛5后处理，进行无机物和有机物包膜主要流程是：1、研磨2、酸解3、沉降4、洗渣5、结晶6、钛液压滤7、浓缩8、水解9、水洗10、漂白11、盐处理12、煅烧13、粉碎和包装。氯化法生产氯化法是将天然金红石或高钛渣原料与焦炭或石油焦混合后进行高温氯化， 生成四氯化钛 ，再经高温氧化生成二氧化钛 ，最后经过滤、 水洗、 干燥和粉碎而得到钛白粉的。1.2.2 国内外发展状况 我国硫酸法钛白粉生产经过三十多年的努力，虽然有了较大的发展，但与国外先进水平相比，仍存在着生产技术落后、生产规模小、产品档次低、产品质量不稳定等诸多差距，尤其是高档金红石型钛白粉。在生产技术上，国外以氯化法为主，而我国基本上都是硫酸法生产；除几家引进国外硫酸法钛白粉生产技术的厂家外，我国大部分钛白生产厂家在工艺技术、生产设备、自动控制、“三废”治理等方面与国外先进水平相比还有相当的差距；在生产规模上，国外以装置大型化见长，而我国钛白粉生产装置规模偏小，点多分散，造成了能耗和生产成本较高，也导致产品质量不稳定；在原料方面，国外硫酸法大都采用高品位的酸溶性钛渣，而国内基本上使用的是钛精矿。在产品质量上，国外以光学性能好和遮盖力、消色力、耐候性优异的金红石型钛白粉为主，其中又以经过表面处理的金红石型钛白粉居多，并有各种专用钛白粉产品。国内硫酸法钛白粉以锐钛型产品为主，大部分未经过表面处理，专用产品极少。1.1.3 硫酸法钛白粉生产工艺技术的主要发展趋势 (a)装置和设备的大型化：装置大型化可降低单位产品投资，提高产品竞争力，同时能够更好的消化因环保治理导致成本增加的压力。设备大型化可提高设备有效利用率，减少频繁操作给产品质量带来的波动，减少装置的占地面积。 (b)开发适用各种用途的专用产品：由于钛白粉用途的不断拓展，新产品不断涌现。世界各大钛白粉生产厂家在保持传统行业竞争优势的同时，致力于专用产品的开发和推广应用，拥有完善的科研开发及应用体系，注重技术进步。 (c)注重清洁生产：硫酸法钛白粉清洁生产，除最大限度地将污染源消减和循环利用外，更重要的是改变依靠末端治理的传统思想，通过改进原料路线及生产工艺，达到消减污染保护环境的目的。采用酸溶性钛渣和废酸浓缩综合利用是硫酸法钛白粉清洁生产的发展方向。2 钛白粉水解工艺简介及控制参数2.1 钛白粉水解流程简介 硫酸法生产钛白粉中水解是最关键的一步。影响水解过程的因素主要有两个一方面是钛液自身的质量，另一方面是水解的操作条件。钛液的水解是二氧化钛从液相（钛液）重新转变为固相的过程。钛液具有普通离子溶液的性质，在PH值0.5时便发生水解。更重要的是，钛液具有胶体溶液的性质。在游离酸很高的情况下，使其维持沸腾状态也会发生水解反应，这是我们制取一定应用性能和制品性能的水合二氧化钛的依据。通过控制加热的速度，使钛液按照需要的水解速度发生水解反应，生成我们需要的水和二氧化钛粒子。研究表明：在混合均匀，慢速加料，温和升温的条件下水解效果最好。 这一步它将可溶性硫酸氧钛在90时水解成不溶于水的偏态酸。要获得所需粒度的高质量水解产物，必须严格控制钛液的亚铁离子和钛离子含量、加热速度等条件。为控制水解速度、水解物的过滤洗涤性能和最终产品的细度，需要在水解时加入晶种。偏态酸的沉淀时通过钛液沸腾几个小时的实现的。在沉淀结束时有时需要加入一定的水来提高水解率，整个水解沉淀过程大概需要3-5个小时。水解沉淀物过滤洗涤后，在原条件作用下用硫酸除去最后的废物。钛白粉水解工段流程（如图2.1）水合二氧化钛料浆 晶体 稀硫酸浸取 过滤洗涤 偏态酸 水解可溶性硫酸氧钛 图2.1 钛白粉水解2.2 控制要点 钛白粉生产在水解工段流程中的主要参数有：温度、压力、液位、流量。 表2.2 温度和压力的控制温度控制测量地点温度（）THI1903-150 L1G 4070V1911黑钛液计量槽0170V1910晶体制备器2090V1901钛液预热器0100压力控制测量地点压力（kPa）R1903A水解槽1.6R1903B水解槽1.6 温度：V1911黑钛液计量槽温度，V1910晶体制备器温度，V1901钛液预热器温度，水解罐B的温度，水解罐蒸汽温度（TI-1905、TI-1906）。 压力：水解罐蒸汽压力（STII1901-150M1B-H，STII1909-100M1B-H，STII1908-100M1B-H），R1903AB水解槽钛液压力。 液位：V1911黑钛液计量槽，V1907缓冲罐V的液位，V1901钛液预热器的液位，R1903AB水解罐的液位，V1906AB偏钛酸贮槽的液位。 流量：水解罐蒸汽口（FIQ-1093、FIQ-1904），蒸汽总管流量。3 控制方案的设计3.1 V1911黑钛液计量槽内钛液温度控制回路 通过温度传感器检测黑钛液计量槽钛液温度，把检测的温度传给温度变送器。将检测偏钛酸温度信号传送给温度控制器TIRS/1902。用给定值与测量值相减得到偏差信号，温度控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制冷去水的流量，最终控制管道内偏钛酸的温度在0170摄氏度。如图3.1所示干扰偏差给定钛液温度 温度变送器 黑钛液计量槽 控制阀 温度控制器图3.1 钛液温度控制回路方框图 控制对象：黑钛液计量槽。控制变量：蒸汽流量。被控变量：钛液温度。3.2 V1910晶种制备器内钛液温度控制回路通过温度传感器检测晶体制备器的钛液温度，把检测的温度传给温度变送器。将检测偏钛酸温度信号传送给温度控制器TIS/1903。用给定值与测量值相减得到偏差信号，温度控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制冷去水的流量，最终控制管道内偏钛酸的温度在2090摄氏度。如图3.2所示给定控制阀温度控制器晶体制备器温度变送器偏差干扰 钛液温度 图3.2 钛液温度控制回路方框图控制对象：晶种制备器。控制变量：蒸汽流量。被控变量：钛液温度。3.3 V1901钛液预热器内钛液温度控制回路通过温度传感器检测钛液预热器的钛液温度，把检测的温度传给温度变送器。将检测偏钛酸温度信号传送给温度控制器TIRAS/1901。用给定值与测量值相减得到偏差信号，温度控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制冷去水的流量，最终控制管道内偏钛酸的温度在0100摄氏度。如图3.3所示给定控制阀温度控制器钛液预热器温度变送器偏差干扰钛液温度 图3.3 钛液温度控制回路方框图控制对象：钛液预热器。控制变量：蒸汽流量。被控变量：钛液温度。3.4 STII1901-150 M1B-H管道内蒸汽压力控制回路 通过压力传感器检测管道STII1901-150 L1G内的蒸汽压力，把检测的压力传给压力变送器。将检测偏钛酸压力信号传送给压力控制器PICRA/1901。用给定值与测量值相减得到偏差信号，压力控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制蒸汽的流量，最终控制水解槽内压力。如图3.4所示给定控制阀压力控制器管道压力变送器偏差干扰蒸汽压力图3.4 蒸汽压力控制回路方框图控制对象：水解槽。控制变量：蒸汽流量。被控变量：蒸汽压力。3.5 STII1901-150 M1B-H管道内蒸汽压力控制回路 通过压力传感器检测管道STII1901-150 L1G内的蒸汽压力，把检测的压力传给压力变送器。将检测偏钛酸压力信号传送给压力控制器PICRA/1901。用给定值与测量值相减得到偏差信号，压力控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制蒸汽的流量，最终控制水解槽内压力。如图3.5所示给定控制阀压力控制器管道压力变送器偏差干扰 蒸汽压力图3.5 蒸汽压力控制回路方框图控制对象：水解槽。控制变量：蒸汽流量。被控变量：蒸汽压力。3.6 R1903B水解槽内钛液压力控制回路 通过压力传感器检测R1903B水解槽内的压力，把检测的压力传给压力变送器。将检测偏钛酸压力信号传送给压力控制器PICR/1902B。用给定值与测量值相减得到偏差信号，压力控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制蒸汽的流量，最终控制水解槽内压力在1.6kPa左右。如图3.6所示给定控制阀压力控制器 水解槽B压力变送器偏差干扰 蒸汽压力图3.6 蒸汽压力控制回路方框图控制对象：水解槽B。控制变量：蒸汽流量。被控变量：蒸汽压力。3.7 R1903A水解槽内钛液压力控制回路 通过压力传感器检测R1903A水解槽内的压力，把检测的压力传给压力变送器。将检测偏钛酸压力信号传送给压力控制器PICR/1902A。用给定值与测量值相减得到偏差信号，压力控制器输出信号传给控制阀，控制阀的开闭以控制蒸汽的流量，最终控制水解槽内压力在1.6kPa左右。如图3.7所示给定控制阀压力控制器 水解槽A压力变送器偏差干扰 钛液压力图3.7 钛液压力控制回路方框图控制对象：水解槽A。控制变量：蒸汽流量。被控变量：钛液压力。4 仪表选型 本课题主要使用的仪表类型为： 热电阻，温度计，差压变送器，物位测量仪，压力表，减压阀，阀门定位器，气动薄膜调节阀等，电气阀门定位器，差压变送器，操作端安全栅，检测安全栅。4.1 温度计的选型 温度计选用原则：满足对测温范围的要求；满足对测温准确度的要求；满足对指示、记录和报警及温度控制方面的要求；满足对使用环境条件的要求；在满足上述前提下选用价格低廉，坚固耐用，维修方便的仪表。在水解过程中TiO2液体在石墨冷却器出口的温度需要控制，液体温度在0200，要求可以现场检测直接测量出该液体温度，所以选择双金属温度计。它适合测量中、低温的现场检测工业仪表，可用来直接测量气体、液体、和蒸汽的温度。考虑温度计安装的位置觉得可调角型较好，安装固定装置为固定法兰式，最后选择的万向型双金属温度计型号为WSS-584W。4.2 热电阻的选型测量水解罐进口管蒸汽的温度，考虑到是测量管内的温度所以不适宜选择温度计而选择热电阻或热电偶。热电偶的测温原理是基于热电效应，它是将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势从而测量出温度的。热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。它是测量低温的温度传感器，一般测量温度在-200800，而热电偶是测量中高温的温度传感器，一般测量温度在4001800。 考虑到只有一种导体，被测管内温度大概在0300左右，所以这里选择热电阻WZP型。安装固定形式是固定螺纹，要求有防水作用，保护管直径是16。所以型号确定为热电阻型号WZP-230。测量V1911黑钛液计量槽温度，首先考虑温度范围-200300，安装固定形式是固定螺纹，所以在此位置选择WZP-269。测量管道内的温度，从安全角度考虑选择防爆式热电阻，管内温度范围在控制在-50150，安装固定形式是活动法兰，所以选择防爆式热电阻WZC-240G。测量R1910晶体制备器温度，此处选择一般的装配热电阻即可，温度范围控制在0100，安装方式固定螺纹，所以此处选择单只热电阻WZP-260。测量水解罐AB的温度，水解罐内液体有腐蚀性，所以选择带保护套铠装的热电阻，分度号是Pt100，温度范围在0250，安装方式是固定卡套法兰，所以型号为WZPK-433。4.3 物位计的选型 物位测量通常指对工业生产过程中封闭式或敞开容器中物料（固体或液位）的高度进行检测；如果是对物料高度进行连续的检测，称为连续测量。如果只对物料高度是否到达某一位置进行检测称为限位测量。完成这种测量任务的仪表叫做物位计。雷达物位计：用于槽罐或容器内的物位测量，可直接安装或通过远传密封组件安装。超声波物位计：用于液体和颗粒状固体等物位的监控。电容式物位计：高温、高压条件下的物位测量。防尘、防挂料、防蒸汽、防冷凝。 测量偏态酸贮槽V1906AB的液位时，需要保证液位在L=200mm，L=4000mm范围时用超声波物位测量仪。在水解罐AB和钛液预热器V1901测量液位高度最大是20m所以选择雷达液位器GDRD57。4.4 差压变送器的选型差压变送器用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压力，然后将其转变成4- 20mADC的电流信号输出。 它可以用于压力、差压、液位、流量的测量。测量水解罐蒸汽口的流量，输入输出信号是420mA，指示积累04000kg/h,安装方式固定法兰式，选择差压变送器型号为EJA110A.4.5 调节阀的选型 气动薄膜调节阀 HLC的主要特点：HLC 笼式单座调节阀是一各高性能的调节阀，适用于液体压差超过 3Mpa 的高压差场合 流体通道呈S流线型，设有导流翼，压降损失小，范围大配用多弹簧式薄膜执行机构，结构紧凑，输出力大坚固的阀芯导向和套筒可防止液体发生闪蒸和空化 。所以选择气动薄膜调节阀 HLC。4.6 电气阀门定位器的选型 HEP型单作用电-气阀门定位器（包括：HEP15隔爆型、HEP16本安型、HEP17防水型）的作用是把调节装置输出的电信号变成驱动调节阀动作的气信号，而且具有阀门定位功能，即克服阀杆摩控力，抵消被调价质压力变化而引起的不平衡力，从而使阀门开度对应于调节装置输出的控制信号，实现正确定位。由于本定位器具有防爆结构，故能使用于爆炸危险场所。选择电气阀门定位器HEP15。4.7 压力表的选型 选择压力表的原则 压力仪表的量程压力表的量程选择并不是越大越好，这是因为仪表的量程过大，会使得指针敏在刻度指示上缺乏足够的精确度，允许误差的绝对值和肉眼观察的偏差值也会增大，影响压力仪表指示的准确性。 压力仪表所选择的量程过小，首先会造成的问题就是过载，当设备工作压力较高时，压力表的刻度就会接近极限值，也就是压力表中的弹性元件处于最大变形状态，长期如此弹性元件就会发生变形，增大压力仪表显示误差的同时也会降低压力仪表的使用寿命。 压力仪表的量程要与其所测量对象的压力相适应、相配套。压力仪表在选型时就要考虑到其量程的问题，一般来说压力仪表的量程最少应为设备工作压力的1.5倍，但最大也不应超过设备工作压力的3倍，而在实际使用中压力仪表所指示的压力范围最好为量程的60%到70%。 压力仪表的精度压力仪表的精度指的是压力仪表刻度盘上极限值与允许误差值之间的百分比，压力仪表的精度等级都会被明确的标示出来，在压力表选型过程中，就可以根据所需要的测量精度来选择适当的压力仪表。 测量循环水管压力，首先考虑蒸汽的压力范围在01.0MPa，1.5级所以选择压力表型号是Y-150。.4.8 减压阀的选型 QFH型系列空气过滤减压器是气动仪表的辅助装置之一。将来自空气压缩机0.31Mpa的空气压力，经过滤净化后，可调节在00.16；00.25；00.4；00.6Mpa范围内任一输出压力值，保持稳定。作为各类气动自动装置的气源自动装置的气源压力提供给单元以及其他气动设备的附属装置。所以选择减压阀QFH-15。表4.8设计中各测量点仪表的选择仪 表 位 号测 量 点 名 称仪表名称及规格型 号量程TI-1905水解罐蒸汽进口管温度DCS指示0300, Pt100TE-1905水解罐蒸汽进口管温度热电阻WZP-230-200-500TI-1906水解罐蒸汽进口管温度DCS指示0300, Pt100TE-1906水解罐蒸汽进口管温度热电阻WZP-230-200-500TR-1907A,B水解罐A,B温度指示DCS0-250，Pt100TE-1907A,B水解罐A,B温度带保护套装热电阻WZP-230-200-500TI-1909A石墨冷却器TiO2悬浮液万向型双金属温度计WSS-584W0-300出口管温度指示0200 ， L=400PI-1903水解罐蒸汽进口压力指示DCS01.0MPaPT-1903水解罐蒸汽进口管压力压力变送器EJA430A-0.1-3MPaPI-1904水解罐蒸汽进口管压力指示DCS01.0MPaPT-1904水解罐蒸汽进口管压力压力变送器EJA430A-0.1-3MPaPI-1905循环上水管压力指示压力表Y-1500-1.6 MPa0-1.0Mpa，1.5级LIA-1904A,B水解罐，DCS液位指示报警05m, 420mAL3650mm 报警LT-1904A,B水解罐，雷达物位计GDRD57最大20m05m, 420mALIA-1905A,B偏钛酸贮槽V1906A,BDCS液位指示报警05m, 420mAL4000mm，L200mm 报警LT-1905A,B偏钛酸贮槽V1906A,B超声波物位测量仪FMU-400-5mLIA-1906缓冲罐V1907液位DCSFMU-400-5m指示报警05m, 420mAL4000mm ，L200mm 报警LT-1906缓冲罐V1907液位超声波物位测量仪FMU-400-5mLIS-1907钛液预热器V1901L2700mm与其它连接 LT-1907钛液预热器V1901液位 雷达物位计GDRD57最大20m05m, 420mAFIQ-1902蒸汽总管流量指示累积DCS06000kg/h输入:420mAFT-1902蒸汽总管流量指示累积差压变送器EJA110A010kPa输出: 420mAFT-1902标准节流装置：孔板一体化孔板流量计高温型FIQ-1903水解罐蒸汽进口管流量DCS指示积累04000kg/h输入:420mAFT-1903水解罐蒸汽进口管流量差压变送器EJA110A010Pa输出: 420mAFE-1903标准节流装置：孔板一体化孔板流量计04000kg/h 0#kPaFIQ-1904水解罐蒸汽口流量DCS指示积累04000kg/h，420mAFT-1904水解罐蒸汽口流量差压变送器EJA110A010kPa输出: 420mAFE-1904水解罐蒸汽口流量标准节流装置：孔板一体化孔板流量计04000kg/h，010kPa高温型5 DCS集散控制系统介绍5.1 DCS控制系统的发展 集散控制系统是20世纪70年代发展起来的新型控制系统，由于它具有通用性强，系统组态灵活，控制功能完善，数据处理方便，显示操作集中，人一机界面友好，安装调试方便，运行安全可靠等特点，目前已被广泛用于石油化工冶金电力纺织食品等工业部门，且具有十分广阔的发展前景。回顾集散控制系统的发展历程，大致经历了4代变迁。 分散控制系统，简称DCS，是1969年由HONEYwELL公司在1975年推出的系统。HONEYWELL公司产品型号是：TDC2000，只有模拟量控制。随后才有几十家美国仪表公司也推出自己的系统。 19752980年，DCS处于初创阶段，仪表制造商，逻辑器件商和计算机制造商从自身的技术优势出发，开发了格局特色的集散控制系统，有的以常规控制见长，有的适合逻辑控制，也有的在运算速度和通信方面具有优势。初创期的DCS主要由过程控制单元，过程接口单元，CRT操作站，上位机和数据传输通道等部分组成。他的通信系统是一种初级 局部网络，全系统有一个通信系统指挥，采用轮询的方式对各单元进行访问。这一时期集散控制系统的技术系统的技术特点是实现分散控制，以克服集中型计算机系统危险高度集中的致命特点，这就是常说的第一集散系统。这一时期的典型产品有Honeywell公司的TDC-2000，Foxboro公司的SPECTRUM，TAYLOR公司的MOD3和横河公司的CENTUM等。 19801985年，集散控制系统的发展进入成熟期，各种高新技术。特别是信息处理技术，计算机网络技术的发展是DCS的强大技术后盾。这一时期开发的DCS，其数据通信部分宜采用局域网，DCS产品浸取第二代。 成熟期集散控制系统的研制工作，一方面是硬件和元件技术的不断更新，例如：采用专用的高性能芯片，高分辨率的CRT和掩膜式控制键盘，不断地提高软件的编制的水平，加强系统的自检功能，开发各类大，中，小型具有数，模混合的顺序控制功能的DCS；另一方面开发高一层次的信息管理系统，以适合企业发展的需要。从企业内部而言，单从生产过程的控制上提高经济效益的作法，已不适合现代企业的发展，只有不断提高自身的综合信息管理水平，才能使企业在竞争处理中获得活力；从整个社会来看，一个企业必须及时获得并处理来自其他企业的技术对策，方能在竞争中处于不败之地。1984年后推出的综合信息管理系统，有honeywell公司的TDC-3000，Taylor公司的mod300，西屋公司的WDPF,横河的、公司的CENTUM A,B,D,等。从层次结构的观念来分析，新系统是在初创期集散控制系统具有的过程控制层和过程管理层的基础层上，增加了生产管理层，或称综合信息管理层。这个层次更多的关心信息格式，传输。处理。存储，共享等问题，使系统能以企业网的格式加入所在地的区域或远程计算机网中。从硬件结构上看，这一时期的DCS都在网络节点上挂接了系统管理模件：历史模件，计算模件，应用模件，系统优化模件等。此外还增加了网间连接器，他是局域网与其子络或其他工业网络的接口位置，为系统扩展提供了方便。 1985-1990年，DCS的发展进入了第三代，这一时期的DCS把控制过程，监督控制，管理调度更有机的结合起来，并且继续加强断续控制功能，采用专家系统，制造 自动化协议（Manufacture Automation Protocol ，MAP)以及表面安装技术。第三代集散控制系统的特点是综合化，开放化和现场级的智能化。5.1.1 综合化 包括纵向和横向两个方面。纵向综合化就是管理功能纵向扩展，从原料进厂到产品设计，计划进度，质量检查，成品包装，出厂供销等一系列信息的管理调度。横向综合化是过程自动化与顺序控制，电机控制相结合的计算机，仪表，电器综合的控制系统。5.1.2 开放化 集散控制系统改变过去各DCS生产企业自成系统的封闭结构，组成一个连接规则标准化的开放性系统，符合国际标准化组织（OSI）参考模型，使来自不同制造厂的符合开放系统要求的设备间能进行灵活的互相通信。5.1.3 现场级的智能化现场级的智能化是指现场传感器或变送器的智能化。现场仪表可由现场通信器或系统工作站进行远程访问，组态，调零，调量程及自动标定。传感器输出的数字信号直接在现场仪表的通信网络上传递。 DCS集散控制系统是一套分层分布式的网络体系结构，分为3层，分别为现场控制网(CNet)、系统网(SXet)和管理网(MNet)，共包括3个部分：数据采集单元、过程控制单元和监控管理单元。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。5.2 集散控制系统的展望纵观集散控制系统的30年的发展历史，可以清楚的看到，正是半导体集成技术，显示技术，计算机技术，网络和通信技术的不断发展，才推动了集散控制系统的不断更新。今后DCS的发展还是秉承集中显示，操作，管理和分散控制这一宗旨，向着更宽广范围的集中和对控制的更彻底的分散两个方向发展。即是向着计算机集成制造系统，计算机集成过程系统方向和现场总线控制系统方向发展。a） 向CIMS和CIPS方向发展 在第四代DCS中，全厂的信息集成和管理已经提到了一定的高度，今后DCS从功能上应朝着过程控制自动化，制造业自动化，办公自动化和经营管理自动化相结合的发展方向，即向CIMS和CIPS发展。b） 向现场总线系统控制方向发展 传统DCS的分散控制是建立在分散的过程控制装置的基础上的，过程控制装置与现场变送器以及执行器之间是通过420mA的模拟信号进行单向传输，模拟量与数字量的转换，各种控制规律的运算都需要在过程控制装置内完成，不仅传输的信息量少，传输效率低，而且安装工作量大。现场总线传输是双向的数字信号的传播误差小，可靠性高，传输信息量增大，操作人员可在控制室对现场仪表进行标定，校验和故障诊断，还可得到仪表的位号，工作状态，最近一次的标定时间等信息。现场总线的采用，减少了DCS的安装空间，输入/输出的接口以及附属设备。以一根电缆连接23台仪表计算，平均可减少1/2和2/3的输入输出卡，输入输出柜和隔离器等 DCS系统是在对计算机局域网的研究基础上发展起来的,它是相对于计算机集中控制系统而言的计算机控制系统，它是过程控制专家们借用计算机局域网的研究成果，把局域网变成一个实时性、可靠性要求很高的网络型控制系统，运用于过程控制领域。这样的控制带来的好处：缩小控制室尺寸或控制表盘的长度。减少工艺生产的运行对仪表控制设备厂商的依赖，减少仪控人员培训所需的费用。大量减少控制系统所需的备品备件种类及数量。故障分散。这是推出DCS系统的最大理由，DCS系统就是要解决集中控制系统致命的弱点，“故障集中”。故障分散的理由是DCS系统采用了大量的微处理器，各个微处理器承担一个范围较小的(地域上)控制任务，某个微处理器故障不会影响整个系统的币常工作。提供了控制系统构成的灵活性，具有组念便利和可扩展性。大量缩减控制系统所需的电缆。5.3 我国集散控制系统的发展概括目前我国每年用先进的DCS装备石油，冶金，电力，化肥，轻工等行业，DCS的增长速度在10%以上。应用最多的首推石化，其次为冶金，化肥和电力。按DCS得应用水平大致可分为一下四类：a） DCS的功能发挥齐全，应用水平较高，经济效益显著，实现了生产安全，稳定，长周期，满负载，优化的运行。b） 发挥了DCS的功能，促进了工艺管理的改进，采用了先进控制策略，经济效益良好，实现了生产安全，稳定和长周期运行。c） 发挥了DCS的基本功能，提高了控制品质，应用深度有待进一步提高，基本满足了生产安全，稳定和长周期运行。d） DCS基本功能没有发挥，只起到集中显示的作用，应用水平低。为了加速我国DCS的发展步伐，目前要做好以下几方面的工作。 1）充分发挥现有的DCS资源的作用，在改善常规的控制品质，使生产安全，稳定，长周期运行的基础上，深入进行先进控制，优化软件，专家系统的开发工作，不断提高DCS的应用水平。 2）采取有效的激励机制，促使工艺，仪表，计算计人员的技术参透与协调配合，进行优秀人才的培养，锻炼与积聚，尽快形成一支高水平的DCS应用技术队伍。 3）切实加强对现场仪表的管理，提高基础自动化水平，提高检测计量仪表，质量仪表以及执行结构的水平，为DCS应用提供准确齐全的实时信息与灵活可靠的执行机构。4）从管控一体化高度出发，搞好DCS的应用，在选型配置上要留出管理计算机接口，以逐步向控制，管理，决策一体化过渡。6 浙大中控DCS介绍 中控集团始创于1993年，是中国领先的自动化与信息化技术、产品与解决方案供应商，业务涉及流程工业综合自动化、公用工程信息化、装备工业自动化等领域。目前，中控集团设有9家子公司、1家研究院、17家分公司、3家海外分支机构SUPCON JX-300X DCS 由工程师站、操作站、控制站、过程控制网络等组成。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PC 机、CRT、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，建议采用100%冗余，如主控制卡、数据转发卡和电源箱。过程控制网络实现工程师站、操作站、控制站的连接，完成信息、控制命令等传输，双重化冗余设计，使得信息传输安全、高速。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时监控功能。通过软件设置和硬件的不同配置可构成不同功能的控制结构，如过程控制站、逻辑控制站、数据采集站。控制站主要由机柜、机笼、供电单元和各类卡件（包括主控制卡、数据转发卡和各种信号输入/输出卡）组成，其核心是主控制卡。主控制卡通常插在过程控制站最上部机笼内，通过系统内高速数据网络SBUS 扩充各种功能，实现现场信号的输入输出，同时完成过程控制中的数据采集、回路控制、顺序控制、以及包括优化控制等各种控制算法。JX-300X DCS 采用三层通信网络结构，最上层为信息管理网，采用符合TCP/IP 协议的以太网，连接了各个控制装置的网桥以及企业内各类管理计算机，用于工厂级的信息传送和管理，是实现全厂综合管理的信息通道。中间层为过程控制网（名称为SCnet ），采用了双高速冗余工业以太网SCnet 作为其过程控制网络，连接操作站、工程师站与控制站等，传输各种实时信息。底层网络为控制站内部网络（名称为SBUS），采用主控制卡指挥式令牌网，存储转发通信协议，是控制站各卡件之间进行信息交换的通道。控制站所有的卡件，都按智能化要求设计，系统内部实现了全数字化的数据传输和信息处理，即均采用专用的工业级、低功耗、低噪声微控制器，负责该卡件的控制、检测、运算、处理、传输以及故障诊断等工作。同时，其中I/O 卡件采用了智能调理和先进信号前端处理技术，降低了信号调理的复杂性，减轻了主控制卡CPU 的负荷，加快系统的信号处理速度，增强了每块卡件在系统中的自洽性，提高了整个系统的可靠性。智能化卡件设计也实现了A/D、D/A 信号的自动调校和故障自诊断，使卡件调试简单化，所有卡件都采用了统一的外型尺寸，都具有LED 的卡件的状态指示和故障指示功能，如电源指示、工作/备用指示、运行指示、故障指示、通讯指示灯。 JX-300X DCS是浙大中控自动化有限公司在JX-100，JX-200基础上，经过不断完善，提高而全新设计的新一代全新数字化DCS，精良设计的JX-300X是当今国际同类产品的佼佼者。7 卡件选型控制站卡件位于控制站卡件机笼内，主要由主控制卡、数据转发卡和I/O 卡（即信号输入/输出卡）组成。卡件的基本功能就是A/D转换和信号处理，其选型原则需要对信号类型、程序控制冗余都有要求，并且要隔离相互有干扰的I/O点。主控制卡必须插在机笼最左端的两个槽位。主控制卡是控制站的核心，可以余配置，保证实时过程控制的完整性。数据转发卡槽位可配置互为冗余的两块数据转发卡。 主控制卡可以冗余配置，也可以非冗余配置，数据转发卡可以冗余配置，也可以非冗余配置 在水解工段中温度控制信号有9路，温度控制卡件选用卡件SP316（热电阻信号输入卡），卡件SP316是两路温度信号输入，所以需要5个卡件SP316，另外还需要5片作为冗余备用，所以共需选用10片卡件。在水解工段中输入电流信号有22路，控制电流的卡件选用SP313（电流输入卡），卡件SP313是四路电流信号输入，所以需要6片卡件，另外需要6片作为冗余备用，所以共需选用12片卡件。输出电流信号有6路，选用卡件SP322(模拟信号输出卡件)，每片4路输出信号，所以需要4片卡件，其中2片作为冗余备用。输出电压信号有3路，每片4路输出信号，所以需要2片卡件，其中1片作为冗余备用。在水解工段中共有9个控制回路，其中有四个是温度控制回路和五个压力控制回路。温度控制需选用4片卡件SP316，两片用于4路电流输入两片用于冗余备用。压力控制需选用4片卡件SP314，2片用于4路电压输入，2片用于冗余备用。选用的主控卡是SP243X。选用的数据转发卡件是SP233。综上所述，共选用了卡件SP316十四片，选用了卡件SP314四片，选用了卡件SP313十二片，选用卡件SP322六片，选用主控卡SP243X两片，还需两片与其相互冗余，所以共需四片。要选用数据转发卡SP244两片，其中一片作为冗余。 表7 部分卡件介绍型 号卡 件 名 称性能及输入输出点数SP243X主控制卡负责采集、控制和通信等SP313电流信号输入卡4路输入，可配电，分组隔离，可冗余SP322模拟信号输出卡4路输出，点点隔离，可冗余SP244数据转发卡SBUS总线标准，用于扩展I/O单元SP314电压信号输入卡4路输入，分组隔离，可冗余SP316热电阻信号输入卡2路输入，点点隔离，可冗余结论 完成了钛白粉水解工段PLC控制系统设计论文。在研究水解过程中，经过查阅很多资料让我了解了钛白粉生产对于民生的重要性。我国的钛白粉生产水平与国外还有很大差距，设备有待提高。在写太白粉水解的论文过程中遇到的困难有仪表的选型，卡件的选型，和自己设计的控制系统。仪表选