DCS工业控制论文

1、abstract摘 要针对现在国内外工业气体市场及用户的需求，各制造企业都致力于选择具有安全可靠和经济合理的最佳流程的整套空气分离装置。本文是基于中原石化的空气分离装置进行设计的。在这套空气分离装置中，压缩机组均采用dcs自动控制，压缩机只配备必要的现场仪表、探头和传感器，现场不设机旁仪表盘，由中控室的dcs（采用yokogawa centum cs3000系统）控制整个机组，以充分发挥dcs系统的功能和优势。在此dcs系统中，可以做到控制线、喘振线、工作点、控制点和喘振点随着各级入口温度、机组入口和出口压力的变化自动补偿并动态显示。操作工对机组的运行状况（工作点位置、控制点位置、喘振点位置）

2、一目了然，且对起动过程中各过程参数的变化都心中有数。而且，历史趋势记录功能极强，便于分析起动过程和故障，实时修改控制参数或控制方案。根据本套空气分离装置的工艺要求，进行硬件设备的选型，设计了与之匹配的流量控制方法，最终实现了运用空气分离设备制取氧、氩、氮的设计要求。关键词：空气分离装置，dcs，流量控制abstractaccording to domestic and foreign industrial gas market and now the needs of users, each manufacturing enterprise are working to choose to h

3、ave the safe and reliable and reasonable economy best process set of air separation unit.this paper is based on zhongyuan petrochemical air separation units to carry on the design. air compressor set device of all use dcs automatic control, compressor only equipped with necessary site instruments, p

4、robe and sensor, the scene is not set up beside the dashboard, controlled (yokogawa centum cs3000 system adopted)by the machine, the whole unit, dcs control to make full use of the function and the superiority of dcs system. in dcs system, can do line, surge line, set-point, control areas and surge

5、point with various inlet temperature, unit inlet and outlet pressure changes automatically compensate and dynamic display. operators of the unit operation condition such as set-point location, location, surge control at a glance, and point to start process of various process parameters change fairly

6、 well. historical trends, facilitate analysis function of record strong starting process and fault, real-time modify control parameters or control scheme.according to this set of air separation unit process requirement, hardware equipment selection, design the matching flow control methods, finally

7、achieved using air separation equipment producing oxygen, argon, nitrogen design requirements.key words：air separation unit，distributed control system， flow control31空气分离装置的简单介绍目录摘 要iabstractiii1绪论11.1工业气体在现代工业生产中的作用11.2课题背景11.3课题研究的意义21.4本文的主要工作和论文结构22空气分离装置的简单介绍32.1空气分离装置的基本组成32.2空气分离装置的工艺流程简介33空气

8、分离装置的控制系统结构53.1系统的控制要求53.2控制系统的选用53.3网络结构53.4硬件配置53.5本章小结54 流量控制54.1影响流量控制的因素54.2流量控制的方法54.3 流量控制的实现54.4流量控制仪表在 centum cs3000测试状态下的画面54.5本章小结55工厂验收测试55.1系统检查55.2控制站应用功能检查56结束语5致 谢5参考文献51 绪论1.1工业气体在现代工业生产中的作用工业气体是指氧、氮、氩、氖、氪、氦、氢、二氧化碳、乙炔、天然气等。这些气体产品作为现代工业重要的基础原料，应用范围十分广泛，在冶金、钢铁、石油、化工、机械、电子、玻璃、陶瓷、建材、建筑、

9、食品加工、医药医疗等部门，均使用大量的常用气体或特种气体。因为气体产品的应用覆盖面大，一般将气体的生产和供应与供电、供水一样，作为工业投资环境的基础设施，被视为国民经济“命脉”而列为公用事业行业。近年来，随着我国国民经济的快速发展，气体产品应用范围不断扩大，用量不断增加，新产品不断推出，纯度不断提高，市场需求不断扩大，产值增长速度远远超过同期国民经济总值的增长速度，达到年12的增长率。目前全国气体产品市场年销售额约为400亿元。虽然气体工业总产值在国民经济生产总值中所占的比例不算大，但它对近年来飞速发展的微电子、航空航天、生物工程、新型材料、精密冶金、环境科学等高新技术部门有重要影响，是这些部

10、门不可缺少的原材料气或工艺气。正是由于各种新兴工业部门和现代科学技术的需要和推动，气体工业产品才在品种，质量和数量等方面取得令人瞩目的飞跃发展。1.2课题背景集散控制系统（distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称dcs系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又

11、实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。它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(computer)、通讯(communication)、显示(crt)和控制(control)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。针对现在国内外工业气体市场及用户的需求，各制造企业都致力于选择具有安全可靠和经济合理的最佳流程的整套空气分离装置。本课题是基于中原石化的空气分离装置的控制系统进行设计的，一方面能让我认识到dcs系统在现代化生产过程控制中起的重要作用，另一方面让我更加深入了解dcs的功能及空气分离装置的工艺流程。1.3课

12、题研究的意义以横河的centum cs3000系统作为学习及应用的对象。掌握centum cs3000系统并应用centum cs3000软件对空气分离装置进行绘图及组态。利用centum cs3000软件环境下进行了编译及仿真测试，实现了空气分离装置的dcs控制。如果测试的结果和预期方案一致，则此方法可行。说明这种设计方法运行可靠性好、操作方便、能耗低、安全性高。这些都体现了dcs系统的技术的优越性和广阔的应用前景。本课题是通过空气分离装置的dcs控制过程，熟悉dcs中复杂回路控制（温压补偿控制、分程控制、比率控制、差分控制），重点掌握流量控制在空气分离装置中的应用过程及控制作用等相关的知识

13、，为今后走向工作岗位打下一定基础。1.4本文的主要工作和论文结构在本课题中，研究并实现的内容主要是：（1） 结合中原石化项目，明确空气分离装置的整个运转过程。（2） 对中原石化项目中运用的yokogawa centum cs3000控制系统的软件、硬件组成进行简单介绍。（3） 对中原石化项目中的流量控制进行组态设计及测试。（4） 通过工厂验收测试（fat）过程，确保整个yokogawa centum cs3000控制系统在进入工厂后能正常运行。本文的结构安排如下：第一章为绪论，简要论述论文研究的背景和意义；第二章为本次项目的空气分离装置的简单介绍，概述制取氧、氮、氩的过程；第三章为空气分离装置

14、的控制系统结构，阐述空气分离装置对centum cs3000控制系统的要求及控制系统的选用情况，论述控制系统的系统结构，并详细阐述过程控制组态、监控画面组态及历史趋势组态技术与实现。第四章为流量控制，详细介绍流量控制的方式、方法 。第五章为工厂验收测试，阐述在整个空气分离装置在进入厂区前需要对硬件、软件进行的测试。2 空气分离装置的简单介绍2.1空气分离装置的基本组成空分设备是一个大型的复杂系统，主要由动力系统、净化系统、制冷系统、热交换系统、精馏系统、产品输送系统和控制系统等系统组成。动力系统：主要是指原料空气压缩机。空分设备将空气经低温分离得到氧、氮等产品，从本质上说是通过能量转换来完成。

15、而装置的能量主要是由原料空气压缩机输入的。相应地，空气分离所需要的总能耗中绝大部分是原料空气压缩机的能耗。净化系统：由空气预冷系统（空冷系统）和分子筛纯化系统（纯化系统）组成。经压缩后的原料空气温度较高，空气预冷系统通过接触式换热降低空气的温度，同时可以洗涤其中的酸性物质等有害杂质。分子筛纯化系统则进一步除去空气中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷和氧化亚氮等对空分设备运行有害的物质。制冷系统：空分设备是通过膨胀制冷的，整个空分设备的制冷严格遵循经典的制冷循环。不过通常提到的空分制冷设备主要是指膨胀机。热交换系统：空分设备的热平衡是通过制冷系统和热交换系统来完成的。随着技术的发展，现在的换热器

16、主要使用铝制板翘式换热器。精馏系统：空分设备的核心，实现低温分离的重要设备。通常采取高、低压两级精馏方式。只要由低压塔、中压塔和冷凝蒸发器组成。产品输送系统：空分设备生产的氧气和氮气需要一定的压力才能满足后续系统的使用。只要由各种不同规格的氧气压缩机和氮气压缩机组成。控制系统：大型空分设备都采用计算机集散控制系统，可以实现自动控制。2.2空气分离装置的工艺流程简介空气分离装置是以空气为原料，根据气体沸点不同分别提取n2、o2、ar等的装置。本次项目的空气分离装置工艺流程图如图2-1所示分子筛吸附系统透平膨胀机废氮排除排污空气压缩机精馏塔氧氩氮废氮放空原料空气水空气冷却塔热交换器 图2.1 空气

17、分离装置工艺流程图（1）空气前处理过程原料空气经空气过滤器清除灰尘和其它机械杂质 ,由空气压缩机压缩至 0.68 mpa,压缩后的空气经喷淋冷却塔用水冷却至 25后 ,在进入精馏塔之前，要进入分子筛吸附系统（采用活性炭吸附器）除去空气中的二氧化碳和水。活性炭吸附器由两个塔组成，两个塔可以进行“吸附”和“再生”工作的交替使用。经过活性炭吸附器除去水分的空气再经过热交换器冷却后送往透平膨胀机，热交换器可以用精馏塔顶部排出的n2作为冷却气。透平膨胀机则是通过减小压力来使气体温度下降，从而完成对气体的冷却。因为液化空气温度极低，所以经过膨胀透平的液化空气要从精馏塔底部进入精馏塔。 （2）精馏过程空气分

18、离的精馏塔分为上塔和下塔。在下塔 ,大部分空气被初步分离成富含氧的液体空气 (富氧液空 )、纯氮、液氮和馏份氮 ,从下精馏塔中抽出的馏份氮作为回流液 ,富氧液空从塔底抽出 ,除去烃类 ,在过冷器中被来自上精馏塔顶部的污氮过冷后节流进入上塔中部喷淋 ,在上精馏塔中液体空气和馏份氮被分离成产品氧气和污氮 ,产品氧气从上塔塔底抽出 ,污氮从塔顶抽出 ,经过冷器进入切换式换热器 ,走原料空气通道 ,被加热到环境温度并将通道内的固体水、干冰挥发或升华 ,与污氮一起放空。（3）本次项目概述本次项目是将空气分离装置的过程通过centum cs3000软件进行绘图和组态，通过调试，模拟演示空气分离装置利用多塔

19、低精馏的工艺，从经过分子筛吸附器的压缩空气（已除去所含的水、co2、碳氢化合物等杂质）中制取高纯度的氧、氮、氩产品的过程。进入centum cs3000测试状态时空气分离装置过程流程图如图2-2所示：图2-2 在cs3000测试状态下的空气分离装置工艺流程图进入centum cs3000测试状态时空气分离装置过程流程图画面只能显示各个仪表是否处于正常运行状态，无法显示数据。只有将整个系统与现场设备连接起来才能正确显示仪表数据。空气分离装置的控制系统结构3 空气分离装置的控制系统结构3.1系统的控制要求中原石化的这套空气分离装置对控制系统的要求如下：（1） 整套制氧机设备的测量和控制以中央集散控

20、制室为主，就地检测为辅，空压机、氧压机、氮压机、膨胀机设机旁操作盘，紧急情况下在集散控制室和机旁操作盘均能紧急停车。（2） 控制体统对整个制氧机组的过程参数实现监视和控制，具有显示、操作、报警、调节、记忆、启动联锁和保护联锁等功能，有关的连锁保护将根据工艺要求自动启动和停车，打开和关闭阀门。（3） 空压机、膨胀机、氧压机、氮压机设置硬件联锁控制系统。压缩机所有防喘振控制逻辑回路所耗时间要求不大于100ms.（4） 压缩机配备相对独立的振动和轴位移检测装置和监视系统，监视系统布置在中控室内，信号有监视系统（4-20ma dc）送到dcs显示、报警及趋势记录。（5） 控制、报警、监视和保护的基本功

21、能根据控制回路独立完整的原则设计，保证在某一控制回路失效时不会导致其他控制回路失效。各保护功能具有独立性，确保生产人员及设备的安全。（6） 对各涉及重故障连锁的检测回路，在回路开路时保持原有效指示值，只产生声光报警，不产生跳车动作。（7） 监控画面除显示个数据的数值外，同时显示数据的正常、报警、联锁等状态信息，能从监控画面对所有显示数据进行手动强制操作。中原石化的本套空气分离装置设计产量如表3-1所示表3-1本套空气分离装置的设计产量产品名称单位产量纯度出冷箱压力氧气nm3/h6200099.7%o240-50kpa氮气nm3/h68000o25ppm8kpa液氧nm3/h100099.7%o

22、2液氮nm3/h1000o25ppm液氩nm3/h2000o25ppm n23ppm3.2控制系统的选用中原石化所采用的dcs控制系统为yokogawa centum cs3000系统。本节主要针对centum cs3000系统的分析，阐述中原石化选用此设备原因。（1） 可靠性系统的可靠性是系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力，由于centum cs3000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它功能的丧失。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

23、中每台计算机的可靠性也得到提高。（2） 开放性centum cs3000采用开放式、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。（3） 灵活性通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库中选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。（4） 易于维护功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，

24、可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。（5） 协调性各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。（6） 控制功能齐全控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。centum cs3000的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。 处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通

25、过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展，centum cs3000可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。综合以上分析，从产品的各种性能上，中原石化选择centum cs3000是符合工程需要的。3.3网络结构本文的网络结构如图3-1所示。系统处理机组件采用星型连接方式，通过vnet/ip控制网进行连接，形成过程管理和控制节点。它为centum cs3000系统中的各个站之间提供高速、冗余、对等的通讯，从而具有

26、优异的性能和安全性。图3-1 网络结构图3.4硬件配置本项目中dcs系统主要包括控制器、i/o卡件、工程师站1台、操作站2台、报警打印机1台、报表打印机1台、画面打印机1台、组态画面打印机1台。其中控制器与工程师站、操作站通过网关相连，操作站与打印机通过网关相连。涉及模拟输入量632个，模拟输出量86个，数字输入量820个，数字输出量522个，共计2060个点。本次项目在centum cs3000中需要建立的各站信息如下表3-2所示：表3-2 cs3000中项目信息设备域站型号站的名称控制类型v-net地址以太网地址操作站his132phishis-0132操作管理176.16.1.32176

27、.16.1.32操作站his131phishis-0131操作176.16.1.31176.16.1.31控制站fcs11afg40dfcs-0101过程控制176.16.1.1176.16.1.13.4.1工程师站（aes）工程师站是dell工业计算机或便携式计算机，采用windows xp的操作系统，运行相应的实时监控程序，对整个系统进行集中控制和管理。工程师站主要有以下功能： a控制策略组态(包括系统硬件设备、控制、算法)，人机界面组态(包括系统图形、报表)和相关系统参数的设置。 b现场控制站的下装和在线调试，操作员站人机界面的在线修改。 c在工程师站上运行操作员实时监控程序后，工程师站

28、可作操作员站使用。（1）过程数据组态利用组态软件，对配置的控制器组态控制。对所配置的控制器，既考虑到工艺流程的分配，又考虑控制器的负荷，fcs101 实现整个空气分离装置系统的控制。（2）监控画面组态组态工具使用centum cs3000进行。本次设计中，充分利用centum cs3000软件功能，是监控画面具有以下功能：操作员通过操作站可以查看各生产数据对应的i/o卡件及通道号、信号的量程、报警设定值等信息。如果是参与联锁的，还可以进行信号的追溯，有助于故障分析和判断。为实现以上功能，首先对模拟量输入/输出、pid控制模拟块、数字量输入/输出进行模板设置，如图3-2、图3-3所示。控制画面组

29、态时，对这些模板进行简单调用即可。图3-2 模拟量输入/输出、pid控制模拟块图3-3 数字量输入/输出块通过以上设置，大大减少了监控画面组态工作量，提高了工作效率，同时提高了数据显示、操作的可靠性。（3）历史趋势组态及数据归档策略历史趋势主要通过以下四个组进行组态。采样组（collection points）存放采集的过程数据采样点的名称及其采集要求。采集来的数据可以直接用于历史趋势线的显示。采样点的个数由系统组态时确定，所有点的采样周期都可组态成2秒。每个采集来的记录先放在内存中，满100条记录后到一个循环文件中。浓缩组（reduction groups）提供了对采集来的大量过程数据进行归

30、约浓缩再加工处理的方法，经过浓缩组处理的数据可提供给过程报表使用，也可以将浓缩处理后的数据再次进行浓缩，即串级浓缩。系统提供了八种浓缩算法：sum（合计值）、avg（平均值）、max（最大值）、min（最小值）、stdv（标准差）、hist（频度密度）、usr（用户自定义）。信息组（message groups）用来存放整个系统的信息。这个组的成员在系统装入时就已组态好，用户只可修改组态参数，不能在这个组中加入或删除任何成员。归档组（archive groups）以上三组的数据只能保存制定的时间或记录条数，超过以后，新写入的数据将覆盖最早的数据。归档组定义它的这些成员什么时候需要存档，然后有系

31、统操作员定期将归档的数据拷贝到磁带或磁盘。3.4.2操作站（his）操作站是集散控制系统与用户进行信息交换的设备。一般用一台高档微型计算机作为操作站主机，它采用实时多任务操作系统，并配有彩色crt显示器，键盘，打印机，拷贝机等。操作站主要完成以下功能： a各种监视信息的显示、查询和打印。主要有工艺流程图显示、趋势显示、参数列表显示、报警监视、日志查询、系统设备监视等。 b通过键盘、鼠标等人机设备，对命令和参数进行修改，实现系统的人工干预，如在线参数修改，控制调节等。 c操作员站可以通过授权更改为工程师站，实现工程师站功能。3.4.3数据库站(ads)冗余设置的数据库站是dell工业计算机，采用

32、windows2000server的操作系统，运行相应的实时监控程序，对整个系统进行集中控制和管理。数据库站主要有以下功能： a检测系统中所有设备的报警信息并发送给操作站，记录过程数据、状态变化信息，系统传送信息、报警信息及恢复信息等历史数据记录功能。 b. 具有保存系统操作站画面定义，位号定义，和aos的系统程序等其他设备的备份功能。 c可以通过网络打印机打印所有报警、运行操作信息、报表、实时趋势和历史趋势。 d自动同步系统中各站的时钟。3.4.4控制站(fcs)控制站是集散控制系统中的智能化可独立运行的计算机系统。它实现数据采集并直接对生产过程进行各种连续控制、批量控制与顺序控制等，所有测

33、量值可通过通信网络送到操作站数据库。现场控制站由fcs控制器、智能的processio单元、电源单元、现场总线和机柜组成，采用分布结构设计，扩展性强。冗余设置的高可靠性acs控制器具备强大的ei型综合控制功能，可以方便实现就地维护和在线下载，运行着工程师站所下装的控制程序，与操作员站进行通讯，完成数据交换；智能的processio单元完成现场内的数据采集和控制输出；电源单元为智能io单元提供稳定的工作电源；现场总线为主控单元与智能io单元之间进行数据交换提供通讯链路。 3.5本章小结本章阐述了本套空气分离装置的控制系统的要求，讨论了控制系统的系统结构，在对工程师站、操作员站、数据库站、控制站等

34、设备功能进行介绍的基础上，阐述了过程控制组态、监控画面组态及历史趋势组态技术与实现。流量控制4 流量控制流量控制系统是一个闭环控制系统，是计算机在工业生产过程中普遍的一种应用方式。计算机通过模拟量输入通道(ai)和开关量输入通道(di)采集实时数据，然后按照一定的规律进行计算，最后发出控制信号，并通过模拟量输出通道(ao)和开关量输出通道(do)直接控制生产过程。由于流量控制系统中的计算机直接承担控制任务，所以要求实时性好、可靠性高和适应性强。因此，在正确的选择流量控制的方式对于工业生产来说是至关重要的。4.1影响流量控制的因素气体流量测量普遍存在温压补偿问题，这是由气体的特性所确定的。因此，

35、在气体流量测量系统中，温压补偿是其中一个不可缺少的环节。若缺少这一环节，或不给予应有的重视，就会给测量带来误差，有时误差可高达百分之十，甚至更大，使仪表的示值变得毫无意义。由于气体的可压缩性，决定了它的流量测量比液体复杂，仪表的输出信号除了与输入信号有关，还与气体密度有关，而气体的密度又是温度和压力（简称温压）的函数。所以，气体的流量测量普遍存在温压补偿问题。在仪表的设计或对旧设备的改造中，气体流量测控系统应尽可能采用微机化仪表，根据被测气体及仪表类型，选用合适的数学模型，实施温压自动补偿。大部分气体，可近似地视为理想气体，其密度可用经过补正的理想气体状态方程来表示。有的气体，如水蒸气，即有别

36、于理想气体，其密度不宜简单地用理想气体状态方程来表示。气体又有干、湿之分，对于湿气体，其密度除了与温度、压力有关外，还与湿度有关。近年来，不断涌现的微机化仪表，使气体流量测量的温压补偿变得简便而精确，从而提高了测量精度。4.2流量控制的方法因为大多数流量仪表是孔板型的，根据伯努利原理，温度、压力的校正计算是很有必要的。流体流动的能量方程又称伯努利方程，其反应出流体的能量由静压能、动能、势能三者构成，其总能量是不变的。如果将一个节流件（孔板）置于管流之中，由于过流断面变小，流体经过节流件时将产生收缩现象，能量方程中的各项会发生变化，在节流件前后测量所得的压力值代表着流体中动能与静压能之间的转化现

37、象。对于不可压缩性的流体，在管道中处于同一水平线上的节流件两截面处得能量方程为： 常数 （1）式中： 由能量方程只能取得差压随流速变化的关系，而不能取得流量随流量的变化关系。当节流件长度很小时，对于不可压缩流体其密度不变，流体在管道中连续流动，则可以列出如下的连续方程： （2）假设为管道流体为收缩前的截面积，为节流件最小截面处得截面积。两截面的直径比为 （3）由以上三式可以导出阻力件最小截面处得流速： （4）则最小截面的质量流量如下： （5）此式是不考虑各种具体情况的理论式，任何一个具体的阻力件都要考虑一些实际存在的问题。例如：管道的粗糙度、流体可压缩性、密度变化、流体流动状况等，可得出可压缩

38、性流体的质量流量方程如下： （6）式中：为流量系数管壁粗糙度修正系数为流速膨胀系数节流件最小开孔截面直径将（6）和（5）相比可以得出： （7） 式中：流出系数，它表明了在同样条件下的实际情况与理论式的差异。在式（6）中节流件的直径为常数，、在一定的流量范围之内也可看做常数，流量测量值同密切相关。而蒸汽工况（温度、压力）的变化，必然使密度产生相应的变化，因此蒸汽流量测量必须进行密度补偿才能提高测量的精确度。没有补偿得出的流量是以蒸汽在节流件设计工况下的密度得出的；补偿后的流量是以蒸汽在实际工况下的密度得出的。当气体的实际工况与设计工况相同时，流量计的示值与实际值相符（仅与差压有关），当实际工况偏

39、离设计工况时，实际流量还会随着温度、压力的变化而变化。例如，压力变化25，流量就会相差50，可见误差极大。因此，气体流量测量必须进行温压补偿。对气体介质进行补偿时，在低压范围内，可以利用理想气体状态方程来进行温度、压力补偿。但在高压时，则必须考虑气体压缩系数的影响。对于过热蒸汽，必须作实际气体处理。对于大部分气体，在低压（如小于1mpa）的压缩系数都接近于1。在该区域内，只要温度不是太低，即使不对压缩系数进行修正，也不会引起明显的误差，完全可以满足工程上的要求。但在高压区，则必须考虑压缩系数的影响，否则将会造成明显的误差。像常规方法，将流量系数、膨胀系数、管道孔径看成常数，将会造成不可忽视的测

40、量误差。分析计算表明，当温度和压力在设定值上变化20%，变化60%时，如果我们只补偿密度变化的影响，那么，即使密度变化可能引入的误差为零，即认为已实现了对密度的完全补偿，其它各余留参数变化累加后的最大误差仍可达6%左右。其中，引入的误差最为明显。对于常规仪表来说，这些余留误差没有可能得到补偿。所以，选择合适的温度、压力补偿公式，才能获得准确的流量。在dcs中，实现过热蒸汽流量测量的温度、压力补偿实质上就是将以上计算过程用计算机程序予以实现。流量检测工作原理复杂，被测介质种类繁多，yokogawa经过对实际情况科学设计、合理选择参数得到可以准确的得出测量结果的温压补偿方法。4.3 流量控制的实现

41、由于项目中设计对工艺要求，流量控制根据控制阀的种类不同，分两种控制形式来实现流量控制的功能。4.3.1 孔板式流量仪表采用的流量控制方式centum cs3000中温度、压力的校正计算的公式如下所示：（8）fi：测定流量；fo：补偿流量；p：测定压力；pb：基准压力；t：测定温度；tb：基准温度。tpcfl（温压补偿）功能块是基于式（8）来实现孔板式流量仪表的流量控制。tpcfl块是在使用压缩机构差压式流量计的测定流量中，执行温压补偿。或者把与理想气体比较过的气体流量以温度及压力为准作为补偿。tpcfl块进行输入处理、运算处理、输出处理、报警处理。它的处理时间只限定期启动。而作为执行定期启动的

42、扫描周期，可以从基本周期、中速周期、高速周期中选择。tpcfl块的功能块图如图4-1所示inq01q02subout输入处理换算运算rwtmpprscpvcpv dcpv图4-1 温压补偿块（tpcfl）的功能块图rw：原始输入数据；tm：测定温度；prs：测定压力；cpv：运算输出值tpcfl块的输入输出端子的连接方式和连接目标如表4-1所示表4-1tpcfl输入输出端子的连接方式和连接目标输入输出端子连接方式连接目标数据参照数据设定条件判定状态操作端子间连接过程控制输入输出软件输入输出功能块in测定流量q01测定温度q02测定压力out运算输出sub辅助输出：只有在与切换开关（sw-33、

43、sw-91）或间连接块（adl）相连接的场合才能连接。：不能连接。：可以连接。在控制画面组态中，将各功能块可能会进行特殊设定的详细设定项（量程，单位，注释，输入信号转换等）列在功能块外侧。在centum cs3000控制画面组态中，孔板式流量仪表的流量控制实现方式入图4-2所示图4-2孔板式流量仪表的软件模块结构图4.3.2 涡流式流量仪表采用的流量控制方式然而，当流量仪表fic701是涡流类型时。温度、压力的校正计算的公式如下：因为tpcfl功能块不能在涡流型的流量仪表中应用，所以在涡流型的流量仪表中calcu功能块将替代温度、压力的校正计算。通用运算块（calcu）是运行预先定义好的任意运

44、算算法的功能块。运算算法通过通用运算式记述语言定义的。calcu块的功能块图如图4-3所示inq01q07outj01j03subrv1cpv3rvrv7p08p01cpvcpv1输入处理输出处理用户定义数值，逻辑运算处理（cpv .dcpv）图4-3通用运算块（calcu）的功能块图rv：运算输入值；cp：运算输出值；p01-p08运算参数calcu块的输入输出端子的连接方式和连接目标如表4-2所示表4-2 calcu输入输出端子的连接方式和连接目标输入输出端子连接方式连接目标数据参照数据设定条件判定状态操作端子间连接过程控制输入输出软件输入输出功能块in运算输入q01q07第n运算输入ou

45、t运算输出j01j03第n运算输出sub辅助输出在centum cs3000控制画面组态中，涡流式流量仪表的流量控制实现方式入图4-4所示图4-4涡流式流量仪表的软件模块结构图4.4流量控制仪表在 centum cs3000测试状态下的画面采用流量控制，必须综合考虑厂方的计量要求、流量计用途、温度、压力变送器的成本等因素。对于计量用的则一定要采用温压补偿措施，并选好、选对经验公式及配套的温度压力变送器的精度，并进行正确、合理、认真的设置和调校。在孔板式流量仪表控制中，各个仪表控制块如图4-6所示图4-6孔板式流量仪表在涡流式流量仪表控制中，各个仪表控制块如图4-7所示图4-7涡流式流量仪表ti

46、101测量点的温度显示仪表；pic101测量点的压力显示仪表；fic101rw测量点的流量显示仪表；fic101tp是经过温压补偿块（tpcfl）计算后的理论流量值；fic101是实际控制阀的流量值的显示仪表。ti701测量点的温度显示仪表；pi701测量点的压力显示仪表；fic701rw测量点的流量显示仪表；fic701tp是经过温压补偿块（calcu）计算后的理论流量值；fic101是实际控制阀的流量值的显示仪表。在流量测量中,温度、压力是随实际工况波动的,温度、压力的波动对流体的体积有影响,使实际测量值有偏离。所以，实际测量的流量值是一个变化的数值，而在实际的操作中，不能因为细小的变化就

47、更改阀位，这样不仅会造成控制阀的更换周期变短，也会降低生产效率。因而，centum cs3000控制系统采用给予设定值（sv）的变化范围，当测量值（pv）变化在限定范围内时 ，控制阀位不会改变，当其超出设定范围时，就会根据两者的偏差值（mv）对控制阀进行相应的调节，使得测量值回归到变化范围内。这样的调节系统，使得工艺流程更加通畅，也降低了操作员的工作量及控制阀的更换周期。4.5本章小结本章阐述了流量控制的实现方法，根据控制阀类型，选用centum cs3000不同的控制方案来达到厂方的控制要求。工厂验收测试5 工厂验收测试经过fat(factory acceptance test, 工厂验收测

48、试)验证centum cs3000是否可以顺利的自动完成数据采集、状态显示、流程显示、趋势记录、报警管理、报表打印、顺序控制、安全连锁等功能，以确保整套装置从开车到停车过程的安全。5.1系统检查5.1.1系统启动目的:此项检查的目的主要是确保所有的硬件在从“停”到“运行”状态切换时，都能自动的启动。方法：1）单个为部分硬件或整个系统硬件断电。 2）单个为部分硬件送电。5.1.2 cpu的后备功能检测目的：现场控制站的双重化的cpu具有相互后备的功能，在正常运行中，它们中有一个在工作，而另一个保持后备状态。处于后备状态的cpu的内容也在同步地进行数据更新。方法：此项测试的目的主要是验证当工作的c

49、pu发生故障后，热后备cpu可以立即工作，而且所有的控制参数与切换前相同，控制不间断。步骤：1）通过切断电源停止正在工作的cpu； 2）在ics上查看系统报警信息。5.1.3 node电源双重化检查目标：每个node插槽的双重化电源卡为每个插槽中的插件箱、i/o卡提供了双重化的电源，此项检测的目的主要是为了验证，一块电源卡的故障不致影响对插件箱、i/o卡件的供电。方法：1）拔掉一个node插卡电源卡的插头； 2）在操作站的画面上查看系统报警信息。评判：1）另外一块电源卡将马上进入正常工作状态；2）每个i/o卡上的“ready”灯仍保持“on”状态。5.1.4站间通讯总线双重化功能的测试目标：站

50、间通讯总线主要来实现操作站和现场控制站之间的通讯，也可实现控制站与控制站之间的通讯。因此，一根总线的通讯失败不致使系统中其余部分受到影响。此项测试的主要目的就是为了验证，一根总线的通讯失败不会影响正常的高速实时通讯。方法：1）切断一根通讯总线； 2）再将其接通后，用同样的方式切断第二根总线，如步骤1；3）在操作站上检查系统报警信息。评判：操作站仍可以不间断地与控制站进行数据交换，并监视这些数据。5.1.5显示器、打印机、彩拷机等的功能切换目标：如果需要的话，可以在操作站上定义crt、打印机、彩拷机。那么定义这些设备的操作站就叫做这些设备的主操作站。当主操作站出现故障以后，这些crt、打印机或彩拷机可以通过手动切换到支持它们的副站上。此测试的主要目的是为了按照预期的定义切换crt打印机或彩拷机。方法：1）手动改变操作站、打印机、彩拷机上选择开关的位置； 2）验证crt、打印机、彩拷机被切换到其它操作站。评判：操作站（另一站）的crt、打印机、彩拷机的功能可以正常实现。5.2控制站应用功能检查5.2.1通道测试由外部对不同的i/o卡件进行加电压、电流、电阻或mv等信号，检测输入通道、仪表指示值，并操作回路输出值进行输出通道检测。检测开关量输入输出通道。检查内容详见i/o清单。（1） di点的测试：拿一根短接线在数字量端子板（如图5.1所示）上短接两个接口，操作站