基于DCS的精馏塔工艺流程资料(共39页)

1、青岛科技大学本科毕业设计 第一章 绪论(xln)1.1 课题研究(ynji)的目的和意义 随着现代化工的飞速发展，生产规模的不断扩大，工艺过程越趋复杂，对工艺流程前后工序相互关联紧密，充分利用能源等提出的要求，DCS控制系统(kn zh x tn)已发展为过程控制的主流。它在工业过程控制领域发挥了越来越重要的作用，广发应用于各种行业的生产过程中。生产设备自动化程度的提高有利于降低工厂生产成本，促进生产线的柔性化和集成化，有利于提高产品的质量，产量以及产品的竞争力。从某种意义上说，DCS控制技术为我们创造了不可忽视的经济效益和社会效益。 精馏塔作为石油化工生产过程的一个十分重要的环节，对其实现科

2、学的控制直接决定着产品的质量、产量和能耗。这也是工业自动化领域里的一个长期的研究课题。本课题的主要研究内容本课题的主要内容是根据精馏塔的工艺流程，控制系统要求等，分析影响精馏塔控制的主要参数，提出合理的控制方案并绘出其相应的控制流程图，最后，应用JX-300XP DCS控制系统实现精馏塔的过程监视，数据收集，数据处理，数据存储，报警和登陆，过程控制等功能。工艺(gngy)过程分析精馏(jn li)系统工艺过程分析2.1.1工艺流程(n y li chn)简介 本设计流程是利用精馏方法，在精馏塔中将乙醇从塔釜混合物中分离出来。精馏是将液体混合物部分气化，利用其中各组分相对挥发度的不同，通过液相和

3、气相间的质量传递来实现对混合物的分离。本装置中将由于乙醇的沸点较低，易挥发，故采用加热精馏，经气化的乙醇蒸汽经冷凝，可得到较高纯度的乙醇。 原料（乙醇和水及少量杂的混合物）经进料管由精馏塔进料板处流入塔内，开始精馏操作；当釜中的料液建立起适当液位时，再沸器进行加热，使之部分气化返回塔内。气相沿塔上升直至塔顶，由塔顶冷凝器将其进行全部或部分冷凝。将塔顶蒸汽凝液部分作为塔顶产品取出，称为馏出物。另一部分凝液作为回流返回塔顶。回流液从塔顶沿塔流下，在下降过程中与来自塔顶的上升蒸汽多次逆向接触和分离。当流至塔底时，被再沸器加热部分气化，其气相返回塔内作为气相回流，而其液相则作为塔底产品采出。2.1.2

4、工艺过程分析 精馏塔的操作是从物料平衡，热量平衡，相平衡及精馏塔的性能等几个方面考虑的，通过控制系统建立并调节塔的操作条件，使精馏塔满足分离要求。 精馏塔操作控制的典型参数中，有六个流量参数：进料量，塔顶和塔釜产品流量，冷凝量，蒸发量和回流量。此外，还有压力，塔釜液位，回流罐液位，塔顶产品组成和塔釜产品组成等参数。 压力和液位控制是为了建立稳定操作条件。液位恒定阻止了液位积累，压力恒定阻止了气体积累。对于一个连续系统，若不组织积累就不可能取得稳定操作，也就不可能稳定。压力是精馏塔操作的主要控制参数，压力除影响气体积累外，还影响冷凝，蒸发，温度，组成，相对挥发度等塔内发生的几乎所有过程。 产品组

5、成控制可以直接(zhji)使用产品组成测定值，也可以采用代表产品组成的物性，如密度，蒸汽压，最常用的是采用灵敏点温度。1.压力(yl)控制 精馏塔对压力的平衡要求很严格。一旦压力大幅度波动，塔釜液位，回流液位紧跟着波动，进而影响物料平衡，热量平衡，相平衡三大平衡，从而使整个操作系统处于不平稳状态，影响到产品质量及产量。例如从提高产品质量来说，压力越高，沸点越接近，气液两相越难分离，显然降低压力可以提高产品质量。但降低操作压力是以增加冷却介质(jizh)的用量或降低冷却介质温度为前提的，因此降低操作压力是有限的。由此可见，压力控制对精馏塔的操控有主导作用。 一般情况下，冷却介质，加热介质的温度，

6、压力，流量都会影响到压力的平稳，因此可以根据控制要求选择其中之一作为操纵变量来控制精馏塔的操作压力。2.液位控制 （1）塔釜液位控制：塔釜液位既不能空也不能满，塔釜液位满，容易淹住返塔口，造成热虹吸效果差，影响重沸器换热效果。塔釜液位空，易造成重沸器内液位液化气蒸干，蒸干后，再有液化气下到重沸器，马上急剧气化，冲塔造成整个塔的操作全部混乱。塔釜液化气主要受塔釜产品产出量，塔压力，塔釜温度等影响，可根据造成塔釜液位变化的原因进行调节。一般塔釜液位用塔釜产品产出量进行控制。 （2）回流罐液位控制：回流罐液位既不能满也不能空。回流罐空，造成回流泵抽空停泵，则全塔停工。回流罐满，造成塔内气相介质无法冷

7、却使得塔内压力急剧上升，易造成安全阀起跳或全塔操作混乱。影响回流罐液位的因素有塔顶产品产出量，压力，釜温，顶温，回流量等。一般回流罐液位用釜温或塔顶产品产出量控制。3.流量控制精馏塔操作控制中有六个流量参数：进料量，塔顶和塔釜产品流量，冷凝量，蒸发量和回流量。而流量的波动(bdng)又会影响压力的平稳，所以精馏塔的流量控制是必不可少的。但是，并不是说所有的流量都要控制，不同的控制方案选择的控制流量参数也不同，精馏塔的控制一般包括物料平衡控制方案和热量平衡控制方案，可以根据所选择的控制方案来选择需要控制的流量参数。4.温度控制 温度控制是最常用的产品组成控制手段。温度控制的前提是控制温度能正确反

8、应其组成的变化。若温度控制不能与组成很好关联，或对组成变化反应不灵敏，则温度控制将失去作用，因此(ync)，一般采用提馏段灵敏板温度作为主要参数，以实现对塔的间接分离质量控制。第三章 DCS系统(xtng)选型3.1 DCS系统概述70年代，大规模集成电路问世，微处理器（MICROPROCESSOR-u P）的诞生，控制技术，显示技术，计算机技术，通信技术（即所谓的4C技术）等的进一步发展，人们为继承常规模拟仪表和计算机控制系统的优点，进一步提高控制系统安全性和可靠性，降低成本，开发研制以微处理器为基础的新型控制系统-分散控制系统分散型综合控制系统（Distributed Control Sy

9、stem，简称DCS）又称为集散控制系统，它综合了计算机技术，控制技术，通信技术和显示技术，使控制系统结构进入了一个新阶段。DCS系统以其灵活，模块化结构，安全，可靠，危险分散，功能齐全以及对大规模系统经济性好等特点成为当代自动化控制的主流系统。3.2 DCS系统的结构与特点3.2.1 DCS系统的基本组成 集散控制系统的产品众多，但从系统的结构分析，都是由三部分组成，即分散(fnsn)过程控制装置部分，操作管理装置部分以及通信系统部分组成。 （1） 分散过程(guchng)控制装置部分 它的主要功能(gngnng)是分散的过程控制，是系统与过程的接口。其结构特征: 需适应恶劣的工业生产过程环

10、境 分散过程控制装置的一部分设备需安装在现场所处的环境差，因此，要求分散过程控制装置能适应环境的温度，湿度变化；适应电网电压波动的变化；适应工业环境中兽王电磁干扰的影响；适应环境介质的影响。 分散控制 分散过程控制装置体现了控制分散的系统构成。它把区域分散的过程控制装置用分散的控制实现。它把监视和控制分离，把危险分散，使得系统的可靠性提高。 实时性 分散过程控制装置直接与过程进行联系，为能准确反映过程参数的变化，它应具有实时性强的特点。从装置来看，它要有快的时钟频率，足够的字长。从软件来看，运算的程序应精炼，实时和多任务作业。 独立性 相对于集散控制系统，分散过程装置具有较强的独立性。在上一级

11、设备出现故障或与上一级的通信失败的情况下，它还能正常运行，从而也使过程控制和操作得以进行。因此，对它的可靠性要求也相对更高。 目前的分散过程控制装置部分由回路控制器、多功能控制器、可编程序逻辑控制器及数据采集装置等组成。它相当于现场控制级和过程控制装置级，实现与过程的连接。3.2.2 DCS系统的特点 常规模拟仪表组成的过程控制系统与集中式计算机过程控制系统都有其固有的局限性。而DCS系统在工业控制上具有上述两种系统所无法比拟的优越性。（1）控制功能完善。集散控制系统的控制单元具有连续、离散、批量控制等高级功能，可以完成从简单的单回路控制到复杂的多变量模型优化控制及逻辑控制；可以实现监控(ji

12、n kn)、显示、打印、报警、历史数据存储等日常全部操作。（2）系统扩展灵活。集散系统多采用模块式结构，可以灵活地组建单回路、多回路、大、中、小等各类系统。由于系统采用局域网络，系统的扩展变得异常方便，局域网节点可以灵活地接入各种( zhn)单元或其他网络。（3）完善的人-机联系和集中监控功能。CRT屏幕可将整个工厂的生产(shngchn)状况，单元的数据及时、准确的展现在操作者面前；同时，CRT操作站还能够适应现代管理中对画面和报表的各种要求，从而实现真正的集中操作和管理。（4）安全可靠性高。由于采用了多微机分散控制结构，危险分散，系统中关键设备采用双重或多重冗余设有自动备用系统和完善的自诊

13、断功能；现场信号的采集采用分布式，采集的信号经智能前端处理成数据信号，抗干扰的能力增强。（5）安装调试简单。集散系统各单元安装在标准机框内，模件之间采用多芯电缆，标准化接插件相连；现场与控制室之间只需1-2根屏蔽电缆进行数据通讯，布线量大大减少。系统采用专业软件调试，安装调试时间仅为常规仪表的一半。（6）具有良好的性能价格比。鉴于上述优良的性能及布线、安装、调试费用等的大幅度下降，DCS系统规模越大，平均每个回路的投资越省。3.2.3 DCS系统的传输媒介 网络传输介质主要有轴电缆、双纹线、光纤以及射频等。同轴电缆带宽较高，传输距离可达几公里。同轴电缆目前主要应用在环形和总线型网络中，其成本中

14、等。双纹线近年来在桌面接入系统中得到了广泛的应用，尤其是在星型网络中。光纤损耗低，传输距离远，通信容量大，而且光纤抗电磁干扰能力强。应该说，光纤是工业控制通信网络的一个重要的发展趋势。选择什么样的传输介质往往跟网络的拓扑关系有关，例如星型结构通常选用双绞线，这取决于节点的能力、节点之间的距离及环境因素等。环形拓扑结构可以采用任何传输介质，取决于网络技术要求。对于总线型拓扑结构，一般采用双纹线和同轴电缆，而不选用光纤。 有线方式在应用范围、组网灵活性等方面都存在着一定的不足。相反，采用无线射频的方式则可以超越地域上的限制，大大提高系统实现上的灵活性。因此，近年来，无线DCS越来越受到人们的重视。

15、3.2.4 DCS通讯(tngxn)网络1.实时性要求(yoqi) 与普通局域网不同，工业LAN对实时性要求比较高。一般是通过牺牲信道利用率来保证通信的实时性。为了保证DCS通信网络的实时性，一般采取以下(yxi)几种措施。（1）限定通信网络上每一个取得通信权的时间上限值，从而避免某些站长时间的占用通信资源而破坏其他站的实时性。（2）保证在某一固定周期内，通信网的各站均有机会取得通信权，以防个别站长时间得不到通信权而使其实时性降低。这一固定周期越短，则网络的整体实时性越高。（3）既可以采取静态方式赋予某些站较高的优先权，也可以采取动态的方式临时赋予某此通信任务以较高的优先权，以满足各个站对实时

16、性的不同要求。（4）应该力求使通信协议简单。OSI标准协议共有七层，层数的增多会使有效传输率降低而影响实时性。因此，工业LAN采用的通信协议一般应该分层少且使用简化与压缩型通信协议。MAP（Manufacture Automation Protocol）协议为了适应高实时性要求，在协议中专构建立； 支持压缩型协议的Mini MAP系统，可使实时性提高3到5倍。 另外，提高通信速率也可以提高实时性。因此应采取优良的通信介质，如光导纤维等。2.通信网络协议标准及其开放性 DCS系统通信网络基本上是基于IEEES02局域网通信协议标准的。在DCS网络中主要使用或所关联的是3种通信协议网络，即：IEE

17、E802.3.IEEE02.4以及IEEE802.5a。 目前，IEEE802已被国际标准化组织推荐为局域网国际标准，并定名为ISODP8802/X，但在实际的应用中，各DCS厂家仍然采用不同的802通讯标准和不同的操作系统，实际上并没有真正的开放。美国General Motons 公司以ISO7层模式为依据，从制造业自动化局部区域网络的角度提出了MAP规程，得到了工业控制领域的认可。 MAP协议基于IEEE802标准，其逻辑链路子层与802.2标准中的非应答无连接服务基本符合。而介质访问控制子层与802.4基本一致，故MAP协议也具备令牌总线的优点。MAP代表着工业控制系统网络通讯结构的发展

18、方向。目前，各主要DCS系统正在向MAP协议靠拢，以便真正走向开放，融合。3.2.5 JX-300XP系统(xtng)简介1.JX300XP系统(xtng)概述浙大中控推出的全数字化的新一代集散控制系统(kn zh x tn)JX300XP，大限度的满足应用需求的原则，应用了最新的信号处理技术、高速网络通信技术、可靠地软件平台和软件设计技术以及现场总线技术，采用了高性能的微处理器和成熟的先进控制算法，全面提高了JX300X的功能和性能，使其兼具了高速可靠的数据输入、输出、运算、过程控制功能和PLC连锁逻辑控制功能，能适应更广泛更复杂的应用要求，成为一个全数字化。结构灵活、功能完善的新型开放式集

19、散控制系统。 JX-300XP D由操作站、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。控制站直接与现场打交道的 I/O

20、 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。2.JX300XP DCS系统的整体结构JX300XP DCS采用三层通信网络结构。如下图3-1所示：图3-1 JX300XP 系统(xtng)结构图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

21、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(guchng)控制网，采用了双高速冗余工业以太网Scnet作为其过程控制网络(wnglu)，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。3.系统主要性能指标 系统规模 过程控制网络 SCnet 连接系统的工程师站、 操作站和控制站， 完成站与站之间数据交换。SCnet 可以接多个 SCnet 子网，形成一种组合结构。每个 SCnet 网理论上最多可带 1024 个节点，最远可达 10,000 米。目前已实现的 1 个控

22、制区域包括 15个控制站、32 个操作站或工程师站，总容量 15360 点。 控制站规模 JX-300X DCS 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 7 只机笼：1 只电源箱机笼和 6 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）。每类机笼最多可以配置 20 块卡件，即除了最多配置互为冗余的主控制卡和数据转发卡各一对外，还可以配置 16 块各类 I/O 卡件。4.可靠性 控制站通过(tnggu) SBUS 网络构成了一种更分散的控制结构，提高了系统的可靠性。 系统的每一

23、块卡件均带有专用的微处理器，负责该卡件的控制(kngzh)、检测、运算、 处理及故障诊断等，提高了每块卡件的自洽性，使系统的可靠性和安全性成倍上升。 系统的模拟量输入（AI）卡件采用了智能调理和先进的信号前端处理(chl)技术，由卡件上的微处理器控制，将信号调理和 A/D 转换合二为一，使每块模拟量输入卡具有信号智能调理和处理的能力，提高了 I/O 卡件的可靠性、独立性，同时也有助于功能扩展。 机笼内部采用板级热冗余技术，卡件可根据需要实现 11 热备份：当任一设置为冗余方式的工作卡件发生故障时，备用卡件即迅速自动切换，整个系统仍按原进程工作，不影响整个系统的工作状态。用户可以根据需要，对 I

24、/O 卡选择全冗余、部分冗余或不冗余。系统通过软、硬件措施，确保冗余 I/O 卡之间满足输入 / 输出相容性原则。信号全部采用磁隔离或光电隔离技术，将干扰拒之于系统之外。通道之间的隔离消除了信号之间的串模干扰影响，提高了信号处理的可靠性。为抑制交流电源噪声干扰系统正常工作，安装了电源低通滤波器，并采用带屏蔽层的变压器，使控制站与其他的供电电路相隔离。同时在布线和接地方面逻辑电路、模拟电路的布线尽量分开，直流供电备有良好的退耦电路。所有智能卡件通过先进的硬件设计和周密的软件配合，都实现了带电插拔的功能，以满足系统在运行过程中的维修需要。7.JX300XP DCS系统设计DCS系统是硬件、系统软件

25、和应用软件三部分的有机结合体。所以DCS系统的设计内容主要包括硬件设计和应用软件的设计。JX300XP DCS系统的硬件设计包括：通信系统：通信系统是选择DCS系统的关键环节之一。随着计算机网络通信技术的发展和市场的需求，大多数DCS系统都以开放系统为标准来设计其通信系统。人机接口：人机接口是DCS系统的操作站部分。接口单元：这里的接口单元是指DCS系统与本系统之外产品的接口单元。主要有DCS系统与上位计算机的接口，与气相工业色谱的接口及与可编程控制器的接口。（1）控制站硬件(yn jin) 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

26、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。控制站主要有机柜、机笼、供电单元和各类卡件（包括主控制卡、数据转发(zhun f)卡和各种信号输入/输出）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扩充各种更能，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。 JX300XP DCS控制站以机笼为单位。机笼固定(gdng)在机柜的多层机架上，每只机柜最多配置7只机笼：1只电源箱机笼和6只卡件机笼（可配置控制站类卡件）。卡件机笼根据内部所插卡件的型号分为两类：主控制机笼和I/O

27、机笼。每类机笼最多可以配置20块卡件，即除了最多配置互为冗余的主控制卡和数据转发卡各一对外，还可以配置16块各类I/O卡件。 主控制卡必须插在机笼最左端的两个槽位。在一个控制站内，主控制卡通过SBUS网络可以挂接8个I/O或远程I/O单元（即8个机笼）。主控制卡是控制站的核心，可以冗余配置，保证实时过程控制的完整性。主控制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。（2）操作站硬件 JX300XP DCS操作站的硬件基本组成包括：工控PC机（IPC）、彩色显示器、鼠标、Scnet网卡、专用操作员键盘、操作台、打印机等。JX300XP DCS的工程师站的硬件配置与操作站的硬件配置基本

28、一致，无特殊要求，而他们的区别在于系统软件的配置不同，工程师站除了安装有操作、监视等基本功能的软件外，还装有相应的系统组态、维护等工程师站应用的工具软件。（3）通信网络 JX300XP DCS的通信网络分三层：第一层网络是信息管理网；第二层网络是过程控制网，称为Scnet；第三层网络是控制站内部I/O控制总线，称为SBUS。JX300XP DCS系统网络结构如下图3-2所示。图3-2 JX300XP DCS 系统(xtng)网络结构示意图8.JX300XP DCS系统软件(x tn run jin) 用于给CS、OS、MFS进行组态的专用软件，包括：SCKey（系统组态）、SCDiagnose

29、（系统诊断）、SCControl（图形化组态）等工具软件包，称之为组态软件包。用于过程实时监视、操作、记录、打印、事故报警(bo jng)等功能的人机接口软件成为实时监控软件AdvanTrol。 JX300XP系统组态软件包包括基本组态软件SCKey、流程图制作软件SCDraw、报表制作软件SCForm；用于控制站编程的程序语言SCLang、图形化组态软件SCControl等。各功能软件之间通过对象链接与嵌入技术，动态的实现模块间各种数据、信息通讯、控制管理。该软件包以SCKey系统组态软件为核心，各模块彼此配合相互协调，共同构成了一个全面支持JX300XP系统结构及功能组态的软件平台。系统组

30、态软件包在系统的工程师站上运行，在未设工程师站的系统中亦可在操作站上运行。几种组态软件的功能介绍：（1）基本组态软件SCKey 系统基本组态指完成对系统硬件构成的软件设置，如设置系统网络节点、冗余状况、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、报警(bo jng)选项和其他特殊的设置；选择控制方案；定义操作画面。（2）报表(bobio)制作软件 JX300XP系统中的自动报表系统分为组态和实时运行两部分。其中(qzhng)，报表制作部分在SCForm报表制作软件中实现，实时运行部分与AdvanTrol监控软件集成在一起。（3）流程图制作软件 流程图制作

31、软件SCDraw是基于Windows NT操作系统设计开发的全中文界面的绘图工具软件，具有良好的用户界面。流程图制作软件绘图功能齐全，支持多种编辑功能并提供标准图形库，可满足大多数用户的需求。该软件还支持在画面的基础上的各类动态参数的直接数据组态，这些动态参数在实时监控软件的流程图画面中可以进行实时观察和操作。3.2.6测控仪表选型 在工业生产过程中，为了正确指导生产操作、保证生产安全运行、提高产品质量和实现生产过程自动化，一项必不可少的工作是准确而及时地检测出生产过程中的各个参数，例如压力、流量、物位及温度等。用来检测这些参数的技术工具称为检测仪表。用来将这些残顺转化为一定的便于传送的信号的

32、仪表通常称为传感器。当传感器的输出单元组合仪表中规定的标准信号时，通常称为变送器。在生产过程中需要测量的参数是多种多样的，相应的测量方法及仪表的结构原理也各不同，但从测量过程的结构原理也各不相同，但从测量过程的实质来看，都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程，而测量仪表就是实现这种比较的工具。各测量仪表不论采用哪一种原理，它们都是将被测参数经一次或多次信号能量转换最后获得一种测量的信号能量形式，并由指针位移或数字形式显示出来。 本小结主要介绍有关压力、流量、温度、液位的检测方法、检测仪表及相应的传感器和变送器。1.压力变送器 BPK-ZK智能型压力(yl)变送器仪表(ybio)性能：

33、测量、显示(xinsh)、控制一体化，安装使用方便。零位、量程可用电位器调整。模拟输出多种标准形式供用户选择多点继电器输出接口，易于控制。是指针式电接点压力表的理想替代品。2.流量传感器概述：LUGB系列漩涡流量传感器是采用国际先进技术而推出的新型流量传感器，它具有测量范围广、压损小、性能稳定、安全可靠、准确度高和安装使用方便等优点特别是解决了耐高温、抗振动等关键性问题。广泛应用于过热蒸汽、饱和蒸汽、压缩气体和一般气体，以及各种液体的质量流量和体积流量的测量。3.液位测量仪表（1）概述：FGA系列磁浮子液位计，利用浮力和磁耦合原理，将液位的准确性地传递到指示器上，清晰地指示出液位的高度。指示器

34、和贮罐是完全隔离的，因此绝对保证使用安全。该液位计还可以配备液位报警开关和液位远传变送器。液位报警开关可实现液位上下控制、限位报警和联锁；液位远传变送器可将液位变化线性的转换成直流420mA输出，实现远距离的指示、检测、控制和记录。（2）工作原理 磁浮子液位计由浮子、立管组件、指示器三部分组成。浮子在立管组随液位的变化而上升或下降，通过磁耦合作用，带动立管组件外部的指示器颜色发生变化，从而指示出液位高度。液位报警开关装在立管组件外部相应的报警位置上，当浮子随液位到达报警位置时，报警开关闭合，发出开关信号；液位远传变送器也安装在立管组件外部，通过磁耦合将液位的变化线性的转换成4-20mA电流信号

35、远传给控制室，实现液位的显示、测量、控制和记录。 4.温度测量仪表热电偶是工业上最常用的一种测温元件。热电偶温度计是以热点效应为基础的测量仪表。它的测量范围很广、结构简单、使用方便、测温准确可靠，便于信号的远传、自动记录和集中控制，因而在化工生产中应用极为普遍。根据工业上对热电偶材料的要求，目前在国际上被公认的比较好的热电偶材料只有几种：铂铑30-铂铑6热电偶，分度号B；铂铑10-铂热电偶，分度号S；镍铬-镍硅热电偶，分度号K；镍铬-考铜热电偶，分度号XK。这些材料是经过精选而且标准化了的，它们分别被用在各温度范围内，测量效果良好。根据本设计(shj)的温度测量特点选用XPZX隔爆型一体化温度

36、变送器，下面是XPZX隔爆型一体化温度变送器的介绍。概述(i sh)： 隔爆型一体化温度变送器（以下简称温度变送器）由温度传感器和信号转换器组成，信号转换器安装在温度传感器的冷端接线盒内，把温度传感器检测到的电压、电阻信号直接转换成420mA电流输出。结构简单，安装、使用、维修方便，是新一代温度检测、控制仪表，深受广大设计人员和用户的欢迎。目前已广泛(gungfn)用于石油、化工、冶金、电站、轻工等部门，与调节器、记录仪表、计算机等配套使用，组成各种测量控制系统。该温度变送器按温度传感器不同，分为热电偶和热电阻两种系列，在每种系列中，根据使用场合的不同分为隔爆型和普通型，根据输出功能的不同，分

37、为带现场显示和不带现场显示。用户可根据使用场合和配套仪表的要求选择适当的规格型号。隔爆型温度变送器经国家级仪表防爆安全监督监测站测试合格，可在爆炸性气体环境中使用。第四章 控制系统在DCS中的实现 控制系统的实现过程控制就是在DCS系统中，通过组态将系统软件包中的相应功能模块按照控制系统设计中的实际仪表方案进行组合、分配，使DCS系统具有针对该装置的过程监视功能。通过应用软件的组态来实现对控制系统的控制、显示、操作、通信、维护、管理等功能。组态是用DCS控制系统所提供的功能模块或算法组成所需的系统结构，完成所需功能；操作站的显示组态则是用DCS控制系统所提供的组态编辑软件组成所需的各种显示画面

38、。为了完成这些特定的功能，采用DCS提供的组态语言编写有关程序也属于组态范围。DCS系统的组态包括系统组态、画面组态和控制组态。其中，系统组态完成系统的各设备间的连接；画面组态完成操作站的各种画面及其之间的连接；控制组态完成各种控制器、过程装置的控制结构连接、参数设置等。此外，趋势显示、历史数据压缩、数据报表打印及画面拷贝等组态常作为画面组态或控制组态的一部分来完成，也可以分开进行。本设计(shj)采用JX300XP DCS系统的组态工作是通过组态软件SCKey来完成。该软件用户界面良好，操作方便，充分(chngfn)支持各种控制方案。SCKey组态软件将帮助工程师有序且系统的完成“系统(xt

39、ng)组态”这一复杂的工作。SCKey组态软件是一个全面支持该系统各类控制方案的组态软件平台。该软件是运用面向对象技术和对象链接与嵌入技术，基于中文Windows系列操作系统开发的32位应用软件。SCKey组态软件通过简明的下拉菜单和弹出式对话框建立友好的人机对话界面，并大量采用Windows的标准控件，使操作保持了一致性，易学易用。该软件采用分类的树状结构管理组态信息，使用户能清晰把握系统的组态状况。零，SCKey组态软件还提供了强大的在线帮助功能。SCKey组态软件的主画面及菜单介绍：软件启动后，首先出现的是组态环境的主画面。主画面由标题栏、工具栏、菜单条、操作显示区、状态栏五部分组成。控

40、制站菜单包括I/O组态、自定义变量、常规控制方案、自定义控制方案和折线表定义等五个菜单项，各菜单功能简介见表4-1. 表4-1 SCKey组态软件的主画面及菜单4.1控制站及操作站组态4.1.1控制站组态控制站由主控制卡、数据转发卡、I/O卡件、供电单元等构成。系统网络节点可扩展修改，控制站内的总线结构也可方便地扩展I/O卡件。控制站组态是指对系统硬件和控制方案的组态，主要包括I/O组态、自定义变量、常规控制方案、自定义控制方案和折线表定义等五个部分。 图4-1控制站组态(z ti)流程4.1.2操作(cozu)站组态操作站组态是对系统操作站上操作画面的组态，是面向操作人员PC操作平台的定义(

41、dngy)。它主要包括操作小组设置、标准画面组态（总貌画面、趋势曲线、控制分组、数据一览）、流程图、报表、自定义键、语音报警等六部分。在进行操作站组态前，必须先进行系统的单元登陆及系统控制站组态，只有当这些组态信息已经存在，系统的操作站组态才有意义。图4-2 操作站组态流程控制站组态主画面如图4-3所示图4-3 操作(cozu)站组态主画面第五章 控制系统(kn zh x tn)的设计精馏塔控制系统的控制方案中最常用的有单回路控制和串级控制两种。在研究自动控制系统时，为了能更清楚的表示一个自动控制系统 各个组成环节之间的相互影响和信号联系，便于对控制系统分析研究，一般都用方块图来表示控制系统的

42、组成。每个环节表示系统的一部分。两个方块之间用一条带有箭头(jintu)的线条表示其信号的相互关系，箭头指向方块表示为这个环节的输入，箭头离开方向表示为这个环节的输出。线旁的字母表示相互间的作用信号。在自动控制系统中用y表示被控变量，即对象的输出；引起被控变量波动的外来因素称为干扰作用，用f表示；如果用一方块表示控制阀，那么，出料流量即为控制阀方块的输出信号。出料流量信号q在方块图中把控制阀和对象连接在一起。测量元件及边上变送器的输入信号z进入比较机构，与工艺上希望保持的被控变量数值，即给定值x进行比较，得出偏差信号e，为了能更清楚的说明其比较作用，在图中把它单独画出来。必须指出的是：方块图中

43、的每一个方块都代表一个具体装置(zhungzh)；方块与方块之间的连接线只是代表方块指间的信号连接，并不代表方块之间的物料联系；方块之间连接线的箭头只是代表信号之间的连接方向，与工艺流程图上的物料线是不同的。用同一种形式的方块图可以代表不同的控制系统。所以，为了便于分析，用方块图来表示控制方案中的单回路控制、串级控制等常规控制方案。图5-1 单回路控制系统方块图图5-2 串级控制系统(kn zh x tn)方块图 精馏操作是炼油化工生产过程中一个十分重要的环节。精馏塔的控制直接影响到工厂的产品质量、产量和能量(nngling)的消耗，因此精馏塔的控制长期以来一直受到人们的高度得视。 精馏塔是一

44、个多输入多输出的对象，它由很多塔板组成，内在机理复杂，对控制作用(zuyng)响应缓慢，参数间相互关联严重，而控制要求大多又较高。这些都给自动控制带来一定困难。同时各塔工艺结构特点又千差万别，这就更需要深入分析工艺特性，结合具体塔的特点，进行自动控制方案的设计和研究。 本章首先介绍精馏过程的精馏原理和精馏装置的组成，再分析精馏过程的操作要求和影响精馏过程的因素，在此基础上，讲解精馏塔自动控制的基本方案。 = 1 * ROMAN I.精馏过程 精馏操作是利用混合液中各组分具有不同的挥发度，即在同一温度下各组分的蒸汽压力互不相同这一物理性质，从而实现液体混合特的分离。精馏操作是在精馏塔中完成的。

45、简单地说，精馏操作就是迫使混合物的汽、液两相在塔体中作逆向流动，在互相接触的过程中，液相中的轻组分逐渐转入汽相，而汽相组分则逐渐进入液相。精馏过程本质上是一种传质过程，其中当然也伴随着传热。 本节中只讨论两组分精馏，着重说明精馏的基本原理。（1）质量指标精馏操作的目的是将混合液中各组分分离为产品，因此(ync)产品的质量指标必须符合规定要求。也就是说，塔顶或塔底产品之一应该保证达到规定的纯度，而另一产品也应保证在规定的范围内。在二元精馏中质量指标就是(jish)使塔顶产品中轻组分纯度符合技术要求或塔底产品中的重分纯度符合技术要求。在多元组分精馏下，情况较复杂，一般控制关键组分。所谓关键组分，是

46、指对产品质量影响较大的组分。从塔顶分离出挥发度较大的关键组分称为轻关键分，从塔底分离出挥发度较小的关键组分称为轻关键组分。以石油裂解气分离中的脱乙烷塔为例，它的目的是把来自脱甲烷塔底部产品作为(zuwi)进料加以分离，将乙烷和更轻的组分从顶部分离出，比乙烷重的组分从塔底分离出。这时，显然乙烷是轻关键组分，丙烯则是重关键组分。因此，对多元组分的分离可简化为二无关键组分的分离，这就大大简化了精馏操作。在精馏操作中，产品质量应该控制到刚好能满足规格上的要求，即处于卡边生产，超过规格的产品是一种浪费。（2）产品、产量和能量消耗精馏塔的任务不仅要保证产品质量，还要有一定的产量 。别外分离混合液也需要消耗

47、一定的能量，这主要是再沸器的加热量和冷凝器的冷却量消耗。此外塔的附属设备及管线也要散失一部分热量和冷量。从定性分析来看，要使分离所得产品纯度越高产品产量愈大，则所消耗的能量愈多。产品的产量通常用该产品的回收率来表示。回收率的定义是：进料中每单位产品组分所能得到的可售产品的数量。数学上，组分的回收率定义为： 式中，P为产品产量，F为进料流量，Zi为进料中组分i的浓度。产品回收率、产品纯度及能量消耗三者之间的定量关系可由下图中的曲线来说明，这是对于某一精馏塔按分离50%两组分混合液作出的曲线图，纵坐标是回收率，横坐标是产品纯度，图中的曲线是表示每单位进料所消耗能量的等值线，（用塔内上开蒸汽量V与进

48、料量F之比V/F来表示）。曲线表明，在一定的能耗V/F情况下，随着产品纯度的提高，会使产品回收率迅速下降。纯度愈高这个倾向愈明显。同时它还表明，在一定的产品纯度要求下，随着V/F从小到大逐渐增加，刚开始可显著提高产品回收率，然而，当V/F增加到一定程度后，再进一步增加V/F所得的效果就不显著了。以上说明，在精馏操作中，主要产品的质量指标，刚好达到质量要求的情况是期望的，低于要求的纯度将使产品不合格，而超过纯度要求会降低产量。然而，在一定的纯度要求下，提高产品的回收率，必然要增加能量消耗。可是单位产量的能耗最低并不等于单位产量的成本最低，因为决定成本的不仅是能耗，还有原料的成本。 由此可见，在精

49、馏操作中，质量指标，产品回收率和能量消耗均是要控制的目标。其中质量指标是必要条件(b yo tio jin)，在质量指标一定的前提下，在控制过程上应使产品产量尽量高一些，同时能量消耗尽可能低一些。至于在质量指标一定的前提下，使单位产品产量的能耗最低或使单位产品量的成本最低以及使综合效益最大等是属于不同目标函数的最优控制问题。 = 2 * ROMAN II.影响(yngxing)精馏过程的因素和其它单元操作一样，精馏也是在不定期的物料平衡和能量平衡的基础上进行操作的。一切因素均通过(tnggu)物料平衡和能量平衡影响塔的正常操作。影响物料平衡的因素是进料量和进料组分的变化。塔顶采出量或塔底采出量

50、的变化。影响能量平衡的因素主要是进料热焓的变化，此外还有环境温度的变化等。同时物料平衡和能量平衡是相互影响的，因此要了解这些因素对精馏过程的影响必须分析精馏塔的静态特性。所谓静态特性就是以物料平衡和能量平衡为基础来确定稳态下精馏塔各参数之间的定量关系。（1）全塔的物料平衡稳态时，进塔的物料必须等于出塔的物料，所以总的物料平衡关系为 F=D+W轻组分的物料平衡关系为联系方程可得从上述关系中，可以明显看出进料F在产品中的分配量（D/F，W/F）是决定塔顶和塔底产品中轻组分浓度xD和xW的主要因素。D/F改变了，xD和xW都可以变化。另外，进料组分浓度xF也是一个影响xD和xW的重要因素。然而，单是

51、物料平衡关系，还不能完全确定xD和xW，只能确定xD和xW之间的关系。要确定xD和xW的值还必须建立另一关系式，这个关系式可由塔的能量平衡关系得出。（2）能量平衡在稳态时，进入塔的（通过传热和进料带入的）所有(suyu)能量必然与离开塔的（能过传热和产品带出的）的能量相平衡。式中，QH为再沸器的加热量(rling)；QC为冷凝器的冷却(lngqu)量；IF、ID、IW分别为进料、塔顶和塔底产品的热焓。该式并未表示出塔内的能量关系对产品纯度的直接影响。然而上式中的再一项都影响上升蒸汽量V，而V与产品纯度的关系，可以通过下面的讨论得出。在二元精馏中，全回流时的Fenske方程为：()式中，为平均相

52、对挥发度；n为理论塔板数。由Fenske方程可知，在全回流时，二元精馏塔两端产品纯度间的分离关系取决于和n。为了使Fenske方程能够推广到全回流以外的情况，定义分离度S为在部分回流时，影响分离度S的因素很多，可以表示为以下的函数的关系：对于一个确定的塔，n，E和是一定的或变化不大，同时进料浓度的变化对S的影响与V/F对S的影响相对要小得多，可以忽略。于是上式可简化为该式表明V/F一定，则分离关系就被确定。并可进一步近似表达为式中，定义为塔的特性因子，对任意给定的塔，可以用V/F除以分离度S的自然对数求得。把S的定义式代入上式得 它表示了精馏塔的能量关系(gun x)。由此可知只要以下三式中D

53、/F、W/F、V/F一定，这个(zh ge)塔的分离结果，就完全(wnqun)确定了。（3）内部物料平衡在恒分子流假设的前提下，分析塔内各项物料平衡关系时，假定：在精馏段内，通过各层塔板的上升蒸汽流量均相等；在提馏段内，通过各层塔板的上升蒸汽流量均相等， （V为再沸器内蒸汽量）在精馏段内，通过各层塔板下流液体流量均相等，称为内回流，当回流温度等于塔顶温度时，内回流等于外回流L；在提馏段内，通过各层塔板下流液体流量均相等；回流罐和塔底液位不变；塔压也保持不变。在以上这些条件下，有下述平衡关系：加料板的物料平衡对于液相泡点进料：，对于汽相露点进料：，精馏段的物料平衡对精馏塔段内任一塔板i以上作物料

54、平衡计算，轻组分的物料平衡关系式为：则（）该式表明了精馏(jn li)段内任一塔板的汽相浓度与和之间的关系。改变汽液比必将使塔板上浓度(nngd)发生变化。然而，汽液比除了决定于再沸器上升蒸汽量以外，还决定于回流量L与塔顶采出量D，通常(tngchng)将回流量与采出量之比称为回流比R，即当D=0时称为全回流。由此可知要改变精馏塔的操作工艺，应操作精馏塔的回流比和再沸器的上升蒸汽量，通过内部平衡关系，使每块塔板上的浓度改变，从而导致最终产品的纯度的变化。提馏段的物料平衡总物料：易挥发组分：即该式表明了在提馏段内任一塔板上的汽相浓度与汽液比的关系。同时，要使塔的操作工况改变，应操作塔的回流比和再

55、沸器上升蒸汽量，从而通过内部平衡关系最终改变产品的纯度。通过以上分析，影响精馏过程的主要因素可概括如下：进料量；进料浓度；进料温度和进料状态；再沸器的加热量冷却器的冷却量；回流量；塔顶采出量；塔底采出量；塔压的影响。上述各种干扰中，有些是可控的，有些是不可控的。一般情况(qngkung)下进料量是不可控制的（受前一工序的影响）。进料浓度(nngd)是无法控制的，它由上一工序所决定，但一般说来变化缓慢。进料温度和进料状态的变化，对塔的操作影响较大。为维持塔操作的能量平衡和稳定运行，在单相(dn xin)进料时，可以采用进料温度控制，以便克服这种干扰。在两相进料时，则可设法控制热焓恒定以克服干扰。

56、对于冷凝器的冷却量和再沸器的加热量，一般都用定值控制系统来加以稳定。总之，从前面对塔的静态特性和内部平衡关系的分析，不难看到，为了克服塔的主要干扰，可采用控制以下参数的手段：塔顶采出量塔底采出量回流量再沸器加热量冷凝器的冷却量前二者是通过影响全塔的物料平衡来影响塔的内部平衡，从而起到控制作用。后三个量直接改变塔的能量平衡关系和改变塔内汽液比，从而起到控制产品质量的作用。（4）动态影响分析前面讨论的内容，均是各参数对塔操作的静态影响，然而在动态过程中，这些参数对塔操作的影响是有快有慢各不相同的，因此在设计控制方案时，必须考虑动态影响，才能便控制系统及时克服各参数对塔操作的影响。由于精馏塔是一个多

57、变量、时变和非线性的对象，各变量这间又存在相互关联，因此定量分析动态影响，建立其数学模型已成为一项相当复杂的专门课题。所以本节仅从定性的角度从几个侧面分析塔的动态影响。、上升蒸汽和回流的影响在精馏塔内，上升蒸汽流量变化的响应是相当快的。由于上升蒸汽只须克服塔板上极薄覆盖的液相阻力，而且塔内汽相蓄存量在塔压控制一定时可忽略不计，因此上升蒸汽量的变化几秒钟内就可影响到塔顶。然而，从塔板下流的液相却有相当大的滞后，这是因为回流量增加时，首先要使积存在塔板上的液相蓄存量增加，然后在这增加的静压的作用下，才使离开塔板的液相速度增加，因此对回流量变化的影响存在着滞后。由此可见，除顶部塔板外，要使塔的任何一

58、点的汽液比发生变化，用再沸器的加热量作为控制手段比用回流量响应要快。、组分滞后的影响无论是改变(gibin)再沸器加热量引起上升蒸汽变化还是由于回流的变化 ，均是通过对每块塔板上组分之间的平衡施工影响，最终才引起顶部产品或底部产品组分浓度的变化。由于组分要达到静态平衡需要较长时间，因此尽管上升蒸汽量变化可以很快影响到塔顶组分浓度，但要使塔顶组分浓度变化 并达到一个新的平衡仍需花费相当长的时间。回流变化情况也是类似的，只是花费的时间更多，这就是说，塔板上的组分平衡要等到影响组分的液相或汽相流量稳定相当时间后才能建立。组分滞后随着塔板上液相蓄存量的增加而增加，因而(yn r)随塔板数的增加而增加，

59、也随着回流比的增加面增加，因为回流比的增加，意味着塔板上蓄存量的增加。由于再沸器加热量的增加引起上升蒸汽量增加，将会改善汽、液接触，从面使组滞后减小。由式D=V-L可知，回流量L总是等于(dngy)塔顶汽相流量V和塔顶采出量D之差。因此，恒定V时，控制D实质上就是改变了回流量L。然而，回流罐有一定的蓄液量，从D的变公到L的变化会产生滞后。液位变化引起蓄液量变化也会严重影响V和D之间的关系。为此要使V、L和D的关系成立，回流罐液位必须保持一定，这样在采用改变D（或D/F）来控制塔顶产品质量的方案中，才能在V不变时使回流量L及时跟踪采出量D的变化，否则将引起滞后，影响控制品质。塔釜也有与回流罐类似

60、的蓄液量引起的滞后影响，塔釜液位变化引起蓄液量变化，从而引起V和W的变化。要使、和间的关系式成立，塔釜液位必须严格保持一定。这样在采用改变W来控制塔底产品质量的方案中，才能在不变时，使再滞器加热量所引起的上升蒸汽量及时跟踪塔底采出量W的变化。否则将引起滞后，影响控制品质。由于塔底截面积通常要比回流罐的截面积小得多，从而由塔釜蓄液量引起的滞后要比回流罐所引的滞后小。总之，在设计或选择精馏塔控制方案时，应当考虑上述动态影响的因素。.精馏的基本控制方案对于有两个液相产品的精馏塔来说，质量指标控制可以有两种情况，一是严格控制一端产品的质量，另一端产品质量控制在一定的范围内。再一种是两端产品的质量均需严