【《临氢异构装置中脱庚烷塔部分工艺段控制设计》12000字】

临氢异构装置中脱庚烷塔部分工艺段控制设计目录TOC\o"1-3"\h\u11058第一章前言 7224601.1选题背景 7113401.3文献综述 8185601.4主要研究内容及拟解决的主要问题 10278861.4.1主要研究以下方面的内容： 101161.4.2拟解决的主要问题： 1016287第二章控制系统总体方案设计 11246652.1脱庚烷塔控制工艺流程 11319262.2控制设计方案的实施 1315666第三章控制系统硬件设计 208618第四章控制软件设计 27203494.1系统结构组态 2773484.1.1控制域组态 28135504.1.2操作域组态 2984014.1.3工程师组态 29253144.2控制组态 30248824.2.1硬件组态设置 30224414.2.2位号组态设置 3190244.2.3用户程序编写 32233634.3监控画面设计 35208924.3.1监控组态 35231264.3.2域组态 36307644.3.3操作小组组态 3732894.3.4组态发布 3816118第五章经济性分析 3926662第六章结论与展望 40159226.1结论 40221816.2展望 4020275参考文献 40摘要近年来,随着我国石油化工行业发展迅速,自动化控制也随之成为了石油化工生产中的主力军。随着控制系统的更新换代,优化对临氢异构装置控制系统的结构设计就越发显得尤为重要。本次设计主要是利用DCS控制系统对临氢异构装置中脱庚烷塔部分工艺段控制进行设计研究,该设计采用的是浙大中控的ECS-700系统进行控制。通过了解临清异构装置工艺流程,脱庚烷塔部分工艺流程图,进行自动控制方案的设计。根据控制方案确定硬件配置,进行系统最优选型,利用软件完成系统组态、进行控制程序设计,组态编程,以及最终实现监控画面设计。通过系统组态的调试,来实现分散控制系统。在设计中,可以有效改进生产材料浪费的问题。以达可以更高效的促进化工企业的生产、降低生产成本的消耗、减少对现有资源的损耗为目的,更好的实现生产资源的可持续发展。关键词：ECS-700、临氢异构、脱庚烷塔、集散系统第一章前言1.1选题背景受我国经济的持续快速增长的影响,石油化工行业随之不断的进行创新,企业技术水平也在不断的提高,全国工厂数量、各个企业的规模、以及生产出化工产品类别和功能同时也在发生着翻天覆地的变化。化工生产在控制方法的选择上,也逐渐从应用简单的手动控制方法变为更倾向于选择复杂的自动化控制。很显然,在科技发展面前自动化控制系统更有优势,与手动控制相比较它能够使工厂获得更高的生产效率,同时改善工作者的工作条件,提高产品的品质。最大程度的减少能源消耗,降低人员管理成本,实现资源的最大化合理利用,促使石油化工产品生产经营企业整体经济效益水平得到了较大幅度的显著提升[1]。社会的进度不免会为我们带来资源短缺的问题,目前能源短缺已经成为制约我国工业发展的一个重要原因,对二甲苯是石油化工生产过程中的一个重要原材料,也是石油化工生产的芳烃产品之一。除此之外它的用途非常广泛,也可作为医疗生产的原材料。放眼看去,世界范围对对二甲苯的需求量在持续增加,而我国近年来的需求量增长最为可观。甚至出现对对二甲苯的需求处于供不应求的局面,但是我国尚且没有较为完善的对二甲苯生产工艺,由于技术没有那么成熟,所以面对很多石油化工行业的技术研究就会出现研究瓶颈[2],在这种情形下,科技创新迫在眉睫。所以说对临氢异构的控制方案进行优化就显得尤为重要。1.2研究意义本文主要研究内容是利用dcs控制系统对临氢异构系统的脱庚烷塔进料工艺段控制系统进行设计。在社会的进步以及科学技术的蓬勃发展面前,如何更高效的提高化工企业工作效率。逐渐的引起了企业的重视。工业自动化技术也随着科技创新得到了大幅度的提升。但是环境以及能源问题却是我们在工业生产时最不能忽视的。伴随着近年来全球能源紧张的问题,节能环保的问题成为了全球首要关注的问题。环保的理念得到了全球居民的积极响应。环保的理念也融入了我们的生产生活。进料工艺段的自动化、智能化生产也逐渐被我们重视。DCS控制系统就是当前工业自动化技术中具有较高先进性的控制系统,能够在工业生产活动中发挥重要的自动化作用,促进工业自动化的生产效率、提高了生产品质[3]。本文在设计系统时,应当改进控制方案,以达到促进工厂高效生产效、降低生产成本、减少能源的浪费为目的方案。1.3文献综述随着国家科学技术水平的逐步上升,我国自动化系统亦在随着社会的发展而提升,化工生产行业的大规模产生,也让各种智能化系统的产品大量生产,其中就包括DCS控制系统[4]。新疆油田公司百口泉采油厂的工程师张建华认为DCS系统在我国目前已经得到了广泛的应用,特别是在石油化工领域上,DCS控制系统有着不可替代的作用。在目前已有DCS控制系统应用研究的基础上,他还对石油化工行业中DCS系统的应用进行多方面深入的探究。经过探究,对DCS控制系统进行了综述,对该系统在石油化工行业中应用的优点进行了分析,对石油化工行业中应用DCS控制系统的典型案例进行了研究,探究讨论了DCS系统在石油化工行业应用中存在的缺点和不足[5]。在控制系统的选择上,PLC控制系统更注重的是逻辑,而DCS控制系统更注重的是过程,本设计是以DCS控制系统为基础进行设计[6]。随着DCS系统的发展,以及它在化工厂的应用日益频繁,张弛对它的发展状况做了探讨。他主要介绍了DCS系统的特点和功能以及在化工领域的应用。最后对DCS控制系统在化工厂的应用优势进行了综合的分析,从而加强了我国DCS在化工厂以及各大企业中的发展[7]。杨恒志,韩玉新等曾详细介绍了浙江中控的ECS-700控制系统及其特点,论述了空分装置设备需求,结合空分装置工艺要求,提出DCS系统控制方案要求,并得到实际应用,取得了良好应用效果[8]。ECS-700系统是浙江中控的一个核心操作系统。为了更好的实现企业自动化控制而制定推行的优化方案。系统能够同时支持16个可以支持60个控制站的控制域,以及能够同时支持16个可以支持60个操作站的操作域。ECS-700系统特点是:安全、简单、高效。ECS-700系统还可以为系统的安全运行提供双重保障,具有故障安全检测功能,当任何一个单独零部件出现安全故障时,系统仍有可能正常继续运行保持正常运行工作,保证充分保障工作人员、设备的安全[9]。此外,ECS-700系统还采用了非常先进的技术手段,由最新的现场总线技术和网络技术支持集成。除此特点外ECS-700系统还同时具备完善的多方工程操作管理系统功能,可以同时由多方的工程师共同进行合作开发来有效提高全程工人们的工作效率,以及完整管理设置组态、分配系统操作权限以及操作印记和历史记录追溯等详细功能[10]。吴德鹏,文敏总结说明了临氢异构化装置是汽油调合组分生产过程的重要生产装置,采用的是美国UOP公司Penex-DIH临氢异构化技术。他们针对临氢异构转组织节能进行改进。经过认真研究制定优化方案,从蒸汽、电、循环水方面入手,通过精细化操作,临氢异构化装置节能降耗效果显著,经过不断实验,最终在2019年10月能耗达到了历史最佳水平。同时为进一步降低装置能耗,对与其他装置富余热量进行热联合的方案进行了探讨,为下次检修改造提出优化项目[11]。侯菁菁在深入研究异构化反应的具体生产过程时,通过了某芳烃结合装置临氢异构化反应作为实验例子。研究了脱庚烷塔顶排放干气反应时的温度、压力以及冷却后温度等干扰变量，在反应过程中对干气量产生的重要影响[12]。孟海,李绪灿应用ASPENPLUS模拟系统对脱庚烷塔进行了模拟计算,通过应用模拟计算机对结果进行分析，主要了解了精馏的回流比、塔的压力、以及它的温度之间的关系。对脱庚烷塔的工艺调整操作可行性进行设计。选择出最经济的生产工艺设备运行点,优化了生产控制装置的运行系统,为节能行为奠定基础[13]。李宏光,刘志壮等采用蒸馏装置节能的方法,对异构化装置中脱庚烷塔的热能进行了解析,完成了节能节源的优化,并针对之前不能解决的温度问题提出了低温度回收的优化方向[14]。大庆油田化工集团旗下车间，该车间设有一个大型轻烃分馏装置，采用了连续反复精馏的工艺。其主要生产包括：液化石油天然气、工业三氯庚烷、工业三氯辛烷等。精馏塔经过反复多次生产改扩建后,出现了生产重组分产品。出现了夏季是否应该投用水冷器的问题。如若投用,在负压状态时,系统会出现不容易控制操作的情况,生产将存在安全隐患,大大增加了设备发生危险的概率。如若停用,则增大了罐区发生火灾危险的可能。为了解决这个难题。进行水冷器后移的更改,既保障了安全生产,同时也降低了产品的损耗[15]。总而言之,改进解决方案不仅可以对利用临氢异构材料仿真中的脱庚烷塔系统进行长期优化结构设计,减少不必要的长期能源利用浪费,海能提高了化工厂长期生产经济效益,杜绝资源浪费。赫拉克利乌斯埃琳尼通过研究发现开发生物精炼厂低值生物衍生液体中间体向高附加值产品升级的有效工艺,建立一个强大且有竞争力的生物经济至关重要。研究表明,以生物质热化学转化为代表的低质替代重质石脑油,可以分别通过加氢异构化和催化裂化有效地转化为高质燃料和化学品(烯烃)。在低负载量0.1wt%Pt/ZSM-5催化剂上加氢异构化可使正构烷烃转化为C5-C8异烷烃具有有限的裂解,并产生具有较高辛烷值和较低十六烷值的燃料,适用于未来的动力系统,如HCCI发动机。在一种基于ZSM-5的商用FCC催化剂上对石脑油进行催化裂化可在600℃下产生大量烯烃、主要是丙烯,其次是乙烯、正丁烯、戊烯和异丁烯。这两种工艺都经过了中试验证。实验结果和中试结果之间的一些差异是由于可伸缩性现象和不同的反应条件造成的。尽管如此,在转化率相近的情况下,产品的组成仍有很好的一致性,证明了这些升级工艺在热化学生物炼厂中的可扩展性和适用性[16]。在分析乙烯裂解工艺、设备、过程控制和操作条件的基础上,利用控制过程系统控制管理系统虚拟仿真研究平台,采用连续数学建模仿真方法,将原料机理连续建模与原料试验科学数据综合分析相有机结合,对原料DCS控制过程系统仿真进行了试验数学连续建模,对DCS的正常运行、启动、停机过程和事故处理过程进行了仿真。开发了乙烯裂解过程在线评价系统,为乙烯裂解工艺过程培训提供了一个虚拟平台[17]。1.4主要研究内容及拟解决的主要问题1.4.1主要研究以下方面的内容：1.脱庚烷塔生产工艺；2.系统控制方案的选择；3.仪表选型及硬件配置；4.集散控制系统硬件配置；5.系统组态设计；1.4.2拟解决的主要问题：1.各个系统的配置以及DCS系统的硬件配置；2.控制方案以及控制算法的选择；3.DCS软件编程实现，控制系统组态；4.组态画面的实现；

第二章控制系统总体方案设计2.1脱庚烷塔控制工艺流程北京燕山仿真中心里的临氢异构装置工艺流程是以某二甲苯生产装置的异构单元为主要参照设计对象。脱庚烷塔控制是临氢异构装置的工艺流程的一部分。其详细工艺流程为:反应产物经过冷却后进入产品分离器V101并在此分成气液两种形态。一部分气体去火炬,另一部分进入循环气体压缩机,液相与新鲜进料混合,再与脱庚烷塔底进料换热器E103换热升温后,进入脱庚烷塔T101。脱庚烷塔的作用是脱除C7以下的轻组分,塔顶的轻组分经空冷器E105冷却,其冷凝液进入脱庚烷塔受液槽V102,再经泵P102抽出,一部分返回脱庚烷塔顶做塔顶回流,一部分做为副产品送出界区外,脱庚烷塔受液槽的不凝气送至火炬。脱除了轻组分的C8芳烃料自脱庚烷塔底由P103抽出,进入脱庚烷塔进料换热器E103经与脱庚烷塔进料换热后,进入再精馏塔T102。另一部分回流进入脱庚烷塔再沸器E104换热后进入脱庚烷塔。再沸器E104通过热油加热回流物料,来确保物料进入塔内温度的稳定[18]。其完整流程图如下图2-1所示。

图2-1脱庚烷塔工艺流程图2.2控制设计方案的实施307132.2.1单回路控制方案设计①脱庚烷塔受液槽液位控制:在塔的操作过程中受液槽V102有一定的液相,才能将受液槽中的液体给脱庚烷塔塔顶提供回流,通过液位控制器LIC104排放出回流液来稳定液体液位。受液槽液位控制系统流程图如图2-2所示,受液槽液位控制系统回路方框图如图2-3所示。图2-2受液槽液位控制工艺流程图图2-3液位控制回路方框图②脱庚烷塔塔顶压力控制:当受液槽V102中液位稳定后,塔罐内压力和温度呈对应关系,所以既要稳定罐内压力值,又要保证温度符合控制范围。因此采用单回路控制,压力控制器PIC125将气相释放排出来稳定受液槽内压力。塔顶压力控制系统流程图如图2-4所示,塔顶压力控制系统回路方框图如图2-5所示。图2-4塔顶压力控制流程图图2-5压力控制回路方框图③脱庚烷塔塔釜加热控制:进入T-101塔的物料一部分轻组分的物料会输送到外界,脱除了轻组分的C8会由塔底抽出,另外一部分物料从塔釜回流,通过换热器E-104进行加热后再进入T101塔。T-101塔釜加热由E-104加热回流的物料。塔釜温度受流量影响,为了保证脱庚烷塔的温度稳定,用流量控制器FIC113控制流量大小,据塔釜温度变化来进行调整。依据塔釜温度的测量的数值,通过FIC113调整热油流量的大小从而控制塔釜的温度。塔釜加热控制系统流程图如图2-6所示,塔釜加热控制系统回路方框图如图2-7所示。图2-6塔釜加热控制流程图图2-7加热控制回路方框图④脱庚烷塔塔釜液位控制:物料进入脱庚烷塔塔釜后,要保证塔内保持一定高度的液相。在此回路中控制器LIC103只控制塔釜液位。因此塔釜液位控制设计单回路控制。塔釜液位控制流程图如图2-8所示,塔釜液位控制回路方框图如图2-9所示。图2-8塔釜液位控制流程图图2-9塔釜液位控制回路方框图276572.2.2分程控制方案设计①T102精馏塔的进料温度控制:本控制采用分程控制,通过温度控制器TIC116的输调来整控制阀TV116A和控制阀TV116B的开关。选择TV116A为气开阀,TV116B为气关阀。如若脱庚烷塔的进料温度超出一定限度时,控制系统则会将阀TV116A开度减小,将阀门TV116B的开度增大。通过调整两个阀门的开度的大小,影响物料流量,从而达到降温的目的。(温度控制在160℃)两个阀门的开度总和为100,当控制器的输出处于全开时当TV116B的开度为100,则TV116A的开度为0。同理当控制器的输出处于50%时,TV116A和TV116B开度分别都为50。T102精馏塔进料温度控制流程图如图2-10所示,温度控制回路方框图如图2-11所示。图2-10T102塔进料温度控制流程图图2-11温度控制回路方框图276572.2.3串级控制方案设计①脱庚烷塔灵敏板温度与塔顶内回流量的串级控制:从脱庚烷塔塔顶蒸馏出的轻组分,经过空冷器E-105冷却后,一部分要继续输送回塔顶回流。冷凝液送回塔顶后与蒸汽相结合,部分蒸汽发生液化,回流到罐体内,这部分回流液为内回流液。塔顶产品采用新型空冷器,当气候条件发生骤变时,回流液的温度随之发生改变,所以即使保证外回流不变,受温度条件变化的直接影响,原有的热平衡会遭到严重破坏,从而改变内回流。当塔的进料流量、温度、成分都比较稳定时,只有内回流稳定,才能保证塔安全操作。内回流的变化会影响塔盘上的气液平衡情况,当变化幅度较大时,原有的平衡将会遭到破坏,进而导致塔顶和塔底的产品不合格。所以要想保证系统运行工作状况安全稳定,需要保证内回流量的恒定。因此根据工艺情况需求,期望塔的内回流量稳定,或者与进料量成比例的变化。但是由于内回流难于准确测量和不易控制,必须通过计算、测量其他与其相关的一些控制变量,经过计算得到内回流量作为被控变量,才能真正实现内回流控制。内回流计算的数学模型可以通过列写回流层物料平衡和能量平衡关系式得到。关系式如式2-1所示:（公式2-1)热量平衡关系：（公式2-2)式中Li——内回流量；L0——为回流量；ΔL——冷凝液量；λ——冷凝液的汽化潜热；Cp——外回流液比热容；TR——外回流液温度；T0——回流层塔板温度。将2-1式带入2-2式可得：（公式2-3)式中ΔT——T0-TR；K=Cp/λ通过式（2-3）即可得出内回流量。当塔的进料流量、温度、成分都比较稳定,且内回流量一定时,灵敏板温度决定了脱庚烷塔的操作状况,因此还需加入串级控制,将灵敏板温度作为主控制回路,回流液控制作为副控制回路。脱庚烷塔灵敏板温度由温度控制器TIC120测量,塔顶出料与回流液的温差由TDI119测量得出,TDI119与FY114通过计算得到内回流量,外回流量由FIC114进行调整。如若TIC120温度稳定了,那么塔顶蒸馏出的轻组分也就稳定了。灵敏板温度与塔顶内回流量控制流程图如图2-12所，其控制回路方框图如图2-13所示。图2-12流量与温度串级控制流程图图2-13流量与温度串级控制回路方块图第三章控制系统硬件设计在工艺生产过程中检测仪表的元器件和控制阀的选择都要遵守一定的原则以及工艺要求,我们根据工艺生产过程的条件、系统操作的差异、检测仪表的安装使用情况、以及经济性要求方面综合考虑,最终选择出符合控制系统要求的仪表。把检测仪表(元件)按照基本功能和基本用途进行分类,大致可以详细分为以下几类:温度检测仪表、压力检测仪表、流量检测仪表、物位检测仪表、过程分析仪表以及显示/调节仪表。在选择过程分析仪表前,首先需要了解分析对象的特点和周围环境特点,再按照工艺要求选择适用范围、精度、量程、稳定性合适的仪表;显示、调节仪表的选择要满足控制系统的功能要求和测量精度要求[19]3.1温度检测仪表选型选择温度检测仪表时,需要本着安全可靠,性价比高的原则。本文所需的温度测量范围大致在0-300摄氏度。设计选用了PT100温度变送器通过电源极性反接保护电路,量程范围:-200℃-650℃,测量精度达到了0.2级,支持输出两线制4-20mA的标准输出电流信号,最大是输出信号达到30mA,工作电压:10-30VDC。将PT100选作本设计温度检测仪表较为符合。PT100温度变送器如图3-1所示。图3-1PT100温度变送器ND21-JDT-2A温差变送器探头采用铂电阻传感探头，不锈钢无焊封装,接线设计方法采用四线制连接法,将两个测量点的温度之差转换成1~5VDC的输出电压指示信号或4~20mADC的输出电流指示信号,当与调节器、执行器配合时,可自动调节温差系统。温差最大测量范围-50~150℃。3.2压力检测仪表的选型根据压力检查测仪表的型号选择要求,需要充分考虑环境和压力测量所用介质的要求,仪表正常测量静压、脉动压力时,测量压力数值应处于仪表测量数值量程的1/3到2/3之间,中高压力则在上限1/2[20]。本文需要分别为脱庚烷塔内压力检测和回流罐压力检测。塔内压力控制在0.2kpa左右,回流罐压力应控制在0.5MPa左右。1151压力变送器连接方式采用二线制接法,敏感器和元器件连接采用的材料是固体化材料结构,供电电压为12~45VDC,产品类型多样。1151DP该系列变送器的整体结构外观设计较为小巧精致,在设计实际操作方法上也较为便捷,因其系统密闭性较好,所以它常被拿来用于测量液体、气体、蒸气的差压,除此之外还具有安全防爆保护结构,它的放大器线路具有反向极性保护的功能,可以有效解决因接错而损坏变送器的安全问题。让控制系统更加安全,基本可以满足工业现场的要求。图3-21151DP压力变送器3.3流量检测仪表的选型流量检测仪表的选取要依据测量的目的、被检测流体的特性、被检测流量的上下限度范围、流量计的功能以及安装使用是否简单安全等方面考虑[21]。LUGB型涡街流量计主要运用了卡门涡制造原理,其精度非常之高。常在具有液体、气体、蒸汽流量的密封管道环境下使用,它的结构完整且简单,没有可动零部件,安装维护过程方便安全,可现场显示,也可远程传递的特点。因此深受石油、化工、冶金、制药、等工业生产的推崇。图3-3LUGB型涡街流量计3.4液位检测仪表的选型ZM118W双法兰液位变送器囊括了国外先进的设备生产技术,是一种新型液位变送器,他常常被用于测量液体、气体或蒸气的压力,将检测量转变成4~20mADC的电流信号输出。该产品运用了先进高超的设计原理。在机型外观设计上,完美综合了罗斯蒙特3051与横河EJA的综合优点,更加人性化,也可用于较为恶劣的环境进行测量,总体安装使用简便。图3-4ZM118W差压液位变送器3.5执行机构设备调节阀的选型调节阀是石油、化工生产过程中不可或缺的调节机构,通过控制调整阀的开度,控制输出信号的大小,通过执行机构改变阀门开度的大小,进而影响流体流量的大小,从而将生产中所需的参数控制在指定的范围内,进而可以实现化工生产过程的自动化[22]。调节阀型号准确无误的选择和正确的安装使用,可以大大降低仪表出现故障的频率,提高控制效率,从而确保生产装置的安全运行。ZXM型气动薄膜套筒调节阀由平衡式阀芯结构构成,流体流通能力通畅,可以精确的控制各种类液体及流体。适用温度大约在-200℃~+560℃,密闭性好,结构紧凑、重量小、损失小、容量大、拆装方便是它的特点。较为适用于泄漏量小阀位前后流量压差较大的工作环境。3.6I/O点统计据统计在脱庚烷塔控制系统中共有19个模拟输入点,8个模拟输出点。共计算有6个控制回路,其中单回路控制有4个,分别为:脱庚烷塔塔顶回流罐液位控制、脱庚烷塔塔釜液位控制、脱庚烷塔塔釜加热控制、脱庚烷塔塔顶压力控制;1个分程控制:T102精馏塔进料温度控制;1个串级控制:灵敏板温度与内回流流量控制。具体I/O点统计如下表3-1和表3-2所示。表3-1AI点清单类型位号仪表名称（备注）输入信号电源电压AITI115热电阻温度信号变送器4-20毫安24VDCAITI117热电阻温度信号变送器4-20毫安24VDCAITI118热电阻温度信号变送器4-20毫安24VDCAITI121热电阻温度信号变送器4-20毫安24VDCAITI122热电阻温度信号变送器4-20毫安24VDCAITI123热电阻温度信号变送器4-20毫安24VDCAITI124热电阻温度信号变送器4-20毫安24VDCAIFI220流量信号变送器4-20毫安24VDCAIAIFI221TT116流量信号变送器温度变送器4-20毫安4-20毫安24VDC24VDCAITT120温度变送器4-20毫安24VDCAILT103差压液位变送器4-20毫安24VDCAILT104差压液位变送器4-20毫安24VDCAIFT113流量变送器4-20毫安24VDCAIFT114流量变送器4-20毫安24VDCAIPT123压力变送器4-20毫安24VDCAIPT124压力变送器4-20毫安24VDCAIPT125压力变送器4-20毫安24VDCAITT119温差变送器4-20毫安24VDC表3-2AO点清单类型位号仪表名称（备注）输出信号电源电压AOAOTV116ATV116A电-气阀门定位器电-气阀门定位器4-20毫安4-20毫安24VDC24VDCAOTV120电-气阀门定位器4-20毫安24VDCAOLV103电-气阀门定位器4-20毫安24VDCAOLV104电-气阀门定位器4-20毫安24VDCAOFV113电-气阀门定位器4-20毫安24VDCAOFV114电-气阀门定位器4-20毫安24VDCAOPV125电-气阀门定位器4-20毫安24VDC3.7控制器硬件配置本文设计以DCS为基础,本次设计系统选用了浙江中控的ECS-700系统。ECS-700是浙江中控技术股份有限公司生产的WebField系列工业控制系统之一,它的成功诞生是为帮助中国企业用户快速实现生产自动化的大型应用高端控制系统。ECS-700系统采用了非常先进的技术手段,通过新的类型中的一种的现场总线技术水皮和网络技术支持集合而成。整个系统包括:控制节点、操作节点以系及统网络三大部分。在控制器的选择上选取了FCU711-S,FCU711-S采用的是32位嵌入式微处理器。具有稳定性强、内存较大、速率较高的特点。ECS-700系统数据流程图如图3-5所示。图3-5ECS-700系统数据流程3.7.1AI卡件AI711-SAI711-S模块是一个具有8通道多量程特性的模拟输入控制模块,它可以精确检测出0~5V的输入电压或0~20mA的输入电流,检测精度非常高。该模块的每一个通道都通过4个接线端子实现选择电压还是电流,是否配电,本文设计共有19个AI点,选用了3块AI711-S模块作为AI卡件。基座型号选择上,由于可以直接连接,所以选取了MB731-S基座。端子接线说明如图3-6所示。图3-6A1711-S端子接线说明3.7.2A0卡件AO711-SAO711-S模块是一个模拟信号输出模块。是一个具有8通道点点隔离特点的的电信号输出模块,可以输出三种类型,不同量程的电流信号,AO711-S模块安全系数非常高,具有在故障时设定安全模式的能力。其每一个通道包含4个接线端子,本设计共有8个AO点,因此选用了1块AO711-S卡件作为AO卡件。由于连接方式为直接连接,所以选取了MB731-S基座。基座型号上,选端子接线说明如图3-7所示。图3-7AO711-S端子接线说明3.7.3DI卡件DI711-SDI711-S模块是一个24V数字信号输入模块,拥有能够采集16路不同类型的数字量信息的能力。并且直接与相匹配的基座接线端子相连。由于它具有支持多类型的数字信号的采集的能力特点,所以在连接不同信号类型时要采用对应地接线方法。在基座选型方面,选用IO模块端子转接基座MB731-S基座。3.7.4DO卡件DO711-SDO711-S是一个16通道晶体管输出型数字信号模块,每个通道可以负载100mA,有2个接线端子,其输出信号类型为24V直流电,该模块通过控制24V电源的通断来对电流进行控制,具有通道自检能力。在基座选型上,选用IO模块端子转接基座MB731-S基座。第四章控制软件设计4.1系统结构组态在启动组态项目之前,需要通过系统组态软件配置控制台的硬件配置,位号统计和用户程序进行组态,首先需要手动创建一个新的组态工程,并且设置为默认工程。其次在上述工程内创建系统。对控制域、操作域以及工程师进行具体的组态设置[23]。其组态流程图如图4-1所示。图4-1组态流程4.1.1控制域组态控制域组态是需要分别对各个控制域和控制站的名称、功能描述及地址等信息进行配置。需要右键在控制域下添加控制站以及控制节点。本次设计控制站名称为:控制站_0_2,其中为控制A网地址,控制B网地址为:,在ECS-700系统中,使用的中心控制器类型为:FCU711-S控制器,具体控制域组态配置图如图4-2所示。图4-2控制域组态配置4.1.2操作域组态操作域组态需要我们在每个操作域中添加操作节点组态,操作域包含了服务器以及操作节点的名称、对其的详细描述、控制网地址、可以监控到的控制域分配以及工程师权限的功能。具体操作域组态配置图如图4-3所示。图4-3操作域组态配置4.1.3工程师组态工程师组态就是对需要维护的操作站和控制站进行权限分配。每个工程中,需要最少有一个工程师拥有工程管理的权限。右键添加工程师并修改可以操作的权限，最终编辑锁定。具体工程师组态配置图如图4-4所示。图4-4工程师组态配置4.2控制组态首先从组态服务器打开在控制站已经建立好的工程组态配置文件,对控制站的各种硬件配置进行手动设置。例如设置用户功能块位号、用户程序设置等相关操作。可以右键对其进行编辑。设定好后,需要将其保存到组态服务器。控制组态画面图如图4-5所示。图4-5控制组态画面4.2.1硬件组态设置硬件组态是对控制站的硬件进行编辑。首先添加I/O连接模块COM701-S,其次添加I/O机架CN721。最终添加I/O模块。本文硬件配置采用了:添加控制器FCU711-S,三个8通道的AI711-S、一个8通道的AO711-S、16通道的DI711-S和DO711-S各一个。硬件组态画面图如图4-6所示。图4-6硬件组态画面4.2.2位号组态设置位号组态主要是区分确定位号类型,依据组扫描的通道建立相应的位号信息。在位号属性设置区对位号属性进行设置。添加输入、输出模块,根据I/O表填写量程、单位信号类型以及地址等。详细位号组态画面图见图4-7至图4-10所示。图4-7AI位号组态画面图4-8AO位号组态画面图4-9DI位号组态画面图图4-10DO位号组态画面4.2.3用户程序编写在本次控制设计中,编写用户程序时使用通过VFSTModule.exe软件,共涉及到三种控制回路,主要详细划分为：单回路控制,串级控制回路和分程控制回路。各回路程序组态画面图如下图4-11至图4-16所示。①为保证塔的操作过程中受液槽有一定的液相,LIC-104通过排放出回流液来稳定液相。设定阀门为气开阀,LIC-104为正作用,将SV工程单位设为m,将MV工程单位设为m。液位控制回路组态图如图4-11所示。图4-11液位控制回路组态②当受液槽V102液位稳定后,塔罐内压力和温度对应关系,所以要保持罐内压力稳定,以及温度的稳定。设定阀门为气开阀,被控对象塔罐内压力为副对象,通过控制器来改变控制阀开度放出气相,进而稳定压力,所以压力控制器PIC-125为正作用。压力控制回路组态图如图4-12所示。图4-12压力控制回路组态③为了保证T-101塔温度的稳定,FIC113控制器控制流量大小,要根据塔釜温度变化来进行调整。控制对象为正对象,设定阀门为气开阀,FIC-113为反作用。图4-13液位控制回路组态④为了确保脱庚烷塔在生产操作过程中,回流罐中液相有一定液位。因此塔顶回流罐液位控制选择单回路控制。本回路被控对象是塔釜液位,设定阀门为气开阀,被控对象是正对象,经过液位变送器检测,当输出液位过高时,控制器输出需要降低,从而需要改变控制阀开度,因此判断得到控制器LIC-103为反作用。图4-14液位控制回路组态⑤在本控制系统中,当脱庚烷塔T101的进料温度过高时,系统会逐渐将阀门TV-116A关小,将阀门TV-116B开大,以达到降温的目的。出于安全考虑,在突发故障情况下,TV-116A应立刻处于全关状态,TV-116B处于全开状态。所以TV-116A设置为气开阀,TV-116B设置为气关阀。分程控制回路程序组态画面图如图4-15所示。图4-15分程控制回路程序组态画面⑥灵敏板温度TIC120为主控制回路,回流液控制FIC114作为副控制回路。流量控制对象为副对象,设定阀门为气关阀,FIC-114为正作用,将SV工程单位设为m3/h,将MV工程设为℃。温度为正对象,设定阀门为气开阀,TIC-120为反作用,将SV工程单位以及MV工程单位设定为℃。串级控制回路程序组态画面图如图4-16所示。图4-16串级回路程序组态画面4.3监控画面设计监控组态软件主要提供在组态模式下对其中一个操作域所需的监控内容进行有关编辑的功能。在本次系统设计主要重点体现在对各个操作小组组态以及各个操作域里的一些组件配置。4.3.1监控组态操作一:从组台服务器打开监控组态,如图4-17所示。图4-17监控组态图步骤二:右键单击添加操作小组,如图4-18所示。图4-18操作小组组态图4.3.2域组态域组态中权限配置功能主要包括:报警颜色设定、域变量组态、历史趋势组态以及自定义报警分组。①监控用户授权:其作用是用来分配监控操作人员的监控权限,双击启动该节点,可以依据所需添加用户,设定用户信息、状态、密码。监控用户授权图如图4-19所示。图4-19监控用户授权②历史趋势组态:如若要对数据点进行历史趋势的记录,则须在"历史趋势"中进行位号设定。双击则可打开历史趋势组态，进行趋势记录的直接查看。历史趋势组态图如图4-20所示。图4-20趋势组态4.3.3操作小组组态在组态界面右键可添加操作小组。添加成功后该模块配置有自定义选项、可分区报警、调节与报警的面板组态以及位号关联流程图等报表。①位号关联流程图;在监控画面中,扫描已经配置的流程图,并与位号建立联系。完成位号与监控流程图之间的正确关联。监控流程图如图4-21所示。图4-21位号关联流程图②标准画面组态:总貌画面可以监视位号的值，详细的总貌画面如图4-22所示。图4-22总貌画面4.3.4组态发布组态完成后,需要将组态信息发布到服务器以及配置节点,以便每个操作节点可以检索出最新更新的组态信息,并将其最终信息存储在组态服务器上。如图4-23所示。图4-23组态发布经济性分析本文的设计是基于浙大中控ECS-700的临氢异构脱庚烷塔部分控制系统,在这次的设计过程中，充分的考虑到了节能环保的问题，采用了特殊的设计方案，在降低污染的情况下同时把生产成本降到了最低。综合了工艺设计要求等因素,选择了性价比较高的设备。经过粗略统计,完成此次设计大约需要43037元。具体市场价格如下表5-1所示。表5-1经济分析表第六章结论与展望6.1结论本次论文采用浙大中控ECS-700作为主要控制设备。满足脱庚烷塔进料工艺需求。通过ECS-700精确的检测和控制完成脱庚烷塔部分对二甲苯高效率、低能耗、低成本的生产过程。临氢异构仿真装置脱庚烷塔工艺段主要分为四大部分，分别为换热器E-103控制部分、换热器E-104控制部分、冷凝器E-105控制部分、受液槽V-102控制部分，根据工艺文章设计了六个回路，分别是四个单回路控制、一个分程控制回路和一个串级控制回路。根据不同的控制回路和需求，确定I/O点以及控制系统软硬件的选择，最后通过ECS-700DCS系统，进行组态完成系统组态以及控制回路设计。6.2展望脱庚烷塔系统是对二甲苯的生产过程中一个重要环节,直接影响着资源利用率和企业效率。而集散系统的运用能更好的控制脱庚烷塔的生产过程,浙大中控ECS-700可以使脱庚烷塔的各种工况得到精确的检测和控制。在设计系统中,优化了自动化生产控制,可以更高效的促进化工企业的生产、降低生产成本、减少