臨氫異構裝置中脫庚烷塔部分工藝段控制設計目錄TOC\o"1-3"\h\u11058第一章前言 7224601.1選題背景 7113401.3文獻綜述 8185601.4主要研究內(nèi)容及擬解決的主要問題 10278861.4.1主要研究以下方面的內(nèi)容： 101161.4.2擬解決的主要問題： 1016287第二章控制系統(tǒng)總體方案設計 11246652.1脫庚烷塔控制工藝流程 11319262.2控制設計方案的實施 1315666第三章控制系統(tǒng)硬件設計 208618第四章控制軟件設計 27203494.1系統(tǒng)結構組態(tài) 2773484.1.1控制域組態(tài) 28135504.1.2操作域組態(tài) 2984014.1.3工程師組態(tài) 29253144.2控制組態(tài) 30248824.2.1硬件組態(tài)設置 30224414.2.2位號組態(tài)設置 3190244.2.3用戶程序編寫 32233634.3監(jiān)控畫面設計 35208924.3.1監(jiān)控組態(tài) 35231264.3.2域組態(tài) 36307644.3.3操作小組組態(tài) 3732894.3.4組態(tài)發(fā)布 3816118第五章經(jīng)濟性分析 3926662第六章結論與展望 40159226.1結論 40221816.2展望 4020275參考文獻 40摘要近年來,隨著我國石油化工行業(yè)發(fā)展迅速,自動化控制也隨之成為了石油化工生產(chǎn)中的主力軍。隨著控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代,優(yōu)化對臨氫異構裝置控制系統(tǒng)的結構設計就越發(fā)顯得尤為重要。本次設計主要是利用DCS控制系統(tǒng)對臨氫異構裝置中脫庚烷塔部分工藝段控制進行設計研究,該設計采用的是浙大中控的ECS-700系統(tǒng)進行控制。通過了解臨清異構裝置工藝流程,脫庚烷塔部分工藝流程圖,進行自動控制方案的設計。根據(jù)控制方案確定硬件配置,進行系統(tǒng)最優(yōu)選型,利用軟件完成系統(tǒng)組態(tài)、進行控制程序設計,組態(tài)編程,以及最終實現(xiàn)監(jiān)控畫面設計。通過系統(tǒng)組態(tài)的調(diào)試,來實現(xiàn)分散控制系統(tǒng)。在設計中,可以有效改進生產(chǎn)材料浪費的問題。以達可以更高效的促進化工企業(yè)的生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本的消耗、減少對現(xiàn)有資源的損耗為目的,更好的實現(xiàn)生產(chǎn)資源的可持續(xù)發(fā)展。關鍵詞：ECS-700、臨氫異構、脫庚烷塔、集散系統(tǒng)第一章前言1.1選題背景受我國經(jīng)濟的持續(xù)快速增長的影響,石油化工行業(yè)隨之不斷的進行創(chuàng)新,企業(yè)技術水平也在不斷的提高,全國工廠數(shù)量、各個企業(yè)的規(guī)模、以及生產(chǎn)出化工產(chǎn)品類別和功能同時也在發(fā)生著翻天覆地的變化。化工生產(chǎn)在控制方法的選擇上,也逐漸從應用簡單的手動控制方法變?yōu)楦鼉A向于選擇復雜的自動化控制。很顯然,在科技發(fā)展面前自動化控制系統(tǒng)更有優(yōu)勢,與手動控制相比較它能夠使工廠獲得更高的生產(chǎn)效率,同時改善工作者的工作條件,提高產(chǎn)品的品質(zhì)。最大程度的減少能源消耗,降低人員管理成本,實現(xiàn)資源的最大化合理利用,促使石油化工產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)整體經(jīng)濟效益水平得到了較大幅度的顯著提升[1]。社會的進度不免會為我們帶來資源短缺的問題,目前能源短缺已經(jīng)成為制約我國工業(yè)發(fā)展的一個重要原因,對二甲苯是石油化工生產(chǎn)過程中的一個重要原材料,也是石油化工生產(chǎn)的芳烴產(chǎn)品之一。除此之外它的用途非常廣泛,也可作為醫(yī)療生產(chǎn)的原材料。放眼看去,世界范圍對對二甲苯的需求量在持續(xù)增加,而我國近年來的需求量增長最為可觀。甚至出現(xiàn)對對二甲苯的需求處于供不應求的局面,但是我國尚且沒有較為完善的對二甲苯生產(chǎn)工藝,由于技術沒有那么成熟,所以面對很多石油化工行業(yè)的技術研究就會出現(xiàn)研究瓶頸[2],在這種情形下,科技創(chuàng)新迫在眉睫。所以說對臨氫異構的控制方案進行優(yōu)化就顯得尤為重要。1.2研究意義本文主要研究內(nèi)容是利用dcs控制系統(tǒng)對臨氫異構系統(tǒng)的脫庚烷塔進料工藝段控制系統(tǒng)進行設計。在社會的進步以及科學技術的蓬勃發(fā)展面前,如何更高效的提高化工企業(yè)工作效率。逐漸的引起了企業(yè)的重視。工業(yè)自動化技術也隨著科技創(chuàng)新得到了大幅度的提升。但是環(huán)境以及能源問題卻是我們在工業(yè)生產(chǎn)時最不能忽視的。伴隨著近年來全球能源緊張的問題,節(jié)能環(huán)保的問題成為了全球首要關注的問題。環(huán)保的理念得到了全球居民的積極響應。環(huán)保的理念也融入了我們的生產(chǎn)生活。進料工藝段的自動化、智能化生產(chǎn)也逐漸被我們重視。DCS控制系統(tǒng)就是當前工業(yè)自動化技術中具有較高先進性的控制系統(tǒng),能夠在工業(yè)生產(chǎn)活動中發(fā)揮重要的自動化作用,促進工業(yè)自動化的生產(chǎn)效率、提高了生產(chǎn)品質(zhì)[3]。本文在設計系統(tǒng)時,應當改進控制方案,以達到促進工廠高效生產(chǎn)效、降低生產(chǎn)成本、減少能源的浪費為目的方案。1.3文獻綜述隨著國家科學技術水平的逐步上升,我國自動化系統(tǒng)亦在隨著社會的發(fā)展而提升,化工生產(chǎn)行業(yè)的大規(guī)模產(chǎn)生,也讓各種智能化系統(tǒng)的產(chǎn)品大量生產(chǎn),其中就包括DCS控制系統(tǒng)[4]。新疆油田公司百口泉采油廠的工程師張建華認為DCS系統(tǒng)在我國目前已經(jīng)得到了廣泛的應用,特別是在石油化工領域上,DCS控制系統(tǒng)有著不可替代的作用。在目前已有DCS控制系統(tǒng)應用研究的基礎上,他還對石油化工行業(yè)中DCS系統(tǒng)的應用進行多方面深入的探究。經(jīng)過探究,對DCS控制系統(tǒng)進行了綜述,對該系統(tǒng)在石油化工行業(yè)中應用的優(yōu)點進行了分析,對石油化工行業(yè)中應用DCS控制系統(tǒng)的典型案例進行了研究,探究討論了DCS系統(tǒng)在石油化工行業(yè)應用中存在的缺點和不足[5]。在控制系統(tǒng)的選擇上,PLC控制系統(tǒng)更注重的是邏輯,而DCS控制系統(tǒng)更注重的是過程,本設計是以DCS控制系統(tǒng)為基礎進行設計[6]。隨著DCS系統(tǒng)的發(fā)展,以及它在化工廠的應用日益頻繁,張弛對它的發(fā)展狀況做了探討。他主要介紹了DCS系統(tǒng)的特點和功能以及在化工領域的應用。最后對DCS控制系統(tǒng)在化工廠的應用優(yōu)勢進行了綜合的分析,從而加強了我國DCS在化工廠以及各大企業(yè)中的發(fā)展[7]。楊恒志,韓玉新等曾詳細介紹了浙江中控的ECS-700控制系統(tǒng)及其特點,論述了空分裝置設備需求,結合空分裝置工藝要求,提出DCS系統(tǒng)控制方案要求,并得到實際應用,取得了良好應用效果[8]。ECS-700系統(tǒng)是浙江中控的一個核心操作系統(tǒng)。為了更好的實現(xiàn)企業(yè)自動化控制而制定推行的優(yōu)化方案。系統(tǒng)能夠同時支持16個可以支持60個控制站的控制域,以及能夠同時支持16個可以支持60個操作站的操作域。ECS-700系統(tǒng)特點是:安全、簡單、高效。ECS-700系統(tǒng)還可以為系統(tǒng)的安全運行提供雙重保障,具有故障安全檢測功能,當任何一個單獨零部件出現(xiàn)安全故障時,系統(tǒng)仍有可能正常繼續(xù)運行保持正常運行工作,保證充分保障工作人員、設備的安全[9]。此外,ECS-700系統(tǒng)還采用了非常先進的技術手段,由最新的現(xiàn)場總線技術和網(wǎng)絡技術支持集成。除此特點外ECS-700系統(tǒng)還同時具備完善的多方工程操作管理系統(tǒng)功能,可以同時由多方的工程師共同進行合作開發(fā)來有效提高全程工人們的工作效率,以及完整管理設置組態(tài)、分配系統(tǒng)操作權限以及操作印記和歷史記錄追溯等詳細功能[10]。吳德鵬,文敏總結說明了臨氫異構化裝置是汽油調(diào)合組分生產(chǎn)過程的重要生產(chǎn)裝置,采用的是美國UOP公司Penex-DIH臨氫異構化技術。他們針對臨氫異構轉(zhuǎn)組織節(jié)能進行改進。經(jīng)過認真研究制定優(yōu)化方案,從蒸汽、電、循環(huán)水方面入手,通過精細化操作,臨氫異構化裝置節(jié)能降耗效果顯著,經(jīng)過不斷實驗,最終在2019年10月能耗達到了歷史最佳水平。同時為進一步降低裝置能耗,對與其他裝置富余熱量進行熱聯(lián)合的方案進行了探討,為下次檢修改造提出優(yōu)化項目[11]。侯菁菁在深入研究異構化反應的具體生產(chǎn)過程時,通過了某芳烴結合裝置臨氫異構化反應作為實驗例子。研究了脫庚烷塔頂排放干氣反應時的溫度、壓力以及冷卻后溫度等干擾變量，在反應過程中對干氣量產(chǎn)生的重要影響[12]。孟海,李緒燦應用ASPENPLUS模擬系統(tǒng)對脫庚烷塔進行了模擬計算,通過應用模擬計算機對結果進行分析，主要了解了精餾的回流比、塔的壓力、以及它的溫度之間的關系。對脫庚烷塔的工藝調(diào)整操作可行性進行設計。選擇出最經(jīng)濟的生產(chǎn)工藝設備運行點,優(yōu)化了生產(chǎn)控制裝置的運行系統(tǒng),為節(jié)能行為奠定基礎[13]。李宏光,劉志壯等采用蒸餾裝置節(jié)能的方法,對異構化裝置中脫庚烷塔的熱能進行了解析,完成了節(jié)能節(jié)源的優(yōu)化,并針對之前不能解決的溫度問題提出了低溫度回收的優(yōu)化方向[14]。大慶油田化工集團旗下車間，該車間設有一個大型輕烴分餾裝置，采用了連續(xù)反復精餾的工藝。其主要生產(chǎn)包括：液化石油天然氣、工業(yè)三氯庚烷、工業(yè)三氯辛烷等。精餾塔經(jīng)過反復多次生產(chǎn)改擴建后,出現(xiàn)了生產(chǎn)重組分產(chǎn)品。出現(xiàn)了夏季是否應該投用水冷器的問題。如若投用,在負壓狀態(tài)時,系統(tǒng)會出現(xiàn)不容易控制操作的情況,生產(chǎn)將存在安全隱患,大大增加了設備發(fā)生危險的概率。如若停用,則增大了罐區(qū)發(fā)生火災危險的可能。為了解決這個難題。進行水冷器后移的更改,既保障了安全生產(chǎn),同時也降低了產(chǎn)品的損耗[15]?？偠灾?改進解決方案不僅可以對利用臨氫異構材料仿真中的脫庚烷塔系統(tǒng)進行長期優(yōu)化結構設計,減少不必要的長期能源利用浪費,海能提高了化工廠長期生產(chǎn)經(jīng)濟效益,杜絕資源浪費。赫拉克利烏斯埃琳尼通過研究發(fā)現(xiàn)開發(fā)生物精煉廠低值生物衍生液體中間體向高附加值產(chǎn)品升級的有效工藝,建立一個強大且有競爭力的生物經(jīng)濟至關重要。研究表明,以生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)化為代表的低質(zhì)替代重質(zhì)石腦油,可以分別通過加氫異構化和催化裂化有效地轉(zhuǎn)化為高質(zhì)燃料和化學品(烯烴)。在低負載量0.1wt%Pt/ZSM-5催化劑上加氫異構化可使正構烷烴轉(zhuǎn)化為C5-C8異烷烴具有有限的裂解,并產(chǎn)生具有較高辛烷值和較低十六烷值的燃料,適用于未來的動力系統(tǒng),如HCCI發(fā)動機。在一種基于ZSM-5的商用FCC催化劑上對石腦油進行催化裂化可在600℃下產(chǎn)生大量烯烴、主要是丙烯,其次是乙烯、正丁烯、戊烯和異丁烯。這兩種工藝都經(jīng)過了中試驗證。實驗結果和中試結果之間的一些差異是由于可伸縮性現(xiàn)象和不同的反應條件造成的。盡管如此,在轉(zhuǎn)化率相近的情況下,產(chǎn)品的組成仍有很好的一致性,證明了這些升級工藝在熱化學生物煉廠中的可擴展性和適用性[16]。在分析乙烯裂解工藝、設備、過程控制和操作條件的基礎上,利用控制過程系統(tǒng)控制管理系統(tǒng)虛擬仿真研究平臺,采用連續(xù)數(shù)學建模仿真方法,將原料機理連續(xù)建模與原料試驗科學數(shù)據(jù)綜合分析相有機結合,對原料DCS控制過程系統(tǒng)仿真進行了試驗數(shù)學連續(xù)建模,對DCS的正常運行、啟動、停機過程和事故處理過程進行了仿真。開發(fā)了乙烯裂解過程在線評價系統(tǒng),為乙烯裂解工藝過程培訓提供了一個虛擬平臺[17]。1.4主要研究內(nèi)容及擬解決的主要問題1.4.1主要研究以下方面的內(nèi)容：1.脫庚烷塔生產(chǎn)工藝；2.系統(tǒng)控制方案的選擇；3.儀表選型及硬件配置；4.集散控制系統(tǒng)硬件配置；5.系統(tǒng)組態(tài)設計；1.4.2擬解決的主要問題：1.各個系統(tǒng)的配置以及DCS系統(tǒng)的硬件配置；2.控制方案以及控制算法的選擇；3.DCS軟件編程實現(xiàn)，控制系統(tǒng)組態(tài)；4.組態(tài)畫面的實現(xiàn)；

第二章控制系統(tǒng)總體方案設計2.1脫庚烷塔控制工藝流程北京燕山仿真中心里的臨氫異構裝置工藝流程是以某二甲苯生產(chǎn)裝置的異構單元為主要參照設計對象。脫庚烷塔控制是臨氫異構裝置的工藝流程的一部分。其詳細工藝流程為:反應產(chǎn)物經(jīng)過冷卻后進入產(chǎn)品分離器V101并在此分成氣液兩種形態(tài)。一部分氣體去火炬,另一部分進入循環(huán)氣體壓縮機,液相與新鮮進料混合,再與脫庚烷塔底進料換熱器E103換熱升溫后,進入脫庚烷塔T101。脫庚烷塔的作用是脫除C7以下的輕組分,塔頂?shù)妮p組分經(jīng)空冷器E105冷卻,其冷凝液進入脫庚烷塔受液槽V102,再經(jīng)泵P102抽出,一部分返回脫庚烷塔頂做塔頂回流,一部分做為副產(chǎn)品送出界區(qū)外,脫庚烷塔受液槽的不凝氣送至火炬。脫除了輕組分的C8芳烴料自脫庚烷塔底由P103抽出,進入脫庚烷塔進料換熱器E103經(jīng)與脫庚烷塔進料換熱后,進入再精餾塔T102。另一部分回流進入脫庚烷塔再沸器E104換熱后進入脫庚烷塔。再沸器E104通過熱油加熱回流物料,來確保物料進入塔內(nèi)溫度的穩(wěn)定[18]。其完整流程圖如下圖2-1所示。

圖2-1脫庚烷塔工藝流程圖2.2控制設計方案的實施307132.2.1單回路控制方案設計①脫庚烷塔受液槽液位控制:在塔的操作過程中受液槽V102有一定的液相,才能將受液槽中的液體給脫庚烷塔塔頂提供回流,通過液位控制器LIC104排放出回流液來穩(wěn)定液體液位。受液槽液位控制系統(tǒng)流程圖如圖2-2所示,受液槽液位控制系統(tǒng)回路方框圖如圖2-3所示。圖2-2受液槽液位控制工藝流程圖圖2-3液位控制回路方框圖②脫庚烷塔塔頂壓力控制:當受液槽V102中液位穩(wěn)定后,塔罐內(nèi)壓力和溫度呈對應關系,所以既要穩(wěn)定罐內(nèi)壓力值,又要保證溫度符合控制范圍。因此采用單回路控制,壓力控制器PIC125將氣相釋放排出來穩(wěn)定受液槽內(nèi)壓力。塔頂壓力控制系統(tǒng)流程圖如圖2-4所示,塔頂壓力控制系統(tǒng)回路方框圖如圖2-5所示。圖2-4塔頂壓力控制流程圖圖2-5壓力控制回路方框圖③脫庚烷塔塔釜加熱控制:進入T-101塔的物料一部分輕組分的物料會輸送到外界,脫除了輕組分的C8會由塔底抽出,另外一部分物料從塔釜回流,通過換熱器E-104進行加熱后再進入T101塔。T-101塔釜加熱由E-104加熱回流的物料。塔釜溫度受流量影響,為了保證脫庚烷塔的溫度穩(wěn)定,用流量控制器FIC113控制流量大小,據(jù)塔釜溫度變化來進行調(diào)整。依據(jù)塔釜溫度的測量的數(shù)值,通過FIC113調(diào)整熱油流量的大小從而控制塔釜的溫度。塔釜加熱控制系統(tǒng)流程圖如圖2-6所示,塔釜加熱控制系統(tǒng)回路方框圖如圖2-7所示。圖2-6塔釜加熱控制流程圖圖2-7加熱控制回路方框圖④脫庚烷塔塔釜液位控制:物料進入脫庚烷塔塔釜后,要保證塔內(nèi)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。因此塔釜液位控制設計單回路控制。塔釜液位控制流程圖如圖2-8所示,塔釜液位控制回路方框圖如圖2-9所示。圖2-8塔釜液位控制流程圖圖2-9塔釜液位控制回路方框圖276572.2.2分程控制方案設計①T102精餾塔的進料溫度控制:本控制采用分程控制,通過溫度控制器TIC116的輸調(diào)來整控制閥TV116A和控制閥TV116B的開關。選擇TV116A為氣開閥,TV116B為氣關閥。如若脫庚烷塔的進料溫度超出一定限度時,控制系統(tǒng)則會將閥TV116A開度減小,將閥門TV116B的開度增大。通過調(diào)整兩個閥門的開度的大小,影響物料流量,從而達到降溫的目的。(溫度控制在160℃)兩個閥門的開度總和為100,當控制器的輸出處于全開時當TV116B的開度為100,則TV116A的開度為0。同理當控制器的輸出處于50%時,TV116A和TV116B開度分別都為50。T102精餾塔進料溫度控制流程圖如圖2-10所示,溫度控制回路方框圖如圖2-11所示。圖2-10T102塔進料溫度控制流程圖圖2-11溫度控制回路方框圖276572.2.3串級控制方案設計①脫庚烷塔靈敏板溫度與塔頂內(nèi)回流量的串級控制:從脫庚烷塔塔頂蒸餾出的輕組分,經(jīng)過空冷器E-105冷卻后,一部分要繼續(xù)輸送回塔頂回流。冷凝液送回塔頂后與蒸汽相結合,部分蒸汽發(fā)生液化,回流到罐體內(nèi),這部分回流液為內(nèi)回流液。塔頂產(chǎn)品采用新型空冷器,當氣候條件發(fā)生驟變時,回流液的溫度隨之發(fā)生改變,所以即使保證外回流不變,受溫度條件變化的直接影響,原有的熱平衡會遭到嚴重破壞,從而改變內(nèi)回流。當塔的進料流量、溫度、成分都比較穩(wěn)定時,只有內(nèi)回流穩(wěn)定,才能保證塔安全操作。內(nèi)回流的變化會影響塔盤上的氣液平衡情況,當變化幅度較大時,原有的平衡將會遭到破壞,進而導致塔頂和塔底的產(chǎn)品不合格。所以要想保證系統(tǒng)運行工作狀況安全穩(wěn)定,需要保證內(nèi)回流量的恒定。因此根據(jù)工藝情況需求,期望塔的內(nèi)回流量穩(wěn)定,或者與進料量成比例的變化。但是由于內(nèi)回流難于準確測量和不易控制,必須通過計算、測量其他與其相關的一些控制變量,經(jīng)過計算得到內(nèi)回流量作為被控變量,才能真正實現(xiàn)內(nèi)回流控制。內(nèi)回流計算的數(shù)學模型可以通過列寫回流層物料平衡和能量平衡關系式得到。關系式如式2-1所示:（公式2-1)熱量平衡關系：（公式2-2)式中Li——內(nèi)回流量；L0——為回流量；ΔL——冷凝液量；λ——冷凝液的汽化潛熱；Cp——外回流液比熱容；TR——外回流液溫度；T0——回流層塔板溫度。將2-1式帶入2-2式可得：（公式2-3)式中ΔT——T0-TR；K=Cp/λ通過式（2-3）即可得出內(nèi)回流量。當塔的進料流量、溫度、成分都比較穩(wěn)定,且內(nèi)回流量一定時,靈敏板溫度決定了脫庚烷塔的操作狀況,因此還需加入串級控制,將靈敏板溫度作為主控制回路,回流液控制作為副控制回路。脫庚烷塔靈敏板溫度由溫度控制器TIC120測量,塔頂出料與回流液的溫差由TDI119測量得出,TDI119與FY114通過計算得到內(nèi)回流量,外回流量由FIC114進行調(diào)整。如若TIC120溫度穩(wěn)定了,那么塔頂蒸餾出的輕組分也就穩(wěn)定了。靈敏板溫度與塔頂內(nèi)回流量控制流程圖如圖2-12所，其控制回路方框圖如圖2-13所示。圖2-12流量與溫度串級控制流程圖圖2-13流量與溫度串級控制回路方塊圖第三章控制系統(tǒng)硬件設計在工藝生產(chǎn)過程中檢測儀表的元器件和控制閥的選擇都要遵守一定的原則以及工藝要求,我們根據(jù)工藝生產(chǎn)過程的條件、系統(tǒng)操作的差異、檢測儀表的安裝使用情況、以及經(jīng)濟性要求方面綜合考慮,最終選擇出符合控制系統(tǒng)要求的儀表。把檢測儀表(元件)按照基本功能和基本用途進行分類,大致可以詳細分為以下幾類:溫度檢測儀表、壓力檢測儀表、流量檢測儀表、物位檢測儀表、過程分析儀表以及顯示/調(diào)節(jié)儀表。在選擇過程分析儀表前,首先需要了解分析對象的特點和周圍環(huán)境特點,再按照工藝要求選擇適用范圍、精度、量程、穩(wěn)定性合適的儀表;顯示、調(diào)節(jié)儀表的選擇要滿足控制系統(tǒng)的功能要求和測量精度要求[19]3.1溫度檢測儀表選型選擇溫度檢測儀表時,需要本著安全可靠,性價比高的原則。本文所需的溫度測量范圍大致在0-300攝氏度。設計選用了PT100溫度變送器通過電源極性反接保護電路,量程范圍:-200℃-650℃,測量精度達到了0.2級,支持輸出兩線制4-20mA的標準輸出電流信號,最大是輸出信號達到30mA,工作電壓:10-30VDC。將PT100選作本設計溫度檢測儀表較為符合。PT100溫度變送器如圖3-1所示。圖3-1PT100溫度變送器ND21-JDT-2A溫差變送器探頭采用鉑電阻傳感探頭，不銹鋼無焊封裝,接線設計方法采用四線制連接法,將兩個測量點的溫度之差轉(zhuǎn)換成1~5VDC的輸出電壓指示信號或4~20mADC的輸出電流指示信號,當與調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器配合時,可自動調(diào)節(jié)溫差系統(tǒng)。溫差最大測量范圍-50~150℃。3.2壓力檢測儀表的選型根據(jù)壓力檢查測儀表的型號選擇要求,需要充分考慮環(huán)境和壓力測量所用介質(zhì)的要求,儀表正常測量靜壓、脈動壓力時,測量壓力數(shù)值應處于儀表測量數(shù)值量程的1/3到2/3之間,中高壓力則在上限1/2[20]。本文需要分別為脫庚烷塔內(nèi)壓力檢測和回流罐壓力檢測。塔內(nèi)壓力控制在0.2kpa左右,回流罐壓力應控制在0.5MPa左右。1151壓力變送器連接方式采用二線制接法,敏感器和元器件連接采用的材料是固體化材料結構,供電電壓為12~45VDC,產(chǎn)品類型多樣。1151DP該系列變送器的整體結構外觀設計較為小巧精致,在設計實際操作方法上也較為便捷,因其系統(tǒng)密閉性較好,所以它常被拿來用于測量液體、氣體、蒸氣的差壓,除此之外還具有安全防爆保護結構,它的放大器線路具有反向極性保護的功能,可以有效解決因接錯而損壞變送器的安全問題。讓控制系統(tǒng)更加安全,基本可以滿足工業(yè)現(xiàn)場的要求。圖3-21151DP壓力變送器3.3流量檢測儀表的選型流量檢測儀表的選取要依據(jù)測量的目的、被檢測流體的特性、被檢測流量的上下限度范圍、流量計的功能以及安裝使用是否簡單安全等方面考慮[21]。LUGB型渦街流量計主要運用了卡門渦制造原理,其精度非常之高。常在具有液體、氣體、蒸汽流量的密封管道環(huán)境下使用,它的結構完整且簡單,沒有可動零部件,安裝維護過程方便安全,可現(xiàn)場顯示,也可遠程傳遞的特點。因此深受石油、化工、冶金、制藥、等工業(yè)生產(chǎn)的推崇。圖3-3LUGB型渦街流量計3.4液位檢測儀表的選型ZM118W雙法蘭液位變送器囊括了國外先進的設備生產(chǎn)技術,是一種新型液位變送器,他常常被用于測量液體、氣體或蒸氣的壓力,將檢測量轉(zhuǎn)變成4~20mADC的電流信號輸出。該產(chǎn)品運用了先進高超的設計原理。在機型外觀設計上,完美綜合了羅斯蒙特3051與橫河EJA的綜合優(yōu)點,更加人性化,也可用于較為惡劣的環(huán)境進行測量,總體安裝使用簡便。圖3-4ZM118W差壓液位變送器3.5執(zhí)行機構設備調(diào)節(jié)閥的選型調(diào)節(jié)閥是石油、化工生產(chǎn)過程中不可或缺的調(diào)節(jié)機構,通過控制調(diào)整閥的開度,控制輸出信號的大小,通過執(zhí)行機構改變閥門開度的大小,進而影響流體流量的大小,從而將生產(chǎn)中所需的參數(shù)控制在指定的范圍內(nèi),進而可以實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程的自動化[22]。調(diào)節(jié)閥型號準確無誤的選擇和正確的安裝使用,可以大大降低儀表出現(xiàn)故障的頻率,提高控制效率,從而確保生產(chǎn)裝置的安全運行。ZXM型氣動薄膜套筒調(diào)節(jié)閥由平衡式閥芯結構構成,流體流通能力通暢,可以精確的控制各種類液體及流體。適用溫度大約在-200℃~+560℃,密閉性好,結構緊湊、重量小、損失小、容量大、拆裝方便是它的特點。較為適用于泄漏量小閥位前后流量壓差較大的工作環(huán)境。3.6I/O點統(tǒng)計據(jù)統(tǒng)計在脫庚烷塔控制系統(tǒng)中共有19個模擬輸入點,8個模擬輸出點。共計算有6個控制回路,其中單回路控制有4個,分別為:脫庚烷塔塔頂回流罐液位控制、脫庚烷塔塔釜液位控制、脫庚烷塔塔釜加熱控制、脫庚烷塔塔頂壓力控制;1個分程控制:T102精餾塔進料溫度控制;1個串級控制:靈敏板溫度與內(nèi)回流流量控制。具體I/O點統(tǒng)計如下表3-1和表3-2所示。表3-1AI點清單類型位號儀表名稱（備注）輸入信號電源電壓AITI115熱電阻溫度信號變送器4-20毫安24VDCAITI117熱電阻溫度信號變送器4-20毫安24VDCAITI118熱電阻溫度信號變送器4-20毫安24VDCAITI121熱電阻溫度信號變送器4-20毫安24VDCAITI122熱電阻溫度信號變送器4-20毫安24VDCAITI123熱電阻溫度信號變送器4-20毫安24VDCAITI124熱電阻溫度信號變送器4-20毫安24VDCAIFI220流量信號變送器4-20毫安24VDCAIAIFI221TT116流量信號變送器溫度變送器4-20毫安4-20毫安24VDC24VDCAITT120溫度變送器4-20毫安24VDCAILT103差壓液位變送器4-20毫安24VDCAILT104差壓液位變送器4-20毫安24VDCAIFT113流量變送器4-20毫安24VDCAIFT114流量變送器4-20毫安24VDCAIPT123壓力變送器4-20毫安24VDCAIPT124壓力變送器4-20毫安24VDCAIPT125壓力變送器4-20毫安24VDCAITT119溫差變送器4-20毫安24VDC表3-2AO點清單類型位號儀表名稱（備注）輸出信號電源電壓AOAOTV116ATV116A電-氣閥門定位器電-氣閥門定位器4-20毫安4-20毫安24VDC24VDCAOTV120電-氣閥門定位器4-20毫安24VDCAOLV103電-氣閥門定位器4-20毫安24VDCAOLV104電-氣閥門定位器4-20毫安24VDCAOFV113電-氣閥門定位器4-20毫安24VDCAOFV114電-氣閥門定位器4-20毫安24VDCAOPV125電-氣閥門定位器4-20毫安24VDC3.7控制器硬件配置本文設計以DCS為基礎,本次設計系統(tǒng)選用了浙江中控的ECS-700系統(tǒng)。ECS-700是浙江中控技術股份有限公司生產(chǎn)的WebField系列工業(yè)控制系統(tǒng)之一,它的成功誕生是為幫助中國企業(yè)用戶快速實現(xiàn)生產(chǎn)自動化的大型應用高端控制系統(tǒng)。ECS-700系統(tǒng)采用了非常先進的技術手段,通過新的類型中的一種的現(xiàn)場總線技術水皮和網(wǎng)絡技術支持集合而成。整個系統(tǒng)包括:控制節(jié)點、操作節(jié)點以系及統(tǒng)網(wǎng)絡三大部分。在控制器的選擇上選取了FCU711-S,FCU711-S采用的是32位嵌入式微處理器。具有穩(wěn)定性強、內(nèi)存較大、速率較高的特點。ECS-700系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖如圖3-5所示。圖3-5ECS-700系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程3.7.1AI卡件AI711-SAI711-S模塊是一個具有8通道多量程特性的模擬輸入控制模塊,它可以精確檢測出0~5V的輸入電壓或0~20mA的輸入電流,檢測精度非常高。該模塊的每一個通道都通過4個接線端子實現(xiàn)選擇電壓還是電流,是否配電,本文設計共有19個AI點,選用了3塊AI711-S模塊作為AI卡件?；吞栠x擇上,由于可以直接連接,所以選取了MB731-S基座。端子接線說明如圖3-6所示。圖3-6A1711-S端子接線說明3.7.2A0卡件AO711-SAO711-S模塊是一個模擬信號輸出模塊。是一個具有8通道點點隔離特點的的電信號輸出模塊,可以輸出三種類型,不同量程的電流信號,AO711-S模塊安全系數(shù)非常高,具有在故障時設定安全模式的能力。其每一個通道包含4個接線端子,本設計共有8個AO點,因此選用了1塊AO711-S卡件作為AO卡件。由于連接方式為直接連接,所以選取了MB731-S基座?；吞柹?選端子接線說明如圖3-7所示。圖3-7AO711-S端子接線說明3.7.3DI卡件DI711-SDI711-S模塊是一個24V數(shù)字信號輸入模塊,擁有能夠采集16路不同類型的數(shù)字量信息的能力。并且直接與相匹配的基座接線端子相連。由于它具有支持多類型的數(shù)字信號的采集的能力特點,所以在連接不同信號類型時要采用對應地接線方法。在基座選型方面,選用IO模塊端子轉(zhuǎn)接基座MB731-S基座。3.7.4DO卡件DO711-SDO711-S是一個16通道晶體管輸出型數(shù)字信號模塊,每個通道可以負載100mA,有2個接線端子,其輸出信號類型為24V直流電,該模塊通過控制24V電源的通斷來對電流進行控制,具有通道自檢能力。在基座選型上,選用IO模塊端子轉(zhuǎn)接基座MB731-S基座。第四章控制軟件設計4.1系統(tǒng)結構組態(tài)在啟動組態(tài)項目之前,需要通過系統(tǒng)組態(tài)軟件配置控制臺的硬件配置,位號統(tǒng)計和用戶程序進行組態(tài),首先需要手動創(chuàng)建一個新的組態(tài)工程,并且設置為默認工程。其次在上述工程內(nèi)創(chuàng)建系統(tǒng)。對控制域、操作域以及工程師進行具體的組態(tài)設置[23]。其組態(tài)流程圖如圖4-1所示。圖4-1組態(tài)流程4.1.1控制域組態(tài)控制域組態(tài)是需要分別對各個控制域和控制站的名稱、功能描述及地址等信息進行配置。需要右鍵在控制域下添加控制站以及控制節(jié)點。本次設計控制站名稱為:控制站_0_2,其中為控制A網(wǎng)地址,控制B網(wǎng)地址為:,在ECS-700系統(tǒng)中,使用的中心控制器類型為:FCU711-S控制器,具體控制域組態(tài)配置圖如圖4-2所示。圖4-2控制域組態(tài)配置4.1.2操作域組態(tài)操作域組態(tài)需要我們在每個操作域中添加操作節(jié)點組態(tài),操作域包含了服務器以及操作節(jié)點的名稱、對其的詳細描述、控制網(wǎng)地址、可以監(jiān)控到的控制域分配以及工程師權限的功能。具體操作域組態(tài)配置圖如圖4-3所示。圖4-3操作域組態(tài)配置4.1.3工程師組態(tài)工程師組態(tài)就是對需要維護的操作站和控制站進行權限分配。每個工程中,需要最少有一個工程師擁有工程管理的權限。右鍵添加工程師并修改可以操作的權限，最終編輯鎖定。具體工程師組態(tài)配置圖如圖4-4所示。圖4-4工程師組態(tài)配置4.2控制組態(tài)首先從組態(tài)服務器打開在控制站已經(jīng)建立好的工程組態(tài)配置文件,對控制站的各種硬件配置進行手動設置。例如設置用戶功能塊位號、用戶程序設置等相關操作?？梢杂益I對其進行編輯。設定好后,需要將其保存到組態(tài)服務器?？刂平M態(tài)畫面圖如圖4-5所示。圖4-5控制組態(tài)畫面4.2.1硬件組態(tài)設置硬件組態(tài)是對控制站的硬件進行編輯。首先添加I/O連接模塊COM701-S,其次添加I/O機架CN721。最終添加I/O模塊。本文硬件配置采用了:添加控制器FCU711-S,三個8通道的AI711-S、一個8通道的AO711-S、16通道的DI711-S和DO711-S各一個。硬件組態(tài)畫面圖如圖4-6所示。圖4-6硬件組態(tài)畫面4.2.2位號組態(tài)設置位號組態(tài)主要是區(qū)分確定位號類型,依據(jù)組掃描的通道建立相應的位號信息。在位號屬性設置區(qū)對位號屬性進行設置。添加輸入、輸出模塊,根據(jù)I/O表填寫量程、單位信號類型以及地址等。詳細位號組態(tài)畫面圖見圖4-7至圖4-10所示。圖4-7AI位號組態(tài)畫面圖4-8AO位號組態(tài)畫面圖4-9DI位號組態(tài)畫面圖圖4-10DO位號組態(tài)畫面4.2.3用戶程序編寫在本次控制設計中,編寫用戶程序時使用通過VFSTModule.exe軟件,共涉及到三種控制回路,主要詳細劃分為：單回路控制,串級控制回路和分程控制回路。各回路程序組態(tài)畫面圖如下圖4-11至圖4-16所示。①為保證塔的操作過程中受液槽有一定的液相,LIC-104通過排放出回流液來穩(wěn)定液相。設定閥門為氣開閥,LIC-104為正作用,將SV工程單位設為m,將MV工程單位設為m。液位控制回路組態(tài)圖如圖4-11所示。圖4-11液位控制回路組態(tài)②當受液槽V102液位穩(wěn)定后,塔罐內(nèi)壓力和溫度對應關系,所以要保持罐內(nèi)壓力穩(wěn)定,以及溫度的穩(wěn)定。設定閥門為氣開閥,被控對象塔罐內(nèi)壓力為副對象,通過控制器來改變控制閥開度放出氣相,進而穩(wěn)定壓力,所以壓力控制器PIC-125為正作用。壓力控制回路組態(tài)圖如圖4-12所示。圖4-12壓力控制回路組態(tài)③為了保證T-101塔溫度的穩(wěn)定,FIC113控制器控制流量大小,要根據(jù)塔釜溫度變化來進行調(diào)整。控制對象為正對象,設定閥門為氣開閥,FIC-113為反作用。圖4-13液位控制回路組態(tài)④為了確保脫庚烷塔在生產(chǎn)操作過程中,回流罐中液相有一定液位。因此塔頂回流罐液位控制選擇單回路控制。本回路被控對象是塔釜液位,設定閥門為氣開閥,被控對象是正對象,經(jīng)過液位變送器檢測,當輸出液位過高時,控制器輸出需要降低,從而需要改變控制閥開度,因此判斷得到控制器LIC-103為反作用。圖4-14液位控制回路組態(tài)⑤在本控制系統(tǒng)中,當脫庚烷塔T101的進料溫度過高時,系統(tǒng)會逐漸將閥門TV-116A關小,將閥門TV-116B開大,以達到降溫的目的。出于安全考慮,在突發(fā)故障情況下,TV-116A應立刻處于全關狀態(tài),TV-116B處于全開狀態(tài)。所以TV-116A設置為氣開閥,TV-116B設置為氣關閥。分程控制回路程序組態(tài)畫面圖如圖4-15所示。圖4-15分程控制回路程序組態(tài)畫面⑥靈敏板溫度TIC120為主控制回路,回流液控制FIC114作為副控制回路。流量控制對象為副對象,設定閥門為氣關閥,FIC-114為正作用,將SV工程單位設為m3/h,將MV工程設為℃。溫度為正對象,設定閥門為氣開閥,TIC-120為反作用,將SV工程單位以及MV工程單位設定為℃。串級控制回路程序組態(tài)畫面圖如圖4-16所示。圖4-16串級回路程序組態(tài)畫面4.3監(jiān)控畫面設計監(jiān)控組態(tài)軟件主要提供在組態(tài)模式下對其中一個操作域所需的監(jiān)控內(nèi)容進行有關編輯的功能。在本次系統(tǒng)設計主要重點體現(xiàn)在對各個操作小組組態(tài)以及各個操作域里的一些組件配置。4.3.1監(jiān)控組態(tài)操作一:從組臺服務器打開監(jiān)控組態(tài),如圖4-17所示。圖4-17監(jiān)控組態(tài)圖步驟二:右鍵單擊添加操作小組,如圖4-18所示。圖4-18操作小組組態(tài)圖4.3.2域組態(tài)域組態(tài)中權限配置功能主要包括:報警顏色設定、域變量組態(tài)、歷史趨勢組態(tài)以及自定義報警分組。①監(jiān)控用戶授權:其作用是用來分配監(jiān)控操作人員的監(jiān)控權限,雙擊啟動該節(jié)點,可以依據(jù)所需添加用戶,設定用戶信息、狀態(tài)、密碼。監(jiān)控用戶授權圖如圖4-19所示。圖4-19監(jiān)控用戶授權②歷史趨勢組態(tài):如若要對數(shù)據(jù)點進行歷史趨勢的記錄,則須在"歷史趨勢"中進行位號設定。雙擊則可打開歷史趨勢組態(tài)，進行趨勢記錄的直接查看。歷史趨勢組態(tài)圖如圖4-20所示。圖4-20趨勢組態(tài)4.3.3操作小組組態(tài)在組態(tài)界面右鍵可添加操作小組。添加成功后該模塊配置有自定義選項、可分區(qū)報警、調(diào)節(jié)與報警的面板組態(tài)以及位號關聯(lián)流程圖等報表。①位號關聯(lián)流程圖;在監(jiān)控畫面中,掃描已經(jīng)配置的流程圖,并與位號建立聯(lián)系。完成位號與監(jiān)控流程圖之間的正確關聯(lián)。監(jiān)控流程圖如圖4-21所示。圖4-21位號關聯(lián)流程圖②標準畫面組態(tài):總貌畫面可以監(jiān)視位號的值，詳細的總貌畫面如圖4-22所示。圖4-22總貌畫面4.3.4組態(tài)發(fā)布組態(tài)完成后,需要將組態(tài)信息發(fā)布到服務器以及配置節(jié)點,以便每個操作節(jié)點可以檢索出最新更新的組態(tài)信息,并將其最終信息存儲在組態(tài)服務器上。如圖4-23所示。圖4-23組態(tài)發(fā)布經(jīng)濟性分析本文的設計是基于浙大中控ECS-700的臨氫異構脫庚烷塔部分控制系統(tǒng),在這次的設計過程中，充分的考慮到了節(jié)能環(huán)保的問題，采用了特殊的設計方案，在降低污染的情況下同時把生產(chǎn)成本降到了最低。綜合了工藝設計要求等因素,選擇了性價比較高的設備。經(jīng)過粗略統(tǒng)計,完成此次設計大約需要43037元。具體市場價格如下表5-1所示。表5-1經(jīng)濟分析表第六章結論與展望6.1結論本次論文采用浙大中控ECS-700作為主要控制設備。滿足脫庚烷塔進料工藝需求。通過ECS-700精確的檢測和控制完成脫庚烷塔部分對二甲苯高效率、低能耗、低成本的生產(chǎn)過程。臨氫異構仿真裝置脫庚烷塔工藝段主要分為四大部分，分別為換熱器E-103控制部分、換熱器E-104控制部分、冷凝器E-105控制部分、受液槽V-102控制部分，根據(jù)工藝文章設計了六個回路，分別是四個單回路控制、一個分程控制回路和一個串級控制回路。根據(jù)不同的控制回路和需求，確定I/O點以及控制系統(tǒng)軟硬件的選擇，最后通過ECS-700DCS系統(tǒng)，進行組態(tài)完成系統(tǒng)組態(tài)以及控制回路設計。6.2展望脫庚烷塔系統(tǒng)是對二甲苯的生產(chǎn)過程中一個重要環(huán)節(jié),直接影響著資源利用率和企業(yè)效率。而集散系統(tǒng)的運用能更好的控制脫庚烷塔的生產(chǎn)過程,浙大中控ECS-700可以使脫庚烷塔的各種工況得到精確的檢測和控制。在設計系統(tǒng)中,優(yōu)化了自動化生產(chǎn)控制,可以更高效的促進化工企業(yè)的生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本、減少