1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：德士古水煤漿氣化工藝的組態(tài)設(shè)計(jì)（組態(tài)王設(shè)計(jì)） 學(xué)生姓名： 范恒飛 學(xué)生學(xué)號(hào)： 1008020106 系 別： 電氣信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 自動(dòng)化 屆 別： 1 4屆 指導(dǎo)教師： 賈群 電氣信息工程學(xué)院制2013年5月德士古水煤漿氣化工藝的組態(tài)設(shè)計(jì)（組態(tài)王設(shè)計(jì)）學(xué)生：范恒飛指導(dǎo)老師：賈群電氣信息工程自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)1 基于組態(tài)王課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)1熟悉并熟練掌握運(yùn)用組態(tài)王軟件；2通過(guò)組態(tài)王軟件的使用，進(jìn)一步掌握了解過(guò)程控制理論的相關(guān)知識(shí)；3培養(yǎng)自主查找資料搜尋信息自學(xué)的能力；4培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手動(dòng)腦的能力；1.2 課程設(shè)計(jì)的要求1采用V6.53版本組態(tài)王德士古水煤

2、漿氣化工藝過(guò)程進(jìn)行組態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)。2根據(jù)所給的化工工藝進(jìn)行主畫(huà)面，需要在界面上進(jìn)行合理的進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，掌握組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的基本功能。3根據(jù)主畫(huà)面工藝內(nèi)容，再設(shè)計(jì)相關(guān)分畫(huà)面，可以做報(bào)警、歷史、實(shí)時(shí)、控制、數(shù)據(jù)分析等畫(huà)面（其中顯示數(shù)據(jù)可以根據(jù)工藝過(guò)程用隨機(jī)值進(jìn)行表示）?？偖?huà)面數(shù)不應(yīng)少于5個(gè)。4畫(huà)面設(shè)計(jì)要有一定的可觀性，要充分進(jìn)行動(dòng)畫(huà)顯示設(shè)計(jì)，杜絕靜止畫(huà)面。5畫(huà)面切換要非常流暢，適當(dāng)加入按鈕或熱區(qū)設(shè)計(jì)等相關(guān)鏈接環(huán)節(jié)。6提交課程設(shè)計(jì)時(shí)間節(jié)點(diǎn)：2013年5月1日-5月8日。7報(bào)告格式按照電氣學(xué)院電子課程設(shè)計(jì)文件要求進(jìn)行，報(bào)告撰寫(xiě)可按以下環(huán)節(jié)展開(kāi)。2 德士古水煤漿氣化工藝的介紹2.1 工藝基本功能目前，石油和

3、化學(xué)工業(yè)在快速發(fā)展的同時(shí)，正面臨著資源、能源和環(huán)境等多重壓力。由于我國(guó)石油和天然氣短缺，煤炭相對(duì)豐富，煤炭在我國(guó)的能源和化工的未來(lái)發(fā)展中所處的地位會(huì)變得越來(lái)越重要，隨著煤氣化技術(shù)的不斷成熟，特別是加壓氣化方法的逐步完善和下游產(chǎn)品的多樣化，煤氣化已成為我國(guó)目前煤化工的重中之重。其中煤炭氣化中以德士古水煤漿氣化爐為典型代表。德士古氣化法是一種以水煤漿為進(jìn)料的加壓氣流床氣化工藝。德士古水煤漿加壓氣化工藝簡(jiǎn)稱TCGP，是美國(guó)德士古石油公司TEXACO在重油氣化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。從1945年發(fā)展至今，德士古水煤漿氣化工藝也是當(dāng)前世界上發(fā)展較快，技術(shù)先進(jìn)的第二代煤氣化技術(shù)，TEXACO水煤漿氣化工藝是將

4、一定粒度的煤粒及少量添加劑與水在磨機(jī)中磨成可以用泵輸送的水煤漿，與富氧在加壓及高溫狀態(tài)下發(fā)生不完全燃燒反應(yīng)制得高溫合成氣，高溫合成氣直接在水中冷卻(激冷流程)。合成氣體經(jīng)進(jìn)一步冷卻除塵后，可以通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)與其副產(chǎn)的高壓蒸汽實(shí)現(xiàn)潔凈的煤氣化聯(lián)合發(fā)電技術(shù)；還可以用以作制造一碳化學(xué)品、合成氨。由于是在加壓及連續(xù)操作下進(jìn)行，所以工藝簡(jiǎn)單，又因其三廢排放少，水的循環(huán)利用屬環(huán)境友好型工藝。2.2 德士古水煤漿氣化工藝的特點(diǎn)1用于該工藝的煤種范圍廣泛由于煤在磨機(jī)中被研磨成一定的粒度（小于10mm），故原料不受原料煤粒度的限制，德士古水煤漿氣化理論上，可以廣泛使用各種煤種作為原料。2熱能的回收利用德士古水煤漿

5、氣化工藝本身就需要高壓高溫，所以熱能可以被合理的利用，用于聯(lián)合發(fā)電等。3有利于環(huán)境保護(hù)2.3 德士古水煤漿氣化原理德士古水煤漿加壓氣化爐過(guò)程屬于氣流床疏相并流反應(yīng)。水煤漿通過(guò)噴嘴在高速氧氣的作用下，破碎、霧化噴入氣化爐。氧氣和霧狀水煤漿在爐內(nèi)受到耐火襯里的高溫輻射作用，迅速經(jīng)歷預(yù)熱、水分蒸發(fā)、煤的干餾、揮發(fā)物的裂解燃燒以及碳的氣化等一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程。最后生成以一氧化碳、氫氣、二氧化碳和水蒸氣為主要成分的濕煤氣、熔渣和未反應(yīng)的碳，一起同流向下，離開(kāi)反應(yīng)區(qū)，進(jìn)入爐子底部激冷室水浴，熔渣經(jīng)淬冷、固化后被截留在水中，落入渣灌，經(jīng)排渣系統(tǒng)定時(shí)排放。煤氣和飽和蒸汽進(jìn)入煤氣冷卻凈化系統(tǒng)。德士古氣化

6、法是采取高壓氣化，是以水煤漿形式的濕法進(jìn)料。雖然高壓氣化能有效地提高生產(chǎn)能力和煤氣品質(zhì)，但是在高壓條件下解決于粉進(jìn)料和煤鎖裝置問(wèn)題是相當(dāng)困難的，因此改進(jìn)為水煤漿濕法進(jìn)料的方式。1氣化爐內(nèi)的反應(yīng)96純氧經(jīng)德士古燒嘴呈射流狀態(tài)進(jìn)入氣化爐，在高溫、高壓下進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成以CO+H2為主要成分的粗合成氣。在氣化爐內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜，一般認(rèn)為氣化分三步進(jìn)行：1煤的裂解和揮發(fā)份的燃燒水煤漿和氧氣進(jìn)入高溫氣化爐后，水份迅速蒸發(fā)為水蒸汽。煤粉發(fā)生熱裂解并釋放出揮發(fā)份。裂解產(chǎn)物及揮發(fā)份在高溫、高氧濃度下迅速完全燃燒，同時(shí)煤粉變成煤焦，放出大量的反應(yīng)熱。因此，在合成氣中不含有焦油、酚類(lèi)和高分子烴類(lèi)。這個(gè)過(guò)程進(jìn)

7、行的時(shí)間很短。2燃燒及氣化反應(yīng)煤裂解后生成的煤焦一方面和剩余的氧氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，生成CO、C02等氣體，放出反應(yīng)熱；另一方面，煤焦又和水蒸汽、C02等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CO、H2。3氣化過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)這時(shí)主要進(jìn)行的是煤焦、甲烷等與水蒸汽、C02發(fā)生的氣化反應(yīng)，生成CO和H2。氣化爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是很多的，在火焰中可能同時(shí)進(jìn)行以下化學(xué)反應(yīng)：CmHn+(m+n/4)O2=mCO2+n/2H2O 2C+O2=2CO +246.6KJ C+O2=CO2 +409.1KJ 2CO+O2=2CO2 +573.2KJ H2+1/2O2=H2O C+H2O=CO+H2 122.7KJ CO2+H2=CO+H

8、2O 42.3KJ CH4+H2O=CO+3H2 412.8KJ C+CO2=2CO 165.0KJ CH4=C+2H2 此時(shí)還可能發(fā)生如下副反應(yīng)：COS+H2O=H2S+CO2 C+O2+H2=HCOOH N2+3H2=2NH3 N2+H2+2C=2HCN 2.4 工藝流程介紹德士古水煤漿氣化工藝有5個(gè)重要單元：磨煤制漿單元水煤漿氣化合成氣單元燒嘴冷卻單元鎖斗單元水處理單元。1磨煤制漿單元制漿單元用于水煤漿的制備。原料煤經(jīng)過(guò)稱重給料機(jī)計(jì)量后送人磨機(jī)，同時(shí)在磨機(jī)中加入水、添加劑、石灰石、氨水，經(jīng)磨機(jī)研磨成一定粒度分布濃度的水煤漿，合格的水煤漿由低壓煤漿泵送入煤漿槽中，再經(jīng)過(guò)高壓煤漿泵送入氣化爐

9、中。2水煤漿氣化合成氣單元磨制得到的水煤漿經(jīng)高壓煤漿泵加壓送到氣化爐中，后與高壓氧氣經(jīng)德士古燒嘴混合后呈霧狀噴入氣化爐燃燒室，在燃燒室中進(jìn)行復(fù)雜的氣化反應(yīng)，生成的煤氣(稱為合成氣)。合成氣和熔渣經(jīng)激冷環(huán)及下降管進(jìn)入氣化爐激冷室冷卻，冷卻后的合成氣經(jīng)噴嘴洗滌器進(jìn)入碳洗塔，熔碴落人激冷室底部冷卻、固化，定期排出。高溫的合成氣進(jìn)過(guò)激冷降溫，會(huì)把大量的熱能傳遞給水，產(chǎn)生大量的水蒸氣，合成氣和水蒸氣混合輸出氣化爐。在碳洗塔中，合成氣和水蒸氣的混合氣體進(jìn)一步冷卻、除塵，并控制水氣比(即水汽與干氣的摩爾比)，然后合成氣出碳洗塔進(jìn)入后工序。3燒嘴冷卻單元德士古工藝燒嘴是氣化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，一般為三流道外混式設(shè)

10、計(jì)，在燒嘴中煤漿被高速氧氣流充分霧化，以利于氣化反應(yīng)。由于德士古燒嘴插人氣化爐燃燒室中，承受著高溫，為了防止燒嘴損壞，在燒嘴外側(cè)設(shè)置了冷卻盤(pán)管，在燒嘴頭部設(shè)置了水夾套，并由一套單獨(dú)的系統(tǒng)向燒嘴供應(yīng)冷卻水，該系統(tǒng)設(shè)置了復(fù)雜的安全聯(lián)鎖。4鎖斗單元落人激冷室底部的固態(tài)熔渣，經(jīng)破渣機(jī)破碎后進(jìn)入鎖斗單元，鎖斗單元設(shè)置了一套復(fù)雜的自動(dòng)循環(huán)控制系統(tǒng)，用于定期收集爐渣。在排渣時(shí)鎖斗和氣化爐隔離。鎖斗循環(huán)分為減壓、清洗、排渣、充壓四部分，每個(gè)循環(huán)周期約30分鐘，保證在不中斷氣化爐運(yùn)行的情況下定期排渣。5水處理單元水煤漿氣化需要大量的水，該單元主要用于水的回收處理以及水的循環(huán)利用。從氣化爐和碳洗塔排出的是含固量較

11、高黑水。首先黑水送入高壓、真空閃蒸系統(tǒng)，進(jìn)行減壓閃蒸，以降低黑水溫度，去除溶解的氣體及濃縮黑水，經(jīng)閃蒸后的黑水含固量進(jìn)一步提高，送往沉降槽澄清，澄清后的水循環(huán)使用。圖1工藝流程圖3 德士古水煤漿氣化工藝的仿真3.1.1組態(tài)王的簡(jiǎn)介組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件， 它融過(guò)程控制設(shè)計(jì)、 現(xiàn)場(chǎng)操作以及工廠資源管理于一體， 將一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集在一起， 實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理。它基于 Microsoft Windows XP/NT/2000 操作系統(tǒng)，用戶可以在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的所有層次的各個(gè)位置上都可以及時(shí)獲得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。 采用組態(tài)王軟件開(kāi)發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程， 可以極大地增強(qiáng)用戶生

12、產(chǎn)控制能力、提高工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原材料的消耗。 它適用于從單一設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理和故障診斷， 到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。 組態(tài)王軟件結(jié)構(gòu)由工程管理器、工程瀏覽器及運(yùn)行系統(tǒng)三部分構(gòu)成。 工程管理器：工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理，對(duì)已有工程進(jìn)行搜索、添加、備份、恢復(fù)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詞典的導(dǎo)入和導(dǎo)出等功能。 工程瀏覽器：工程瀏覽器是一個(gè)工程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工具，用于創(chuàng)建監(jiān)控畫(huà)面、監(jiān)控的設(shè)備及相關(guān)變量、動(dòng)畫(huà)鏈接、命令語(yǔ)言以及設(shè)定運(yùn)行系統(tǒng)配置等的系統(tǒng)組態(tài)工具。 運(yùn)行系統(tǒng)：工程運(yùn)行界面，從采集設(shè)備中獲得通訊數(shù)據(jù)，并依據(jù)工程瀏覽器的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)顯示動(dòng)態(tài)畫(huà)面，實(shí)現(xiàn)

13、人與控制設(shè)備的交互操作。3.1.2組態(tài)王具有的五大特點(diǎn)： 1、工程管理 為用戶集中管理本機(jī)上的所有組態(tài)王工程。 2、畫(huà)面制作系統(tǒng) （1）支持無(wú)限色和過(guò)渡色； （2）圖庫(kù)“一次構(gòu)造，隨處使用”； （3）多種形狀和效果的按鈕和多種格式的圖形； （4）可視化動(dòng)畫(huà)連接向?qū)А?3、報(bào)警和事件系統(tǒng) 具有方便、靈活、可靠、易于擴(kuò)展、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程報(bào)警的特點(diǎn)。4、報(bào)表系統(tǒng)bb 提供一套全新、集成的內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報(bào)表函數(shù)。提供報(bào)表工具條、報(bào)表模板，報(bào)表能夠進(jìn)行組態(tài)。 5、控件 支持Windows標(biāo)準(zhǔn)的Active X控件（主要為可視控件），包括Microsoft提供的標(biāo)準(zhǔn)Active X控件和用戶

14、自制的Active X控件。三個(gè)功能強(qiáng)大的控件，即數(shù)據(jù)表格控件；歷史曲線控件；PID調(diào)節(jié)控件。3.1.3組態(tài)王設(shè)計(jì)的一般步驟第一步：創(chuàng)建新工程 為工程創(chuàng)建一個(gè)目錄用來(lái)存放與工程相關(guān)的文件。 第二步：定義硬件設(shè)備并添加工程變量 添加工程中需要的硬件設(shè)備和工程中使用的變量，包括內(nèi)存變量和 I/O 變量。 第三步：制作圖形畫(huà)面并定義動(dòng)畫(huà)連接 按照實(shí)際工程的要求繪制監(jiān)控畫(huà)面并使靜態(tài)畫(huà)面隨著過(guò)程控制對(duì)象產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效果。 第四步：編寫(xiě)命令語(yǔ)言 通過(guò)腳本程序的編寫(xiě)以完成較復(fù)雜的操作上位控制。 第五步：進(jìn)行運(yùn)行系統(tǒng)的配置 對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)、報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)記錄、網(wǎng)絡(luò)、用戶等進(jìn)行設(shè)置，是系統(tǒng)完成用于現(xiàn)場(chǎng)前的必備工作。3.

15、2利用組態(tài)王軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)3.2.1 新建工程 打開(kāi)組態(tài)王軟件，第一步創(chuàng)建新的工程，命名為“我的工程”，設(shè)置保存路徑，內(nèi)容描述。如下圖所示：圖2 新建我的工程3.2.2新建畫(huà)面點(diǎn)擊“開(kāi)發(fā)”或者雙擊工程，進(jìn)入工程，點(diǎn)擊新建工程畫(huà)面，進(jìn)入開(kāi)發(fā)系統(tǒng)畫(huà)面，設(shè)置背景屬性名稱等，打開(kāi)工具欄，使用圖庫(kù)創(chuàng)建需要的器件：泵，管道，反應(yīng)塔，等；將創(chuàng)建的器件合理的放置，并對(duì)器件進(jìn)行文字標(biāo)注，如下圖所示：圖3主畫(huà)面-反應(yīng)車(chē)間監(jiān)控中心3.2.3 建立仿真的plc選擇 系統(tǒng)|COM1，點(diǎn)擊新建：圖4-1 通訊方式 圖4-2邏輯名稱圖4-3串口選擇 圖4-4地址設(shè)置 圖4-5 通信參數(shù) 圖4-6信息總結(jié)3.2.4 完善數(shù)據(jù)詞

16、典庫(kù)點(diǎn)擊數(shù)據(jù)庫(kù)|數(shù)據(jù)詞典，新建該組態(tài)系統(tǒng)需要的變量,如圖所示:圖5數(shù)據(jù)庫(kù)的完善3.2.5動(dòng)畫(huà)鏈接雙擊反應(yīng)塔和泵以及指示燈對(duì)其進(jìn)行填充的顏色設(shè)置開(kāi)始關(guān)閉的顏色設(shè)置正常色報(bào)警色的設(shè)置，以及相關(guān)參數(shù)的設(shè)定。參見(jiàn)下圖：圖6-1反應(yīng)器的設(shè)置圖6-2泵，指示燈的設(shè)置在反應(yīng)塔附近寫(xiě)上文本“#”并雙擊對(duì)其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置可以將反應(yīng)塔的液位時(shí)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。3.2.6主畫(huà)面以外的其余畫(huà)面的設(shè)置1歷史趨勢(shì)曲線畫(huà)面 新建一個(gè)畫(huà)面，命名為“歷史趨勢(shì)曲線”,在畫(huà)面中打開(kāi)工具箱的圖庫(kù)，選擇歷史曲線，添加到畫(huà)面中并調(diào)整好適當(dāng)?shù)拇?。圖7歷史趨勢(shì)曲線畫(huà)面2報(bào)表畫(huà)面新建一畫(huà)面，命名為報(bào)表，運(yùn)用工具箱調(diào)用報(bào)表繪圖命令，繪制一張報(bào)表，并適

17、當(dāng)調(diào)節(jié)報(bào)表大小。圖8-1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表畫(huà)面圖8-2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表畫(huà)面命令語(yǔ)言3實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線畫(huà)面新建一畫(huà)面，命名為“實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線”使用工具箱里的“實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線”命令就可以做出畫(huà)面的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線圖，并對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，設(shè)定各個(gè)表達(dá)式的線型，顏色。如下圖所示：圖9實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線畫(huà)面4XY控制畫(huà)面新建一畫(huà)面，命名為“XY控制畫(huà)面”，在圖中創(chuàng)建好xy控制雙擊在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊命令語(yǔ)言在命令語(yǔ)言對(duì)話框里輸入以下內(nèi)容；xyAddNewPoint( 控件1,本站點(diǎn)煤漿槽液位, 本站點(diǎn)氣化爐液位, 0 );圖10 XY控制畫(huà)面及命令語(yǔ)言5日歷控制畫(huà)面新建一畫(huà)面，命名為“日歷控制畫(huà)面”。使用工具箱進(jìn)行繪制，最終得到的畫(huà)面

18、如下圖：圖11實(shí)日歷控制畫(huà)面6報(bào)警和事件畫(huà)面新建一個(gè)畫(huà)面，命名為“報(bào)警和事件畫(huà)面”，使用工具箱中的“報(bào)警窗口”命令在圖中畫(huà)出報(bào)警窗口。如下圖：圖12報(bào)警和事件畫(huà)面圖13報(bào)警組定義3.2.7報(bào)警命令語(yǔ)言在命令語(yǔ)言中選擇事件命令語(yǔ)言，新建事件命令語(yǔ)言，事件描述：本站點(diǎn)$新報(bào)警=1在發(fā)生時(shí)框中寫(xiě)入下面命令：ShowPicture(新報(bào)警);本站點(diǎn)$新報(bào)警=0;圖14報(bào)警命令4 德士古水煤漿氣化工藝的組態(tài)設(shè)計(jì)仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)已經(jīng)創(chuàng)建好的組態(tài)進(jìn)行仿真運(yùn)行，點(diǎn)擊畫(huà)面中的文件|切換到View進(jìn)入到演示動(dòng)態(tài)畫(huà)面。畫(huà)面中的反應(yīng)塔里的液位發(fā)生變化，歷史趨勢(shì)曲線 實(shí)時(shí)曲線等畫(huà)面里可以看到參數(shù)的變化，動(dòng)態(tài)仿真截圖如下：圖15-1反應(yīng)車(chē)間監(jiān)控中心動(dòng)態(tài)截圖圖15-2反應(yīng)車(chē)間監(jiān)控中心動(dòng)態(tài)截圖圖16實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表畫(huà)面截圖 圖17實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線畫(huà)面截圖 圖18XY控制畫(huà)面截圖