畢業(yè)設(shè)計(jì)論文精餾塔監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精餾塔監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要自動化技術(shù)已成為國家工業(yè)生產(chǎn)力水平的一個重要標(biāo)志，本文闡述了基于實(shí)時網(wǎng)絡(luò)控制自動化技術(shù)的發(fā)展，從精餾塔控制方案入手，介紹與精餾塔相關(guān)的工藝設(shè)備、工藝流程、控制過程及dcs控制系統(tǒng)常識，講述了精餾塔控制系統(tǒng)所涉及到的檢測儀表及dcs控制裝置的基礎(chǔ)知識。重點(diǎn)說明控制系統(tǒng)的組態(tài)、功能和控制策略，并以精餾塔工業(yè)為為例分析了自動化技術(shù)在國內(nèi)重要工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用狀況，闡明了自動化技術(shù)在工業(yè)發(fā)展中的重要作用。精餾塔控制系統(tǒng)采用dcs控制系統(tǒng)進(jìn)行自動控制，不僅能為操作人員提供可靠的數(shù)據(jù)信息，而且還能提供主要監(jiān)測點(diǎn)的動態(tài)畫面，它還具有可靠的多級報(bào)警系統(tǒng)，可提示故障點(diǎn)和維修措施，同時，計(jì)算機(jī)

2、系統(tǒng)還能從宏觀的角度調(diào)節(jié)精餾塔過程控制，使整個精餾塔系統(tǒng)從整體上協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。由于dcs組態(tài)控制靈活、接口功能豐富、參數(shù)設(shè)置方便，操作界面直觀，將在乙烯精餾裝置中得到廣泛應(yīng)用。實(shí)踐表明，本系統(tǒng)運(yùn)行可靠穩(wěn)定，操作方便，正確調(diào)整有關(guān)參數(shù)，就能達(dá)到較好的控制效果，具有推廣價值。關(guān)鍵詞：自動化；精餾塔系統(tǒng)；dcs控制系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)monitoring and controlling system design of distillation abstractthe automated technology has become the national industry prod

3、uctive forces level an important symbol. the article introduced the industrial automation technology development based on the real-time network control automation technologys design, started from the distillation control scheme , introduced process equipment, production process, control process and

4、dcs control system knowledge about the distillation column ，and the distillation control column system involved in instrumentation and dcs controls the basics. the composition and functions and control strategy of control system are particular described, and has analyzed the automated technology tak

5、e the batch distillation and distillation industry as the example in the domestic essential industry dominos application condition, has expounded the automated technology in the industrial development influential role. using dcs control system in batch distillation system, it not only provide reliab

6、le data for the operator ,but also provide dynamic images of the main detecting point, and it also has a reliable multi-level alarm system to hint the failure point and maintenance measures. at the same time, the computer system can also adjust process control of batch distillation from macro angle

7、so that the whole batch distillation system harmoniously runs as a whole to achieve production process automation.the advantages such as flexible control of dcs, multiple functions, the convenient key technical parameters setting and the open-and-shut interface of the operating system etc. will fina

8、lly make it applied extensively in the rectification device. practice shows that the system is reliable and stable in operation and is convenient to be operated. this system can be effectively controlled if related parameters are correctly adjusted, which is of great popularization value.keywords: a

9、utomation; batch distillation system; dcs; computer control system目錄摘 要iabstractii第一章 緒 論11.1 精餾塔控制的研究背景及意義11.2 精餾塔控制發(fā)展概況11.3精餾塔控制存在的問題及最新發(fā)展2第二章 精餾塔控制的原理和工藝要求42.1 精餾塔分餾原理42.2 精餾塔的控制要求及主要擾動52.2.1 精餾塔的控制要求52.2.2 精餾塔的干擾因數(shù)特性62.3 精餾塔的控制目標(biāo)92.3.1 質(zhì)量指標(biāo)92.3.2 產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗102.4 精餾塔裝置的工藝流程12第三章 精餾塔控制方案設(shè)計(jì)133.1 精餾塔

10、控制方案133.1.1提餾段參數(shù)控制143.1.2精餾段參數(shù)控制153.1.3精餾塔的溫差控制及雙溫差控制173.2 乙烯精餾塔裝置的控制方案203.3 精餾塔工藝因數(shù)影響及系統(tǒng)維護(hù)243.3.1工藝因數(shù)影響243.3.2故障分析及系統(tǒng)維護(hù)253.4 儀表選型26第四章 上位機(jī)管理軟件設(shè)計(jì)294.1 組太簡介294.2 乙烯精餾塔工藝流程畫面304.3歷史趨勢444.3.1創(chuàng)建歷史趨勢444.3.2歷史趨勢顯示464.4 報(bào)警46第五章 結(jié)論48參考文獻(xiàn)49謝 辭50第一章 緒 論1.1 精餾塔控制的研究背景及意義精餾操作是煉油、化工生產(chǎn)過程中的一個十分重要的環(huán)節(jié)。精餾塔的控制直接影響到產(chǎn)品質(zhì)

11、量、產(chǎn)量和能量的消耗，因此精餾塔的自動控制長期以來一直受到人們的高度重視 1。精餾塔是一個多輸入和多輸出的對象，它由很多級塔板組成，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，對控制作用響應(yīng)緩慢，參數(shù)間相互關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，而控制要求又大多較高。這些都給自動控制的實(shí)施帶來一定困難。同時各塔工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又千差萬別，這就更需要深入分析工藝特性，進(jìn)行自動控制方案的設(shè)計(jì)和研究。精餾過程是一個復(fù)雜的傳質(zhì)傳熱過程，表現(xiàn)為：“過程變量多，被控變量多，可操縱的變量也多；過程動態(tài)和機(jī)理復(fù)雜” 。作為化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的分離過程，精餾也是耗能較大的一種化工單元操作。但在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證產(chǎn)品合格，精餾裝置操作往往偏于保守，操作方法以及操作參數(shù)設(shè)置往

12、往欠合理，過分離普遍存在 。精餾過程消耗的能量絕大部分并非用于組分分離，而是被冷卻水或分離組分帶走。因此，精餾過程的節(jié)能潛力很大，收效也極為明顯。1.2 精餾塔控制的研究現(xiàn)狀精餾是化工中首選的分離過程，雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但是能耗特別大，為節(jié)能，國內(nèi)外已研制出一些節(jié)能型耦合精餾塔：像反應(yīng)與精餾耦合的塔。 精餾與其他分離過程耦合的塔(吸附-精餾耦合、結(jié)晶-精餾耦合等)；精餾一精餾耦合的塔：熱耦精餾塔；內(nèi)部熱耦合精餾塔；分隔壁精餾塔(dividing wall column)簡稱dwc。精餾塔也是一種最常見且消耗能量最大的操作單元。其具有較長死時延滯、相互關(guān)聯(lián)的多變量系統(tǒng)，動態(tài)特性分析復(fù)雜并困難，難以

13、進(jìn)行變量配對，約束條件復(fù)雜等特點(diǎn)，使其成為過程控制界多年來理論研究和實(shí)踐的焦點(diǎn)。 精餾塔的發(fā)展大致經(jīng)歷了下述過程2。1.在80年代以前，主要是常規(guī)儀表和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(ddc)，控制算法以各種單一量的pid控制、比值、分程和前饋控制等為主。2.在80至90年代，大型生產(chǎn)裝置則采用集散型控制系統(tǒng)(dcs)。在硬件上將回路分散化，數(shù)據(jù)顯示、監(jiān)督等功能集中化，硬件可靠性大大提高，效果甚好，但在控制算法上無顯著改進(jìn)。3.到90年代以后，開始出現(xiàn)在dcs的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)優(yōu)化操作和高級過程控制。在硬件上采用上位計(jì)算機(jī)和下位dcs相結(jié)合。在控制算法上，在原pid控制的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)智能控制、過程控制等一

14、些先進(jìn)控制方法。使得化工生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量得到了很大的提高。4.近10年來，有關(guān)精留塔控制的研究文獻(xiàn)大量涌現(xiàn)，其不同時期研究熱點(diǎn)大致趨勢是：(1)開發(fā)和應(yīng)用線性多變量控制技術(shù)，自適應(yīng)、自校正控制，預(yù)測推理控制和魯棒控制算法， 進(jìn)行精餾塔預(yù)測控制系統(tǒng)和魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(2)考慮精餾塔節(jié)能， 應(yīng)用先進(jìn)控制策略控制精餾塔。近幾年來， 對塔兩端組份控制及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析綜合成為首要研究熱點(diǎn)。1.3精餾塔控制存在的問題及最新發(fā)展目前，大多數(shù)石化生產(chǎn)裝置都采用了dcs進(jìn)行控制，產(chǎn)生了較好的效益，但總的說來，dcs的應(yīng)用水平不高，其技術(shù)優(yōu)勢還遠(yuǎn)沒有完全發(fā)揮出來。據(jù)專家們估計(jì)，當(dāng)前我國企業(yè)對dcs的應(yīng)用能力普遍

15、不及它的30。這說明在dcs的應(yīng)用上還存在著很大的不足。主要是dcs仍然是一門新型的控制系統(tǒng)，使用時要考慮它的通融性、方便性、系統(tǒng)配件性等。它技術(shù)更新快，應(yīng)用時要考慮控制系統(tǒng)在技術(shù)上是否成熟，是否已有在多個行業(yè)、多個用戶中成功的使用先例。并且存在一個使用成熟技術(shù)與使用先進(jìn)技術(shù)的矛盾。一般而言，新技術(shù)誕生時間短，實(shí)際應(yīng)用中的考驗(yàn)少，而成熟技術(shù)用起來非常放心，但技術(shù)先進(jìn)性上肯定差一些。此外，dcs提供了強(qiáng)大的運(yùn)算和控制功能，如tdc3000系統(tǒng)提供了流量累積、溫壓補(bǔ)償?shù)仁畮追N算法功能，以及pid控制、比率控制等十幾種控制功能。根據(jù)工藝要求所提供的控制方案，在保證生產(chǎn)安全的前提下，通過對乙烯精餾塔精

16、餾段溫度控制，對比控制方案的優(yōu)缺點(diǎn)，以達(dá)到最優(yōu)控制，使所研究的問題符合要求，通過上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)，完成對乙烯裝置的系統(tǒng)主態(tài)、歷史趨勢和實(shí)時報(bào)警等功能的研究，使整個過程更加直觀。第二章 精餾塔控制的原理和工藝要求2.1 精餾塔分餾原理以a、b兩種液體混合物的分餾為例，在壓力一定的情況下，a、b二種組分混合溶液汽液相溫度-濃度曲線如圖2.1所示。純a的沸點(diǎn)是100，純b的沸點(diǎn)是135.兩組分的混合比變化時，混合溶液的沸點(diǎn)也將隨之變化，如圖中液相曲線所示，圖中還標(biāo)出了溫度變化時，汽相組分的變化曲線3。設(shè)原溶液中a占20%，b占80%，把a(bǔ)、b混合液加熱到124.5時，液體沸騰。這時，于液相共存的氣相

17、成分比是a占45.8%，b占54.2%，將這些氣體單獨(dú)冷凝后所形成的混合液體中，a為45.8%，b為54.2%；如果在使冷凝后的液體沸騰，其沸點(diǎn)為114.5.這時氣態(tài)成分比又變成a占73.5%，b占26.5%，這樣反復(fù)的進(jìn)行上訴操作，不斷的蒸發(fā)和冷凝，最終就可以將a分離出來。圖2.1 a,b二組分混合物溫度-濃度曲線2.2 精餾塔的控制要求及主要擾動2.2.1 精餾塔的控制要求為了保證精餾生產(chǎn)過程安全，高效地連續(xù)進(jìn)行，精餾塔自動控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足以下幾方面的要求：(1)保證產(chǎn)品質(zhì)量 對于正常工作的精餾塔，應(yīng)當(dāng)使塔頂或塔底產(chǎn)品中的一個產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的純度；另一端產(chǎn)品的成分亦應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。為此

18、，應(yīng)以塔頂或塔底一種產(chǎn)品的純度作為質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行控制，這樣的控制系統(tǒng)稱為質(zhì)量控制系統(tǒng)。質(zhì)量控制需要能直接測出測出產(chǎn)品成分的分析儀表。由于目前還不能生產(chǎn)出測量滯后小、精度等級高、能在線檢測的分析儀表，所以在大多數(shù)情況下，精餾塔自動控制系統(tǒng)是通過溫度控制來間接實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的產(chǎn)品質(zhì)量檢測，即用溫度控制系統(tǒng)代替質(zhì)量控制系統(tǒng)。(2)保證平穩(wěn)生產(chǎn) 為了保證精餾塔的平穩(wěn)運(yùn)行，應(yīng)設(shè)法預(yù)先克服原料進(jìn)塔之前的主要可控干擾，同時盡可能減緩不可控的擾動。可通過進(jìn)料的溫度控制、加熱劑和冷凝劑的壓力控制、進(jìn)料量的均勻控制等，使精餾塔的進(jìn)料參數(shù)保持穩(wěn)定或避免其劇烈波動。為了維持塔的物料平衡，還要控制塔頂和塔底產(chǎn)品采出量，使二

19、者之和等于進(jìn)料量，兩個采出量變化要緩慢，以保證精餾塔的平穩(wěn)運(yùn)行；精餾塔內(nèi)的儲液量應(yīng)保持在限定的范圍內(nèi)?？刂扑?nèi)壓力穩(wěn)定也是精餾塔平穩(wěn)運(yùn)行所必須的。(3)滿足約束條件 為了保證精餾產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過程的正常運(yùn)行，必須滿足一些參數(shù)的極限值所規(guī)定的約束條件。例如對塔內(nèi)氣體流速的上下限限制，流速過高易產(chǎn)生液泛，流速過低會降低塔板效率，尤其對工作范圍較窄的篩板塔和乳化塔的流速必須嚴(yán)格控制，通過測量和控制塔底于塔頂間的差壓，間接實(shí)現(xiàn)塔內(nèi)氣體流速的檢測和控制。精餾塔本身還有最高壓力限制，當(dāng)塔內(nèi)壓力超過其耐壓極限時，容器的安全就沒有保障。(4)節(jié)能要求和經(jīng)濟(jì)性 精餾過程消耗的能量主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷

20、卻能量的消耗。另外，塔和附屬設(shè)備及管道也要散失一部分能量。精餾塔的操作情況必須從整個經(jīng)濟(jì)收益來衡量。在精餾操作中，質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品回收率和能量消耗均是要控制的目標(biāo)。其中質(zhì)量指標(biāo)是必要條件，在優(yōu)先保證質(zhì)量指標(biāo)的前提下，應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)量高一些，能量消耗盡可能低一些。2.2.2 精餾塔的干擾因數(shù)特性圖2.2表示精餾塔物料流程圖。進(jìn)料f從精餾塔中段某一塔板進(jìn)入塔內(nèi)，這塊塔板就稱為進(jìn)料板。進(jìn)料板將精餾塔分為上下兩段，進(jìn)料板以上部分稱精餾段，進(jìn)料板以下部分稱提餾段。在精餾塔運(yùn)行過程中，影響其質(zhì)量指標(biāo)和平穩(wěn)生產(chǎn)的主要干擾有以下幾種4。 圖2.2 精餾塔物料流程圖1.進(jìn)料流量f的波動進(jìn)料量f的波動通常是難免的，如果

21、精餾塔位于整個生產(chǎn)過程的起點(diǎn)，則以采用定值控制。但是精餾塔進(jìn)料量f往往是由上一道生產(chǎn)工序所決定，如果一定要使精餾塔進(jìn)料量f恒定，就必須設(shè)置中間儲槽進(jìn)行緩沖?，F(xiàn)在精餾工藝是盡可能減少或取消中間儲槽，采取在上一道工序設(shè)置液位均勻控制系統(tǒng)控制出料流量，使精餾塔的進(jìn)料流量f比較平穩(wěn)，避免f的劇烈變化。2.進(jìn)料成分zf的變化進(jìn)料成分zf是由上一道工序出料或原料情況決定的，對圖1.2所示的精餾塔來講，它是不可控的擾動因數(shù)。3.進(jìn)料溫度tf和進(jìn)料熱焓值qf的變化進(jìn)料溫度和狀態(tài)對塔的操作影響很大，一般情況下進(jìn)料溫度是比較穩(wěn)定的，如果進(jìn)料溫tf度變化較大，為了維持塔內(nèi)的熱量平衡和穩(wěn)定運(yùn)行，在單相進(jìn)料時采用進(jìn)料溫

22、度控制可克服這種干擾，然而在多相進(jìn)料時，進(jìn)料溫度恒定并不能保證其熱焓值qf穩(wěn)定。當(dāng)進(jìn)料是氣液兩相混合狀態(tài)時，只有當(dāng)氣液兩相比例恒定時，恒溫進(jìn)料的熱焓值才能恒定。為了保持精餾塔的進(jìn)料熱焓值恒定，必要時可通過熱焓控制來維持進(jìn)料熱能恒定。4.再沸器加熱劑輸入熱量變化當(dāng)加熱劑是蒸氣時，通過再沸器輸入精餾塔的熱量擾動往往是由蒸氣壓力變化所引起的，這一擾動可通過在蒸氣總管設(shè)置壓力控制來加以克服，或者通過溫度串級控制系統(tǒng)的副回路予以克服。5.冷卻劑在冷凝器內(nèi)吸收熱量的變化冷卻劑吸收熱量的變化主要是由冷卻劑的壓力或溫度變化引起的，吸收熱量的變化會影響到精餾塔頂回流量或回流溫度，進(jìn)而引起精餾塔輸出熱量的變化。冷

23、卻劑的溫度一般變化較小，而流量的變化大多是由壓力波動引起的，可采用與克服加熱劑壓力變化類似的方法進(jìn)行控制。6.環(huán)境溫度的變化環(huán)境溫度一般變化較小。冷凝器采用風(fēng)冷方式時，天氣聚變及晝夜溫差對精餾塔的運(yùn)行影響較大，會使回流量或回流溫度發(fā)生變化，對于這種干擾可采用內(nèi)回流控制的方法予以克服。內(nèi)回流是指精餾塔精餾段上一層塔盤向下一層塔盤流下的液體量。內(nèi)回流控制，是指在精餾過程中，控制內(nèi)回流為恒定量或按某一規(guī)律變化。通過以上幾點(diǎn)分析可以看出，進(jìn)料流量和進(jìn)料成分?jǐn)_動是精餾塔運(yùn)行中的主要干擾，一般是不可控的。其他干擾比較小，可以采用輔助控制系統(tǒng)預(yù)先加以克服和抑制，各種精餾塔的工作情況不盡相同，需要根據(jù)實(shí)際情況

24、具體分析。2.3 精餾塔的控制目標(biāo)2.3.1 質(zhì)量指標(biāo)精餾操作的目的是將混合液中各組分分離為產(chǎn)品，因此產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)必須符合規(guī)定的要求。也就是說，塔頂或塔底產(chǎn)品之一應(yīng)該保證達(dá)到規(guī)定的程度，而另一產(chǎn)品也應(yīng)保證在規(guī)定的范圍內(nèi)5。在二元組分精餾中，情況比較簡單，質(zhì)量指標(biāo)就是使塔頂產(chǎn)品中輕組分純度符合技術(shù)要求或塔底產(chǎn)品中重組分純度符合技術(shù)要求。在多元組分精餾中，情況較復(fù)雜，一般僅控制關(guān)鍵組分。所謂關(guān)鍵組分，是指對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大的組分。從踏頂分離出揮發(fā)度較大的關(guān)鍵組分稱為輕關(guān)鍵組分，從塔底分離出揮發(fā)度較小的關(guān)鍵組分稱為重關(guān)鍵組分。以石油裂解氣分離中的脫乙烷塔為例，他的目的是把來自脫甲烷塔底部分產(chǎn)品作為

25、進(jìn)料加以分離，將乙烷和更輕的組分從底部分離出來，比乙烷重的組分從塔底分離出來，這時，顯然乙烷是輕關(guān)鍵組分，丙烯則是重關(guān)鍵組分。因此，對多元組分的分離可簡化為對二元關(guān)鍵組分的分離，這就大大的簡化精餾操作。在精餾操作中，產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)該控制到剛好能滿足規(guī)定上的要求，即處于“卡邊”生產(chǎn)。超過規(guī)定的產(chǎn)品是一種浪費(fèi)，因此它的售價不會太高，只會增加能耗、降低產(chǎn)量而已。2.3.2 產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗精餾塔的其他兩個重要控制目標(biāo)是產(chǎn)品的產(chǎn)量和能量消耗。精餾塔的任務(wù)，不僅要保證產(chǎn)品質(zhì)量，還要有一定產(chǎn)量。另外，分離混合液也需要消耗一定的能量，這主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗。此外，塔的附屬設(shè)備及管線也要散失

26、一定的熱量和冷量。從定性的分析可知，要使分離所得的產(chǎn)品純度越高，產(chǎn)品產(chǎn)量越大，則所消耗的能量越多產(chǎn)品的產(chǎn)量通常用該產(chǎn)品的回收率來表示?；厥章实亩x是進(jìn)料中每單位產(chǎn)品組分所能得到的可售產(chǎn)品的數(shù)量。數(shù)學(xué)上組分i的回收率定義為：ri=p/fzi式中，p為產(chǎn)品產(chǎn)量；f為進(jìn)料流量；zi為進(jìn)料組分i的濃度。產(chǎn)品回收率、產(chǎn)品純度及能量消耗三者之間的定量關(guān)系可以用圖2.3中的曲線來說明。這是對于某一精餾塔按分離50%兩組合分混合液作出的曲線圖，縱坐標(biāo)是回收率，橫坐標(biāo)是產(chǎn)品純度（按純度的對數(shù)值刻度），圖中的曲線是表示每單位進(jìn)料所消耗能量的等值線（用塔內(nèi)上升蒸氣量v與進(jìn)料量f之比v/f來表示）。曲線表明，在一定的

27、能耗v/f情況下，隨著產(chǎn)品純度的提高，會使產(chǎn)品的回收率迅速下降。純度越高，這個傾向越明顯。圖2.3 產(chǎn)品純度、產(chǎn)品回收率和能量消耗的關(guān)系此外，從圖2.3可知，在一定的產(chǎn)品純度要求下，隨著v/f從小到大逐步增加，剛開始可以顯著提高產(chǎn)品的回收率。然而，當(dāng)v/f增加到一定程度以后，再進(jìn)一步增加v/f所得到的效果就不顯著了。例如，由圖1.3可以看出，在98%的純度下，當(dāng)v/f從2增至4時，產(chǎn)品回收率從14%增到88%，增加了74%；當(dāng)v/f再從4增加到6時，則產(chǎn)品回收率僅從88%增加到96.5%，只增加了8.5%。以上討論說明，在精餾操作中主要產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，剛好達(dá)到質(zhì)量規(guī)格的情況是期望的，低于要求的

28、純度將使產(chǎn)品不合格，而超過純度要求會降低產(chǎn)量。然而，在一定的純度要求下，提高產(chǎn)品的回收率，必然要增加能量消耗?？墒菃挝划a(chǎn)量的能耗最低并不等于單位產(chǎn)量的成本最低，因?yàn)闆Q定成本的不僅是能耗，還有原料的成本。右此可見，在精餾操作中，質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品回收率和能量消耗均是要控制的目標(biāo)。其中質(zhì)量指標(biāo)是必要條件，在質(zhì)量指標(biāo)一定的前提下，在控制過程中應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同時能量消耗盡可能低一些。至于在質(zhì)量指標(biāo)一定的前提下，使單位產(chǎn)品產(chǎn)量的能量消耗最低消耗或單位產(chǎn)品量的成本最低以及使綜合經(jīng)濟(jì)效益最大等，均是屬于不同目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)控制問題。2.4 精餾塔裝置的工藝流程使分餾產(chǎn)品滿足質(zhì)量要求是精餾塔控制系統(tǒng)的最終

29、目的。控制系統(tǒng)通過對生產(chǎn)過程工藝參數(shù)的檢測和控制，克服擾動對生產(chǎn)過程的影響，保證生產(chǎn)安全、持續(xù)地進(jìn)行6。圖2.4為精餾塔裝置的工藝流程。圖2.4精餾塔工藝流程第三章 精餾塔控制方案設(shè)計(jì)3.1 精餾塔控制方案不同精餾塔生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不一樣，對控制的要求個不相同，因而精餾塔控制方案較多。下面對常見的幾種方案進(jìn)行分析。3.1.1提餾段參數(shù)控制當(dāng)塔底液為主要產(chǎn)品時，常采用提餾段溫度作為衡量質(zhì)量的間接指標(biāo)，這時可選提餾段某點(diǎn)溫度作為被控參數(shù)，以再沸器加熱蒸氣流量為控制變量。另外，液相進(jìn)料時也常采用這類方案，這是因?yàn)樵谝合噙M(jìn)料時，進(jìn)料量f的變化首先影響到塔底產(chǎn)品濃度，而塔頂或精餾塔板上的溫度不能及

30、時地反映這種變化。圖3.1為提餾段溫度控制方案，其主要控制系統(tǒng)是以提餾段塔板溫度為被控參數(shù)，以加熱蒸氣流量為控制變量。為了抑制其他干擾對被控參數(shù)的影響，還沒有五個輔助控制系統(tǒng)：對塔頂餾出液qd和塔底采出量qw，案物料平衡關(guān)系分別設(shè)有回流量和塔底液位控制系統(tǒng)；為保持進(jìn)料量f穩(wěn)定，f進(jìn)行定植控制，如不可控，可在上道工序采用均勻控制以維持f平衡變化；為維持塔內(nèi)壓力恒定，在塔頂設(shè)置壓力控制系統(tǒng)，控制變量一般為冷凝器的冷卻劑流量；塔頂回流量ql采用定植控制，而且回流量應(yīng)足夠大，以便當(dāng)精餾塔的負(fù)荷最大時，仍能保持塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)在規(guī)定的范圍內(nèi)7。采用提餾段溫度控制系統(tǒng)時，在回流量足夠大的情況下，塔頂產(chǎn)品

31、的質(zhì)量也可以保持在規(guī)定的純度范圍內(nèi)，因此，即使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量要求比塔底嚴(yán)格，仍然采用提餾段溫度控制系統(tǒng)。圖3.1 精餾塔提餾段溫度控制方案提餾段溫度控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：1） 以提餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，能較迅速、直接地反映提餾段產(chǎn)品品質(zhì)。在以塔底采出液為主要產(chǎn)品，對塔底產(chǎn)品成分的要求高于對塔頂餾出液成分的要求時，往往采用提餾段溫度控制系統(tǒng)方案。2） 當(dāng)干擾首先進(jìn)入提餾段時，例如在液相進(jìn)料時，由進(jìn)料產(chǎn)生的干擾首先要引起提餾段和塔底的參數(shù)變化，故用提餾段溫度控制比較及時，動態(tài)響應(yīng)過程也比較迅速。3.1.2精餾段參數(shù)控制當(dāng)以塔頂采出液為主要產(chǎn)品時，往往以精餾段的溫度作為衡量質(zhì)量的間接指標(biāo)，這時可選

32、精餾某點(diǎn)溫度作為被控參數(shù)（間接塔頂采出液的純度），以回流量ql作為控制變量組成單回路控制系統(tǒng)，也可組成串級控制系統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)雖較復(fù)雜，但可迅速而有效地克服進(jìn)入副環(huán)的擾動，并可降低對調(diào)節(jié)閥特性的要求，有較高的精度。精餾段溫度控制方案可保證塔頂產(chǎn)品的純度，當(dāng)干擾不很大時，塔底產(chǎn)品的純度變化范圍也不大8。圖3.2所示串級溫度控制系統(tǒng)是常見的精餾段溫度控制方案，其中回路是以精餾段塔板溫度為被控參數(shù)，以回流量ql作為控制變量，ql同時也是串級控制系統(tǒng)的副參數(shù)。為了抑制其他干擾對被控參數(shù)的影響，除了主系統(tǒng)外，還設(shè)有五個輔助控制系統(tǒng)。其中，進(jìn)料量、塔壓、塔底采出量與塔頂餾出液的控制方案與提餾段溫控時相同

33、；再沸器加熱量應(yīng)足夠大，且維持一定，可以使精餾塔在最大負(fù)荷時，仍能保證塔底產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。圖3.2 精餾塔精餾段溫度控制方案精餾段溫度控制系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：1） 用精餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，能較迅速、直接地反映提餾產(chǎn)品品質(zhì)。在以塔頂采出物為主要產(chǎn)品，對塔頂產(chǎn)品成分的純度要求高于對塔底產(chǎn)品成分的要求時，往往采用精餾段溫度控制系統(tǒng)方案9。2）當(dāng)干擾首先進(jìn)入精餾段時，例如在汽車相進(jìn)料時，進(jìn)料產(chǎn)生的干擾首先引起精餾段和塔頂?shù)膮?shù)變化，故用精餾段溫度控制比較及時，動態(tài)響應(yīng)比較迅速。3）串級控制系統(tǒng)的流量回路對回流罐液位與壓力、精餾塔內(nèi)壓力等干擾對回流量的影響有較強(qiáng)的抑制?？蓪?shí)現(xiàn)被控參數(shù)的

34、高精度控制。以精餾段溫度作為衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接被控參數(shù)，當(dāng)分離的產(chǎn)品純度較高時，塔底溫度變化很小。為了及時、精確地檢測和控制產(chǎn)品質(zhì)量，要求溫度檢測儀表有很高的測量精度和靈敏度。若將溫度傳感器安裝在塔底以上的靈敏塔板上，以靈敏板的溫度作為被控參數(shù)，可以取得滿意的檢測和控制效果。所謂靈敏板，是指出現(xiàn)擾動時溫度變化最大的那塊塔板。以靈敏板溫度作為被控參數(shù)有利于提高控制精度。3.1.3精餾塔的溫差控制及雙溫差控制前面討論的兩種控制系統(tǒng)方案都是以溫度作為被控參數(shù)這在一般的精餾塔中是可行的。但在產(chǎn)品純度要求很高，塔頂、塔底產(chǎn)品的沸點(diǎn)差別又不大、塔內(nèi)壓力存在波動時，以某一點(diǎn)溫度作為被控參數(shù)的控制方案不能滿足

35、精餾工藝的精度要求。這時常用溫差控制系統(tǒng)，采用溫差作為衡量精餾產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的間接參數(shù)，以提高控制質(zhì)量，滿足工藝要求10。只有當(dāng)壓力完全恒定時，溫度與成分之間才具有單值（嚴(yán)格來說，只是對二元組分）對應(yīng)關(guān)系。在壓力波動時，用溫度作為被控參數(shù)就不能很好地代表產(chǎn)品的成分。為了消除壓力波動的影響，可以檢測塔頂（或塔底）附近的一塊塔板的溫度，再檢測靈敏板的溫度。由于壓力波動對每塊塔板的溫度影響是基本相同的，只要將上述兩溫度相減，壓力的影響就消除了，這就是采用溫差來衡量質(zhì)量指標(biāo)的依據(jù)。當(dāng)選擇溫差信號時，如果塔頂（塔底）采出量為主要產(chǎn)品，可將一個檢測點(diǎn)放在塔頂或其稍下位置（塔底或其稍上位置），并將對應(yīng)的塔板稱

36、為參照板；另一個檢測點(diǎn)放在靈敏板附近，即濃度和溫度變化較大的位置，然后取上述兩點(diǎn)的溫度差t作為被控參數(shù)。這時塔頂（塔底）溫度實(shí)際上起參比作用，壓力變化對兩點(diǎn)溫度都有相同影響，相減之后其壓力波動的影響就基本抵消。溫差控制雖可以克服由于塔內(nèi)壓力波動對塔頂或塔底產(chǎn)品質(zhì)量的影響，但是還存在一個問題，就是當(dāng)負(fù)荷變化時，上升蒸氣流量發(fā)生變化，引起塔板間的壓降變化。隨著負(fù)荷增大，塔板間的壓降增大引起的溫差也將增大，溫差和組分之間的對應(yīng)關(guān)系就要變化。在這種情況下，可以采用如圖3.3所示的雙溫差控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對高純度精餾產(chǎn)品的質(zhì)量控制。下面分析雙溫差控制系統(tǒng)的工作原理。圖3.3 精餾塔雙溫差控制方案在進(jìn)料組分基

37、本穩(wěn)定的情況下，負(fù)荷變化引起的塔內(nèi)上升蒸氣流量變化會使塔板之間壓降變化，而靈敏板于參照板之間壓降變化由會引起參照板溫度與靈敏板溫度之間溫差變化。如果控制系統(tǒng)能夠使兩個參照板與兩個靈敏板之間的溫差相等，就能夠消除負(fù)荷擾動的影響，達(dá)到質(zhì)量控制的目的，這就是雙溫差控制的依據(jù)11。雙溫差控制也稱溫差差值控制。由圖3.3可以看出，雙溫差控制就是分別在精餾段和提餾上選擇溫差信號，然后將兩個溫差信號相減作為調(diào)節(jié)器測量信號（即控制系統(tǒng)的被控參數(shù)）。從前面的分析可知由壓降引起的溫差變化，不僅出現(xiàn)在精餾段（頂部），也出現(xiàn)在提餾段（底部），這種因負(fù)荷變化在精餾段合格提餾段引起的溫差變化相減后就可相互抵消。3.2 乙

38、烯精餾塔裝置的控制方案乙烯精餾過程是傳質(zhì)、傳熱的復(fù)雜過程，各變量之間互相關(guān)聯(lián)、耦合，系統(tǒng)存在時滯性、非線性等特性，因此是一個工藝機(jī)理復(fù)雜，控制難度較大的過程。隨著計(jì)算機(jī)控制在化學(xué)工業(yè)中的普及和控制理論的發(fā)展，人們已不滿足單純從生產(chǎn)過程的工藝改進(jìn)和生產(chǎn)設(shè)備規(guī)模擴(kuò)大上獲取經(jīng)濟(jì)效益，而是對乙烯生產(chǎn)裝置實(shí)行優(yōu)化操作，發(fā)揮現(xiàn)有裝置的內(nèi)在潛力，以低能耗、低成本獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。乙烯精餾塔是將來自脫乙烷塔頂，并經(jīng)過乙炔加氫反應(yīng)后的原料氣(內(nèi)含c2 h4、c2h6、h2、o2、co、c2h2、c3h6 )在塔內(nèi)經(jīng)氣液分離，最后在塔頂?shù)玫胶繛?9.95 %的乙烯產(chǎn)品，塔底乙烯含量不超過05%的乙烷產(chǎn)品。乙烯

39、精餾塔工藝流程圖如圖3.4所示，進(jìn)料流量為20 th左右，進(jìn)料組分中含乙烯(c2 h4)80%左右，乙烷18%左右，其余還有少量的h2、co2、co、c3h、ch4、c2h2等氣體，自塔板泡點(diǎn)進(jìn)入塔內(nèi)，經(jīng)氣液交換分離后自塔頂出來的是含少量雜質(zhì)的乙烯氣體，經(jīng)-40的丙烯冷媒冷凝后作為回流，不凝氣體部分定量返回到壓縮工段，回流液從第一塊塔板返回塔內(nèi)。成品乙烯從塔板側(cè)線出料，其乙烯純度要求大于9995%，大部分液體繼續(xù)流向塔釜，經(jīng)再沸器的丙烯加熱成為蒸汽上升，與下降的液體接觸分離，升至塔頂，如此反復(fù)。以乙烷為主的產(chǎn)品經(jīng)塔釜排出，作為下一工段原料，要求乙烯含量小于05%。該塔的能耗系統(tǒng)由塔釜再沸器、塔

40、頂冷凝器三部分組成12。 圖3.4 乙烯精餾塔工藝流程該系統(tǒng)投運(yùn)后使出料流量馬上趨于平穩(wěn)，且平均產(chǎn)量增加，產(chǎn)品乙烯中的濃度大約在0.04%左右，即乙烯濃度接近指標(biāo)9995 ，塔底組分合格，達(dá)到很好地降低能耗、提高產(chǎn)量的目的。乙烯精餾塔共有127層雙溢流形式的浮閥塔盤,乙烯精餾塔有2個底部再沸器,2個側(cè)線再沸器;1個用于回收不凝氣中乙烯的冷凝器和2個塔頂冷凝器,從乙烯精餾塔塔頂出來的氣體經(jīng)冷凝器冷凝后,液相作為回流,少量不凝氣返回裂解氣壓縮機(jī)。液態(tài)乙烯產(chǎn)品從乙烯精餾塔第9塊塔板抽出,從乙烯精餾塔底部抽出乙烷。產(chǎn)品質(zhì)量控制采用靈敏板控制方式,第115塊塔板的在線分析控制器通過與塔底再沸器(ea40

41、3a/b)的丙烯冷劑的流量控制器構(gòu)成串級控制來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量控制;為了防止乙烯產(chǎn)品的過量采出,塔頂回流量與側(cè)線產(chǎn)品采出量采用比值控制(比例一般設(shè)為41);回流罐液位與回流量構(gòu)成串級控制;pic-403控制進(jìn)入回流冷凝器的冷劑量,pic-404控制回流罐不凝氣體的放空;側(cè)線再沸器(ea603)的流量控制與再沸器的液位控制器進(jìn)行低選,來控制進(jìn)入換熱器殼層的乙烯流量13。乙烯精餾塔的操作和控制水平直接關(guān)系到乙烯產(chǎn)品的質(zhì)量、收率和能量消耗。通常要求在保證塔頂乙烯產(chǎn)品控制在規(guī)定純度的前提下,提高乙烯產(chǎn)量、降低塔底乙烯損耗和能耗。常規(guī)控制難以達(dá)到上述目的,因此,必須采取先進(jìn)控制。乙烯精餾塔是精細(xì)分離塔，對

42、產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴(yán)格，產(chǎn)品不合格將造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。由于分離過程通道很長，對進(jìn)料擾動及調(diào)節(jié)器輸出存在很大的純滯后與很長的響應(yīng)時間，這就給控制帶 來很大困難。又考慮到過程波動，往往要超規(guī)格運(yùn)行而引至過量的冷劑消耗?？刂葡到y(tǒng)改造中，采用前饋，大純滯后補(bǔ)償及直接質(zhì)量反饋控制等先進(jìn)控制技術(shù)，克服了進(jìn) 料擾動，塔的干擾因素及慣性影響，使系統(tǒng)操作平穩(wěn)，維持乙烯產(chǎn)品中乙烷含量在規(guī)定的最大允許值，保持塔底產(chǎn)品中乙烯濃度符合工藝要求。結(jié)果明顯的節(jié)省冷劑用量及增加乙烯收率。乙烯精餾塔工藝機(jī)理復(fù)雜,影響塔釜乙烷采出量的因素很多,一般精餾塔直接根據(jù)液位調(diào)節(jié)塔釜流量。但由于本乙烯精餾塔半徑大,塔釜高度小,如果象一般精餾塔

43、那樣把液位控制在70%80%,當(dāng)液位降低時,會出現(xiàn)液位失控的情況,所以本塔液位一般控制在滿液位。由于乙烯精餾塔液位為滿液位液位可調(diào)范圍太小,所以不能象一般精餾塔那樣通過控制液位來調(diào)節(jié)塔釜采出流量。乙烯精餾塔壓差是衡量乙烯精餾塔穩(wěn)定的一個主要依據(jù),液位升高則壓差增大,所以選取壓差作為間接指標(biāo),根據(jù)壓差來調(diào)節(jié)塔釜采出量。影響乙烯精餾塔壓差的因素很多,比如進(jìn)料流量、塔釜液位、塔釜溫度、靈敏板乙烯濃度等,這些因素相互耦合,互相影響。長期以來一直由現(xiàn)場操作人員憑經(jīng)驗(yàn)判斷影響壓差的因素然后手動調(diào)節(jié),若操作人員疏忽或經(jīng)驗(yàn)不足會出現(xiàn)塔系不穩(wěn)的情況。此外,乙烯精餾塔塔釜采出量的調(diào)節(jié)影響到裂解爐的平穩(wěn)操作,不同操

44、作人員的操作習(xí)慣不同,會對裂解爐造成不同程度的干擾14。3.3 精餾塔工藝因數(shù)影響及系統(tǒng)維護(hù)3.3.1工藝因數(shù)影響(1)上升蒸汽和回流影響在精餾塔內(nèi)，上升蒸汽流量變化的響應(yīng)是相當(dāng)快的。由于上升蒸汽只需克服塔板上級薄覆蓋的液相阻力，而塔內(nèi)汽相蓄存量的變化在塔壓控制一定時可忽略不計(jì)，因此上升蒸汽量的變化幾秒鐘內(nèi)就可以影響到塔頂。然而，從塔板下流的液相卻有相當(dāng)大的滯后。這是因?yàn)榛亓髁吭黾訒r，首先要使積存在塔板上的蓄存量增加，然后在這增加的液體靜壓頭的作用下，才使離開塔板的液相速度增加，因此對回流量變化的響應(yīng)存在著滯后性(2)組分滯后的影響無論是改變再沸器加熱量引起上升蒸汽變化還是由于回流的變化，均是

45、通過對每塊塔板上組分之間的平衡施加影響，最終才引起頂部產(chǎn)品或頂部產(chǎn)品組分濃度的變化。由于組分要達(dá)到靜態(tài)平衡需要很長時間，因此盡管上升蒸汽量變化可以很快影響到塔頂組分濃度，但要使塔頂組分濃度變化達(dá)到一個新的平衡仍需花費(fèi)相當(dāng)常的時間?；亓髯兓闆r也是類似的，只是花費(fèi)的時間更多。這就是說，塔板上的組分平衡要等到影響組分的液相或汽相流量穩(wěn)定相當(dāng)時間后才能建立。組分滯后隨著塔板上液相蓄存量的增加而增加，因而隨塔板數(shù)的增加而增加，也隨著回流比的增加而增加，因?yàn)榛亓鞅鹊脑黾?，意味著塔板上蓄液量的增加。由于再沸器加熱量的增加引起上升蒸汽量的增加，將會改善汽、液接觸，從而使組分滯后減少15。3.3.2故障分析及

46、系統(tǒng)維護(hù)圖3.5為精餾塔故障發(fā)展曲線。精餾塔的故障情況，其主要故障有塔板效率低、塔底溫度低、回流溫度高和液泛等。圖3.5 潛在故障向功能故障發(fā)展的示意圖針對以上故障，應(yīng)用射線現(xiàn)場掃描檢測技術(shù)可以診斷和消除故障、優(yōu)化操作條件和延長操作周期等，并且為煉油和化工企業(yè)指導(dǎo)生產(chǎn)提供重要數(shù)據(jù)或科學(xué)依據(jù)。確定精餾塔檢測周期及維修時間對精餾塔各個部件的監(jiān)測周期的確定要依賴于精餾塔本身的壽命，在這里取精餾塔的平均極限壽命為t，則檢測周期tc=tnd，其中nd為離散度系數(shù)。nd的確定取決于設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境狀況。精餾塔的維修時間要視檢測后的精餾塔狀況來確定，在這里規(guī)定精餾塔的最大運(yùn)行狀態(tài)為精餾塔在發(fā)生故障前各參數(shù)能夠

47、達(dá)到的最大值，當(dāng)其中的一個或幾個參數(shù)超過該值時，即認(rèn)為精餾塔已經(jīng)達(dá)到極限壽命，需要修理。3.4儀表選型檢測部件一般宜采用定型產(chǎn)品，設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)時，根據(jù)控制方案選擇測量儀表和傳感器。測量儀表和傳感器的選型原則是：(1)可靠性原則：可靠性是指產(chǎn)品在一定的條件下，能長期而穩(wěn)定地完成規(guī)定功能的能力?？煽啃允菧y量儀表和傳感器的最重要的選型原則。(2)實(shí)用性原則：實(shí)用性是指完成具體功能要求的能力水平。根據(jù)工藝要求考慮實(shí)用性，既要保證功能的實(shí)現(xiàn)，又要考慮經(jīng)常性，并非功能越強(qiáng)越好。(3)先進(jìn)性原則：隨著自動化技術(shù)的飛速的發(fā)展，測量儀表和傳感器的技術(shù)更新周期越來越短，而價格卻越來越短。在可能的條件下，應(yīng)盡量

48、采用先進(jìn)的設(shè)備。由過程控制的任務(wù)可知，系統(tǒng)中常遇到的被測參數(shù)有溫度、壓力、流量、物位和成分等，根據(jù)上面所討論的儀表選型原則和乙烯精餾的特點(diǎn)可選出儀表類型。以下重點(diǎn)講述了溫度和壓力儀表的選型。溫度儀表：sbw-帶熱電偶溫度變送器-上海自動化儀表三廠。其特點(diǎn)：變送器部件是小型化的，可安裝于熱電偶熱電阻的接線內(nèi)，成為一體化溫度變送器。作為一體化溫度變送器在工業(yè)現(xiàn)場直接輸出420ma信號，這樣既省去昂貴的補(bǔ)償導(dǎo)線，又提高了信號長距離傳送過程中的抗干擾能力。變送器部件精度高、功耗低，使用環(huán)境溫度范圍寬，工作穩(wěn)定可靠。而且由于采用硅橡膠密封結(jié)構(gòu)，變送器耐震、耐濕，適宜于惡劣現(xiàn)場環(huán)境中使用。壓力儀表：cyi

49、17e電位計(jì)式小型壓力傳感器上海自動化儀表三廠。其特點(diǎn)是振動性好，在較惡劣的工作環(huán)境下，工作可靠性高，使用方便，能作遙測及遠(yuǎn)距離傳輸。閥門儀表：zjhc64型氣動薄膜切斷閥上海自動化儀表七廠。jhc型氣動薄膜切斷閥是在精小型氣動薄膜單座調(diào)節(jié)閥基礎(chǔ)上改型設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，具有精小型單座閥小型輕巧的特點(diǎn)，泄漏等級可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。閥芯密封面是由聚四氟乙烯和金屬兩部分組成。乙烯起密封作用，金屬部分起限位作用，密封性能可靠。zjhc型氣動薄膜切斷閥的作用方式可分為氣關(guān)式和氣開式兩種。它接受調(diào)節(jié)儀表來的信號，關(guān)閉或打開閥門，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的壓力、溫度、流量和液位等工藝參數(shù)，適用于化工、石油、電站、輕工等行業(yè)中要求嚴(yán)

50、密切斷的且安裝空間緊湊的自控系統(tǒng)中。液位儀表：utd-c-d53-電動浮筒液位變送器-上海自動化儀表五廠。其特點(diǎn):原理先進(jìn)，功能多，應(yīng)用范圍廣,高精度，高穩(wěn)定性，高可靠性,壽命長，功耗低，隔離防爆型或本質(zhì)安全型,結(jié)構(gòu)精巧，簡單可靠，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),不需定期重標(biāo)和維護(hù),供電電壓適范圍廣，抗干擾能力強(qiáng),數(shù)字化顯示，操作簡單,省去或簡化了二次儀表,安裝調(diào)試簡單，維護(hù)方便,總線結(jié)構(gòu)布線，易擴(kuò)充，刪減,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單,巡檢速度快，響應(yīng)靈敏度高,能在線診斷,開放性好,實(shí)時測量,非接觸式測量,多種信號輸出方式選擇,具有反向極性保護(hù)功能,防雷擊，防射頻干擾,可檢測帶壓或不帶壓液罐的液位。第四章 上位機(jī)管理軟件設(shè)計(jì)

51、4.1 組太簡介組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)，它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用windows的圖形編輯功能，方

52、便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時趨勢曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能16。1.使用組態(tài)王軟件開發(fā)具有以下幾個特點(diǎn):(1)實(shí)驗(yàn)全部用軟件來實(shí)現(xiàn),只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn),從而大大減少購置儀器的經(jīng)費(fèi)。(2)該系統(tǒng)是中文界面,具有人機(jī)界面友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。對用戶而言,操作簡單易學(xué)且編程簡單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運(yùn)行的控制能力,可以實(shí)時地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線,能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實(shí)時趨勢曲線,這些很強(qiáng)的交互能力使其在自動控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)揮理想的

53、效果。2.在采用組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序過程中要考慮以下三個方面:(1)圖形,是怎樣用抽象的圖形畫面來模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的工控設(shè)備。(2)數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫,并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工控對象的各種屬性,比如水位、流量等。(3)連接,就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。4.2 乙烯精餾塔工藝流程畫面使用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真的基本方法：(1)圖形界面的設(shè)計(jì)(2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(3)建立動畫連接(4)運(yùn)行和調(diào)試1 圖形界面設(shè)計(jì)進(jìn)入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個畫面上生成互相關(guān)聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。

54、這些畫面都是由“組態(tài)王”提供的類型豐富的圖形對象組成的。系統(tǒng)為用戶提供了矩形（圓角矩形）、直線、橢圓（圓）、扇形（圓弧）、點(diǎn)位圖、多邊形（多邊線）、文本等基本圖形對象，及按鈕、趨勢曲線窗口、報(bào)警窗口、報(bào)表等復(fù)雜的圖形對象。提供了對圖形對象在窗口內(nèi)任意移動、縮放、改變形狀、復(fù)制、刪除、對齊等編輯操作，全面支持鍵盤、鼠標(biāo)繪圖，并可提供對圖形對象的顏色、線型、填充屬性進(jìn)行改變的操作工具17。1）定義新畫面進(jìn)入新建的組態(tài)王工程，選擇工程瀏覽器如圖4.1圖4.1 組態(tài)王工程管理器在新建的組態(tài)王工程，選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng)“文件畫面”，在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出對話框如圖4.2所示

55、圖4.2 新建畫面建立畫面組：在工程瀏覽器框架窗口上放置有四個標(biāo)簽：“系統(tǒng)”，“變量”，“站點(diǎn)”和“畫面”，選擇“畫面”標(biāo)簽，進(jìn)入“畫面”標(biāo)簽頁。如圖4.3所示。在“畫面”標(biāo)簽頁的左側(cè)視窗中顯示“畫面”文件夾，在右側(cè)的視圖區(qū)顯示畫面選擇“畫面”文件夾，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的右鍵菜單中選擇“新建畫面組”，在“畫面”文件夾下生成一個新的畫面組，并且系統(tǒng)自動給出默認(rèn)的組名。在畫面組下可以新建子畫面組。選擇某一畫面組，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的右鍵菜單中選擇“新建畫面組”，則在畫面組下生成一個子畫面組。注意，在畫面組下創(chuàng)建的子畫面組層數(shù)不能超過9層，畫面組在每一層最多可以創(chuàng)建256個子畫面組，總的畫面組數(shù)

56、不能超過1000個。建立了畫面組和子畫面組的組態(tài)王界面如下圖4.4圖4.3 畫面組圖4.4 畫面組文件夾2）i/o設(shè)備管理組態(tài)王軟件系統(tǒng)與最終工程人員使用的具體的plc或現(xiàn)場部件無關(guān)。對于不同的硬件設(shè)施，只需為組態(tài)王配置相應(yīng)的通信驅(qū)動程序即可。組態(tài)王驅(qū)動程序采用最新軟件技術(shù)，使通訊程序和組態(tài)王構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。這種方式既保證了運(yùn)行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)能夠達(dá)到很大的規(guī)模。組態(tài)王支持的硬件設(shè)備包括：可編程控制器（plc）、 智能模塊、板卡、智能儀表，變頻器等等。工程人員可以把每一臺下位機(jī)看作一種設(shè)備，他不必關(guān)心具體的通訊協(xié)議，只需要在組態(tài)王的設(shè)備庫中選擇設(shè)備的類型，然后按照“設(shè)備配置向?qū)А钡奶?/p>

57、示一步步完成安裝即可，使驅(qū)動程序的配置更加方便。組態(tài)王支持的幾種通訊方式：串口通訊、數(shù)據(jù)采集板、dde通訊、人機(jī)界面卡、網(wǎng)絡(luò)模塊、opc 如何定義dde設(shè)備工程人員根據(jù)設(shè)備配置向?qū)Ь涂梢酝瓿蒬de設(shè)備的配置，操作步驟如下：在工程瀏覽器的目錄顯示區(qū)，用鼠標(biāo)左鍵單擊大綱項(xiàng)設(shè)備下的成員dde，則在目錄內(nèi)容顯示區(qū)出現(xiàn)“新建”圖標(biāo)，如圖4.5所示：圖4.5 dde通訊選中“新建”圖標(biāo)后用左鍵雙擊，彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂υ捒?；或者用右鍵單擊，則彈出浮動式菜單，選擇菜單命令“新建dde 節(jié)點(diǎn)”，也彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂υ捒颍鐖D4.6所示：圖4.6設(shè)備配置向?qū)螕簟跋乱徊健卑粹o，則彈出“設(shè)備配置向?qū)б?選擇名稱”對話框，在單擊“下一步”按鈕，則彈出設(shè)備配置向?qū)А靶畔⒖偨Y(jié)”對話框，如圖4.7所示： 圖4.7信息總結(jié)在使用仿真plc設(shè)備前，首先要定義它，實(shí)際plc設(shè)備都是通過計(jì)算機(jī)的串口向組態(tài)王提供數(shù)據(jù)，所以仿真plc設(shè)備也是模擬安裝到串口com上，定義過程和步驟為：在組態(tài)王的工程瀏覽器中，從左邊的工程目錄顯示區(qū)中選擇大綱項(xiàng)設(shè)備下的成員名com1或com2，然后在右邊的目錄內(nèi)容顯示區(qū)中用左鍵雙擊“新建”圖標(biāo)，則彈出“設(shè)備配置向?qū)А睂υ捒蛉缦聢D4.8所示：在i/o設(shè)備列表顯示區(qū)中，選中plc設(shè)備，單擊符號“+”將該節(jié)點(diǎn)展開，再選中“亞控”，單擊符號“+”