玫瑰凈油生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)

玫瑰凈油生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)《玫瑰凈油過程操縱系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)名目一、課題的背景及意義 11.1課題的背景 11.2課題研究的意義 2二、技術(shù)方案的論證 22.1工藝過程與操縱要求 22.2監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能 4三、監(jiān)控過程原理及技術(shù)特點(diǎn) 63.1監(jiān)控過程及原理 63.2操縱算法 83.3總體性能指標(biāo) 9四、系統(tǒng)方案的實(shí)施 104.1現(xiàn)場(chǎng)采集系統(tǒng)的研制 104.1.1系統(tǒng)變量的分析與選擇 104.1.2傳感器的選擇與轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 114.2現(xiàn)場(chǎng)操縱系統(tǒng)的研制 164.2.1現(xiàn)場(chǎng)操縱系統(tǒng)配置要求 164.2.2現(xiàn)場(chǎng)操縱系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 174.2.3PLC工作流程 204.3操縱系統(tǒng)算法研制 214.3.1自適應(yīng)模糊PID操縱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 224.3.2自適應(yīng)模糊PID操縱器的設(shè)計(jì) 234.3.3操縱系統(tǒng)算法的實(shí)現(xiàn) 254.4上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā) 264.4.1上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組成 264.4.2上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程 274.4.3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)造與數(shù)據(jù)處理的設(shè)計(jì) 294.4.4主控窗口與用戶窗口組態(tài)的設(shè)計(jì) 294.4.5設(shè)備窗口與運(yùn)行策略的設(shè)計(jì) 344.4.6報(bào)警處理與數(shù)據(jù)報(bào)表設(shè)計(jì) 354.4.7實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線設(shè)計(jì) 37一、課題的背景及意義1.1課題的背景隨著運(yùn)算機(jī)技術(shù)與過程操縱技術(shù)的進(jìn)展，人們對(duì)過程操縱的目標(biāo)差不多提高到完善生產(chǎn)治理、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源降及低生產(chǎn)成本的水平上來；如此就對(duì)當(dāng)前過程操縱的進(jìn)展提出了專門多新的要求，如何利用運(yùn)算機(jī)治理與操縱技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行更好的治理與操縱，已越來越為企業(yè)所關(guān)注，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流水線監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的管控一體化已成為企業(yè)進(jìn)展的必由之路。甘油是一種重要的化工原料，在工業(yè)、醫(yī)藥及日常生活中用途十分廣泛，目前大約有1700多種用途。我國(guó)每年約有1/4的需求依靠進(jìn)口來解決。甘油的來源一樣有兩條途徑，一是制皂廢液，另一途徑是油脂水解廢水。制皂廢液經(jīng)凈化處理和濃縮得到的粗甘油，甘油濃度一樣為80％左右，其中含有大量的雜質(zhì)，要緊有8％左右的NaCI、1％-2％的NaS04、1.5％-3％的有機(jī)雜質(zhì)、7％左右的水分以及少量的易揮發(fā)性雜質(zhì)；油脂水解廢水經(jīng)凈化和濃縮制得的粗甘油質(zhì)量較制皂廢液制得的好，甘油含量一樣在88％左右，也含有少量水以及2％-3％的有機(jī)雜質(zhì)和無機(jī)雜質(zhì)。而食用、藥用、化妝品用和其他工業(yè)用甘油都對(duì)甘油的質(zhì)量要求較高，因此，粗甘油必須進(jìn)行精制。甘油的精煉過程專門復(fù)雜，而且條件較為惡劣，它涉及到溫度、壓力、流量、物位等大量物理參數(shù)，包括物理變化、化學(xué)反應(yīng)等復(fù)雜過程。針對(duì)甘油生產(chǎn)工藝如此復(fù)雜的生產(chǎn)過程，自動(dòng)操縱的要緊目標(biāo)是在保證人身和設(shè)備安全的情形下，穩(wěn)固生產(chǎn)工藝狀況，幸免人為因素造成產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的劇烈波動(dòng)，確保生產(chǎn)能夠獲得最大的效益。這就對(duì)生產(chǎn)過程自動(dòng)化操縱提出了更高的要求。必須通過先進(jìn)的操縱手段實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工藝參數(shù)的穩(wěn)固化監(jiān)控，保證生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，以獲得最大的生產(chǎn)效益。目前，大型的石化、化工等行業(yè)已采納DCS用于生產(chǎn)過程的監(jiān)控，但由于成套的DCS一則價(jià)格昂貴，一套中型的DCS價(jià)格動(dòng)則幾百萬，甚至上千萬，成本太高，對(duì)中小型企業(yè)全然吃不消；二則一樣的DCS系統(tǒng)封閉，兼容性不行。鑒如此，開發(fā)成本低，兼容性好的具有自主產(chǎn)權(quán)的監(jiān)控系統(tǒng)不但適應(yīng)市場(chǎng)的需求，具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且具有較高的社會(huì)價(jià)值。1.2課題研究的意義通過本項(xiàng)目的研究開發(fā)，不但能實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)準(zhǔn)確操縱，而且通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)能動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)作業(yè)流程、要緊設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，還能讀取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)專門工況進(jìn)行聲光報(bào)警和數(shù)據(jù)查詢打印，提高了工業(yè)操縱的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了管控一體化，改善了生產(chǎn)的勞動(dòng)條件，提高了甘油生產(chǎn)的產(chǎn)量與質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。二、技術(shù)方案的論證2.1工藝過程與操縱要求1．工藝過程甘油精煉的工藝流程是將粗甘油通入蒸餾釜，因粗甘油溶液屬多相混合物系，蒸餾時(shí)可視粗甘油中的有機(jī)鹽、無機(jī)鹽以及難揮發(fā)的其他雜質(zhì)為高沸點(diǎn)組分，視粗甘油中的甘油、水及其他易揮發(fā)性雜質(zhì)(如醛、酮等)為低沸點(diǎn)組分。在一定條件(溫度、壓力)下，高沸點(diǎn)組分留在蒸餾釜中，低沸點(diǎn)組分從粗甘油中汽化分離出來，而低沸點(diǎn)組分在汽化后成為以甘油和水蒸氣為主體的混合氣體，將其通入冷凝器組，利用甘油與水沸點(diǎn)的差異，通過多次部分冷凝后即可得到純度較高的精甘油。整個(gè)流程如圖2-1所示圖2-1甘油精煉監(jiān)控工藝流程圖2．操縱要求（1）甘油產(chǎn)品質(zhì)量操縱粗甘油經(jīng)蒸餾釜加熱蒸餾，再經(jīng)冷凝器組冷凝的到的精甘油必須符合規(guī)定的純度，同時(shí)保證產(chǎn)品缺失小于規(guī)定值。（2）物料平穩(wěn)和能量平穩(wěn)操縱進(jìn)出蒸餾釜和冷凝器組的物料和能量應(yīng)保持平穩(wěn)。（3）約束條件操縱甘油在常壓下沸點(diǎn)是290℃，在205℃或稍高溫度時(shí)，甘油隨著受熱時(shí)刻的長(zhǎng)短而有一定程度的聚合和分解，要求蒸餾采納真空蒸餾，以使甘油蒸溜在較低溫度下進(jìn)行，同時(shí)為保證蒸餾釜的正常、安全操作，蒸餾釜內(nèi)的操作壓力必須堅(jiān)持穩(wěn)固。（4）經(jīng)濟(jì)效益操縱達(dá)到上述差不多目標(biāo)的同時(shí)，蒸餾過程需要獲得最大的產(chǎn)品回收率和最小的能量消耗，即優(yōu)化塔的操作。2.2監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能整個(gè)監(jiān)控操縱系統(tǒng)分監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)操縱層兩層；甘油監(jiān)控系統(tǒng)組成如圖2-2所示釜溫操縱系統(tǒng)真空操縱系統(tǒng)冷凝操縱系統(tǒng)巡檢系統(tǒng)供水操縱系統(tǒng)工控機(jī)監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)操縱層圖2-2甘油監(jiān)控系統(tǒng)組成1．現(xiàn)場(chǎng)操縱層的組成與作用：由進(jìn)料操縱系統(tǒng)、蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)、冷凝器組溫度操縱系統(tǒng)、真空壓力操縱系統(tǒng)、恒壓供水操縱系統(tǒng)和流程巡檢系統(tǒng)六個(gè)子操縱系統(tǒng)構(gòu)成，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)流程進(jìn)行測(cè)量與操縱，其中進(jìn)料操縱系統(tǒng)、蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)、真空壓力操縱系統(tǒng)公用一套PLC操縱，冷凝器組溫度操縱系統(tǒng)和恒壓供水操縱系統(tǒng)公用一套PLC操縱，流程巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集以上兩套PLC的數(shù)據(jù)。（1）進(jìn)料操縱系統(tǒng)由PLC、液位傳感器、進(jìn)料調(diào)劑閥組成定值閉環(huán)操縱系統(tǒng)。其原理是由液位傳感器檢測(cè)出蒸餾釜液位，送入PLC與設(shè)定值比較后，按設(shè)計(jì)的操縱規(guī)律操縱進(jìn)料調(diào)劑閥，使蒸餾釜液位保持恒定，以保持蒸餾釜的物料平穩(wěn)。（2）蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)由PLC、溫度傳感器、加熱油流量調(diào)劑閥組成定值閉環(huán)操縱系統(tǒng)。其原理是由溫度傳感器檢測(cè)出蒸餾釜出口溫度，與設(shè)定值比較后，按設(shè)計(jì)的操縱策略操縱加熱油調(diào)劑閥，使蒸餾釜出口溫度保持恒定，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量。（3）真空壓力操縱系統(tǒng)由PLC、真空壓力傳感器、真空壓力調(diào)劑閥組成定值閉環(huán)操縱系統(tǒng)。其原理是由真空壓力傳感器檢測(cè)出真空壓力，與PLC設(shè)定值比較后，按操縱規(guī)律操縱真空壓力變頻電機(jī)，使蒸餾釜內(nèi)真空壓力和冷凝器內(nèi)真空壓力保持恒定。（4）恒壓供水操縱系統(tǒng)由PLC、壓力傳感器、冷凝水壓力調(diào)劑閥組成定值閉環(huán)操縱系統(tǒng)。其原理是由壓力傳感器檢測(cè)出冷凝水壓力，與PLC設(shè)定值比較后，按操縱規(guī)律操縱恒壓供水變頻電機(jī)，使冷凝水壓力保持恒定，以保持冷凝組用水的穩(wěn)固。（5）冷凝器組溫度操縱系統(tǒng)由一個(gè)PLC、四個(gè)溫度傳感器、四個(gè)冷凝器溫度調(diào)劑閥組成四個(gè)相互獨(dú)立的定值閉環(huán)操縱系統(tǒng)。其原理是由四個(gè)溫度傳感器分別檢測(cè)出四個(gè)冷凝器溫度，與PLC的設(shè)定值比較后，按操縱規(guī)律分別操縱四個(gè)冷凝器溫度調(diào)劑閥，使四個(gè)冷凝器溫度保持恒定（冷凝器共六個(gè)串聯(lián)連接，其中前兩個(gè)采納自然冷卻方式不用操縱）。（6）流程巡檢系統(tǒng)由PLC、液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器及TP200文本顯示器組成。按一定周期巡回檢測(cè)蒸餾釜出口液位、溫度、六個(gè)凝器溫度、真空壓力、冷凝水壓力及粗甘油進(jìn)料量、三個(gè)等級(jí)的精甘油流量并顯示，同時(shí)顯示甘油精煉的成品率。2．監(jiān)控層的組成與作用：監(jiān)控層硬件由裝有MCGS的工控機(jī)、各種參數(shù)顯示器和打印機(jī)構(gòu)成。軟件環(huán)境由“組態(tài)環(huán)境”和“運(yùn)行環(huán)境”組成。作用：一方面能夠通過網(wǎng)絡(luò)同意來自現(xiàn)場(chǎng)操縱層的各種信息進(jìn)行顯示、分析和處理，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)層進(jìn)行監(jiān)視；另一方面，能夠按照工藝要求，通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操縱層下達(dá)指令，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操縱層進(jìn)行操縱。三、監(jiān)控過程原理及技術(shù)特點(diǎn)3.1監(jiān)控過程及原理監(jiān)控系統(tǒng)有單機(jī)操縱和聯(lián)機(jī)操縱兩種工作方式：1．單機(jī)操縱工作方式：包括單步操作、單操縱系統(tǒng)操作和專門操作三種形式，要緊是為設(shè)備安裝、調(diào)試檢修需要設(shè)計(jì)。原理：?jiǎn)尾讲僮鳛殚_環(huán)操縱，以檢查與操縱單個(gè)電氣設(shè)備運(yùn)行狀況；單操縱系統(tǒng)操作為閉環(huán)操縱，以檢查現(xiàn)場(chǎng)操縱層單閉環(huán)操縱系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；專門操作為生產(chǎn)運(yùn)行發(fā)生專門工況時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)切換到規(guī)定的處理程序。2．聯(lián)機(jī)操縱工作方式：包括監(jiān)控層對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操縱層實(shí)時(shí)監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)操縱層對(duì)現(xiàn)場(chǎng)流程實(shí)時(shí)測(cè)量與操縱。工作原理及過程：系統(tǒng)啟動(dòng)后，第一啟動(dòng)真空操縱系統(tǒng)、恒壓供水操縱系統(tǒng)、流程巡檢系統(tǒng)，在真空作用下將粗甘油吸入蒸餾釜，通入蒸餾釜粗甘油液位不能太高，也不能太低，太高易泛液，太低設(shè)備有危險(xiǎn)，由進(jìn)料操縱系統(tǒng)操縱蒸餾釜的液位。當(dāng)蒸餾釜粗甘油液位到達(dá)工藝設(shè)定液位后，啟動(dòng)蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)，在蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)作用下，將由甘油、水及其他易揮發(fā)性雜質(zhì)等組成的低沸點(diǎn)組分汽化，和由有機(jī)鹽、無機(jī)鹽以及難揮發(fā)的其他雜質(zhì)等組成的高沸點(diǎn)組分分離，分離的工藝溫度由蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。汽化分離后的低沸點(diǎn)組分進(jìn)入冷凝器組；高沸點(diǎn)組分保留在蒸餾釜中，由監(jiān)控系統(tǒng)操縱定時(shí)排放到廢液渣罐中。汽化后的低沸點(diǎn)組分依次進(jìn)入冷凝器組冷凝，利用甘油與低沸點(diǎn)組分中的其它組分沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離。冷凝器組由六個(gè)冷凝器用管道串連組成，1#與2#冷凝器用空氣冷凝，3#至6#冷凝器用冷卻水冷凝，3#至6#冷凝器的冷卻工藝溫度由冷凝器組溫度操縱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；冷卻用水由恒壓供水操縱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。因工藝條件要求，整個(gè)蒸餾過程必須在真空環(huán)境下進(jìn)行，同時(shí)蒸餾釜進(jìn)料、甘油由蒸餾釜進(jìn)入冷凝器組也用到真空。真空度操縱由真空操縱系統(tǒng)完成。操縱系統(tǒng)流程如圖3-1所示YYYYYYY啟動(dòng)自動(dòng)？真空操縱系統(tǒng)進(jìn)料操縱系統(tǒng)真空度到液位到釜溫操縱系統(tǒng)溫度到終止單機(jī)運(yùn)行冷凝溫控系統(tǒng)和供水操縱系統(tǒng)冷凝溫度到供水壓力流程巡檢系統(tǒng)終止終止圖3-1操縱系統(tǒng)流程3.2操縱算法由于蒸餾釜溫度、液位與冷凝器溫度的被控參數(shù)具有時(shí)變、非線性特點(diǎn)，常規(guī)的PID操縱專門難達(dá)到理想的操縱精度要求，而且常規(guī)的PID操縱有對(duì)不同的操縱對(duì)象采納不同的PID參數(shù)要求，PID參數(shù)調(diào)整極不方便。為改變常規(guī)PID操縱以上弱點(diǎn)，本項(xiàng)目采納自適應(yīng)模糊PID操縱方法以提高系統(tǒng)的操縱精度、安全性和可靠性。即模擬人的操縱行為，利用人的體會(huì)知識(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸餾釜溫度、液位與冷凝器溫度等被控參數(shù)的操縱。蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)成以溫度偏差和偏差變化率為輸入量、加熱油調(diào)劑閥流量為輸出量的雙輸入單輸出模糊操縱器進(jìn)行操縱；進(jìn)料操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)成以液位偏差和偏差變化率為輸入量、進(jìn)料調(diào)劑閥流量為輸出量的雙輸入單輸出模糊操縱器進(jìn)行操縱；冷凝器溫度操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)成分別以各個(gè)冷凝器的溫度偏差和偏差變化率為輸入量、各個(gè)冷凝器的調(diào)劑閥流量為輸出量的雙輸入單輸出模糊操縱器進(jìn)行操縱。真空壓力操縱系統(tǒng)、恒壓供水操縱系統(tǒng)采納增量式PID操縱。3.3總體性能指標(biāo)1．針對(duì)甘油精煉設(shè)備特點(diǎn)，采納先進(jìn)的操縱策略實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量、液位等現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)的準(zhǔn)確操縱。溫度操縱范疇與精度：0300℃；誤差≤±0.5%壓力操縱范疇與精度：010Mpa；誤差≤±0.5%液位操縱范疇與精度：0.0510m；誤差≤±0.5%2．實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流水線監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的管控一體化。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)作業(yè)流程；要緊設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；顯示要緊參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線及歷史曲線；顯示和記錄要緊參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。3．?dāng)?shù)據(jù)的處理分析與報(bào)警。能對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)備；能對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)分析；對(duì)監(jiān)控參數(shù)能實(shí)施越限報(bào)警；自動(dòng)生成專門狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。4．查詢功能。能查詢各種監(jiān)控參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，各種參數(shù)的曲線及趨勢(shì)，能自動(dòng)生成各種監(jiān)控參數(shù)的報(bào)表并具有打印功能。四、系統(tǒng)方案的實(shí)施4.1現(xiàn)場(chǎng)采集系統(tǒng)的研制4.1.1系統(tǒng)變量的分析與選擇1．被控變量的選擇被控變量的選擇依據(jù)：依照生產(chǎn)工藝的要求，找出阻礙生產(chǎn)的關(guān)鍵變量作為被控變量；當(dāng)不能用直截了當(dāng)工藝參數(shù)作為被控變量時(shí)，應(yīng)選擇與直截了當(dāng)工藝參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接工藝參數(shù)作為被控變量；被控變量必須有足夠大的靈敏度；選擇被控變量時(shí)，要考慮工藝合理性。甘油生產(chǎn)工藝是在蒸餾釜中分離粗甘油中的高沸點(diǎn)組分和低沸點(diǎn)組分，然后利用冷凝器組冷凝低沸點(diǎn)組分得到精甘油，選擇被控變量時(shí)除考慮工藝條件外，同時(shí)要兼顧約束條件的限制；因此選擇甘油的濃度、蒸餾釜內(nèi)壓力、蒸餾釜液位、各級(jí)冷卻塔的溫度及冷卻水的壓力應(yīng)為被控變量。其中甘油的濃度是反映甘油質(zhì)量的被控變量，蒸餾釜內(nèi)壓力、蒸餾釜液位、各級(jí)冷卻塔的溫度及冷卻水的壓力為約束條件的被控變量。因甘油的濃度不便測(cè)量（工業(yè)濃度檢測(cè)外表可靠性差、測(cè)量滯后大、反應(yīng)緩慢，同時(shí)價(jià)格高，而蒸餾釜出口溫度和甘油濃度有近似的對(duì)應(yīng)關(guān)系），因此選用蒸餾釜出口溫度作為反映甘油質(zhì)量的間接被控變量。2．操縱變量的選擇操縱變量的選擇原則：工藝上承諾操縱的變量；操縱通道應(yīng)比其它干擾對(duì)被控參數(shù)的阻礙靈敏，即靜態(tài)放大倍數(shù)要大、時(shí)刻常數(shù)要小、滯后越小越好；被控過程存在多個(gè)時(shí)刻常數(shù)，在選擇設(shè)備及操縱參數(shù)時(shí)，盡量錯(cuò)開；考慮工藝的合理性與生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。本項(xiàng)目要緊有進(jìn)料操縱系統(tǒng)、蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)、冷凝器組溫度操縱系統(tǒng)、真空壓力操縱系統(tǒng)、恒壓供水操縱系統(tǒng)五個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操縱子系統(tǒng)和一個(gè)流程巡檢系統(tǒng)構(gòu)成。其中恒壓供水操縱系統(tǒng)和真空壓力操縱系統(tǒng)的執(zhí)行器是變頻電機(jī)，操縱變量選擇變頻電機(jī)的頻率，通過改變變頻電機(jī)的頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)供水壓力及真空壓力的操縱；進(jìn)料操縱系統(tǒng)、蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)、冷凝器溫度操縱系統(tǒng)等系統(tǒng)執(zhí)行器差不多上調(diào)劑閥，操縱變量選擇調(diào)劑閥的開度，通過改變調(diào)劑閥的開度實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)被控變量的操縱；流程巡檢系統(tǒng)只采集數(shù)據(jù)，無操縱變量。4.1.2傳感器的選擇與轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)1．溫度信號(hào)的采集與轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)溫度檢測(cè)點(diǎn)有：蒸餾釜出口溫度、六個(gè)冷凝器溫度、加熱油溫度共八個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，這八個(gè)檢測(cè)點(diǎn)溫度都在500℃以下，要求快速檢測(cè)且轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（4～20mA）。工業(yè)常用的傳感器有熱電偶溫度傳感器和鉑電阻溫度傳感器兩種，關(guān)于500℃以下的中、低溫度測(cè)量，熱電偶輸出的熱電勢(shì)專門小，且容易受到干擾而測(cè)量不準(zhǔn)，而鉑電阻在500℃以下的中、低溫測(cè)溫時(shí)，物理化學(xué)性能穩(wěn)固，檢測(cè)速度快，選擇鉑電阻(Pt100)做作八個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)傳感器；并將溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)成隔爆型一體化溫度變送器形式。電阻溫度關(guān)系：Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3](-200～0℃)（4-1）Rt=R0(1+At+Bt2)(0～850℃)（4-2）隔爆型一體化溫度變送器組成與原理：由溫度傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器組成，信號(hào)轉(zhuǎn)換器安裝在溫度傳感器的接線盒內(nèi)，由鉑電阻(Pt100)溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮栊盘?hào)，電阻信號(hào)經(jīng)不平穩(wěn)電橋，經(jīng)放大后直截了當(dāng)轉(zhuǎn)換成4～20mA電流輸出。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可直截了當(dāng)與操縱器、記錄外表、運(yùn)算機(jī)等配套使用，組成各種測(cè)量操縱系統(tǒng)；輸出為電流（4～20mA）信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)、遠(yuǎn)傳性能好，使用場(chǎng)所包括含有爆炸性氣體混合物的環(huán)境。要緊技術(shù)指標(biāo)供電電壓：13～30V，DC測(cè)量范疇：-200℃～500℃輸出信號(hào)：4～20mA使用環(huán)境溫度：-20～70℃防護(hù)等級(jí)：IP542．流量信號(hào)的采集與轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)流量監(jiān)控點(diǎn)要緊有：蒸餾釜粗甘油進(jìn)料流量、精甘油1流量、精甘油2流量和精甘油3流量。常見的流量計(jì)有：①差壓式流量計(jì)、②轉(zhuǎn)子流量計(jì)、③靶式流量計(jì)、④橢圓齒輪番量計(jì)、⑤渦輪番量計(jì)、⑥電磁流量計(jì)、⑦旋渦式流量計(jì)。經(jīng)分析比較認(rèn)為靶式流量計(jì)可用于測(cè)量雷諾數(shù)較小的流量，適合高粘度的流體，如甘油、重油、瀝青等的流量測(cè)量；粗甘油流量、精甘油1流量、精甘油2流量和精甘油3流量四個(gè)流量計(jì)均采納HTCB靶式流量計(jì)。HTCB流量計(jì)原理：在管道中央安裝垂直于流體流向的同軸圓片形靶，流體沿靶周圍的環(huán)形間隙流過時(shí)，靶就會(huì)受到流體推力的作用，力的大小和流體的動(dòng)能與靶面積的乘積正比，傳感器將靶力轉(zhuǎn)換成毫伏電信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換器，微處理器，D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成與流量成正比的4～20mA電流輸出。F=QAрV2/2g。

（4-3）F：靶板所受的作用力Q：阻尼系數(shù)A：靶板面積р：流體密度V2/2g：特點(diǎn)流速HTCB靶式流量計(jì)要緊特點(diǎn)：耐高溫高壓，性能可靠；智能化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有參數(shù)設(shè)定及故障提示功能；可顯示瞬時(shí)流量，累積流量；具有上下限報(bào)警以及脈沖輸出功能。要緊技術(shù)參數(shù)：流量范疇：0-400t/h輸出信號(hào)：4～20mA二線制輸出與流量成線性關(guān)系供電電壓：12～36VDC環(huán)境溫度：-30℃～60℃介質(zhì)溫度：≤400℃（帶散熱片）阻尼時(shí)刻：1～100秒任意可調(diào)3．壓力傳感器的選擇與設(shè)計(jì)壓力傳感器包括真空壓力傳感器和恒壓供水壓力傳感器，經(jīng)分析比較真空壓力傳感器采納PTB709真空壓力變送器；供水壓力傳感器采納MD-W恒壓供水壓力傳感器。PTB709真空壓力變送器特點(diǎn)：不銹鋼一體化結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)惡劣環(huán)境；精度高，性價(jià)比高，穩(wěn)固性高，調(diào)試方便，防雷擊，零點(diǎn)，滿度可調(diào)。要緊技術(shù)參數(shù)：輸出信號(hào)：4～20mADC（兩線制）供電電壓：10～40VDC（兩線制）介質(zhì)溫度：-30℃～225℃環(huán)境溫度：-20℃～85℃零點(diǎn)溫度漂移：≤±0.02%FS℃量程溫度漂移：≤±0.02%FS℃MD-W恒壓供水壓力傳感器特點(diǎn)：全不銹鋼焊接外殼，具有良好的防潮能力及介質(zhì)兼容性；輸出信號(hào)的穩(wěn)固；集成度高、體積小、精度高、一致性好、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快。要緊技術(shù)參數(shù)：量程:0～1～150(MPa)綜合精度:0.1%FS、0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS輸出信號(hào):4～20mA(二線制)、0～5V、1～5V、0～10V(三線制)供電電壓:24DCV(9～36DCV)介質(zhì)溫度:-20～85～150℃環(huán)境溫度:常溫(-20～85℃)負(fù)載電阻:電流輸出型：最大800Ω；電壓輸出型：大于50KΩ絕緣電阻:大于2000MΩ(100VDC密封等級(jí):IP654．液位信號(hào)的采集與轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)因蒸餾釜屬密閉容器，對(duì)其液位測(cè)量必須選用差壓液位變送器，同時(shí)在測(cè)量中粗甘油因含有結(jié)晶顆粒及粘度較大，易造成引壓管線堵塞。故采納加隔離膜盒的PTP1151DP差壓液位變送器。PTP1151DP差壓液位變送器直截了當(dāng)安裝在管道或容器上，由于隔離膜片直截了當(dāng)與液相介質(zhì)相接觸，無須將正壓側(cè)用導(dǎo)壓管引出。PTP1151DP差壓液位變送器特點(diǎn)：測(cè)量高溫、高粘度、易結(jié)晶、易沉淀和強(qiáng)腐蝕等介質(zhì)的液位，然后將其轉(zhuǎn)換成4～20mA信號(hào)輸出。要緊技術(shù)參數(shù)：量程：1.3～7.5；

6.2～37.4；

31.1～186.8；

117～689.5

輸出：4～20mA；0～5V；1～5V；0～10V

精度：0.5%FS最大過載壓力或靜壓(MPa):2、5、10環(huán)境溫度阻礙(%/28℃)：±0.25

(量程3加0.5倍)介質(zhì)溫度阻礙(%/28℃)：±0.15

(量程3加0.5倍)4.2現(xiàn)場(chǎng)操縱系統(tǒng)的研制4.2.1現(xiàn)場(chǎng)操縱系統(tǒng)配置要求現(xiàn)場(chǎng)操縱層由6套操縱系統(tǒng)組成，包括15個(gè)模擬量輸入檢測(cè)點(diǎn)、9個(gè)模擬量輸出操縱點(diǎn)、20個(gè)數(shù)字量輸入檢測(cè)點(diǎn)和38個(gè)數(shù)字量輸出操縱點(diǎn)。模擬量輸入檢測(cè)點(diǎn)：1個(gè)蒸餾釜出口溫度、6個(gè)冷凝器溫度和1個(gè)加熱油溫度共8個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)；粗甘油進(jìn)料流量、精甘油1流量、精甘油2流量和精甘油3流量共4個(gè)流量檢測(cè)點(diǎn)；1個(gè)真空壓力和1個(gè)冷凝水壓力共2個(gè)壓力檢測(cè)點(diǎn)；蒸餾釜粗甘油液位1個(gè)液位檢測(cè)點(diǎn)。模擬量輸出操縱點(diǎn)：1個(gè)進(jìn)料調(diào)劑閥操縱點(diǎn)、1個(gè)加熱油調(diào)劑閥操縱點(diǎn)、4個(gè)冷凝器溫度調(diào)劑閥操縱點(diǎn)、1個(gè)數(shù)據(jù)顯示器操縱點(diǎn)、1個(gè)真空壓力變頻電機(jī)操縱點(diǎn)和1個(gè)恒壓供水變頻電機(jī)操縱點(diǎn)。數(shù)字量輸入檢測(cè)點(diǎn)：總電源啟停開關(guān)1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)、手動(dòng)自動(dòng)切換開關(guān)1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)、子操縱系統(tǒng)（進(jìn)料操縱系統(tǒng)、蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)、冷凝器溫度操縱系統(tǒng)、真空壓力操縱系統(tǒng)、恒壓供水操縱系統(tǒng)和流程巡檢系統(tǒng)）的啟停6個(gè)檢測(cè)點(diǎn)、調(diào)劑閥運(yùn)行狀況8個(gè)檢測(cè)點(diǎn)、變頻器運(yùn)行2個(gè)檢測(cè)點(diǎn)和電機(jī)熱繼電器2個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。數(shù)字量輸出操縱點(diǎn)：?jiǎn)尾讲僮骷爸甘緹?個(gè)操縱點(diǎn)、單操縱系統(tǒng)操作及指示燈2個(gè)操縱點(diǎn)、專門操作及指示燈2個(gè)操縱點(diǎn)、子操縱系統(tǒng)（進(jìn)料操縱系統(tǒng)、蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)、冷凝器溫度操縱系統(tǒng)、真空壓力操縱系統(tǒng)、恒壓供水操縱系統(tǒng)和流程巡檢系統(tǒng)）的手動(dòng)啟停及指示燈12個(gè)操縱點(diǎn)、調(diào)劑閥運(yùn)行手動(dòng)啟停及指示燈16個(gè)操縱點(diǎn)和變頻器運(yùn)行手動(dòng)啟停及指示燈4個(gè)操縱點(diǎn)。4.2.2現(xiàn)場(chǎng)操縱系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)依照配置要求現(xiàn)場(chǎng)操縱系統(tǒng)選西門子CPU226PLC做操縱器，配以模擬量輸入/輸出模塊、數(shù)字量輸出模塊完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的操縱。具體配置如下：CPU操縱器：CPU226(I24/O16)2塊；數(shù)字量輸出模塊：EM222(O8)1塊；模擬量輸出模塊：EM232(AO2)3塊；模擬量輸入/輸出模塊：EM235(AI4/AO1)4塊；電源：SITOpowers(24v直流穩(wěn)壓電源，SA)2塊；CPU226功能與特點(diǎn)：集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)；可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)，或35路模擬量I/O點(diǎn)；13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)儲(chǔ)備空間；6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，可實(shí)現(xiàn)8個(gè)回路的PID操縱；2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力；指令功能豐富、運(yùn)算速度較快；基于WINDOWS的編程軟件STEP7-WICRO/WIN32容易使用，結(jié)構(gòu)清晰，并有在線變量監(jiān)測(cè)功能，利用總線連接電纜能夠與擴(kuò)展模塊和上位監(jiān)控機(jī)連接在一起?，F(xiàn)場(chǎng)操縱系統(tǒng)連接如圖4-1所示：1#CPU1#CPU226EM222模塊1#EM232擴(kuò)展模塊1#EM235模塊工控機(jī)2#CPU2263#EM235擴(kuò)展3#EM232擴(kuò)展2#EM232擴(kuò)展2#EM235擴(kuò)展4#EM235擴(kuò)展電源模塊電源模塊圖4-1現(xiàn)場(chǎng)操縱系統(tǒng)連接1#操縱系統(tǒng)由一塊CPU226主機(jī)模塊、一塊EM222數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊、一塊EM232模擬量輸出擴(kuò)展模塊、二塊EM235模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊及電源模塊組成，模塊間用西門子專用電纜連接。要緊用于對(duì)進(jìn)料操縱系統(tǒng)、蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)、真空壓力操縱系統(tǒng)和流程巡檢系統(tǒng)的操縱。與1#操縱系統(tǒng)連接的數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)共33個(gè)，模擬量輸入輸出點(diǎn)共11個(gè)。地址分配表如表4-1所示表4-11#操縱系統(tǒng)地址分配表模塊PLC設(shè)備連接模塊PLC設(shè)備連接1#CPU226I0.0總電源狀態(tài)EM222Q2.0真空調(diào)劑閥開開I0.1自動(dòng)狀態(tài)Q2.1真空調(diào)劑閥指示燈I0.2進(jìn)料操縱系統(tǒng)狀態(tài)Q2.2流程巡檢系統(tǒng)手動(dòng)開I0.3釜溫操縱系統(tǒng)狀態(tài)Q2.3流程巡檢系統(tǒng)指示燈I0.4真空壓力操縱系統(tǒng)狀態(tài)Q2.41#變頻器手動(dòng)開I0.5進(jìn)料調(diào)劑閥狀態(tài)Q2.51#變頻器指示燈I0.6加熱油調(diào)劑閥狀態(tài)Q2.6I0.7真空調(diào)劑閥狀態(tài)1#EM232AQ0進(jìn)料調(diào)劑閥開度I1.01#變頻器狀態(tài)AQ2加熱油調(diào)劑閥開度I1.11#電機(jī)熱繼電器狀態(tài)1#EM235AI0蒸餾釜出口溫度I1.2流程巡檢系統(tǒng)狀態(tài)AI2加熱油溫度Q0.0單步操作開AI4蒸餾釜液位Q0.1單步操作開指示燈AI6真空壓力Q0.2單操縱系統(tǒng)操開AQ4Q0.3單操縱系統(tǒng)操作指示燈2#EM235AI8粗甘油進(jìn)料流量Q0.4專門操作開AI10精甘油1流量Q0.5專門操作指示燈AI12精甘油2流量Q0.6進(jìn)料操縱系統(tǒng)手動(dòng)開AI14和精甘油3流量Q0.7進(jìn)料操縱系統(tǒng)指示燈AQ61#變頻器頻率Q1.0釜溫控系統(tǒng)手動(dòng)開Q1.1釜溫控系統(tǒng)手動(dòng)指示燈Q1.2真空操縱系統(tǒng)手動(dòng)開Q1.3真空操縱系統(tǒng)指示燈Q1.4進(jìn)料調(diào)劑閥開Q1.5進(jìn)料調(diào)劑閥指示燈Q1.6加熱油調(diào)劑閥開開Q1.7加熱油調(diào)劑閥指示燈2#操縱系統(tǒng)由一塊CPU226主機(jī)模塊、二塊EM232模擬量輸出擴(kuò)展模塊、二塊EM235模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊及電源模塊組成，要緊用于對(duì)冷凝器組溫度操縱系統(tǒng)恒壓供水操縱系統(tǒng)的操縱。與2#操縱系統(tǒng)連接的數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)共25個(gè)，模擬量輸入輸出點(diǎn)共13個(gè)。地址分配表如表4-2所示表4-22#操縱系統(tǒng)地址分配表模塊PLC設(shè)備連接模塊PLC設(shè)備連接2#CPU226I0.0冷凝溫控系統(tǒng)狀態(tài)2#EM232AQ0冷凝器1調(diào)劑閥開度I0.1恒壓供水操縱系統(tǒng)狀態(tài)AQ2冷凝器2調(diào)劑閥開度I0.2冷凝器1調(diào)劑閥狀態(tài)2#EM232AQ4冷凝器3調(diào)劑閥開度I0.3冷凝器2調(diào)劑閥狀態(tài)AQ6冷凝器4調(diào)劑閥開度I0.4冷凝器3調(diào)劑閥狀態(tài)3#EM235AI0冷凝器1溫度I0.5冷凝器4調(diào)劑閥狀態(tài)AI2冷凝器2溫度I0.6恒壓供水調(diào)劑閥狀態(tài)AI4冷凝器3溫度I0.72#變頻器狀態(tài)AI6冷凝器4溫度I0.02#電機(jī)熱繼電器狀態(tài)AQ8數(shù)據(jù)顯示器數(shù)據(jù)Q0.0冷凝溫度操縱系統(tǒng)手動(dòng)開3#EM235AI8冷凝器5溫度Q0.1冷凝溫度操縱系統(tǒng)指示燈AI10冷凝器6溫度Q0.2恒壓供水操縱系統(tǒng)手動(dòng)開AI12冷凝水壓力Q0.3恒壓供水操縱系統(tǒng)指示燈AQ102#變頻器頻率Q0.4冷凝器1調(diào)劑閥開Q0.5冷凝器1調(diào)劑閥指示燈Q0.6冷凝器2調(diào)劑閥開Q0.7冷凝器2調(diào)劑閥指示燈Q1.0冷凝器3調(diào)劑閥開Q1.1冷凝器3調(diào)劑閥指示燈Q1.2冷凝器4調(diào)劑閥開Q1.3冷凝器4調(diào)劑閥指示燈Q1.4恒壓供水調(diào)劑閥開Q1.5恒壓供水調(diào)劑閥指示燈Q1.62#變頻器手動(dòng)開Q1.73#變頻器指示燈4.2.3PLC工作流程PLC采納循環(huán)掃描工作方式，包括內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理五個(gè)時(shí)期。內(nèi)部處理：執(zhí)行CPU自測(cè)試診斷程序，保證硬件、程序內(nèi)存和所有擴(kuò)充模塊均正常作業(yè)。通信處理：處理所有通訊要求，執(zhí)行點(diǎn)至點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)通訊要求的所有任務(wù)。輸入掃描：讀取輸入，將實(shí)際輸入狀態(tài)復(fù)制至映像輸入寄存器。用戶程序執(zhí)行：在程序中執(zhí)行操縱邏輯，執(zhí)行程序的指令，并將數(shù)值儲(chǔ)備在不同的內(nèi)存區(qū)。輸出處理：向輸出寫入，儲(chǔ)備在映像輸出寄存器中的數(shù)值被寫入實(shí)際輸出。PLC工作過程如圖4-2所示開始開始內(nèi)部處理通信處理輸出處理輸入掃描RUN方式執(zhí)行用戶程序圖4-2PLC工作過程4.3操縱系統(tǒng)算法研制由于蒸餾釜的溫度、液位與冷凝器溫度等被控參數(shù)具有時(shí)變、非線性特點(diǎn)，常規(guī)的PID調(diào)劑專門難達(dá)到理想的操縱精度要求，為克服常規(guī)PID操縱的弱點(diǎn)。本項(xiàng)目利用人工智能的方法將蒸餾釜溫度操縱系統(tǒng)、進(jìn)料操縱系統(tǒng)、冷凝器溫度組操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)成自適應(yīng)模糊PID操縱系統(tǒng)。自適應(yīng)模糊PID操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是將操作人員的調(diào)整體會(huì)作為知識(shí)存入運(yùn)算機(jī)中，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的差不多理論和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊操縱規(guī)則存入有關(guān)知識(shí)庫中，然后操縱器依照操縱系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情形，運(yùn)用模糊推理，自動(dòng)調(diào)整PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳操縱。4.3.1自適應(yīng)模糊PID操縱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)蒸餾釜溫度系統(tǒng)操縱器以溫度偏差和偏差變化率為輸入量、加熱油調(diào)劑閥流量為輸出量；進(jìn)料操縱系統(tǒng)操縱器以液位偏差和偏差變化率為輸入量，進(jìn)料調(diào)劑閥流量為輸出量；冷凝器溫度組操縱系統(tǒng)操縱器是分別以各個(gè)冷凝器的溫度偏差和偏差變化率為輸入量、各個(gè)冷凝器的調(diào)劑閥流量為輸出量。以下只以蒸餾釜進(jìn)料系統(tǒng)自適應(yīng)模糊PID操縱系統(tǒng)作以說明。由液位傳感器測(cè)得的實(shí)際液位yout與蒸餾釜液位給定值相比較得到的偏差e和偏差變化率ec，送入模糊操縱器后經(jīng)模糊化得到模糊量E及EC，E及EC經(jīng)模糊推理及解模糊得到PID的比例系數(shù)Kp，積分系數(shù)Ki，微分系數(shù)Kd，調(diào)整后的Kp、Ki、Kd送入PID操縱器參與PID運(yùn)算，運(yùn)算后輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，送給調(diào)劑閥執(zhí)行，通過調(diào)劑閥來操縱蒸餾釜中的加水量的大小，從而操縱液位。模糊操縱器的輸入、輸出變量差不多上精確的數(shù)值，模糊操縱器采納模糊語言變量，用模糊邏輯進(jìn)行推理，模糊操縱器的差不多結(jié)構(gòu)框圖如圖4-3所示。ECECErineecKpKiKdPID操縱器A/D模糊推理調(diào)劑閥蒸餾釜D/A液位傳感器de/dt解模糊模糊化yout圖4-3模糊操縱器的差不多結(jié)構(gòu)框圖4.3.2自適應(yīng)模糊PID操縱器的設(shè)計(jì)1．參數(shù)的自整定原則PID操縱規(guī)律離散化的形式:（4-4）其中，k表示采樣序號(hào)，u(k)為第