基于DCS的糖廠提汁工段的計算機監(jiān)控系統(tǒng)方案

1、 . . . 摘要本課題是對糖廠提汁工段做一個基于DCS的計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計，其核心控制裝置采用集散控制系統(tǒng)對提汁工段進行監(jiān)控。該設計方案基本達到工程設計階段的要求。提汁工段是糖廠生產工藝流程的起始工段，它關系到糖廠的物料消耗、生產效率以與產量等。提汁工段的目的是把甘蔗破碎后將蔗汁提取出來，然后再送去澄清工段進行處理。本設計根據提汁工段生產工藝要求，提出基于DCS的計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計方案。包括為該工段滲透水的溫度、流量和壓榨機的壓力等變量選擇合適的自動化檢測儀表，以與采用單回路簡單控制系統(tǒng)?？刂蒲b置則選用和利時公司的smartpro macs系統(tǒng)。對該工段進行硬件配置，并設計了DCS控制室。此

2、外，本設計用AutoCAD繪制了管道儀表流程圖、儀表回路圖。關鍵詞： 糖廠 提汁工段 工程設計 自動化儀表 DCS AbstractThe article is mainly about the computer monitoring system design of extract syrup based on DCS in sugar refinery. The kernel control device is distributed control system (DCS).This design can achieve the requirements of foundation en

3、gineering design.Put juice section in sugar production process is the starting steps, it relates to the consumption of sugar materials, production efficiency and yield. The purpose is to provide juice section in the sugar cane juice is extracted after crushing, and then sent to clarify the section i

4、n processing.According to the requirements of extract syrup process technology. This design scheme is proposed. Including the section in infiltration of water temperature, flow and pressure press machine automatic variable selection of suitable testing instruments, and a simple single loop control s

5、ystem. Control devices is SmartPro-macs DCS made by HollySys Co., Ltd in Beijing., The section in the hardware configuration, and design a DCS control room. In addition, the design of the pipeline instrumentation with AutoCAD drawing flowcharts, instrument loop diagram。 Keywords: Sugarre finery Extr

6、act Syrup Engineering design Automatic Instrument SmartPro-macs畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導教師簽名： 日期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論

7、文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉咳?。作者簽名： 日 期：學位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文使用授

8、權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位論文的全部或部分容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注意事項1.設計（論文）的容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致9）附錄（對論文支

9、持必要時）2.論文字數要求：理工類設計（論文）正文字數不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數不少于1.2萬字。3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體與大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設

10、計（論文）目錄前言- 1 -第一章提汁工段的工藝流程- 2 -1.1 提汁工段流程- 2 -1.1.1 壓榨法提汁- 2 -1.1.2 壓榨法的生產流程- 2 -1.2 提汁工段的意義與分析- 3 -1.3 提汁工段的技術條件- 4 -1.3.1 壓榨設備- 4 -1.3.2 壓榨設備的組合- 4 -1.3.3 選擇設備組合系統(tǒng)與原則- 5 -第二章控制方案- 6 -2.1 提汁工段的工藝要求- 6 -2.2 控制方案確定- 7 -2.3 所用控制系統(tǒng)簡介- 7 -第三章儀表選型- 11 -3.1 控制裝置的選擇- 11 -3.2 自動化儀表選型的原則- 12 -3.3 溫度儀表的選型- 13

11、 -3.4 流量儀表的選型- 15 -3.5 液位儀表的選型- 16 -第四章 DCS配置- 18 -4.1 DCS概述- 18 -4.2 MACS-Smartpro系統(tǒng)概述- 21 -4.3 MACS-Smartpro系統(tǒng)結構- 23 -4.3.1、系統(tǒng)的硬件結構- 23 -4.3.2、系統(tǒng)的網絡結構- 26 -4.3.3 系統(tǒng)的軟件結構- 27 -4.4 MACS-Smartpro系統(tǒng)選型- 31 -全文總結- 36 -參考文獻- 37 -致- 38 - 39 - / 46前言食糖是天然甜味劑，是人們日常生活的必需品，同時也是飲料、糖果、制藥等含糖食品中不可或缺的原料。我國目前用于制糖的原

12、料主要有甘蔗和甜菜。甘蔗制糖多在我國的南方，而甜菜制糖多在我國北方。就總體來說我國的糖廠規(guī)模小、能耗高，自動化水平和勞動生產率低；綜合利用規(guī)模小、多數技術水平較低、污染嚴重；制糖過程型、高效蒸發(fā)和煮糖工段的裝備和自控裝備的差距更大， 有些技術裝備僅相當于國外五六十年代水平。所以我國糖廠有一個非常大的提升空間。要解決上述問題首先就要提高糖廠的自動化水平。而要提高自動化水平，在過程控制方面使用DCS已是一個主流。因此為了擴大企業(yè)規(guī)模，提高生產效率，減少污染。對制糖的各個工段選擇合適的檢測方案和儀表，采用合適控制系統(tǒng)。為此，運用所學知識設計一個基于DCS的提汁工段的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。其中包括以下幾個方

13、面：1.：熟悉提汁工段的生產工藝流程。2：制定本工段的自動控制方案，繪制管道儀表流程圖。3：選擇檢測儀表，連接系統(tǒng)，繪制儀表回路圖。第一章 提汁工段的工藝流程1.1 提汁工段流程1.1.1 壓榨法提汁從甘蔗中提取蔗汁主要有壓榨法和滲出法兩種方法。壓榨法是對甘蔗通過預處理和壓榨設備與滲浸系統(tǒng)相配合提取蔗汁的方法。滲出法是甘蔗經預處理破碎，通過滲出設備和采用一定的流汁系統(tǒng)，蔗料經水和稀糖汁淋滲，使甘蔗糖分不斷被浸瀝而洗出的方法。目前來說，糖廠提汁工段絕大部分都是采用壓榨法1。用木棍或石輥壓榨甘蔗來提取蔗汁的方法，在我國已有二千多年的歷史，明代宋應星的天工開物有詳盡的記載。近代則改用鐵棍或多輥壓榨，

14、其生產能力已經大大提高。壓榨法提汁又可分為干式壓榨和濕式壓榨兩種。干式壓榨就是在壓榨過程中不斷加水或稀汁，只用輥子加壓將蔗汁壓出。此法提汁效率低，已不再使用。濕式壓榨就是在壓榨過程中加入滲透水或稀汁與蔗渣中再進行壓榨。把蔗渣中的殘余糖分更多的提取出來。壓榨提汁原理主要是將甘蔗斬切成絲狀與片狀的蔗料，入壓榨機，使充滿蔗汁的甘蔗細胞的細胞壁受到壓榨機輥和油壓的壓力而破裂，蔗料被壓縮，細胞被壓扁的同時排出蔗汁；借助于滲浸系統(tǒng)將從壓榨機排出、開始膨脹的蔗渣進行加水或稀汁滲浸，以稀釋細胞的糖分，提取更多的蔗汁。 1.1.2 壓榨法的生產流程甘蔗在壓榨前預先進行破碎，為下一壓榨工序做準備稱為預處理。亦稱榨

15、前處理。其目的是將甘蔗破碎，是甘蔗的組織破壞，纖維散解，細胞破裂，使壓榨時能提高壓榨量和抽出率。預處理目前多采用斬切、撕裂、和壓碎三種方法2。壓榨法一般的生產流程。甘蔗先是經過預處理后相繼通過幾座三輥壓榨機被多次壓榨。在蔗料進入末座壓榨機之前加水滲浸。加入的水稱滲浸水，一般用量為甘蔗量的1525。從末座榨出的汁稱末座榨出汁，它隨即被泵入前一座壓榨機作為滲浸液，滲浸進入該座壓榨機的蔗料，所榨出的稀汁再作前一座壓榨機的滲浸液，如此直至第二座壓榨機，這就是糖廠普遍使用的復式滲浸法。由第一座與第二座壓榨機壓出的汁合并成混合汁，送清凈處理。從末座壓榨機排出的蔗料稱為蔗渣。蔗渣中水分為4550，糖分14，

16、纖維分4552，可溶性固體物1.56。蔗渣送鍋爐作燃料，或另作其他工業(yè)原料。衡量提汁方法的提糖效率用糖分抽出率，其定義為從甘蔗中已被提取的蔗糖對甘蔗中蔗糖的質量百分數。甘蔗糖廠糖分抽出率在92%97之間。碎甘蔗清凈工段蔗汁(混合汁)16Bx蔗渣蔗渣場滲透水箱冷水滲透水滲浸水滲浸水滲透水滲透水滲透水圖2-1提汁工段的工藝流程1.2 提汁工段的意義與分析提汁工段操作的目的是在安全運轉的基礎上達到最高的生產能力和抽出率，而在有計劃的生產中，則要求在穩(wěn)定壓榨量的基礎上提高抽出率和保證生產安全。提汁工段是整個糖廠生產的基礎，后續(xù)工段都是以它為前提的。提汁工段的生產效能直接影響到整個糖廠的生產。提汁工段的

17、抽出率是一個很重要的生產指標，抽出率是指通過壓榨取得的糖分對甘蔗所含糖分的重量的百分率。抽出率越高則意味著從甘蔗中抽出了更多的糖分。而抽出了越多的糖分則意味著可以生產更多的糖。為了能夠在提汁工段有一個高的抽出率，就需要對該工段進行一個分析來確定控制參量并進行檢測和控制。提汁工段的控制系統(tǒng)其實可以分為兩個系統(tǒng)：壓榨控制系統(tǒng)和滲透水控制系統(tǒng)。壓榨系統(tǒng)最主要的控制要領就是要均衡。實現(xiàn)輸蔗均勻、機械轉速均勻。因此需要對轉速進行檢測和控制。滲透水系統(tǒng)是和壓榨系統(tǒng)有關聯(lián)的，是服務于壓榨的，所以也要均衡，實現(xiàn)滲透水的均勻滲透。為達到目標需要對滲透水的溫度、流量和液位進行檢測和控制。1.3 提汁工段的技術條件

18、1.3.1 壓榨設備壓榨提汁主要設備包括切蔗機、壓榨機與其驅動裝置、滲浸系統(tǒng)與相應的輸送設備。切蔗機由蔗刀與驅動裝置組成。壓榨機由3個輥子與機架構成。三輥壓榨機的輥被裝嵌成三角形，視其所處位置分別稱為頂輥、前輥和后輥。頂輥與前、后輥間有一定的間隙。3個輥的軸端帶有傳動齒，由原動機如電動機、汽輪機或蒸汽機經減速裝置驅動頂輥,從而使3個榨輥以一樣的速度轉動。1.3.2 壓榨設備的組合壓榨工段的目的是要達到計劃要求的壓榨能力和壓榨效率，同時要考慮節(jié)省鋼材和動力消耗。壓榨設備組合是實現(xiàn)壓榨工段目的的重要手段，主要由預處理設備和多重壓榨機組成。預處理設備的作用是要具備一定的破碎能力，使甘蔗通過后達到所要

19、求的破碎度，多重壓榨機的作用是使甘蔗多次的壓榨和滲透，已保證達到要求的壓榨量和抽出率。但在整套機組間又是互相聯(lián)系的，如預處理較好，甘蔗的破碎度高，有利于提高壓榨效能，則可以考慮減少壓榨的次數，即縮減壓榨機的臺數。反之，壓榨機的臺數較多時，甘蔗經多重壓榨也提高了甘蔗的破碎度，那就對預處理的設備的要求可適當降低了。壓榨設備的組合可以根據不同情況和要求，定出各種不同的組合系統(tǒng)。設備的組合并不是固定不變的，它隨著各項設備的改進，而出現(xiàn)新的不同的組合，如兩輥式壓榨機曾經被廣泛采用過，而現(xiàn)在已經被三輥式壓榨機所取代。1.3.3 選擇設備組合系統(tǒng)與原則在選擇一個壓榨設備組合的方案前，要充分了解每項設備的類型

20、，性能和優(yōu)缺點，掌握各項設備的相互關系，應當如何組合起來才能更好的發(fā)揮它們的最大效能，并列出各種可行的方案，細致的加以比較，然后確定設備組合。在進行比較時，要從以下幾個方面來考慮。（1）國家當前的工業(yè)建設方針和技術經濟政策是選擇方案時的首要原則，如方案中設備的多少，設備的類型，精度的要求等均應根據國家當時的技術水平予以充分研究，生產規(guī)模的大小，能源的供應等也要考慮。一個合理的方案是要符合多、快、好、省的建設方針。（2）在技術方面要達到壓榨的質量要求，既能保證甘蔗的壓榨量，同時也要取得一定的抽出率。在設備的制造，安裝，操作，維修方面要求簡單容易。（3）在經濟方面，要求設備的購置費要廉價，運轉時所

21、需的動力費用和管理費用要省。除從上述三個主要原則來考慮壓榨設備組合方案外，同時還應注意發(fā)揮人的主觀能動性，即在決定設備的同時最好能考慮到使用該組設備的合理操作方法，使該組設備能發(fā)揮最大的效能。第二章 控制方案水運或者陸運到廠的甘蔗，經稱重后由卸蔗臺傾入甘蔗輸送機，經切蔗機斬切，使甘蔗破碎后，送入壓榨機組進行壓榨和反復滲透。壓榨提汁工段的主要目的是將甘蔗所含的糖分經壓榨后提取出來，再送給其他工段進行進一步加工制成我們常見到的糖。2.1 提汁工段的工藝要求在傳統(tǒng)的壓榨生產中，下蔗量是靠有經驗的操作人員人工控制。這就很難保證穩(wěn)定的控制壓榨生產過程。為了保障蔗料的通暢，輸送機往往都是全速運行，這也導致

22、甘蔗的抽出率低。并且滲透水泵沒有調速，滲透水的流量和溫度等無法檢測和控制。這些都造成了一定程度的浪費，也降低了生產效率。為了提高生產過程的自動化水平，我們采用DCS系統(tǒng)對其進行升級改造主要實現(xiàn)以下幾個控制要求：（1）實現(xiàn)壓榨機的轉速自動調節(jié)，實行均衡壓榨、提高壓榨抽出率。（2）輸送機的速度自動控制，實行均衡輸蔗，穩(wěn)定進蔗量。（3）實現(xiàn)甘蔗進料量和滲透水加入量的自動調節(jié)和水溫控制，實現(xiàn)高效滲透。采用高位槽檢測技術與相關檢測元件檢測真實料位，測量精度高、平滑、穩(wěn)定，響應快，抗干擾能力強。連續(xù)平滑地檢測出料位真實高度，根據實際料位高度對榨機進行精確控制。對輸蔗機控制系統(tǒng)采用兩臺射線核子秤，同時檢測1

23、#、2#輸蔗帶上的甘蔗流量，綜合考慮1#、2#、3#撕解機和榨機的負荷，主要控制1#、2#輸蔗帶的運行速度，實現(xiàn)了榨量基本恒定。2.2 控制方案確定壓榨提汁工段主要是要對滲透水的溫度、流量、液位進行測控?，F(xiàn)將其相應的測控點列表如下：表2-1 提汁工段測控點一覽表序 號工位號用途測量圍1FFIC-101滲透水流量控制0400 m/h2FFIQ-102甘蔗料量檢測3TIC-101滲透水溫度控制01004LIC-101 滲透水箱液位控制010mFIC-101滲透水流量控制是通過檢測到的甘蔗料量進行控制滲透水的流量，滲透水的流量約為甘蔗料量的2025%；TIC-101滲透水溫度控制系統(tǒng)是通過檢測滲透水

24、箱出口的溫度然后去調節(jié)進水的冷水和熱水的比例來控制滲透水的溫度；LTC-101滲透水箱液位控制系統(tǒng)則通過檢測滲透水的液位來調節(jié)進水閥的開度來控制液位。根據上述要求擬采用比值控制系統(tǒng)對滲透水的流量進行控制，采用簡單控制系統(tǒng)對滲透水箱的液位和滲透水的溫度進行控制。2.3 所用控制系統(tǒng)簡介一、簡單控制系統(tǒng)：簡單控制系統(tǒng)，通常是指由一個測量元件、變送器、一個控制器、一個控制閥和一個對象所構成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)，因此也稱為單回路控制系統(tǒng)。簡單控制系統(tǒng)的結構比較簡單，所需的自動化裝置數量少，投資低，操作維護也比較方便，而且在一般情況下，都能滿足控制質量的要求。因此，這種控制系統(tǒng)在工業(yè)生產過程中得到了廣泛的應

25、用。據某大型化肥廠統(tǒng)計3，簡單控制系統(tǒng)約占控制系統(tǒng)總數的85左右。它適應與被控對象滯后時間較小，負荷和干擾變化不大，工藝對控制質量要求不高的場合?，F(xiàn)對FIC-101流量控制系統(tǒng)進行簡單的一個介紹，如圖2-2所示為系統(tǒng)的組成示意圖：（一）系統(tǒng)組成部分被控對象：滲透水箱 被控變量：滲透水箱的液位 操縱變量：冷熱水的流量現(xiàn)場儀表：電容物位計，管道的調節(jié)閥控制器：DCS（二）調節(jié)原理：當滲透水箱的液位超過最高安全限位或者低于最小安全限位時，液位傳感器輸出的的信號將減小或增大，該信號與給定值進行比較輸送給調節(jié)器，經過調節(jié)器運算后（PI）送出信號去改變熱水調節(jié)閥的閥門開度，使液位維持在一個圍。因為是以熱水

26、流量為主要調控變量。滲透水箱LIC101冷水熱水圖2-2 滲透水液位控制系統(tǒng)二、比值控制系統(tǒng) 比值控制系統(tǒng)是控制兩個物流流量比值的控制系統(tǒng)，它是按功能命名的復雜控制系統(tǒng)，在比值控制系統(tǒng)中，一個物流流量需要跟隨另一物流流量變化。前者稱為從動量，后者稱為主動量。通常，選擇的主動量應是主要的物料或關鍵物流的流量，它們通常是可測不可控，物流不足時可能會影響安全生產的物流流量。通常，從動量可測且可控，與供應有余，可供調節(jié)。通常，工業(yè)生產過程中采用閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。為了調節(jié)從動量，從動量應組成閉環(huán)，因此，根據主動量是否組成閉環(huán)，可分別為單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。采用DCS或計算機控制系統(tǒng)實施

27、比值控制系統(tǒng)時，由于采用數字運算，因此，不必計算儀表比值系數K，可直接根據工藝所需比值設置。如圖2-3所示的系統(tǒng)，是滲透水流量控制系統(tǒng)FFIC-101和甘蔗流量檢測系統(tǒng)組成的單閉環(huán)比值控制。主動量：甘蔗的流量從動量：滲透水的流量進入壓榨機的甘蔗流量經核子稱檢測變送后，送往乘法器FFY-101，該信號在乘法器中與比值系數K相乘后，輸入到從動量控制器FFIC-101，作為其設定值，組成單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，使?jié)B透水按甘蔗量的一定比例進行滲透。甘蔗量FFY101核子稱FFIC101滲透水流量圖2-3 滲透水流量控制系統(tǒng)第三章 儀表選型儀表索引、儀表數據表等的編制是自控設計中的一個主要的設計文件。在這些

28、設計文件中，可以反映設計中所使用的儀表等設備的類型、規(guī)格、數量與在系統(tǒng)中的位置等，為設計投資的核算、儀表設備的訂貨等提供依據。3.1 控制裝置的選擇控制裝置或系統(tǒng)是過程自動化的中樞，其發(fā)展經歷了以下的幾個階段：（1）早期的基地式儀表：一般與檢測裝置、顯示裝置一起組裝在一個整體之，同時具有檢測、控制與顯示的功能，結構簡單、價格低廉、使用方便，通用性差，信號不易傳遞，一般應用于簡單控制系統(tǒng)中。（2）單元組合式儀表：按各組成環(huán)節(jié)的不同功能和使用要求，將整套儀表分為若干單元，各單元能獨立實現(xiàn)某種功能，使用時可以按生產工藝的不同要求挑選需要的單元加以組合，其特點是應用靈活，通用性強，使用維護方便，特別適

29、用于中、小企業(yè)的過程控制系統(tǒng)；（3）組件組裝式儀表：單元組合儀表的基礎上發(fā)展起來的一種成套儀表裝置，結構上包括控制機柜和顯示操作盤兩部分，它的主要特點是功能分離，結構組件化，特別適用于要求組成各種復雜控制和集中顯示操作的大、中型企業(yè)的過程控制系統(tǒng)。（4）單回路控制器：一種以微處理器為計算、控制核心，配以相應軟件，在外觀與使用上類似常規(guī)模擬控制器的數字式控制儀表。（5）可編程控制器（PLC）：是一種數位運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的

30、機械或生產過程?？沙淌竭壿嬁刂破髋c其有關外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。（6）集中式計算機控制系統(tǒng)（DDC）：DDC系統(tǒng)是利用微信號處理器來做執(zhí)行各種邏輯控制功能，DDC系統(tǒng)的組成通常包括中央控制設備(集中控制電 腦、彩色監(jiān)視器、鍵盤、打印機、不間斷電源、通訊接口等)、現(xiàn)場DDC控制器、通訊網絡、以與相應的傳感器、執(zhí)行器、調節(jié)閥等元器件。（7）集散控制系統(tǒng)（DCS）：是以微處理器為基礎的對生產過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，簡稱DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺微機分散應用于過程控制，全部信息通過通信網絡由上位管理計算機監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化

31、控制，整個裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計算機集中控制的優(yōu)點，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機聯(lián)系差以與單臺微型計算機控制系統(tǒng)危險性高度集中的缺點，既實現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現(xiàn)了在功能、負荷和危險性三方面的分散。（8）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）：它是用現(xiàn)場總線這一開放的、具有互操作性的網絡將現(xiàn)場各個控制器和儀表與儀表設備互聯(lián)，構成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，同時控制功能徹底下放到現(xiàn)場，降低了安裝成本和維修費用。因此，F(xiàn)CS實質上是一種開放的、具有互操作性的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)，有望成為21世紀控制系統(tǒng)的主流產品。本設計使用的自動控制裝置時DCS系統(tǒng)，這是目前最常用的控制裝置，其技術最成

32、熟、最可靠。3.2 自動化儀表選型的原則檢測儀表（元件）選型的一般原則如下：工藝過程的條件工藝過程的溫度、壓力、流量、粘度、腐蝕性、毒性、脈動等因素是決定儀表選型的主要條件，它關系到儀表選用的合理性、儀表的使用壽命與車間的防火、防爆、保安等問題。操作上的重要性各檢測點的參數在操作上的重要性是儀表的指示、記錄、積算、報警、控制、遙控等功能選定依據。一般來說，對工藝過程影響不大，但需經常監(jiān)視的變量，可選指示型；對需要經常了解變化趨勢的重要變量，應選記錄式；而一些對工藝過程影響較大的，又需隨時監(jiān)控的變量，應設控制；對關系到物料衡算和動力消耗而要求計量或經濟核算的變量，宜設積算；一些可能影響生產或安全

33、的變量，宜設報警。經濟性和統(tǒng)一性儀表的選型也決定于投資的規(guī)模，應在滿足工藝和自考的要求前提下，進行必要的經濟核算，取得適宜的性能/價格比。為便于儀表的維修和管理，在選型時也要注意到儀表的統(tǒng)一性。盡量選用同一系列、同一規(guī)格型號、與同一生產廠家的產品。儀表的使用和供應情況選用的儀表應是較為成熟的產品，經現(xiàn)場使用證明性能可靠的；同時要注意到選用的儀表應當是貨源供應充沛，不會影響工程的施工進度。在本設計中需要選定的儀表主要有：溫度、流量、料位、液位等儀表。3.3 溫度儀表的選型一一般原則（一）單位與標度（刻度）溫度儀表的標度（刻度）單位，統(tǒng)一采用攝氏溫度（）。（二）檢出（測）元件插入長度（1）插入長度

34、的選擇應以檢出（測）元件插至被測介質溫度變化靈敏具有代表性的位置為原則。但在一般情況下，為了便于互換，往往整個裝置統(tǒng)一選擇一至二擋長度。（2）在煙道、爐膛與帶絕熱材料砌體設備上安裝時，應按實際需要選用。（3）檢出（測）元件保護套材質不應低于設備或管道材質。如定型產品保護套太薄或不耐腐蝕（如鎧裝熱電偶），應另加保護套管。（4）安裝在易燃易爆場所的就地帶電接點的溫度儀表、溫度開關、溫度檢出（測）元件和變送器等，應選用防爆型。二溫度儀表的選型本畢業(yè)設計采用的是集散控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)），因此，對于就地溫度儀表，如雙金屬溫度計、壓力式溫度計、玻璃溫度計、溫度開關和基地式儀表等不適用于遠距離傳輸、監(jiān)視和

35、控制用，在此都不選用，應選用的是集中溫度儀表，下面就集中溫度儀表的選型進行討論。（一）檢測元件根據溫度儀表的測量方式通?？煞譃榻佑|式和非接觸式兩大類。表3-1接觸式和非接觸式測溫特點比較測溫方式優(yōu)點缺點接觸式簡單、可靠、價廉，精確度較高響應時間較長，不能用于極高溫測量非接觸式測溫圍寬，相應時間較快測量誤差大，結構較復雜，價格較昂貴接觸式有：熱膨脹、熱電阻、熱電偶。（二）結合設計選現(xiàn)場儀表1、壓榨工段溫度測控點只有對滲透水的溫度，其測量圍為0100. 根據溫度儀表選型的一般原則以與化工工藝要求，結合溫度測控點選型?？紤]選用接觸式儀表：熱電阻或熱電偶。熱電阻和熱電偶可直接與計算機相連接而不選用溫度

36、變送器。熱電阻和熱電偶優(yōu)、缺點比較見下：表3-2熱電阻和熱電偶比較優(yōu)點缺點熱電阻測量精度高；再現(xiàn)性好，可保持多年穩(wěn)定性、精確度；相應速度快；便于遠距離、多點、集中測量和自動控制；不需要冷點溫度補償價格較熱電偶貴；需要外接電源；熱慣性較大；避免使用在有機械振動的場合；不能測量高溫；由于體積大，測點溫度較困難熱電偶測溫圍廣；精度高；便于遠距離、多點、集中測量和自動控制需自由端補償，在低溫段測量精度較低由于所要檢測的溫度處在低溫段0100，考慮使用熱電阻。2.熱電阻原理、分類：熱電阻是利用物質在溫度變化時自身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的。熱電阻按感溫元件材料可分為金屬導體和半導體兩大類。金屬

37、導體材料的熱電阻是目前工業(yè)上大量采用的，有鉑、銅、鎳等。鉑熱電阻的化學物理性能溫度且復現(xiàn)性好，能測量較高的溫度，已被廣泛應用。銅熱電阻與鉑熱電阻相比，其優(yōu)點主要是銅電阻溫度系數大，線性好，價格便宜，但測溫圍較小，只適用于-50+100。這兩種熱電阻都已經是國家的標準產品。常用的接線盒形式有防濺式、防水式和防爆式。常見安裝固定裝置有螺紋安裝、法蘭安裝、焊接安裝和無固定安裝。一般情況可選用螺紋連接方式，對下列場合應選用法蘭連接方式：在設備、襯里管道和有色金屬管道上安裝；結晶、結疤、堵塞和強腐蝕性介質；易燃、易爆和劇毒介質。綜上，選用銅熱電阻已經能滿足各方面的要求，因此選用市泛泰自動化設備生產的WZ

38、C-220型熱電阻。3.4 流量儀表的選型一流量單位體積流量用m/h、L/h；質量流量用kg/h、t/h；標準狀態(tài)下氣體體積流量用Nm/h（0，0.1013MPa）。二流量儀表的選型壓榨提汁工段只需要對滲透水的流量進行測控，其測量圍為0400 m/h。三、流量計的種類和工作原理：流量計分為差壓式流量計和電磁流量計。1、差壓式流量計是根據安裝于管道中流量檢測件產生的差壓，已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸以測量流量的儀表。差壓式流量計按其檢測件的作用原理可分為：節(jié)流式、動壓頭式、水力阻力式、離心式、動壓增益式與射流式等幾大類，其中以節(jié)流式和動壓頭式應用最為廣泛。2、電磁流量計的測量原理是基于

39、法拉第電磁感應定律來測量管導電性介質體積流量的感應式儀表。電磁流量計由傳感器、轉換器和流量顯示儀三部分組成。它在管道的兩側加一個磁場，被測介質流過管道就切割磁力線，在兩個檢測電極上產生感應電勢。轉化器將傳感器輸出的電壓信號轉化成與被測介質體積流量成正比的標準信號，以便與流量顯示儀組合，實現(xiàn)流量顯示、記錄、積算和調節(jié)。四、儀表選擇 在此選擇儀表廠生產的E-magC系列電磁流量計。與轉換器配套使用用于測量控制滲透水的流量。3.5 液位儀表的選型一物位測量儀表分類和特性（一）分類按測量方法分類，分為直接式、差壓式、浮力式、電氣式、超聲波式、雷達、放射性液位測量儀表。（二）特性簡述：1.直接式用于就地

40、測量，現(xiàn)場顯示。因液位計與被測介質直接接觸，其材質需適應介質要求，并能承受操作狀態(tài)的壓力和溫度。2.差壓式液位計以壓力和差壓變送器來測量液位。在石化生產過程量應用差壓變送器測量液位，對腐蝕、粘稠介質可采用法蘭式與帶毛細管的差壓變送器。3.浮力式儀表：浮筒式測量圍有限，一般為30020000mm，適用于介質純凈的場合；浮標式測量圍較大，也適用于易燃、有毒的介質。4.電氣式液位計結構簡單，價格便宜。適用于有腐蝕、有毒、導電或非導電解質的液位測量，對粘稠、易結垢的介質，尚可選擇帶保護極的測量電極。5.超聲波式液位測量儀表不能用于真空設備。6.雷達液位計適用于惡劣的操作條件。7.放射性液位計必須專人管

41、理。在本設計中需要測量液位的只有滲透水的液位?？紤]介質、維護與經濟方面的問題，可以選用差壓式、電氣式，則選用電氣式的電容式液位計。（二）電容式液位計工作原理：在電容器的極板之間充以不同介質時，其電容量的大小是不同的，因此，可用測量電容量的變化來檢測液位或兩種不同截止的液位分界面。對于非導電介質，液位測量的電容式液位計原理：在被測介質中放入兩個同軸圓筒狀極板電極和外電極，組成圓筒型電容器。外電極上有孔，使被測液體能流進電極之間。電容量與液面高度呈線性關系，因此，可通過測量該電容值的變化便可知液位的高低。如果被測介質為導電液體（如紙漿），可采用金屬棒作為電極，其表面覆蓋一層絕緣套管作為中間介質，被

42、測的導電液體與金屬容器壁一起作為外電極，從而構成圓筒型電容器，其原理同上。（三）、儀表選型選用威格爾儀器儀表的VK-DL型電容式液位計，VK-DL型物位計是種新型的電容式連續(xù)測量物位儀表，采用采射頻技術和微機技術。其輸出信號是標準的4-20mA.第四章 DCS配置4.1 DCS概述（一）、DCS系統(tǒng)的產生背景：上世紀30年代40年代，工業(yè)自動化裝置采用的是分散性控制系統(tǒng)。也就是所有設備都是獨立運行，不聯(lián)網控制。操作員根據生產需求進行計算后，將獨立設備的特性調節(jié)到適合的程度，然后就開始工作。之后采用了氣動、電動模擬儀表組成過程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了一定程度上的集中監(jiān)視、操作和分散控制。較好的適應了工業(yè)

43、生產的需求?？墒牵S著生產規(guī)模和復雜程度的不斷提高，原有的控制系統(tǒng)顯得滯后、笨重、繁冗、因為一臺儀表只有一種控制規(guī)律，要實現(xiàn)某些復雜的控制就很困難。另外，控制儀表數量越來越多，用原來落后的儀表盤控制的話，控制盤越來越長，看得人眼睛都會花掉。最致命的就是老系統(tǒng)之間不便于實現(xiàn)通信，很難分級控制和綜合管理。再一個就是它的系統(tǒng)變更比較麻煩，只有通過更換儀表和變更儀表連線才能實現(xiàn)。 第三次科技革命開始后，隨著計算機技術的發(fā)展，人們開始嘗試將計算機用于過程控制。試圖利用計算機所具有的功能特點，來克服常規(guī)模擬儀表的局限性。但當時采用的辦法是用一臺計算機控制幾十甚至上百個回路，這樣做的危險性很高，如果計算機出

44、現(xiàn)故障，會導致很嚴重的后果，這就是所謂的“危險集中”。若采用雙機雙工系統(tǒng)，雖可以提高系統(tǒng)的可靠性，但成本太高，如果工廠的生產規(guī)模不大，則經濟性很差，用戶難以接受7。 直到上世紀70年代開始，隨著計算機技術的日漸成熟，大規(guī)模集成電路與微處理器的誕生后，人們開始思考是否能將“危險分散”。就是原來靠一臺大計算機完成的“艱巨”任務，能否用幾十臺微處理來完成？這樣的話，即使某一處理器壞了，也不至于會“牽一發(fā)而動全身”，從而使危險系數大大降低。答案是肯定的。至此DCS就誕生了。 （二）、DCS的原理與組成DCS系統(tǒng)是以微處理器為基礎的對生產過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將

45、若干臺微機分散應用于過程控制，全部信息通過通信網絡由上位管理計算機監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計算機集中控制的優(yōu)點，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機聯(lián)系差以與單臺微型計算機控制系統(tǒng)危險性高度集中的缺點，既實現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現(xiàn)了在功能、負荷和危險性三方面的分散。DCS系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產過程控制中起著重要的作用。集散控制系統(tǒng)一般有以下四部分組成：現(xiàn)場控制級、過程控制級、過程管理級、經營管理級。一：現(xiàn)場控制級，又稱數據采集裝置，主要是將過程非控變量進行數據采集和預處理，而且對實時數據進一步加工處理，供CRT操作站顯示和打印，從而實現(xiàn)開環(huán)監(jiān)視，并將采集到的數

46、據傳輸到監(jiān)控計算機。輸出裝置在有上位機的情況下，能以開關量或者模擬量信號的方式，向終端元件輸出計算機控制命令。二：過程控制級，又稱現(xiàn)場控制單元或基本控制器，是DCS系統(tǒng)中的核心部分。生產工藝的調節(jié)都是靠它來實現(xiàn)。比如閥門的開閉調節(jié)、順序控制、連續(xù)控制等等。實現(xiàn)如下的功能：u采集過程數據，進行數據轉換和處理；數據的監(jiān)視和存儲；實施連續(xù)、批量或順序控制的運算和輸出控制作用；數據和設備的自診斷；數據通信。三：過程管理級，是DCS的人機接口裝置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者鍵盤、打印機、大容量存儲器等。操作員通過操作站選擇各種操作和監(jiān)視生產情況、這個級別是操作人員跟DCS交換信息的平臺

47、。是DCS的核心顯示、操作跟管理裝置。操作人員通過操作站來監(jiān)視和控制生產過程，可以通過屏幕了解到生產運行情況，了解每個過程變量的數字跟狀態(tài)。實現(xiàn)如下功能：u數據顯示與記錄；過程操作（含組態(tài)操作、維護操作）；數據存儲和壓縮歸檔；報警、事件的診斷和處理；系統(tǒng)組態(tài)、維護和優(yōu)化處理；數據通信；報表打印和畫面硬拷貝。四：經營管理級，又稱上位機，功能強、速度快、容量大。通過專門的通信接口與高速數據通路相連，綜合監(jiān)視系統(tǒng)各單元，管理全系統(tǒng)的所有信息。這種結構只有在大規(guī)模的集散控制系統(tǒng)才具有。具備如下功能：u優(yōu)化控制；協(xié)調和調度各車間生產計劃和各部門的聯(lián)系；主要數據的顯示、存儲和打?。粩祿ㄐ?。（三）、DCS

48、的結構與特點DCS的硬件系統(tǒng)主要由集中操作管理裝置、分散過程控制裝置和通信接口設備等組成。通過通信網絡將這些硬件設備連接起來，共同實現(xiàn)數據采集、分散控制和集中監(jiān)視、操作與管理等功能。（1）現(xiàn)場控制站現(xiàn)場控制站中的主要設備是現(xiàn)場控制單元?，F(xiàn)場控制單元式DCS直接與生產過程進行信息交互的IO處理系統(tǒng)，它的主要任務是進行數據采集與處理，對被控對象實施閉環(huán)反饋控制、順序控制和批量控制。用戶可以根據不同的應用需求，選擇配置不同的現(xiàn)場控制單元構成現(xiàn)場控制站。它可以是以面向連續(xù)生產的過程控制為主，輔以順序邏輯控制，構成的一個可以實現(xiàn)多種復雜控制方案的現(xiàn)場控制站；也可以是以順序控制、連鎖控制功能為主的現(xiàn)場控制

49、站；還可以是一個對大批量過程信號進行總體信息采集的現(xiàn)場控制站。 現(xiàn)場控制站是一個可以獨立運行的計算機檢測控制系統(tǒng)。由于它是專為過程檢測、控制而設計的通用型設備，所以其機柜、電源、輸入輸出通道和控制計算機等，與一般的計算機系統(tǒng)有所不同。（2）操作站運行在PC硬件平臺、NT操作系統(tǒng)下的通用操作站的出現(xiàn)，給DCS用戶帶來了許多方便。由于通用操作站的適用面廣，相對生產量大，成本下降，因而可以節(jié)省用戶的經費，維護費用也比較少。 為了實現(xiàn)監(jiān)視和管理等功能，操作站必須配置以下設備：1、操作臺，也就是高檔電腦桌；2、微處理機系統(tǒng)，就是高檔電腦；3、外部存儲設備，簡單說就是大容量硬盤；4、圖形顯示設備，就是電腦

50、顯示器；5、操作鍵盤跟鼠標；6打印輸出設備。DCS控制系統(tǒng)與常規(guī)模擬儀表與集中型計算機控制系統(tǒng)相比，具有很顯著的特點。 1、系統(tǒng)構成靈活。從總體上看，DCS就是由各個工作站通過網絡通信系統(tǒng)組網而成的。你可以把他現(xiàn)象成“因特網”。根據生產需求，你可以隨時加入或者撤去工作站。系統(tǒng)組態(tài)很靈活。 2、操作管理便捷。DCS的人機反饋都是通過CRT跟鍵盤、鼠標等實現(xiàn)的。你可以想象成在因特網沖浪一樣，你可以監(jiān)視生產裝置乃至整個工廠的運行情況。 3、控制功能豐富。原先用模擬控制回路實現(xiàn)的復雜運算，通過高精度的微處理器來實現(xiàn)。難道還有什么算法CPU實現(xiàn)不了的嗎？！ 4、信息資源共享。你可以把工作站想象成因特網上

51、的各個，只要你在DCS系統(tǒng)中，并且權限夠大，你就能了解到你要的任何參數。 5、安裝、調試方便。相比原先的模擬控制系統(tǒng)，那么多的飛線頭，一大堆類似頭發(fā)絲的電線。DCS系統(tǒng)算是很方便了。 6、安全可靠性高。4.2 MACS-Smartpro系統(tǒng)概述MACS-Smartpro智能過程系統(tǒng)是和利時公司的分布式控制系統(tǒng)，是在總結多年用戶需求和多行業(yè)的應用特點、積累三代DCS（HS-DCS-1000，HS2000，MACS）系統(tǒng)開發(fā)應用的基礎上，全面繼承以往系統(tǒng)的高可靠性和方便性，綜合自身核心技術與國際先進技術，2002年初推出的第四代DCS系統(tǒng)。(1) 充分體現(xiàn)信息管理功能和集成化 Smartpro系統(tǒng)

52、采用三層網絡結構（在地鐵應用中采用四層網絡：包括一個連接車站的城域網）。其中，高層網絡以服務器為中心，可以支持各種管理功能，并且，和利時自己也開發(fā)了一些適合中小型企業(yè)的管理軟件平臺。HS2000ERP、進銷存平臺、RealMIS平臺、Web服務能源管理（應用于冶金企業(yè)）等。其中RealMIS已取得廣泛應用。此外，該系統(tǒng)支持開放數據接口標準，支持OPC、ODBC、DDE、COM/DCOM、OLE、TCP/IP等協(xié)議，可以非常方便地聯(lián)接第三方的管理軟件。 集成化體現(xiàn)在和利時公司與德國公司聯(lián)合開發(fā)完全符合IEC61131-3全部功能的控制組態(tài)軟件。公司的HMI既可以采用和利時自主知識產權的FOCS軟

53、件平臺，也可以采用通用的如CITECT等軟件平臺。系統(tǒng)的硬件更是集成化的，除了I/O單元由和利時自己開發(fā)制造外，其他PLC、RTU、FCS接口、無線通信，變電站數據采取與保護、車站微機聯(lián)鎖等，以與各種智能裝置均采用集成方式。在一套地鐵監(jiān)控系統(tǒng)中，集成的各種智能設備多達幾十種。 (2) Smartpro系統(tǒng)是一套標準的混合控制系統(tǒng) 一方面Smartpro控制站本身就可以作為PLC使用，具有豐富、快速的邏輯處理和計數功能。特別是通過梯形圖和順控圖編程可以實現(xiàn)任何邏輯運算。同時，公司還與德國VIPA公司聯(lián)合開發(fā)了專門的PLC系統(tǒng)。和利時完成的應用也由原來的純連續(xù)過程，而轉入混和控制。例如，原來做電站

54、控制主要集中在鍋爐控制，而現(xiàn)在提供全部控制：MCS（鍋爐控制為主），F(xiàn)SSS（鍋膛安全監(jiān)測系統(tǒng)），輔機控制（邏輯為主），化學水程控（邏輯），汽輪機控制，SIS（綜合管理信息系統(tǒng)），順序控制（邏輯控制）。Smartpro還廣泛應用于水泥（邏輯控制為主），制藥（混合控制）等。 (3) Smartpro系統(tǒng)現(xiàn)場控制單元采用分散化的智能小模塊，可以實現(xiàn)完全分散。模塊之間采用Profibus-DP現(xiàn)場總線聯(lián)接。此外，Smartpro在現(xiàn)場級還可以支持架裝的I/O組件，現(xiàn)場總線系統(tǒng)，各種規(guī)格（大、小、中、微）型的PLC。而且，Smartpro的智能I/O單元本身全部隔離，而且可以做到路路隔離。 (4) 盡

55、管國外系統(tǒng)紛紛降低系統(tǒng)成本和價格，但Smartpro仍然具有一定的成本優(yōu)勢。而且，和利時公司將不斷通過技術創(chuàng)新，不斷采用新的芯片技術，信號處理技術，嵌入式系統(tǒng)技術，不斷降低成本，從而為用戶減少投資。 (5) Smartpro雖然是一個通用系統(tǒng)平臺，但是，針對不同的行業(yè)，開發(fā)了幾個專業(yè)應用平臺。例如核電控制系統(tǒng)，火力發(fā)電控制系統(tǒng)，化工過程控制系統(tǒng)，水泥生產控制系統(tǒng)，造紙集成控制系統(tǒng)等。（6）采用了工業(yè)以太網核心技術，開發(fā)了具有自主知識產權的技術，確保了通信的實時性、增強了確定性、提高了網絡的安全性；4.3 MACS-Smartpro系統(tǒng)結構MACS-Smartpro系統(tǒng)由三個部分組成：系統(tǒng)的硬件

56、結構、系統(tǒng)的網絡結構、系統(tǒng)的軟件結構。以下分別介紹三個結構。4.3.1、系統(tǒng)的硬件結構（1）系統(tǒng)硬件主要有：工程師站：由高性能PC和組態(tài)工具軟件組成，用來完成系統(tǒng)的應用組態(tài)，同時將生成好的目標運行參數下裝到現(xiàn)場控制站和操作員站中，并以此為基礎實現(xiàn)預設的功能。操作員站：由高性能PC與專用工業(yè)鍵盤、軌跡球或觸摸屏等設備和人機對話、畫面顯示等軟件組成，用來調試和操控生產過程，并完成控制調節(jié)，同時在線檢測系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)網絡和現(xiàn)場控制站主控制器與各I/O模塊的運行情況?，F(xiàn)場控制站：由主控制器、I/O模塊、電源模塊、端子模塊和控制機柜等組成。完成信號的采集、轉換、各種控制和聯(lián)鎖算法、現(xiàn)場信號輸出等功能，同時對站運行狀態(tài)進行自診斷。系統(tǒng)服務器(選配)：使用高性能服務器，完成實時數據庫與歷史數據庫的管理和存取、數據處理和通訊等功能的計算機，系統(tǒng)服務