廢潤滑油再生處理系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W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謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子

2、版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)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(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交

3、論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日1 緒 論1.1 本論文的背景和意義1.1.1潤滑油對于經(jīng)濟發(fā)展的重要性潤滑油是用在各種類型機械上以減少摩擦，保護機械及加工件的液體潤滑劑，主要起潤滑、冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等作用。潤滑油的充足供應(yīng)和質(zhì)量直接影響著國家工業(yè)，農(nóng)業(yè)，國防等的發(fā)展建設(shè)。燃油保障國家的能源供應(yīng)，為經(jīng)濟建設(shè)提供動力，而潤滑油則使其得到高效的利用。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展

4、，潤滑油市場需求也在不斷增長，如下圖1.1所示從04年到09年我國潤滑油容量每年都在以10%左右的速度增長。目前我國已成為僅次于美國的世界第二潤滑油消費國，僅2009年全年市場容量就達到780.84萬噸1。隨著十二五規(guī)劃的展開，大量的經(jīng)濟建設(shè)勢必將使?jié)櫥托枨罅考ぴ?。潤滑油是一類石油產(chǎn)品，不揮發(fā)的油狀潤滑劑。潤滑油按其來源分動、植物油，石油潤滑油和合成潤滑油三大類。其中石油潤滑油的用量占全部潤滑油的97以上，因此通常潤滑油均指石油潤滑油。圖1-1 2004-2009年中國潤滑油容量變化圖 單位：萬噸資料來源：國家統(tǒng)計局 我國的石油開采量與需求量之間存在很大的差距，每年需從海外進口大量原油。據(jù)商

5、務(wù)部市場運行調(diào)節(jié)司預(yù)測,估計今年原油進口總量可能達到近2.2億噸,對外依存度有可能從2009年的40%提高到50%左右.石油資源變的越來越寶貴，所以對于石油提煉而來的潤滑油的回收和再利用就成為經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。1.1.2廢油回收再生的必要性石油是不可再生的化石資源，一旦消耗就再也不會出現(xiàn)。當(dāng)代人類文明的發(fā)展模式都是建立在以化石燃料利用為核心的工業(yè)化基礎(chǔ)上的，隨著世界石油消費持續(xù)增長，消費的增長速度快于產(chǎn)量的增長速度，所以對于潤滑油的回收再利用就成為可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。傳統(tǒng)潤滑油的處理多為簡單的丟棄或者作為燃料焚燒，這樣不但對環(huán)境產(chǎn)生危害也是資源的一種浪費。研究表明, 廢油中含有大量對人體

6、有害的物質(zhì), 如有致癌性的多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯以及各種重金屬超微粒子等, 它不管是燃燒、焚燒, 還是土埋、排人下水道或注入江、河、湖、海, 都會對空氣、土壤和水源產(chǎn)生污染, 危害環(huán)境和人們的健康。廢油燃燒會產(chǎn)生大量的二氧化碳、二噁英、硫磷有機化合物等有害物質(zhì), 對環(huán)境極不友好, 有可能通過各種渠道危害人類2。另據(jù)估計, 一桶( 200l)廢潤滑油流入湖海, 能污染約3. 5km2 的水面, 被污染域的水生動植物生態(tài)平衡很快遭到破壞。隨著石油資源的逐漸減少和人們對環(huán)保要求的日益提高, 廢油的回收再生利用應(yīng)該受到高度重視。其實, 潤滑油在使用過程中, 真正變質(zhì)的油液比例并不大, 只不過是1%10%,

7、 而其余大部分烴類組成仍是潤滑油的主要粘度載體和有效成分, 只要通過適當(dāng)?shù)奈锢砗突瘜W(xué)的方法, 就能將廢油中的污染物和變質(zhì)成分去除, 提煉出質(zhì)量達標(biāo)的基礎(chǔ)油, 做到變廢為寶。廢潤滑油的再生率一般可達50%以上,1000kg原油只能提煉300kg基礎(chǔ)油,而1000kg廢潤滑油可再生700900kg基礎(chǔ)油。在我國, 廢油有效的資源化再生處理和循環(huán)使用有著巨大的潛力, 不僅能緩解能源短缺的壓力, 實現(xiàn)有限資源利用的最大化；還能使環(huán)境污染最小化, 使?jié)櫥托袠I(yè)符合清潔生產(chǎn)，科學(xué)發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展和諧發(fā)展的要求切實履行哥本哈根中國進一步加大節(jié)能減排的承諾。1.1.3廢油再生工藝以上這些因素促使廢潤滑油的再生

8、工藝得到了極大改進，目前許多國家都大力支持廢潤滑油的再生，相關(guān)的技術(shù)和新工藝原來越多。近年來, 世界各國對潤滑油再生的研究, 已經(jīng)取得了很大的進展, 正在朝著大型化、高收率、無污染方向發(fā)展, 具有代表性的工藝技術(shù)有:(1) 常壓減壓蒸餾 多種溶劑精制( 美國能源部、德爾塔、布爾卓等公司的berc工藝)；(2) 常減壓蒸餾 溶劑處理 加氫精制( 美國、意大利sp工藝) ；(3) 閃蒸 熱處理 超細過濾 加氫 減壓蒸餾( 法國reg 工藝)；(4) 化學(xué)藥劑脫金屬 熱處理 白土床過濾 加氫精制( 美國菲力普公司prop藝)；(5) 薄膜蒸發(fā)器高真空蒸餾 加氫精制( 美國、荷蘭kt i工藝) 3；(

9、6) 真空閃蒸 金屬鈉聚合 薄膜蒸發(fā)器高真空蒸餾( 瑞士recyc lon工藝) ；1.1.4國內(nèi)、外廢油回收再生現(xiàn)狀我國廢油回收再生利用始于四十年代, 經(jīng)過幾十年的發(fā)展,廢油再生業(yè)在規(guī)模上有了很大的變化, 但再生工藝落后、產(chǎn)品質(zhì)量差、二次污染嚴(yán)重的狀況始終沒有得到改善, 導(dǎo)致經(jīng)濟效益不高, 廢油回收率、再生裝置開工率低, 整個再生行業(yè)面臨困境。廢油再生業(yè)不景氣的重要原因是我國廢油再生廠家過多過亂,除了國家定點的廠外, 眾多企業(yè)部門、地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)都有, 但更多的是個人開辦的廢油再生廠, 據(jù)了解, 很多再生廠并不具備煉制廢油的設(shè)備和技術(shù), 缺乏甚至沒有三廢處理的設(shè)施和措施,火災(zāi)隱患大, 再生油品質(zhì)量

10、無法保證, 而且能源浪費嚴(yán)重, 二次污染擴大。由于廢油資源有限, 各廠家互相爭購, 使廢油價格不斷上升, 外加運費、加工費等, 廢油再生成本大幅度增加。最終必然導(dǎo)致再生產(chǎn)品后銷困難、經(jīng)濟效益低下, 廢油回收率、工廠開工率下降也是很自然的了。另外, 我國廢油再生業(yè)缺乏行之有效的整體管理體制。雖然國家有關(guān)部委先后出臺了一系列的指導(dǎo)性文件, 如潤滑油回收、加工、利用辦法 、潤滑油 交舊換新 、廢潤滑油回收再生法的指令 等等, 然而現(xiàn)狀表明, 上述規(guī)定和辦法沒有得到有效的貫徹和執(zhí)行, 再生行業(yè)出現(xiàn)的困難并沒有引起足夠的重視, 尤其是對廢油回收由 交舊換新 到有償收購的轉(zhuǎn)換未能在政策做出及時的凋整, 定

11、點再生廠也未能很好地適應(yīng)這一變化。自1993年潤滑油市場放開以后, 廢油回收渠道出現(xiàn)多樣化, 對廢油資源的爭購更加激烈, 加之潤滑油產(chǎn)品升級換代加快,添加劑的種類和含量都大大增加, 使廢油再生難度加大, 定點廠家因得不到技術(shù)支持和政策保護而難以為繼, 同時設(shè)備簡陋、回收率低、污染嚴(yán)重的土法廢油再生廠大量涌現(xiàn), 使得廢油再生市場更加混亂。國外廢油再生業(yè)的發(fā)展過程中的一些重要做法和經(jīng)驗值得我們借鑒。三十年代, 西方許多國家都有了工業(yè)廢油再生裝置,并通過立法明確規(guī)定必須對廢潤滑油進行回收再生, 同時制定政策予以鼓勵。如西德一直很重視廢油再生, 1968年通過了廢油法對交通用潤滑油加征附加稅, 稅款用

12、于對廢油回收和再生的補貼,到1982年其回收率已達40%；法國1975年制定法律對潤滑油增收40法郎/噸的費用建立基金作為廢油回收的補償；德國對交通用潤滑油的消費加征7. 5 馬克/噸的附加稅, 用于補貼廢油回收公司；美國專門制定了廢油循環(huán)法，1979年美環(huán)保局提出法案,規(guī)定廢油是有害毒物，意大利1982年頒布了收集廢油和再生的法令, 規(guī)定收集廢油是每個加油站的義務(wù)；前蘇聯(lián)也于1975年頒布了廢油的標(biāo)準(zhǔn), 并采取行政手段促進廢油回收利用在各國利好政策的支持下,廢油再生業(yè)蒸蒸日上,實現(xiàn)了經(jīng)濟效益和環(huán)境保護的雙贏。據(jù)了解,美國加州廢潤滑油再加工量占潤滑油總加工量的43%，英國和加拿大西部達到了47

13、%4。1.1.5我國廢油回收再生的發(fā)展思路 資料來源：國家統(tǒng)計局 圖1-2 2005-2009年中國潤滑油進口量變化圖從圖中我們可以看出每年我國需從海外進口大量的潤滑油，這在很大程度上制約了我國經(jīng)濟的發(fā)展，因此加緊開展我國的廢潤滑油回收再利用已經(jīng)迫在眉睫了。廢油再生是一項利國利民的事業(yè), 無論從節(jié)約石油資源的角度, 還是從環(huán)境保護的角度, 都應(yīng)當(dāng)?shù)玫街匾暫桶l(fā)展。我國廢油再生行業(yè)面臨的困境主要表現(xiàn)在廢油回收率低、生產(chǎn)工藝落后、污染嚴(yán)重、市場混亂。目前, 擺脫這一困境的關(guān)鍵并不是克服技術(shù)難題, 而在于營造一種能夠促使其進入良性發(fā)展的經(jīng)濟環(huán)境氛圍, 政策成為我們考慮廢潤滑油再生行業(yè)發(fā)展思路的出發(fā)點。

14、首先廢潤滑油更應(yīng)該納入政府的嚴(yán)格管理之下, 建立并完善相關(guān)的法律法規(guī)體系, 從政策上給予扶持, 在資金、稅收、市場和技術(shù)服務(wù)等方面制定優(yōu)惠政策, 鼓勵并推動該產(chǎn)業(yè)迅速興起。保護環(huán)境和節(jié)約資源是發(fā)展廢油再生的宗旨, 因此, 不應(yīng)按一般工業(yè)項目來簡單地評價廢油再生項目的經(jīng)濟效益, 可以考慮開征新潤滑油消費稅, 用于補貼廢油再生。及時完善廢油回收利用體系和管理制度, 實行對廢油的統(tǒng)一收購和配置, 實行收購許可證制度, 規(guī)范廢油收購市場的行為, 建立區(qū)域性的廢油收購網(wǎng), 促進收購、再生的專業(yè)化分工,提高回收率。 其次,調(diào)整行業(yè)結(jié)構(gòu),實施廢油再生資源的產(chǎn)業(yè)化和企業(yè)的規(guī)?；U油再生處理的一次性投入成本較

15、高,而資金回收周期較長,導(dǎo)致廢油再生產(chǎn)業(yè)長期以來都是以較低水平的生產(chǎn)方式和小規(guī)模生產(chǎn)為主,只有通過實施廢油再生產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn),才能真正做到最大限度地利用寶貴的資源和能源、克服小而分散的弊病, 增強再生企業(yè)競爭能力的同時有利于引進先進工藝。當(dāng)然, 短期內(nèi)不可能很快淘汰老工藝,再生廠應(yīng)努力在保證產(chǎn)品質(zhì)量上下功夫,可探討將再生廠與多個大型集中用戶進行嫁接, 既可以降低生產(chǎn)成本,又有穩(wěn)定的廢油來源。使廢潤滑油的回收、再生逐步走向?qū)I(yè)化、規(guī)?；ｋS著十二五規(guī)劃的展開對于潤滑油的需求量將會大量增加，同時要履行我國在控制碳排量方面的承諾。因此對于相關(guān)資源尤其是作為戰(zhàn)略資源的原油以及其衍生品潤滑油的合理利

16、用與回收就成為經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護都需要考慮的問題。相信隨著我國綜合國力的提升以及相關(guān)技術(shù)的成熟，在廢潤滑油再生處理領(lǐng)域?qū)Q生更多先進的技術(shù)工藝。 1.2 本論文的主要內(nèi)容本論文的主要內(nèi)容是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的廢油再生處理控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，通過西門子s7-300型plc結(jié)合profibus、 modbus 、simatic wincc、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信等。完成對系統(tǒng)的程序設(shè)計和組態(tài)監(jiān)控以及plc與組態(tài)畫面之間的通信。該系統(tǒng)作為典型的過程控制系統(tǒng)存在大量的開關(guān)量輸出閥和溫度液位檢測傳感器，這些執(zhí)行機構(gòu)和傳感變送器大都采用modbus 通信協(xié)議。在目前的工業(yè)控制領(lǐng)域,modbus 通信協(xié)議作為一種開放高效的

17、通信協(xié)議為眾多現(xiàn)場智能測量檢測設(shè)備廣泛應(yīng)用,因此,如何將這些modbus通信接口的智能設(shè)備簡單有效地接入plc已經(jīng)成為各大plc 廠家必須考慮的問題。要使plc與之通信必須要涉及到異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)方面的知識。在這里我們采用cp341串行通信模塊，它是西門子s7-300/400專門用于進行點對點串行通信的模塊。西門子公司的s7-300系列中型plc以其卓越的性價比在工控領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,其提供的cp341 通信處理模塊具備1個rs422/ 485 接口,可實現(xiàn)與各種串口設(shè)備之間的智能通信。廢潤滑油處理國內(nèi)外相關(guān)大規(guī)模的處理技術(shù)已很成熟，但是由于潤滑油的回收較為分散，回收范圍較小只局限與某一座城市周邊。因此

18、對于小批量低成本的處理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是未來的主流。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理簡單，運行成本低可以適應(yīng)較為分散的潤滑油回收處理非常適合目前國內(nèi)潤滑油使用情況的現(xiàn)狀。2 廢潤滑油再生工藝21 廢潤滑油處理工藝原理2.1.1 工藝介紹及工藝流程圖 廢潤滑油處理工藝如圖2.1所示圖2-1回收來的廢潤滑油中的雜質(zhì)首先經(jīng)由前置過濾器濾除金屬顆粒、灰塵等大顆粒雜質(zhì)(粒徑為02 mm 以上的雜質(zhì))，再進入真空分離器中進行霧狀閃蒸脫水和破乳化作用，除去水分和氣體，再在精濾器中除去粒徑為005 1tlrn以上的雜質(zhì)，最后由油泵將再生油打出送入儲油罐等待進行減壓蒸餾。廢礦物潤滑油進入集油箱初步去除大雜質(zhì)后，進入儲油罐初步分離水份，水

19、分定期排入污水處理系統(tǒng)。然后泵入蒸餾釜加入相轉(zhuǎn)移催化劑進行減壓蒸餾。在減壓蒸餾的過程中，根據(jù)廢礦物潤滑油中油料的不同餾程溫度區(qū)分出基礎(chǔ)潤滑油和燃料油，然后進入精制罐并加入脫色吸附劑去除雜質(zhì)，的到成品油存入油管。下圖2.2為工藝結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看到該廢油再生系統(tǒng)主要有五大部分組成：分別是預(yù)處理廢油儲罐，換熱器，鍋爐，分餾塔和成品油儲存系統(tǒng)組成。換熱器對待處理的廢潤滑油進行預(yù)熱同時對分餾出的油進行冷卻。鍋爐利用天然氣對廢 潤滑油進行加熱使其達到所需的汽化溫度。分餾塔則最終分離提純不同組份并由導(dǎo)油管送至儲罐。儲存罐作為暫存容器使生產(chǎn)得以連續(xù)進行并最終通過出油閥送至油罐。圖2-2 廢潤滑油再生處理系

20、統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本工藝的產(chǎn)品回收率在80以上，產(chǎn)成品中基礎(chǔ)潤滑油占65，輕質(zhì)燃料油約占10，重質(zhì)燃料油約占10。在工藝流程中采用先進的減壓蒸餾+相轉(zhuǎn)移催化劑的方式使蒸餾后中間產(chǎn)品的品質(zhì)得到極大提高，精制成本大大降低但是本方法對廢潤滑油的處理只適用于小批量間歇式生產(chǎn)。對于廢潤滑油量大，需要連續(xù)處時并不適用。對于連續(xù)大批量的生產(chǎn)，蒸餾工序可采用管式爐加熱、減壓閃蒸或減壓分子蒸餾，后期精制可采用溶劑精制或加氫精制等方法。由于廢礦物潤滑油的產(chǎn)生具有分布廣泛的特性，且回收方式是有償收購，這使得處理企業(yè)具有收集半徑有限(100 km左右)、處理規(guī)模小、技術(shù)落后、環(huán)境污染嚴(yán)重的特點。大多數(shù)廢礦物潤滑油處理方式采用的

21、是“常壓蒸餾+酸堿中和法”即硫酸白土法進行處理。該方法主要存在的問題是對環(huán)境二次污染嚴(yán)重，處理工藝落后，并且獲得產(chǎn)品單一(非標(biāo)柴油或稱為寬餾份柴油)，回收率低，此法屬于國家明令禁止的落后方法。為此，我們根據(jù)國內(nèi)產(chǎn)生的廢礦物潤滑油的特性，參考國內(nèi)外各種廢礦物潤滑油綜合利用工藝，并結(jié)合成熟的工藝設(shè)備，研制開發(fā)了“減壓化學(xué)蒸餾一化學(xué)反應(yīng)吸附精制法”對廢礦物潤滑油進行成分分離，從而可獲得輕質(zhì)燃料油、基礎(chǔ)油和重質(zhì)燃料油，達到綜合利用廢礦物潤滑油目的。本方法已建成中試廠，進行了工業(yè)化生產(chǎn)。該工藝中采用的精餾塔分餾的過程是一個傳質(zhì)過程，在石油化工裝置中廣為采用，是該生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，它與吸收和萃取有類似

22、的作用，多用于產(chǎn)品或半成品的分離，其目的是把混合組份分離開來，使之達到規(guī)定的純度。對于精餾塔的合理控制是產(chǎn)品質(zhì)量保證的前提。主要原理是利用原料廢油中各組分沸點不同，通過加熱至一定溫度蒸餾后分離出燃燒性能較差的重質(zhì)組分，然后由管式進入再通過催化劑的作用使之達到除膠，改良物化性能的目的而成為能被充分燃燒的合格潤滑油。操作過程潤滑油再生一般要經(jīng)過如下幾個預(yù)處理步驟方能再進行分餾操作。（1）除水：將廢機油收集到集油池除水后，置于煉油鍋內(nèi)，升溫到7080后停止加熱，讓其靜置24小時左右，將表面的明水排盡，然后緩慢升溫到120（當(dāng)油溫接近100時，要慢慢加熱，防止油沸騰溢出），使水分蒸發(fā)掉，約經(jīng)兩小時，油

23、不翻動，油面冒出黑色油氣即可。（2）酸洗：待油冷卻至常溫，在攪拌下緩慢地加入硫酸（濃度為9298左右），酸用量一般為油量的57（系根據(jù)機油臟污程度而定）。加完酸后，繼續(xù)攪拌半小時，然后靜置12小時左右，將酸渣排盡。（3）活性白土吸附：將油升溫到120140，在恒溫和攪拌下加入活性白土（其用量約為油量的35），加完活性白土后，繼續(xù)攪拌半小時，在110120下恒溫靜置一夜，第二天趁熱過濾。（4）過濾：可采用濾油機過濾，過濾后即得合格油。如無濾油機，采用布袋吊濾法也可。以上即為提純機油的一般操作過程，但應(yīng)根據(jù)實際情況而定。如含雜質(zhì)水很少，則第一步可省掉；如經(jīng)過酸堿處理后，油的顏色己正常，則就不必用活

24、性白土脫色吸附。在經(jīng)過以上步驟的處理之后原料就可以進行分餾處理了。廢潤滑油再生處理的組態(tài)圖見附錄1圖2-3 廢油再生工藝結(jié)構(gòu)圖2.1.2 系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)及工藝動作要求（1）廢潤滑油儲罐 圖2-3 預(yù)處理廢潤滑油儲罐 經(jīng)過濾去除水分后的廢潤滑油通過管道泵入該儲罐作為后續(xù)分餾提純的原料，由工藝要求該部分負(fù)責(zé)為換熱器提供壓力一定的廢潤滑油。采用單閉環(huán)調(diào)節(jié)，壓力傳感器和流量傳感器采集到的信號由plc處理后輸出給電磁閥來控制流量。圖2-4 熱交換器結(jié)構(gòu)原理圖 （2）換熱器 圖2.8 熱交換器結(jié)構(gòu)圖換熱器（英語翻譯：heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱

25、器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷凝器等，應(yīng)用更加廣泛。該系統(tǒng)的作用是將換待處理的廢潤滑油進行預(yù)熱同時對分餾出的油進行冷卻。（3）鍋爐系統(tǒng)圖2-5 鍋爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖鍋爐是一種利用燃料燃燒后釋放的熱能或工業(yè)生產(chǎn)中的余熱傳遞給容器內(nèi)的需要加熱的物料，使之達到所需要的溫度。在本系統(tǒng)中潤滑油在預(yù)熱后經(jīng)由鍋爐加熱被從100度左右加熱到420度左右然后送入分餾塔。鍋爐由天然氣提供能源，吸式離心泵通過空氣濾清器吸入空氣在爐膛內(nèi)與天然氣混合并被點燃來加熱廢潤滑油。由于鍋爐的特殊性因此在設(shè)計使用中要特別注意其安全性的考慮。燃氣鍋爐采用的

26、是可燃氣體，沒有任何的污染排放。并且安裝有智能壓力控制，不需要擔(dān)心爆炸或者二氧化碳中毒等危險。因為是使用高新技術(shù)，所以制造出來的燃氣鍋爐占地面積小，操作簡單不需要專人進行操作，按下按鈕就全部自動運行。(4)分餾塔 作為該工藝的核心結(jié)構(gòu)分餾塔，其是利用分餾的原理即針對混合物中各成分的不同沸點進行冷卻分離成相對純凈的單一物質(zhì)過程。過程中沒有新物質(zhì)生成，只是將原來的物質(zhì)分離，屬于物理變化。分餾實際上是多次蒸餾，它更適合于分離提純沸點相差不大的液體有機混合物。如煤焦油的分餾；石油的分餾。當(dāng)物質(zhì)的沸點十分接近時,約相差20度,則無法使用簡單蒸餾法,可改用分餾法。分餾柱的小柱可提供一個大表面積予蒸氣凝結(jié)。

27、混合物先在最低沸點下蒸餾,直到蒸氣溫度上升前將蒸餾液作為一種成分加以收集。蒸氣溫度的上升表示混合物中的次一個較高沸點成分開始蒸餾。然后將這一組分開收集起來。 分餾是分離提純液體有機混合物的沸點相差較小的組分的一種重要方法。石油就是用分餾來分離的。 （圖2-6 分餾塔結(jié)構(gòu)原理圖圖2.10 成品油儲存系統(tǒng)圖2-7 成品油儲存系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（5）成品油儲存系統(tǒng)儲存罐作為暫存容器使生產(chǎn)得以連續(xù)進行并最終通過出油閥送至油罐車。連接到儲罐上的管道主要有進油管，出油管，真空管，壓縮空氣管道和常壓管。每種油品有兩個儲罐一個備用，交替儲存分餾出的餾分。在油罐出油閥口安裝有流量計用以統(tǒng)計產(chǎn)量，罐體底部裝有靜壓式傳感器

28、。每種餾分的油品有兩個儲罐，分別為一號儲罐和二號儲罐，兩罐交替工作保證生產(chǎn)的連續(xù)性。每個罐體內(nèi)都有壓力傳感器和液位傳感器，當(dāng)其中的一個高液位傳感器被觸發(fā)將使控制器產(chǎn)生控制信號使相應(yīng)的閥門動作來排除油料同時啟動另一個備用罐開始儲油。出油口出裝有流量計，用來統(tǒng)計產(chǎn)量。每個罐分別有五個閥：進油閥、出油閥、常壓閥、真空閥、壓縮空氣閥。其中壓縮空氣閥主要用于罐體排油時利用壓縮空氣使油料快速排出；真空閥用于完成排油后將罐體抽真空，以備后續(xù)油料注入。圖2-8 儲油罐就構(gòu)圖 2.2.1控制系統(tǒng)設(shè)備選型及控制方案 （1）檢測變送器的選擇 該系統(tǒng)中需要采集的信號有換熱器入口壓力及流速信號，鍋爐出口溫度，分餾塔對應(yīng)

29、餾分導(dǎo)出管道口的溫度，真空管道壓力信號以及每個儲罐的壓力信號格液位信號。鍋爐出口溫度及分餾塔內(nèi)部溫度不會超過五百攝氏度所以采用半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計即可，可選用鉑電阻，由于其體積小熱慣性小，適用于快速測溫。為了提高檢測精度應(yīng)用三線制接法，并配用溫度變送其。流量的檢測由于是油性物質(zhì)導(dǎo)電性弱可選用差壓式流量計測量流量。采用靜壓式流量計測量管道壓力。（2）執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇 該系統(tǒng)屬于過程控制系統(tǒng)，其中要用到大量的閥門和泵。根據(jù)工藝要求及安全考慮選用電動調(diào)節(jié)閥，因為電動信號便于遠傳，并且便于與控制器配合使用，但在該系統(tǒng)中要做好接地等防靜電火花措施。（3）控制器選擇 該系統(tǒng)存在大量的開關(guān)量輸出及模擬

30、量信號采集，選用plc 尤其是模塊式的西門子s7-300plc較為理想。通過遠程i/o可以采集距離較遠的現(xiàn)場信號并控制遠距離的執(zhí)行器。（4）控制方案的選用在該系統(tǒng)中要控制的鍋爐及分流塔 ，換熱器都是大純滯后的系統(tǒng)，采用單閉環(huán)很難精確的控制。針對這一特點對鍋爐系統(tǒng)采用前饋加反饋控制方式，對廢潤滑油經(jīng)鍋爐加熱后的溫度影響最大的擾動時換熱器管道內(nèi)的流量。3 系統(tǒng)程序設(shè)計及組態(tài)監(jiān)控畫面創(chuàng)建3.1 西門子s7-300plc簡介3.1.1 可編程序控制器(plc)結(jié)構(gòu)及原理 圖3-1 plc結(jié)構(gòu)圖圖3-2 plc的掃描過程圖圖3-3 plc的工作過程圖plc作為當(dāng)今主流的工業(yè)控制設(shè)備，是專用于工業(yè)控制的計

31、算機。它的一般內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運行方式如圖3-1、3-2、3-3所示。它集三電（電控，電儀，電傳）于一體，性價比高已成為自動化系統(tǒng)的核心設(shè)備，使其用量高居首位。通用性強，使用方便功能強，適應(yīng)面廣、可靠性高，抗干擾能力強 控制程序可變具有很好的柔性 編程方法簡單，容易掌握 plc控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修工作少.極為方便。控制程序變化方便.具有很好的柔性。體積小、重量輕、功耗低 、其可靠的工作性能，對環(huán)境的較強適應(yīng)性是控制設(shè)備的首選。在本系統(tǒng)中選擇西門子公司的s7-300型plc，作為一款中低檔plc其模塊式的結(jié)構(gòu)使使用變得非常靈活。 3.1.2 西門子s7-300 plcs7-300在s7系列

32、plc中的定位，該型plc在s7系列中屬于中等和低端性能范圍針對中小型自控應(yīng)用。s7-300 是全集成自動化領(lǐng)域中最有活力的控制系統(tǒng)，生產(chǎn)制造領(lǐng)域最佳的自動化平臺。simatic s7-300自動化平臺-亮點5：(1).亮點 靈活多樣的應(yīng)用：集成hmi、故障安全、戶外型產(chǎn)品 適用于苛刻的環(huán)境條件。(2).亮點 工程設(shè)計：高效率的 組態(tài)和編程，基于世界標(biāo)準(zhǔn)的step 7、可視化操作輕松易用的入門級軟件step7新的編程軟件包含基本的功能。(3).亮點 - i/o：i/o 模板具有全面廣泛的適用性、相同的i/o 模板用于集中式配置分布式配置 (et 200m)。(4).亮點 模塊化可擴展系統(tǒng)：節(jié)省

33、空間，模塊化設(shè)計，沒有槽位規(guī)則，適用于緊湊型的機械控制，無風(fēng)扇運行，沒有可旋轉(zhuǎn)部件，減少維護費用降低安裝成本。(5).亮點 性能：高效的處理速度可極大的縮短設(shè)備的循環(huán)時間0.1 s / 位指令；分級的cpu 性能- 從入門級的cpu 到高性能的 cpu；通過集成的接口進行網(wǎng)絡(luò)通訊mpiprofibus-dp。圖3-4 西門子s7-300plc及相關(guān)組件通過以上的亮點我們可以看到simatic s7-300這款plc卓越的性能，這也使它在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。s7-300 是各領(lǐng)域的最佳解決方案例如：交通運輸、鐵路和公路、運輸車輛交通控制、系統(tǒng)起重機，升降平臺；過程控制供水系統(tǒng)、污水處理和石

34、油化工、玻璃工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、礦山設(shè)備、食品與飲料工業(yè)等。s7-300 模塊，任您選擇 對于各種不同的應(yīng)用提供最優(yōu)化的組合電源模塊 提供不同容量等級的24v直流電源信號模板 開關(guān)量、模擬量，甚至用于防爆區(qū)的i/o模塊點到點通訊處理器 rs232(c), 20ma, rs422/485功能模塊 高速計數(shù)、定位、電子凸輪及閉環(huán)控制模塊網(wǎng)絡(luò)通訊模塊 連接profibus、工業(yè)以太網(wǎng)，甚至internet模塊化的系統(tǒng)，緊湊的設(shè)計圖3-5 西門子s7-300plc基本的硬件組態(tài)結(jié)構(gòu)中央處理單元 (cpu) ：緊湊型cpu 標(biāo)準(zhǔn)型cpu 革新型cpu 戶外型cpu故障安全型cpu 特種型cpu電源單元 (p

35、s)： ps307標(biāo)準(zhǔn)電源模塊 信號模板 (sm)： 用于數(shù)字量輸入輸出及模擬量輸入輸出接口模板 (im)： 雙機架接口模塊im365多機架接口模塊im361 im360 功能模板 (fm)： fm 355 pid模板fm 352-5高速布爾運算處理器等通訊模板 (cp)： 點到點、profibus、工業(yè)以太網(wǎng)通信。特殊模板 (fm)： 計數(shù)、定位、閉環(huán)控制s7-300型plc一般結(jié)構(gòu)如圖3-5，它由電源模塊（ps），cpu模塊，信號接口模塊，數(shù)字量輸入輸出模塊（di/do）和模擬量輸入輸出模塊（ai/ao）,功能模塊fm，通信模塊cp?？筛鶕?jù)系統(tǒng)需要靈活配置模塊，極大地提高了適應(yīng)不同工藝要求

36、的條件。 在本系統(tǒng)中由于是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)需要用到cp341模塊，cp341模塊是西門子s7-300/400系列plc中的串行通訊模塊。cp 341 通訊處理器可以與各種 siemens 模塊和非 siemens 產(chǎn)品點對點連接：該模塊具有1個串行通訊口(rs232c或tty或rs485/422)，rs422/485的通訊最大距離位1200m。支持以下協(xié)議ascii，modbusrtu遠程終端，datahighway(df1協(xié)議)，電氣接口為15針d型孔接頭。可以使用這種通訊模塊實現(xiàn)s7300/400與其它串行通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。例如打印機、掃描儀、儀表、modbus主從站、datahighway站、

37、變頻器。uss站等。3.2程序設(shè)計3.2.1 step7 簡介西門子step7是用于simatic s7-300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形圖邏輯、功能塊圖和語句表進行編程操作。step7軟件包擴硬件配置和參數(shù)設(shè)置、定義系統(tǒng)通信、編程、測試、啟動和維護系統(tǒng)、文件歸檔和操作/診斷等基本功能，并未控制工程提供了各種不同的應(yīng)用工具。通過step7創(chuàng)建項目并且進行硬件組態(tài):設(shè)計流程圖3-6 step7項目創(chuàng)建方式項目創(chuàng)建一般步驟： 1.plc端子接線圖 2.使用向?qū)?chuàng)建step 7項目 3.手動創(chuàng)建step 7項目 4.插入s7-300工作站 5. 硬件組態(tài) 6.編輯符號表

38、87.程序編輯窗口 8.下載和調(diào)試程序step 7編程語言 step 7是s7-300/400系列plc應(yīng)用設(shè)計軟件包，所支持的plc編程語言非常豐富。該軟件的標(biāo)準(zhǔn)版支持stl（語句表）、lad（梯形圖）及fbd（功能塊圖）3種基本編程語言，并且在step 7中可以相互轉(zhuǎn)換。專業(yè)版附加對graph（順序功能圖）、scl（結(jié)構(gòu)化控制語言）、higraph（圖形編程語言）、cfc（連續(xù)功能圖）等編程語言的支持。不同的編程語言可供不同知識背景的人員采用6。3.2.2 創(chuàng)建項目（1）simatic manager 集中管理系統(tǒng)所有的工具軟件和數(shù)據(jù)。（2）符號編輯器 定義符號名稱、數(shù)據(jù)類型和全局變量的注

39、釋。（3）硬件配置 配置系統(tǒng)和對各種模塊進行參數(shù)設(shè)置。(4) 通信 配置連接及定義經(jīng)mpi連接的組件及周期性數(shù)據(jù)傳送；定義用mpi、profibus、或者工業(yè)以太網(wǎng)進行的連接及數(shù)據(jù)傳送。（5）信息功能 快速瀏覽cpu數(shù)據(jù)和控制程序在運行中的故障原因。simatic manager 界面窗口如下圖所示圖3-7 simatic manager 界面窗口3.2.3進行硬件配置硬件組態(tài)窗口圖3-8 硬件組態(tài)窗口根據(jù)工藝需求統(tǒng)計輸入輸出量包括開關(guān)量模擬量，并選擇合適的模塊組態(tài)。建立符號表并為相應(yīng)的變量分配地址。為了簡化系統(tǒng)將原本設(shè)計要求的六種餾分簡化到兩種，這樣儲罐就減少到四個，其它的儲罐動作程序與這兩

40、個類似。一號槽為電源模塊將市電220v轉(zhuǎn)換為plc需要的24v直流電，并驅(qū)動外部負(fù)載。cpu模塊提供數(shù)字量輸入輸出和模擬量輸入輸出模塊。位于機架最右端的是西門子s7-300用于串行通信的cp341模塊，在本系統(tǒng)中主要完成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與現(xiàn)場設(shè)備的通信。圖3-9 變量符號表3.2.5程序結(jié)構(gòu)圖圖3-10 程序結(jié)構(gòu)圖圖3-11 plc程序執(zhí)行過程3.2.6 plc i/o 電氣接線圖圖3-12 plc i/o電氣接線圖將輸入設(shè)備，傳感器連接到plc的輸入端子。將輸出設(shè)備，閥，泵，電機等連接到輸出端子。3.3.編寫程序：在程序中需要用到fb41 pid控制模塊，該模塊是進行模擬量控制的模塊，可以完成

41、恒壓、恒溫等控制功能。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中fc1，fc2中對于管道流量和鍋爐溫度的控制采用fb41模塊完成。fb41相當(dāng)于一個子程序，它是用來實現(xiàn)pid運算的，我們只需要每隔一段時間去調(diào)用這一“子程序”就可以實現(xiàn)pid控制。所以我們在ob35里調(diào)用fb41就可以了，調(diào)用的頻率可以在屬性里面設(shè)置。所有的輸入?yún)?shù)：com_rst: bool: 重新啟動pid：man_on： bool：手動值on；peper_on： bool：過程變量外圍值on； p_sel： bool：比例選擇位； i_sel： bool：積分選擇位；int_hold bool：積分保持，i_itl_on bool：積分初值有效，d_s

42、el ： bool：微分選擇位，cycle ：timepid采樣周期一般設(shè)為200ms；sp_int： real：pid的給定值；man ： real：手動值，由man-on選擇有效；gain ： real：比例增益；ti ：time：積分時間；td ：time：微分時間；deadb_w： real：死區(qū)寬度；lmn_hlm： real：pid上極限，一般是100%；lmn_llm：real：pid下極限；一般為0%，pvfac：real：過程變量比例因子；pv_off： real：過程變量偏置值（offset）；lmn_fac： real：pid輸出值比例因子；lmn_off： real：p

43、id輸出值偏置值（offset）；i_itlval：real：pid的積分初值；有i-itl-on選擇有效；disv ：real：允許的擾動量，前饋控制加入，一般不設(shè)置；b：部分輸出參數(shù)說明：lmn ：real：pid輸出；程序編寫見附錄2 。3.4組態(tài)監(jiān)控畫面創(chuàng)建3.4.1組態(tài)軟件wincc 介紹：1、 組態(tài)的基本概念組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)scada（supervisory control and dataacquisition軟件平臺工具，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個組成部分。它具有豐富的設(shè)置項目，使用方式靈活，功能強大。目前組態(tài)軟件的發(fā)展迅猛，已經(jīng)擴展到企業(yè)信息管理系統(tǒng)，管理和控制一體化，遠

44、程診斷和維護以及在互聯(lián)網(wǎng)上的一系列的數(shù)據(jù)整合。當(dāng)前國內(nèi)流行的組態(tài)軟件主要有組態(tài)王、mcgs、intouch、wincc 等。2、 wincc 系統(tǒng)概述wincc 的特點simatic wincc是第一個使用最新的32位技術(shù)的過程監(jiān)視系統(tǒng)，具有良好的開放性和靈活性wincc 是在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和控制任務(wù)的工業(yè)技術(shù)系統(tǒng)。它提供了使用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模版。高性能的過程耦合、快速的畫面更新以及可靠的數(shù)據(jù)使其具有高度的使用性。除了這些系統(tǒng)功能外wincc 還提供了開放的界面用于用戶解決方案。這使得將wincc集成于復(fù)雜、廣泛的自動控制解決方案成為可能?？梢约赏ㄟ^

45、odbc和sql方式的歸檔數(shù)據(jù)訪問，以及通過ole2.0和activex控件的對象和文檔鏈接。這些機制使wincc成為windows世界中性能卓越、善于溝通的伙伴7。wincc 編輯器 圖形編輯器 圖形編輯器是一種用于創(chuàng)建過程畫面的面向矢量的作圖程序。也可以用包含在對象和樣式選項板中的眾多的圖形對象來創(chuàng)建復(fù)雜的過程畫面?？梢酝ㄟ^動作編程將動態(tài)添加到單個圖形對象上。向?qū)峁┝俗詣由傻膭討B(tài)支持并將它們鏈接到對象。也可以在庫中存儲自己的圖形對象。報警記錄提供了顯示和操作選項來獲取和歸檔結(jié)果?？梢匀我獾倪x擇消息塊、消息級別、消息類別、消息顯示以及報表。系統(tǒng)向?qū)Ш徒M態(tài)對話框在組態(tài)期間提供相應(yīng)的支持。為

46、在運行中顯示消息,可以使用包含在圖形編輯器的對象選項板中的報警控件。變量記錄 變量記錄被用來從運行過程中采集數(shù)據(jù)并準(zhǔn)備將它們顯示和歸檔。可以自由的選擇歸檔、采集和歸檔定時器的數(shù)據(jù)格式?？梢酝ㄟ^wincc 在線趨勢和表格控件顯示過程值，并分別在趨勢和表格形式下顯示。 報表編輯器 報表編輯器時為消息、操作、歸檔內(nèi)容和當(dāng)前或已歸檔的數(shù)據(jù)的定時器或事件控制文檔的集成的報表系統(tǒng)，可以有選擇用戶報表或項目文檔的形式。提供了舒適的帶工具和圖選項板的用戶界面，同時支持各種報表類型。具有多種標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)布局和打印作業(yè)。3.4.2使用wincc1.啟動wincc創(chuàng)建項目啟動運行系統(tǒng)建立wincc與plc間通訊的步驟

47、創(chuàng)建 wincc 站與自動化系統(tǒng)之間的物理連接。在 wincc項目中添加適當(dāng)?shù)耐ǖ莉?qū)動程序。在通道驅(qū)動程序適當(dāng)?shù)耐ǖ绬卧陆⑴c制訂通訊伙伴的連接。在連接下建立變量。wincc 變量管理器管理運行時的wincc 變量。它的任務(wù)是從過程中取出請求的plc變量值。wincc與s7-300 plc 的通訊（1） 添加驅(qū)動程序wincc 提供了一個稱為simatic s7 protocol suite的通訊驅(qū)動程序。此通訊驅(qū)動程序支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和類型，通過它通道單元與各種simatic s7-300、s7-400 plc進行通訊（2） wincc通道單元wincc 通訊驅(qū)動程序所支持的通訊協(xié)議有工業(yè)

48、以太網(wǎng)industrial、ethenet、mpi、propibus 和tcp/ip 等。2. 組態(tài)工程項目（1）建立一個新項目 （2）設(shè)置啟動屬性 （3）建立內(nèi)部變量（4）建立過程畫面 （5）編輯畫面圖3-14 廢油再生系統(tǒng)過程監(jiān)控畫面（6）設(shè)置畫面對象的屬性畫面上的圖形要動態(tài)地變化，必須將對象的某個屬性與變量相關(guān)連。（7）添加一個“輸入/輸出域”對象將在畫面中創(chuàng)建若干個溫度顯示域和液位顯示這時需要用到組態(tài)軟件中的另一個對象-“輸入/輸出域”，此對象不但可以顯示變量值，還可以改變變量的值。通過它可以觀察畫面中相關(guān)量的當(dāng)前值，并且可以輸入你想要達到的參數(shù)值。（8）運行工程 選擇 wincc 資

49、源管理器主菜單“文件”“激活”，也可以直接單擊工具欄上的圖標(biāo)，運行工程。（9）使用變量模擬仿真器如果wincc 沒有聯(lián)接到plc，而又想測試項目的運行狀況，則可以使用wincc 提供的工具軟件變量模擬器（wincc tag simulator）來模擬變量的變化。4 現(xiàn)場總線4.1 現(xiàn)場總線4.1.1 現(xiàn)場總線概念現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題?，F(xiàn)場總線是企業(yè)的底層數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，是連接微機化儀表的開放系統(tǒng)其一般結(jié)構(gòu)形式如圖4.1所示。

50、現(xiàn)場總線定義為應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。它廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、流程工業(yè)、樓宇、交通等領(lǐng)域的自動化系統(tǒng)中?，F(xiàn)場總線導(dǎo)致傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，形成了新的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線系統(tǒng)（fcs）。這是第五代控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用一對一的設(shè)備連線，按控制回路分別進行連線。位于現(xiàn)場的測試變送其與位于控制室控制器之間，控制器與位于現(xiàn)場的執(zhí)行器之間，均為一對一的物理連接。現(xiàn)場控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)。 通信標(biāo)準(zhǔn)的公開、一致，使系統(tǒng)具備開放性

51、，設(shè)備間具有互可操作性。 功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性?？刂乒δ芟路诺浆F(xiàn)場，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。由于采用數(shù)字信號代替模擬信號，因而可實現(xiàn)一對電線傳輸多路信號，同時又為多個現(xiàn)場總線設(shè)備提供電源；現(xiàn)場總線設(shè)備以外不再需要a/d,d/a轉(zhuǎn)換部件。這樣就為簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)約硬件設(shè)備、節(jié)約連接電纜與各種安裝、維護費用創(chuàng)造了條件。圖4.1 現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)圖總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 現(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自都具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，成為能獨立承擔(dān)某些控制、通信任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。它們分別通過不同雙絞線等多種傳輸介質(zhì)作為總線，把多個測量控制儀表、計算機等

52、作為節(jié)點連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于生產(chǎn)控制現(xiàn)場的多個微機化測量控制設(shè)備之間，以及現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控、管理計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實際需要的自動控制系統(tǒng)。簡而言之，它把單個分散的測量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。它給自動化領(lǐng)域帶來的變化，如同計算機網(wǎng)絡(luò)給計算機的功能、作用帶來的變化。如果說，計算機網(wǎng)絡(luò)把人類引入到信息時代，那么現(xiàn)場總線則使自控系統(tǒng)與設(shè)備加入到信息網(wǎng)絡(luò)的行列，成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層，使企業(yè)信息溝通的覆蓋范圍一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場。因此，把現(xiàn)場總線技術(shù)說成一個控制技術(shù)新時

53、代的開端并不過分。4.1.2 profibus現(xiàn)場總線profibus 是一種具有廣泛應(yīng)用范圍的、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)，在集中自動化系統(tǒng)向分散自動化系統(tǒng)轉(zhuǎn)移方面是一種重大突破。由于profibus一直側(cè)重于系統(tǒng)集成和系統(tǒng)工程等方面，尤其是側(cè)重于應(yīng)用行規(guī)的研究開發(fā)，使得該總線具有適合于快速、時間要求嚴(yán)格的應(yīng)用和復(fù)雜的通信任務(wù)的特點，成為唯一能夠全面覆蓋工廠自動化和過程自動化應(yīng)用的現(xiàn)場總線，特別適用于工廠自動化和過程自動化領(lǐng)域。因而從誕生至今，profibus 在現(xiàn)場總線技術(shù)領(lǐng)域一直是國際市場上的領(lǐng)導(dǎo)者。profibus網(wǎng)絡(luò)通訊的本質(zhì)是rs485串口通訊，按照不同的行業(yè)應(yīng)用，主要有三種通訊行規(guī)：dp

54、（decentralized peripherals），fms（field message specification）和pa（process automation）行規(guī)。(1) profibus是一種國際化開放式不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動化流程工業(yè)自動化和樓宇交通電力等其他領(lǐng)域自動化。(2) profibus由三個兼容部分組成，即profibusdp（ decentralized periphery）profibuspa（process automation ）profibus-fms (fieldbus message specification )。(3) p

55、rofibus dp: 是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式io的通信。使用profibusdp可取代辦24vdc或420ma信號傳輸。porfibuspa：專為過程自動化設(shè)計，可使傳感器和執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。profibusfms：用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)實時多主網(wǎng)絡(luò)。(4) profibus是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。 與其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，profibus的最大優(yōu)點在于具有穩(wěn)定的國際標(biāo)準(zhǔn)en50170作保證，并經(jīng)實際應(yīng)用驗證具有普遍性。目前已應(yīng)用的領(lǐng)域包括加工制造過程控制和自動化等。profibus開放性和不依賴于廠商的通信的設(shè)想，已在10多萬成功應(yīng)用中得以實現(xiàn)。市場調(diào)查確認(rèn)，在德國和歐洲市場中profibus占開放性工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的市場超過40。profibus有國際著名