制糖工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)

1、.制糖工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)編寫：賴庚音 XX市樂開糖醇技術(shù)開發(fā)XX一、 兩個(gè)觀點(diǎn)：1、制糖工業(yè)生產(chǎn)線朝自動(dòng)化方向發(fā)展的趨勢確立，不受人的主觀意志所左右。隨著自控裝置元器件價(jià)格逐步下降，用人成本逐年升高，通過提高自動(dòng)化水平來減少操作人員所獲得的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)越來越明顯。以目前國內(nèi)的技術(shù)水平，一條15萬噸/年的一水結(jié)晶葡萄糖生產(chǎn)線，采用自動(dòng)化生產(chǎn)線后，按四班三運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)算，操作人員可由手工操作生產(chǎn)線的150人左右降到80人以內(nèi)。而這樣的自動(dòng)化生產(chǎn)線比手工操作生產(chǎn)線的投資只增加約300萬元。自動(dòng)化生產(chǎn)線的工藝參數(shù)控制穩(wěn)定、產(chǎn)品品質(zhì)均勻和產(chǎn)品收率高，間接經(jīng)濟(jì)效益非常突出。2、生產(chǎn)線的自動(dòng)化裝置是否合理和自控運(yùn)行情況好

2、壞主要取決于工藝專業(yè)，而不是取決于自動(dòng)化專業(yè)。大部分制糖企業(yè)的技術(shù)主管都是工藝專業(yè)出身，本身對推進(jìn)自己企業(yè)生產(chǎn)線自動(dòng)化水平的意愿很強(qiáng)，但在實(shí)踐中因?qū)ψ詣?dòng)化知識了解不夠總是遇到挫折，而認(rèn)為原因是自己的自動(dòng)化專業(yè)人員水平不足。這種現(xiàn)象在制糖工業(yè)企業(yè)特別是蔗糖工業(yè)企業(yè)普遍存在，筆者認(rèn)為這是阻礙制糖工業(yè)自動(dòng)化水平提高的主要原因之一。筆者希望通過本文的介紹，制糖企業(yè)的技術(shù)主管能對自動(dòng)化的基礎(chǔ)知識有一定的了解，能夠指導(dǎo)自動(dòng)化專業(yè)人員順利實(shí)現(xiàn)自控裝置的有效運(yùn)行。以多效真空蒸發(fā)系統(tǒng)的末效真空度自動(dòng)控制系統(tǒng)為例，要想將末效真空度控制在0.12Bar絕對壓力，可以通過以下幾種方法（俗稱控制方案）：a、調(diào)節(jié)抽往冷凝

3、器的二次蒸汽量；b、調(diào)節(jié)真空泵抽走的不凝氣體量；c、調(diào)節(jié)通過冷凝器的循環(huán)冷卻水量；d、調(diào)節(jié)真空泵抽氣管道上的破空漏氣量。那么究竟采用那種方法來實(shí)施，顯然自動(dòng)化專業(yè)人員是無法作主的，只有靠工藝專業(yè)人員來決定。一旦決定選用某種方法，工藝專業(yè)人員還要告知自動(dòng)化專業(yè)人員介質(zhì)種類（如二次蒸汽）、介質(zhì)流量、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力、介質(zhì)比重和介質(zhì)通過調(diào)節(jié)閥時(shí)允許的壓力損失等參數(shù)，自動(dòng)化專業(yè)人員才能對該真空度自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行具體配置和實(shí)施。采用以上四種控制方法所需投資和對工藝的運(yùn)行狀況的影響是不一樣的：a方法最省蒸汽、b方法最省電、c方法最省循環(huán)冷卻水、d方法投資最低。當(dāng)然，自動(dòng)化專業(yè)人員可以分別計(jì)算出四種情況下

4、所需調(diào)節(jié)閥的口徑供工藝人員專業(yè)人員參考。工藝人員專業(yè)人員向自動(dòng)化專業(yè)人員提供自動(dòng)控制系統(tǒng)具體控制方案和介質(zhì)參數(shù)，叫做提自動(dòng)化條件，包括P&I圖（Process and Instruments Diagram，帶自控點(diǎn)的工藝流程形象示意圖）、自動(dòng)控制說明和介質(zhì)參數(shù)表。只有在工藝人員專業(yè)人員的統(tǒng)籌安排和自動(dòng)化專業(yè)人員的充分配合下，才能實(shí)現(xiàn)自控裝置的合理和有效運(yùn)行。二、制糖工業(yè)自動(dòng)化控制原理：自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)際上是模擬操作人員的操作調(diào)節(jié)過程，任何自動(dòng)化控制系統(tǒng)都包含三個(gè)主要組成部分：變送器、控制器和執(zhí)行器，俗稱自動(dòng)化系統(tǒng)三大件。操作人員在崗位上要調(diào)控一個(gè)工藝參數(shù)，其過程主要可分解成三個(gè)部分：

5、1、通過眼睛觀測實(shí)際情況或顯示儀表；2、通過大腦判斷實(shí)際情況或儀表顯示參數(shù)與工藝需要的參數(shù)是否相符合，偏大還是偏??；3、通過手來調(diào)節(jié)閥門大小或相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)來干預(yù)，使實(shí)際情況或參數(shù)與工藝需要的參數(shù)相一致。自動(dòng)化系統(tǒng)三大件中的變送器、控制器和執(zhí)行器分別承擔(dān)操作人員的眼睛、大腦和手的功能，通過合適的設(shè)置和組合來模擬操作人員對工藝參數(shù)的調(diào)控過程。變送器將感知到的工藝參數(shù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號（測量值），送到控制器與工藝需要的參數(shù)（設(shè)定值）進(jìn)行比較后作出判斷，如果（測量值）與（設(shè)定值）不一致，控制器就會(huì)發(fā)出變化的電信號命令（輸出值）來控制執(zhí)行器開大一些還是開小一些。執(zhí)行器動(dòng)作后，工藝參數(shù)受到干預(yù)，直到

6、測量值與設(shè)定值相一致，此時(shí)實(shí)際工藝參數(shù)穩(wěn)定在工藝需求的參數(shù)上。三、制糖工業(yè)常用變送器：要想實(shí)現(xiàn)對工藝參數(shù)的自動(dòng)控制，首先要能夠測量出該參數(shù)的儀表。能夠連續(xù)實(shí)時(shí)感測工藝參數(shù)并將其轉(zhuǎn)變成對應(yīng)電信號的儀器即為變送器。變送器包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。其中敏感元件是指傳感器中能夠直接感受或響應(yīng)被測量工藝參數(shù)的部分；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分，稱為轉(zhuǎn)換器。沒有相應(yīng)的變送器，自動(dòng)控制是無法實(shí)現(xiàn)的。比如淀粉乳液化時(shí)，因沒有能夠測量DE值的變送器，所以淀粉乳液化DE值就無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；生產(chǎn)結(jié)晶葡萄糖時(shí)因沒有能夠測量DX值的變送器，所以回套母液時(shí)也無法

7、自動(dòng)控制混合液的DX值。變送器一般是將工藝參數(shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的420mA直流電流信號，俗稱模擬信號以區(qū)別數(shù)字信號。模擬信號的大小在量程X圍內(nèi)與工藝參數(shù)相對應(yīng)。比如一個(gè)測量X圍為08m3/h的流量變送器，當(dāng)流量為0時(shí)，輸出為4mA（4 mA16 mA×0m3/h÷8m3/h）；當(dāng)流量為8m3/h時(shí)，輸出為20mA（4 mA16 mA×8m3/h÷8m3/h）；當(dāng)流量為4m3/h時(shí)，輸出為12mA（4 mA16 mA×4m3/h÷8m3/h）。在P&I圖中變送器常用其英文Transmitter的首字母大寫T來表示。目前大多數(shù)變送器均為

8、二線制變送器，其供電電源、負(fù)載電阻和變送器是串聯(lián)的，即二根導(dǎo)線同時(shí)傳送變送器所需的電源（24V直流電源）和輸出電流信號（420mA直流電流）。制糖工業(yè)常用的變送器有：1、溫度變送器TT(Temperature Transmitter)：溫度變送器的敏感元件為鎧裝鉑熱電阻或熱電偶。鎧裝鉑熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料和不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，適合測量200600溫度，在制糖工業(yè)中被大量采用；鎧裝熱電偶則最高可測2800的高溫，但在制糖工業(yè)中很少使用。鎧裝鉑熱電阻或熱電偶感受不同的溫度后，其輸出電阻或電位相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)換元件采用集成電路，將熱電阻或熱電偶的信號放大，并轉(zhuǎn)換成4-20

9、mA的輸出電流。鎧裝變送器可以直接測量氣體或液體的溫度特別適用于低溫X圍測量，克服了冷凝水對測溫所帶來的影響。2、壓力變送器PT (Pressure Transmitter)：PT一般有壓力變送器、差壓變送器和負(fù)壓變送器三種。差壓變送器被測介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，壓力變送器的低壓室壓力采用大氣壓，負(fù)壓變送器的低壓室壓力采用絕對真空。兩種壓力作用在元件(即敏感元件)的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液（硅油）傳送到測量膜片兩側(cè)。壓力變送器是由測量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個(gè)電容器。 當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，致使測量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過

10、振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號。3、液位變送器LT (Level Transmitter)：液位變送器是對壓力變送器技術(shù)的延伸和發(fā)展，根據(jù)不同比重的液體在不同高度所產(chǎn)生壓力成線性關(guān)系的原理，實(shí)現(xiàn)對液體的體積、液高、重量的準(zhǔn)確測量和傳送。我們都知道差壓Pg H，當(dāng)比重不變送時(shí)，P與液位高度H成正比，所以通過測量差壓也就可以測出液位。當(dāng)比重不固定時(shí)，這種方法測出的液位就有偏差，不過如果這種偏差允許，也就可以用了。測常壓容器內(nèi)的液位，由于大氣壓是固定的，可采用單法蘭壓力變送器來測液位；若要測真空或壓力容器內(nèi)的液位，則需采用雙法蘭法蘭差壓變送器來測，因容器頂部上法蘭的測壓點(diǎn)壓力是波動(dòng)的。4、

11、濃度變送器DT (Density Transmitter)：濃度變送器也是壓力變送器技術(shù)的延伸和發(fā)展，對我們制糖行業(yè)來說，糖液的濃度（總糖質(zhì)量）與比重成正比例關(guān)系，測量出糖液的比重就測出了糖液的濃度。同樣道理，因?yàn)镻g H，當(dāng)糖液全部淹沒差壓雙法蘭變送器上下兩個(gè)法蘭的測壓點(diǎn)時(shí)，糖液測壓高度H是固定不變的，此時(shí)P與糖液的比重成正比，也即P與糖液的濃度成正比。5、流量變送器FT (Flow Transmitter)：制糖工業(yè)常用的流量變送器有電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)和金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)（又稱管式流量計(jì)）三種，電磁流量計(jì)用來測量糖液或其它液體的流量，渦街流量計(jì)用于蒸汽流量的測量，金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)則可用于測量

12、電導(dǎo)率極低的高純度糖液流量。（1） 電磁流量計(jì)的測量原理：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)一導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí)，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，導(dǎo)體在磁場內(nèi)的長度L及導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度u成正比，如果B， L，u三者互相垂直，則eBlu 與此相仿在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中，垂直于磁場方向放一個(gè)內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速u流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流體就切割磁力線如果在管道截面上垂直于磁場的直徑兩端安裝一對電極(圖317)則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對稱分布，兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動(dòng)勢：eBD 式中， 為管道截面上的平均流速由此可得管

13、道的體積流量為：Q vDU 由上式可見，體積流量Q v與感應(yīng)電動(dòng)勢e和測量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)這就是電磁流量計(jì)的測量原理需要說明的是，要使式Q vDU嚴(yán)格成立，必須使測量條件滿足下列假定：磁場是均勻分布的恒定磁場；被測流體的流速軸對稱分布；被測液體是非磁性的；被測液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。要產(chǎn)生一個(gè)均勻恒定的磁場，就需要選擇一種合適的勵(lì)磁方式（勵(lì)磁方式即產(chǎn)生磁場的方式）。目前，一般有三種勵(lì)磁方式，即直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁和低頻方波勵(lì)磁。工業(yè)上使用的電磁流量計(jì)，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵(lì)磁方式，即它的磁場是由正弦交變電流產(chǎn)生的，所以產(chǎn)生的磁場也

14、是一個(gè)交變磁場。交變磁場變送器的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了電極表面的極化于擾。另外，由于磁場是交變的，所以輸出信號也是交變信號，放大和轉(zhuǎn)換低電平的交流信號要比直流信號容易得多。（2） 渦街流量計(jì)的測量原理：把一個(gè)非流線型阻流體（Bluff Body）垂直插入管道中，隨著流體繞過阻流體流動(dòng)，產(chǎn)生附面層分離現(xiàn)象，形成有規(guī)則的旋渦列，左右兩側(cè)旋渦的旋轉(zhuǎn)方向相反。這種旋渦稱為卡門渦街。根據(jù)卡門的研究，這些渦列多數(shù)是不穩(wěn)定的，只有形成相互交替的內(nèi)旋的兩排渦列，且渦列寬度h與同列相鄰的兩旋渦的間距l(xiāng)之比 =0.281（對圓柱形旋渦發(fā)生體）時(shí)，這樣的渦列才是穩(wěn)定的。生產(chǎn)旋渦分離的阻流體稱為旋渦發(fā)生

15、體。渦街流量計(jì)是根據(jù)旋渦脫離旋渦發(fā)生體的頻率與流量之間的關(guān)系來測量流量的儀表。  （3） 金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)的測量原理：金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì),是變面積式流量計(jì)的一種 , 在一根由下向上擴(kuò)大的垂直錐管中 , 圓形橫截面的浮子的重力是由液體動(dòng)力承受的 , 浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下運(yùn)動(dòng)，與浮子重量平衡后，通過磁耦合傳到智能化微處理器轉(zhuǎn)換成420mA電流信號。6、PH計(jì)QT (PH Transmitter)：PH計(jì)的敏感元件是PH電極，PH電極是用來測電極電位的裝置。電位分析所用的電極被稱為原電池。原電池是一個(gè)系統(tǒng)，它的作用是使化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)成為電能。此電池的

16、電壓被稱為電動(dòng)勢（EMF）。此電動(dòng)勢（EMF）由二個(gè)半電池構(gòu)成。其中一個(gè)半電池稱作測量電極，它的電位與特定的離子活度有關(guān)；另一個(gè)半電池為參比半電池，通常稱作參比電極，它一般是與測量溶液相通，并且與測量儀表相連。最熟悉也是最常用的PH指示電極是玻璃電極。它是一支端部吹制上對于PH敏感的玻璃膜的玻璃管。管內(nèi)充填有含飽和AgCl的3 mol/l KCl緩沖溶液，其PH值為7。存在于玻璃膜內(nèi)外兩面的反映 PH 值的電位差用Ag/AgCl傳導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)出。PH電極最著名的品牌是梅特勒。除上述六類變送器外，制糖工業(yè)有時(shí)也用到微波錘度計(jì)、電導(dǎo)率變送器、電流變送器、電壓變送器和功率變送器等，本文不予詳述。選用變送

17、器時(shí)還應(yīng)該考慮耐腐蝕、耐溫度和耐壓的要求，只有選擇合理的材質(zhì)，變送器才能適合于各種使用場合。四、制糖工業(yè)常用控制器：制糖工業(yè)常用控制器有單板控制器、可編程控制器（PLC）和DCS系統(tǒng)。單板控制器適合于生產(chǎn)線中局部單個(gè)工藝參數(shù)的控制，特別是現(xiàn)成手工生產(chǎn)的局部自動(dòng)化改造。在PLC和DCS系統(tǒng)還沒有大量使用時(shí)，很多企業(yè)曾經(jīng)采用大量的單板控制器組裝在控制柜（俗稱模擬盤）上，用于整條生產(chǎn)線的自動(dòng)控制；PLC適合于生產(chǎn)線某個(gè)工序的自動(dòng)化操作，特別適合將繁瑣重復(fù)的間歇操作過程變成PLC程序控制下的自動(dòng)程序操作。PLC還能提供一定量的控制回路，用于在程控操作中階段性控制某個(gè)工藝參數(shù)；DCS系統(tǒng)則適合整條生產(chǎn)線

18、或整個(gè)工廠的集中自動(dòng)化控制和監(jiān)管。雖然隨著大型新型號PLC的出現(xiàn)，PLC的控制功能更加強(qiáng)大，但在控制整條生產(chǎn)線上，PLC在編程簡易、反應(yīng)速度和操控性能上仍然無法與DCS系統(tǒng)媲美。以下對三種制糖工業(yè)常用控制器做簡單介紹：1、單板控制器為包含微電子集成電路和簡易顯示屏的簡單控制器，一般一個(gè)單板控制器可以提供一個(gè)調(diào)節(jié)回路或兩個(gè)互為串接的調(diào)節(jié)回路。除此以外，單板控制器還可以提供低負(fù)荷24V電源和高低限兩個(gè)報(bào)警輸出。單板控制器一般采用220V兩相電源供電，操作時(shí)應(yīng)特別注意避免觸電。220V電源的電壓波動(dòng)過大很容易造成單板控制器的燒毀，所以最好配備穩(wěn)壓電源。單板控制器的主要品牌有霍尼維爾、Foxboro和

19、百特工控等。2、可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的X圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal puter)的簡稱混淆，所以仍然將可編程控制器簡稱為PLC。PLC的主要品牌有西門子、三菱、歐姆龍、松下、臺(tái)達(dá)、富士、施耐德和ABB 等。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般

20、分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 (1) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (2) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而

21、下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排

22、在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (3) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。3、DCS系統(tǒng)是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的簡稱，國內(nèi)一般

23、習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)(puter)、通訊(munication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS系統(tǒng)控制功能齊全 控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實(shí)現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進(jìn)控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。 DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計(jì)算機(jī)站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器構(gòu)成。 處于底

24、層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級計(jì)算機(jī)。生產(chǎn)監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中操作管理，如各種優(yōu)化計(jì)算、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、故障診斷、顯示報(bào)警等。DCS系統(tǒng)的主要品牌有霍尼維爾、Foxboro、西門子、和利時(shí)和浙大中控等。五、制糖工業(yè)常用執(zhí)行器：執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過執(zhí)行元件直接改變生產(chǎn)過程的參數(shù)，使生產(chǎn)過程滿足預(yù)定的要求。執(zhí)行機(jī)構(gòu)則接受來自控制器的控制信息把它轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的輸出（如角位移或直線位移輸出）。它也采用適當(dāng)?shù)膱?zhí)行元件，但要求與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不同。執(zhí)行器直接安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，有時(shí)工作條件嚴(yán)苛

25、。能否保持正常工作直接影響自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全性和可靠性。制糖工業(yè)常用的執(zhí)行器有調(diào)節(jié)閥、變頻設(shè)備、氣動(dòng)開關(guān)閥、電動(dòng)設(shè)備、電磁閥和氣缸等。其中調(diào)節(jié)閥和變頻設(shè)備接收控制器的420mA直流電流信號，根據(jù)接收的電流信號大小自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門對應(yīng)開度或?qū)?yīng)運(yùn)行速度。比如12mA對應(yīng)開度或運(yùn)行速度50，16mA對應(yīng)開度或運(yùn)行速度75，20mA對應(yīng)開度或運(yùn)行速度100。氣動(dòng)開關(guān)閥、電動(dòng)設(shè)備和電磁閥等則接收控制器的直流24V電壓信號，根據(jù)是否接收到控制器的直流24V電壓信號來自動(dòng)開關(guān)或啟停。最常用的執(zhí)行器是調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)精度和對信號的靈敏度都比電動(dòng)調(diào)節(jié)閥好，當(dāng)一條生產(chǎn)線大量使

26、用調(diào)節(jié)閥或有現(xiàn)成的壓縮空氣源時(shí)，最好選用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。只有在調(diào)節(jié)閥用量很少，又不想投資儀表用壓縮空氣系統(tǒng)時(shí)才會(huì)考慮電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)開關(guān)閥和氣缸等氣動(dòng)設(shè)備用壓縮空氣，必須先經(jīng)過過濾和除濕，否則容易造成其中氣動(dòng)元件的故障或損壞。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)開關(guān)閥都有一個(gè)氣開閥和氣關(guān)閥問題，通俗地講，如果壓縮空氣源缺失，氣開閥處于關(guān)閉狀態(tài)；反之，氣關(guān)閥處于開啟狀態(tài)。這一點(diǎn)對保障自動(dòng)化裝置故障狀態(tài)下的工藝安全很重要。選用執(zhí)行器與選用變送器一樣，也應(yīng)該考慮耐腐蝕、耐溫度和耐壓的要求，需要選擇合理的材質(zhì)和耐壓耐溫等級。六、制糖工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用實(shí)例：制糖工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用實(shí)例有生產(chǎn)線運(yùn)行狀況顯示、工藝參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)、

27、程序控制、連鎖保護(hù)、遠(yuǎn)傳控制、報(bào)警等。只有充分了解并組合自動(dòng)化系統(tǒng)的各種應(yīng)用功能，才能獲得一條高自動(dòng)化程度并且管理方便的生產(chǎn)線。1、生產(chǎn)線運(yùn)行狀況顯示：生產(chǎn)線P&I圖上所標(biāo)示的所有內(nèi)容，都可以在DCS系統(tǒng)的工作站電腦流程畫面上顯現(xiàn)出來：包括設(shè)備、主物料管線、輔助物料管線、閥門管件、控制回路和儀表。所有測量值（溫度、液位、密度、流量、壓力、PH和電導(dǎo)率等）的數(shù)值和單位都可以顯示在流程畫面上相應(yīng)的變送器位置處。所有液位測量值還能以藍(lán)色陰影的型式，形象地顯示在相應(yīng)的設(shè)備圖塊上。所有運(yùn)行設(shè)備可制作成中心帶報(bào)警指示小圓圈的可激活圖塊，當(dāng)設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，報(bào)警指示小圓圈顯示流程畫面底色；當(dāng)設(shè)備處

28、于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，相應(yīng)的報(bào)警指示小圓圈顯示閃爍黃色，即交替顯示黃色1秒鐘和流程畫面底色0.5秒鐘。設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其相應(yīng)的可激活圖塊顯示綠色；設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其相應(yīng)的可激活圖塊顯示紅色。對于調(diào)節(jié)回路，可成可激活圖塊，當(dāng)點(diǎn)擊調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可激活圖塊時(shí)，相應(yīng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)畫面浮現(xiàn)在流程畫面上，很方便進(jìn)行操控。氣動(dòng)開關(guān)閥和電磁閥也可以作成可激活圖塊，當(dāng)點(diǎn)擊氣動(dòng)開關(guān)閥的可激活圖塊時(shí)，相應(yīng)的氣動(dòng)開關(guān)閥或電磁閥啟動(dòng)畫面浮現(xiàn)在流程畫面上。氣動(dòng)開關(guān)閥處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其相應(yīng)的可激活圖塊顯示綠色；氣動(dòng)開關(guān)閥處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其相應(yīng)的可激活圖塊顯示紅色。2、工藝參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)：任何控制器都可以提供一個(gè)或多個(gè)控制回路用于工藝

29、參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。每個(gè)控制回路都有輸入端，可以接收從測量工藝參數(shù)變送器來的420mA模擬信號（測量值），經(jīng)控制器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后與設(shè)定值進(jìn)行比較和計(jì)算，得到的輸出數(shù)字信號再經(jīng)控制器轉(zhuǎn)換成420mA模擬信號?？刂苹芈份敵龆说妮敵?20mA模擬信號，就可以控制執(zhí)行器的開度或運(yùn)行速度了。利用一個(gè)控制回路來實(shí)現(xiàn)一個(gè)工藝參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制回路有正、反兩個(gè)作用方向可供選擇。執(zhí)行器開度增大，有利于測量值變小的為正作用控制回路；反之，執(zhí)行器開度增大，有利于測量值變大的為反作用控制回路?？刂苹芈纷饔梅较虻脑O(shè)定要根據(jù)工藝控制方案來確定。打個(gè)比方說，要控制一個(gè)貯罐的液位，可以調(diào)節(jié)這個(gè)貯罐的入料量，也可以調(diào)節(jié)這個(gè)貯罐

30、的出料量。采用調(diào)節(jié)貯罐出料量的控制方案時(shí)，執(zhí)行器開度增大，出料量增加，有利于液位變小，控制回路需設(shè)定為正作用；當(dāng)采用調(diào)節(jié)貯罐入料量的控制方案時(shí)，執(zhí)行器開度增大，入料量增加，有利于液位變大，控制回路需設(shè)定為反作用。一個(gè)控制回路在投入運(yùn)行時(shí)，還要對其PID參數(shù)進(jìn)行整定。打個(gè)比方說，要控制管道內(nèi)流動(dòng)糖液的溫度，可以直接通入蒸汽加熱，也可以往換熱器通蒸汽間壁換熱，這兩種方案都可以通過調(diào)節(jié)加熱蒸汽的通入量來控制糖液的溫度。但這兩種方案是有區(qū)別的，直接通入蒸汽加熱時(shí)，溫度隨加熱蒸汽的通人量快速變化；而往換熱器通蒸汽間壁換熱時(shí)，溫度隨加熱蒸汽的通人量變化要慢的多。所以控制回路需要對執(zhí)行器的調(diào)節(jié)速度根據(jù)實(shí)際情

31、況進(jìn)行變通，變通的辦法就是對控制回路的PID參數(shù)進(jìn)行整定。P指比例控制，比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差；I指積分控制，積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以

32、使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差；D指微分控制 ，在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，

33、從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。制糖工業(yè)中，比如多效真空蒸發(fā)的濃度控制，采用簡單的控制回路來調(diào)節(jié)，PID參數(shù)整定得很好也難以讓濃度控制的很好。主要是因?yàn)閺恼{(diào)節(jié)加熱蒸汽通入量到濃度發(fā)生變化需要的時(shí)間較長，也即調(diào)控滯后較大。而在這滯后過程中，蒸汽壓力也在波動(dòng)，閥門開大蒸汽壓力不一定升高，閥門關(guān)小蒸汽壓力也不一定降低。所以蒸發(fā)濃度很難調(diào)平穩(wěn)。此時(shí)如果我們采用串接調(diào)節(jié)回路來控制，這個(gè)問題就解決了。串接調(diào)節(jié)回路相當(dāng)于增加了一個(gè)回路，第一個(gè)回路（主回路）調(diào)濃度，濃度偏高時(shí)，發(fā)出調(diào)低頭效加熱室蒸汽壓力的指令，而不是發(fā)出關(guān)小蒸汽閥門的指令；第二個(gè)回路（從回路）調(diào)頭效加熱室蒸汽壓力，根據(jù)主回路的指令來調(diào)蒸汽壓力，至于調(diào)低壓力是應(yīng)該開大還是關(guān)小閥門，則由從回路來判定。臥式降溫結(jié)晶機(jī)的降溫曲