DCS控制系統(tǒng)及其應用課件

1、DCS控制系統(tǒng)及其應用小組成員： 唐 杰 陳嘉睿 遲麗華 劉 斌 陳忠平 張居浩 指導老師： 張早校 答辯時間: 2014年5月第1頁，共87頁。目錄1.應用背景2. DCS簡介3.甲醇工業(yè) 4. 模擬仿真 5.總結(jié)第2頁，共87頁。小組成員分配任務全 體 成 員文獻資料查閱遲麗華 陳忠平甲醇工業(yè)過程整理編寫陳嘉睿 劉 斌系統(tǒng)仿真模擬唐 杰 張居浩DCS系統(tǒng)理論整理編寫全 體 成 員報告PPT匯總整理小組分工第3頁，共87頁。應用背景美國霍尼威爾（Honeywell）公司1975年12月正式向市場推出了世界上第一集散控制系統(tǒng)TDC2000系統(tǒng)。TDC2000的推出,其重要意義在于提出并實現(xiàn)了集

2、散。第4頁，共87頁。現(xiàn)代DCS 技術特點：全數(shù)字化、信息化和集成化。第5頁，共87頁。應用背景第6頁，共87頁。應用背景第7頁，共87頁。應用背景第8頁，共87頁。DCS系統(tǒng)簡介DCS系統(tǒng)集中控制監(jiān)控級分散過程控制級綜合信息管理級通信網(wǎng)絡系統(tǒng)第9頁，共87頁。三站一線第10頁，共87頁。現(xiàn)場控制站第11頁，共87頁?，F(xiàn)場控制站功能完成對現(xiàn)場的直接控制；現(xiàn)場I/O驅(qū)動，對輸入的過程量進行預處理，將控制量輸出到現(xiàn)場；實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并存儲在現(xiàn)場控制站內(nèi)的本地數(shù)據(jù)庫中，控制計算，根據(jù)控制算法和檢測數(shù)據(jù)、相關參數(shù)進行計算，得到實施控制的量；通過現(xiàn)場I/O驅(qū)動，。第12頁，共87頁。操作員站操作員站一

3、般桌面型通用計算機系統(tǒng)，如圖像工作站或個人計算機等。大尺寸的顯示器（CRT或液晶屏），較大的內(nèi)存第13頁，共87頁。操作員站功能主要完成人機界面的功能；及HMI的處理，其中包括圖形畫面的顯示、操作命令的解釋與執(zhí)行、對現(xiàn)場數(shù)據(jù)和狀態(tài)的監(jiān)視及異常報警、歷史數(shù)據(jù)的存檔和報表處理等第14頁，共87頁。操作員站操作員站畫面可實現(xiàn)多窗口方式顯示和操作第15頁，共87頁。工程師站工程師站其中一個部分是在線運行的，主要完成對DCS系統(tǒng)本身運行狀態(tài)的診斷和監(jiān)視；另一部分部分是離線態(tài)的組態(tài)軟件，這是一組軟件工具。第16頁，共87頁。工程師站功能對DCS進行應用組態(tài)，定義具體系統(tǒng)完成什么樣的控制，控制的輸入/輸出量

4、是什么控制回路的算法如何，在控制計算中選取什么樣的參數(shù)，在系統(tǒng)中設置哪些人機界面來實現(xiàn)人對系統(tǒng)的管理與監(jiān)控，還有諸如報警、報表及歷史數(shù)據(jù)記錄等各個方面功能的定義。第17頁，共87頁。DCS網(wǎng)絡主要包括雙絞線、同軸電纜、光導纖維，冗余第18頁，共87頁。設計過程簡介DCS系統(tǒng)甲醇與二甲醚生產(chǎn)過程裝置設計可以分為4個過程：工藝簡介系統(tǒng)結(jié)構設計系統(tǒng)工程控制實施系統(tǒng)安全性設計第19頁，共87頁。甲醇工藝簡介下圖為煤制甲醇簡略工藝流框圖空分鍋爐汽機制冷備煤低溫甲醇洗煤氣化煤氣水分離變換冷卻脫氧站壓縮甲醇合成硫回收甲醇精餾二甲醚氫回收第20頁，共87頁。甲醇工藝簡介（1）氣化： 主要反應：CmHnSr+m

5、/2O2mCO+(n/2-r)H2+rH2S CO+H2OH2+CO2 反應條件：6.5MPa(G)、1350-1400（2）變換冷卻： 主要反應： CO+H2OH2O+CO2 反應條件：305 、在耐硫變換催化劑作用（3）低溫甲醇洗： 冷甲醇作為吸收溶劑，脫出原料氣中的CO2和H2S 反應條件：214810MPa、低于0 （4）甲醇合成 CO,CO2和H2在Cu-Zn催化劑作用下，合成粗甲醇。 反應條件：6.5MPa、235 第21頁，共87頁。（5）甲醇精餾 精餾系統(tǒng)由預精餾塔，加壓塔，常壓塔組成。（6）二甲醚工藝 主要反應：2CH3OH=CH3OCH3+H2O 將甲醇蒸汽投入有負荷液體催

6、化劑的反應釜內(nèi)，所得混合氣體通過緩沖劑進行緩沖，再進入冷凝池、冷凝塔經(jīng)分離后得到產(chǎn)品。（7）空分裝置 本裝置工藝為分子篩凈化空氣、空氣增壓、氧氣和氮氣內(nèi)壓縮流程，全精餾制氬工藝。（8）熱電聯(lián)產(chǎn) 提供全裝置所需蒸汽。甲醇工藝簡介第22頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計1.甲醇裝置系統(tǒng)特點2.DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)劃設計3.DCS系統(tǒng)的控制機柜設計4.DCS系統(tǒng)的硬件結(jié)構設計5.DCS系統(tǒng)的通信功能設計第23頁，共87頁。1.甲醇裝置系統(tǒng)特點典型多工段多關聯(lián)串聯(lián)生產(chǎn)聯(lián)合裝置,故采用多裝置協(xié)調(diào)控制是DCS系統(tǒng)結(jié)構設計需優(yōu)先考慮的。 將其拆分成幾個相對獨立的子系統(tǒng)，再由子系統(tǒng)構成一套母系統(tǒng)，圖中三個

7、域要求數(shù)據(jù)能夠互訪，同時，中央集中控制室能夠監(jiān)控其他三個域的數(shù)據(jù)。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計第24頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計2.DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)劃設計網(wǎng)絡需求分析：（1）3個獨立域應該有自己獨立局域網(wǎng)絡、操作員站、控制員站、控制站、工程師站、歷史服務器站以及交換機，同時域間有網(wǎng)絡連接。（2）需要設立中央控制室，用于監(jiān)控三個域全部數(shù)據(jù)。（3）SIS(安全儀表)系統(tǒng)、高壓電器綜合控報系統(tǒng)、低壓定期綜合控保系統(tǒng)、其他可編程序控制器系統(tǒng)。（4）因為工廠范圍大，所以需要設立遠程I/O機柜。第25頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計2.DCS系統(tǒng)的網(wǎng)絡規(guī)劃設計網(wǎng)絡設計思路：（1）交換機

8、分布設計（2）計算機分布設計（3）歷史站服務器選擇設計第26頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計(1) 交換機分布設計網(wǎng)絡分布示意圖第27頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計(1) 交換機分布設計“確定性的實施工業(yè)以太網(wǎng)” 歷史站服務器節(jié)點同交換機通信和不同域間的交換機級聯(lián)通信：采用1000Mbps網(wǎng)絡其他節(jié)點間的通信：采用100Mbps網(wǎng)絡 選用：3COM,3C17304A,24口10/100M+2口1000M-T+2個SFP口二層網(wǎng)管交換機，還通過以太網(wǎng)串口接入SIS系統(tǒng) 第28頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計(2) 計算機分布設計在該項目中要求計算機放機柜室，鍵盤、鼠標、

9、顯示器放操作室。選用：視頻音頻長線驅(qū)動器LD-8B(40100米)56套 USB延長器UE-1(50米)112套。優(yōu)勢：采用普通以太網(wǎng)線充當延長線，取材方便，接口通用 將顯示器、鼠標、鍵盤分別用3根不同的延長線有利于故障分散 相比三線合一的延長線，故障更低，抗干擾性更好。第29頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計(3) 歷史站服務器選擇設計 選用帶SAS硬盤的服務器記錄趨勢，需配置雙硬盤：一塊裝操作系統(tǒng)，另一塊裝趨勢文件 服務器的網(wǎng)卡全選用千兆網(wǎng)卡，同時服務器配備4網(wǎng)卡。兩個用于操作員通信，另兩個用于控制站通信。 服務器選用XEON 2.0G(雙) /1G/73G*2/四網(wǎng)卡/雙電源/CD

10、/3年，鼠標鍵盤都用USB接口，便于實施長線驅(qū)動鼠標和鍵盤。第30頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計3.DCS系統(tǒng)的控制機柜設計 該項目的現(xiàn)場腐蝕氣體太濃，要求DCS模塊具有防腐性能，因此采用光纜連接控制器機柜和遠程的I/O機柜，可以構成統(tǒng)一的控制系統(tǒng)。這體現(xiàn)了HOLLIAS MACS S 系統(tǒng)特有的遠程Profibus-DP總線技術。選用：冗余DP光纖收發(fā)器FM1202遠程I/O連接圖第31頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計本工程有三個遠程控制室，各遠程控制室分屬域情況如下：（1）1#遠程控制室中的硫回收、變換冷卻、脫氧站屬于造氣域。（2）1#遠程控制室中的低溫甲醇洗、制冷屬于空

11、分域。（3）2#遠程控制室中的壓縮機、氫回收、甲醇合成、甲醇精餾屬于空分域。（4）3#遠程控制室中的二甲醚、硫酸罐區(qū)、甲醇罐區(qū)、二甲醚罐區(qū)屬于空分域。（5）3#遠程控制室中的循環(huán)水屬于熱電域。上面遠程站分屬域決定了遠程站同哪個域的控制器相連。第32頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計4.DCS系統(tǒng)的硬件結(jié)構設計制氣域工藝由3臺氣化爐和公共部分組成，因此設計為4個控制站熱電域工藝為3臺130噸/小時循環(huán)流化床鍋爐、一臺25MV汽輪機及公共部分，共4個控制站空分甲醇域由25000空分裝置、低溫甲醇洗、制冷、壓縮機、氫回收、甲醇合成、甲醇精餾、二甲醚、硫酸罐區(qū)、甲醇罐區(qū)、二甲醚罐區(qū)等組成，共分為

12、6個控制站第33頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計控制室I/O機柜配電柜繼電器柜主控機籠I/O機籠模塊數(shù)DP光纖收發(fā)器光纜中央控制室1熱電控制室41141310723#遠程控制室（熱電域）12142350米2造氣控制室61241915421#遠程控制室（造氣域）16432200米21#遠程控制室（空分域）2113884空分控制室2116328102#遠程控制室41756+5843#遠程控制室（空分域）16402總計2145147958828第34頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計4.DCS系統(tǒng)的硬件結(jié)構設計 實際上，該工程除上面機柜外，還有放操作員站、工程師站、服務器的機柜，該項目

13、共有56個操作員站、51個機柜，7500多點，由4套DCS系統(tǒng)組成一套大型化工DCS系統(tǒng)。第35頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)結(jié)構設計5.DCS系統(tǒng)的通信功能設計 這整個系統(tǒng)共有4大類12臺設備，可以將各種各樣的通信方式、通信協(xié)議全部轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)的標準OPC2.0協(xié)議采用：hollysysCOMMOPCSVR.1.0通信軟件 無論哪臺計算機出問題，都不會影響通信接收，因為在以太網(wǎng)上的所有計算機都可以接收外來通信數(shù)據(jù)。第36頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施1.氣化域工程實施2.空分甲醇域工程實施3.熱電域工程實施第37頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施1.氣化域工程實施

14、氣化域主要控制策略實施：（1）氧煤比控制：通過比值調(diào)節(jié)器實現(xiàn)，考慮安全因素，氧過量極易引起爆炸（2）煤氣化過程安全聯(lián)鎖：采取3取2的聯(lián)鎖方式，優(yōu)點在于防止儀表的錯誤信號，提高生產(chǎn)效率（3）氣化爐渣鎖程序控制：兩個渣鎖交替工作，以保持氣化爐內(nèi)壓力第38頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施2.空分甲醇域工程實施 空分甲醇系統(tǒng)構成：空分甲醇系統(tǒng)實際分為兩個大的生產(chǎn)裝置：25000m3/h空分裝置和30萬噸甲醇生產(chǎn)裝置。空分裝置作用是分離出氧氣提供給氣化爐；甲醇裝置主要將水煤氣合成甲醇。第39頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施2.空分甲醇域工程實施 空分主要控制策略實施：(1)空分常

15、規(guī)控制(2)空分聯(lián)鎖邏輯(3)空分分子篩時序控制第40頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(1)空分常規(guī)控制空壓機系統(tǒng)：空壓機排氣壓力調(diào)節(jié)。預冷系統(tǒng)：空冷塔液位調(diào)節(jié)，水冷他液位調(diào)節(jié)。純化系統(tǒng)：污氮進氣量調(diào)節(jié)。膨脹機系統(tǒng)：增壓機出口回流調(diào)節(jié)；膨脹機進口導葉手操；膨脹機進口切斷閥收操。換熱系統(tǒng)：氧氣放空調(diào)節(jié)，產(chǎn)品氧氣流量調(diào)節(jié)，產(chǎn)品氮氣壓力（或流量）調(diào)節(jié)，氮氣去水冷他流量調(diào)節(jié)，污氮出分餾塔壓力調(diào)節(jié)。第41頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(1)空分常規(guī)控制分餾系統(tǒng)：下塔液空液位調(diào)節(jié)，液氮節(jié)流進上塔手操。氬系統(tǒng)：精氬塔冷凝器液氮液位調(diào)節(jié)，粗氬塔冷凝器液空液位調(diào)節(jié)。氧壓機系統(tǒng)：氧壓機吸

16、入壓力調(diào)節(jié)，（透平式）氧壓機排氣壓力調(diào)節(jié)，高壓旁通量調(diào)節(jié)（透平式），試車用氮氣壓力調(diào)節(jié)（透平式），混合氣與進口氧氣差壓調(diào)節(jié)。氮壓機系統(tǒng)：氮壓機吸入壓力調(diào)節(jié)（透平式），氮壓機排氣壓力調(diào)節(jié)（透平式）。調(diào)壓系統(tǒng)：吸入氧氣壓力調(diào)節(jié)，吸入氮氣壓力調(diào)節(jié)。第42頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施（2）空分聯(lián)鎖邏輯空壓機系統(tǒng)：聯(lián)鎖停空壓機，聯(lián)鎖防喘振預冷系統(tǒng)：聯(lián)鎖停水泵和停水冷機組，鎖空冷塔排水閥純化系統(tǒng)：聯(lián)鎖電加熱器膨脹機系統(tǒng)：聯(lián)鎖增壓機回流閥、膨脹機緊急切斷閥。分餾系統(tǒng)：聯(lián)鎖液氧泵（內(nèi)壓縮流程）氬系統(tǒng)：聯(lián)鎖粗氬泵氧壓機系統(tǒng)：聯(lián)鎖停氧壓機，備用油泵啟/停控制，自動啟氧壓機時序氮壓機系統(tǒng)：聯(lián)鎖停氮壓

17、機，備用油泵啟/停控制第43頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施 分子篩切換(純化)系統(tǒng)：有兩個分子篩吸附器，交互通過空氣和污氮，通過空氣的分子篩處于工作狀，分子篩中的吸附劑吸附空氣中的雜質(zhì)，除去 碳氫化合物等。（3）空分分子篩時序控制 第44頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施3.甲醇主要控制策略實施(1)甲醇合成塔熱點溫度控制策略實施(2)甲醇精餾回流量控制策略實施(3)二甲醚控制策略實施第45頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(1)甲醇合成塔熱點溫度控制策略實施 甲醇合成反應產(chǎn)生的熱量用來生產(chǎn)中壓飽和蒸汽。因此，反應溫度可穩(wěn)定控制在一定范圍內(nèi)。出合成塔的氣體入氣

18、氣換熱器，在此與合成塔入口氣體換熱，把入塔氣加熱到觸媒活性溫度。在甲醇合成塔中：因生產(chǎn)負荷變大造成入塔壓力變高，按照放熱反應原理，觸媒溫度應該上升，但實際上觸媒溫度是先下降，然后再上升，這就是反向特性。第46頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(1)甲醇合成塔熱點溫度控制策略實施 反向特性可以采用史密斯預估控制方法原理進行補償。史密斯預估控制原理是在常規(guī)PID的反饋控制的基礎上，引入一個預估的補償環(huán)節(jié)，相當于控制過程盡在時間上推遲了時間。反饋預估補償干擾F實施優(yōu)化的關鍵技術之一是需要DCS控制系統(tǒng)儲蓄一段時間的實時數(shù)據(jù)能力。補償后第47頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(2)

19、甲醇精餾回流量控制策略實施 甲醇精餾預塔和主塔的回流量控制第48頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(2)甲醇精餾回流量控制策略實施 稀醇水流量與粗甲醇流量比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)：當甲醇產(chǎn)量增加時，只需開大主塔進料閥，這時主塔得到增加進料的信號，與塔底得到降低液位的信號，自動調(diào)節(jié)粗甲醇進料，以保證塔底液位平衡。粗甲醇的進料量增加使原來回流比失去平衡，通過比值器自動調(diào)節(jié)再沸器的冷凝水液位調(diào)節(jié)器，再通過冷凝水排放閥調(diào)整冷凝水液位i，已達到新的平衡。 回流量進料量比值器再沸器液位控制器冷凝水排放閥回流比自動控制示意圖第49頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(2)甲醇精餾回流量控制策略實施 操

20、作變量：冷凝水排放量選擇準則：選擇對于被控變量有較大影響的輸 入，每個操作變量的調(diào)整范圍應該是一個相當大的范圍；選擇快速影響被控變量的輸入被測變量：進料量，回流量，冷凝水排放量，再沸器液位選擇準則：安全有效的操作過程裝置要求對關鍵過程變量進行在線測量；選擇具有足夠敏感度的被測量第50頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(2)甲醇精餾回流量控制策略實施 選擇的測量機構是：進料量差壓式流量計，量程是500m3/h，精度等級選為2.0級?；亓髁坎顗菏搅髁坑?，量程是500m3/h，精度等級選為1.0級。冷凝水排放量電磁式流量計，量程是200m3/h,精度等級選為1.5級。再沸器液位差壓式液位計

21、，量程是10m，精度選為0.5級。第51頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(2)甲醇精餾回流量控制策略實施 變送器：都選擇DDZ-型壓變送器，防爆安全柵選為ia級（本安型）。調(diào)節(jié)器：PID調(diào)節(jié)器執(zhí)行器：氣動執(zhí)行器+電-氣閥門定位器，氣動執(zhí)行器由氣動薄膜執(zhí)行機構和具有對數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥組成。第52頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(3)二甲醚控制策略實施開車聯(lián)鎖： 溫度：控制生產(chǎn)溫度為120-250攝氏度可投料 液位穩(wěn)定：投料后及時通過視鏡觀察反應釜內(nèi)反應情況 壓力：在升溫過程中，壓力會上升，打開氣相管線的蝶閥使流程通暢，并打開相應的放空閥使反應釜內(nèi)空氣排出，控制生產(chǎn)壓力位

22、0.9MPa第53頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(3)二甲醚控制策略實施實際工程： 溫度：氣化塔提餾段溫度調(diào)節(jié)，進口溫度調(diào)節(jié)，反應器冷激段溫度調(diào)節(jié)，精餾塔提餾段溫度調(diào)節(jié)，氣提塔提餾段溫度調(diào)節(jié) 壓力：精餾塔塔頂壓力調(diào)節(jié)，洗滌塔塔頂壓力調(diào)節(jié) 流量：氣化塔進料流量調(diào)節(jié)，循環(huán)也流量調(diào)節(jié) 液位：氣化塔塔釜液位調(diào)節(jié)，氣提塔塔釜液位調(diào)節(jié)，閃蒸罐液位調(diào)節(jié)第54頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(3)二甲醚控制策略實施停車聯(lián)鎖：接停車命令后，停止反應釜進料，其他設備照常運行。用壓縮機一回一或二回一調(diào)整，保證一段進口壓力；若系統(tǒng)為保壓短期停車，則控制反應釜壓力。若反應釜液面穩(wěn)定不再下降/釜

23、內(nèi)壓力不再上升后，關閉加熱器蒸汽閥門，停循環(huán)酸泵。停壓縮機，關閉壓縮機進出口閥門，關閉送管區(qū)切斷閥。第55頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施3.熱電域工程實施熱電域系統(tǒng)構成： 熱電域DCS系統(tǒng)主要控制三臺130噸/小時循環(huán)流化床鍋爐和一臺25MW汽輪機。 共11個操作員站（1個遠程操作站）/1個工程師站/1對歷史站服務器/4對冗余控制站，4臺交換機/中控室14個機柜/1個I/O遠程機柜。第56頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施2)熱電主要控制回路實施(1)燃燒控制系統(tǒng)以及主蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)(2)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)(3)氣包水位控制系統(tǒng)(4)料層差壓控制系統(tǒng)(5)爐膛負壓控制

24、系統(tǒng)第57頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(1)燃燒控制系統(tǒng)以及主蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng) K接通相當于接上外環(huán)，主要克服由于并行運行帶來的主管壓力的擾動。 控制規(guī)則庫與床溫和爐膛出口溫度，相當于內(nèi)環(huán)，用來克服堵煤異常情況和給煤質(zhì)與量的不均勻。一次風的重要作用是保持床的正常流化狀態(tài)，避免局部超溫結(jié)焦現(xiàn)象。二次返料量決定了冷灰再如爐膛的量，對床溫以及負荷出力也有很大影響。第58頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(2)主蒸汽溫度控制系統(tǒng) 過熱器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)第59頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(2)主蒸汽溫度控制系統(tǒng) 操作變量：減溫水流量 選擇準則：選擇對于被控變量有較大

25、影響的輸入，每個操作變量的調(diào)整范圍應該是一個相當大的范圍；選擇快速影響被控變量的輸入被控變量是：主蒸汽溫度選擇準則：所選輸出變量必須保持在儀器和操作條件限制之內(nèi)；選擇能直接反映產(chǎn)品質(zhì)量，或?qū)τ诋a(chǎn)品質(zhì)量有較強影響的變量，作為輸出變量第60頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施選擇的被測變量及其測量機構：過熱器溫度銅-康銅熱電偶，量程是2000，精度等級是1.0級減溫水流量壓差式流量計，量程是150m3/h,精度等級是2.0級煙氣量轉(zhuǎn)子式流量計，量程是3000m3/h,精度等級是2.0級煙氣溫度銅熱電阻溫度計，量程是500,精度等級是2.0級蒸汽流量轉(zhuǎn)子式流量計，量程是2000m3/h，精度

26、等級是1.0級返料量轉(zhuǎn)子式流量計，量程是1000m3/h,精度等級是1.0級 第61頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施(2)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)變送器：銅-康銅熱電偶選擇的是DDZ-III型溫度變送器，其他的選擇差壓變送器。防爆安全柵選為ia級（本安型）調(diào)節(jié)器：PID調(diào)節(jié)器執(zhí)行器： 二次隔離閥執(zhí)行機構為氣動薄膜執(zhí)行機構，調(diào)節(jié)機構為碟閥 一次調(diào)節(jié)閥，二次調(diào)節(jié)閥，二次電動閥執(zhí)行機構為氣動薄膜執(zhí)行機構，調(diào)節(jié)機構為直通雙座閥，可調(diào)比R取為30第62頁，共87頁。甲醇裝置DCS系統(tǒng)工程控制實施（3）氣包水位控制系統(tǒng) 氣包水位控制系統(tǒng)可以采用三沖量基礎上的串級控制系統(tǒng)。由于氣包水位有一個較寬的范圍

27、，因此采用規(guī)則控制可以控制，對測量的干擾更有適應性，因此外調(diào)節(jié)器擬用規(guī)則調(diào)節(jié)器。（4）料層差壓控制系統(tǒng) 料層差壓控制系統(tǒng)采取間隙排渣手段（5）爐膛負壓控制系統(tǒng) 為了防止爐膛正壓,可以在總風量增加動作前，讓引風提高動作,同時需設置引風機開度為低限。第63頁，共87頁。整個系統(tǒng)的過程安全系統(tǒng)設計多保護層原理第64頁，共87頁。整個系統(tǒng)的過程安全系統(tǒng)設計 在甲醇以及二甲醚的生產(chǎn)裝置系統(tǒng)設計中， 這個生產(chǎn)裝置安全可靠的設計為整個系統(tǒng)提供了一層保護， 緊接著的兩層是各個分系統(tǒng)的安全防爆珊設計等 最后一層是安全互鎖系統(tǒng)，又稱為安全儀表系統(tǒng)或緊急停車系統(tǒng)。 第65頁，共87頁。DCS仿真模擬因相關軟件問題，

28、仿真部分采取MATLAB的Simulink仿真模擬。仿真項目：鍋爐汽水系統(tǒng)控制方法的研究第66頁，共87頁。1.控制系統(tǒng)的選擇根據(jù)鍋爐負荷變化的速度、鍋爐的容量和調(diào)節(jié)的精度要求。把鍋爐汽包水位控制方式分為兩種類型：1)單沖量給水控制系統(tǒng)，以汽包水位作為唯一的調(diào)節(jié)信號。2）三沖量給水控制系統(tǒng)，以汽包水位作為主調(diào)節(jié)信號，給水流量和蒸汽流量為負調(diào)節(jié)信號。第67頁，共87頁。圖2 三沖量控制系統(tǒng)控制原理圖第68頁，共87頁。圖3 三沖量控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)方框圖第69頁，共87頁。1.2最終選型三沖量控制系統(tǒng)不管如何設置參數(shù)，當負荷發(fā)生變化時，此方案中的液位能保持無差。對比兩種方式的優(yōu)劣，我們選用前饋-串

29、級三沖量控制方式。第70頁，共87頁。2.鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的數(shù)學模型 2.1.1實驗對象：供氣流量為120t/h的鍋爐。 2.1.2通過實驗測得傳遞函數(shù)： 在給水流量單位階躍擾動下，水位反應曲線的飛升速度，即水位的變化速度=0.0529mm/秒。為了提高仿真的速度，取n=1。一階滯后環(huán)節(jié)的時間常數(shù)經(jīng)測量為8.5秒。因此給水量w與水位H的傳遞函數(shù)為：第71頁，共87頁。在蒸汽流量單位階躍擾動下，水位變化的響應速度=0.0747mm/秒，即Ta=0.0747mm/秒，增益系數(shù)=2.613，滯后環(huán)節(jié)的時間常數(shù)=6.7秒，n=2，故蒸汽流量D與水位H的傳遞函數(shù)為：第72頁，共87頁。2.2儀器的選

30、擇與各變送器轉(zhuǎn)換系數(shù)的確定選用的流量計的量程為150t/h，液位變送器的量程為300mm水柱，所有變送器均采用的DDZII型組合儀表，其標準信號為0-10mADC。蒸汽流量變送器、給水流量變送器、液位變送器的轉(zhuǎn)換系數(shù)分別為： 第73頁，共87頁。3.系統(tǒng)仿真分析3.1鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析下面利用頻域分析法中的伯德圖和奈奎斯特圖法來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。閉環(huán)系統(tǒng)伯德圖 num=0 0 0.0529; den=8.5 1 0; H=tf(num,den);Gm,Pm,Wcp,Wcg=margin(H); bode(H) grid on第74頁，共87頁。相位裕量Y=67.44850,說明系統(tǒng)穩(wěn)定。第75頁，共87頁。開環(huán)系統(tǒng)奈氏軌跡： num1=0 1