精餾塔自動控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計涉及精餾塔實現(xiàn)自動控制與優(yōu)化方法。其特征是根據(jù)物料平衡關系和組分平衡關系對精餾塔進行控制，運用多種手段對精餾塔實現(xiàn)優(yōu)化。根據(jù)精餾原理和精餾塔的物料平衡和組分平衡關系，采用塔頂輕產品和塔底重產品抽出比率(以下簡稱為輕重產品比率)作為主要被控變量，通過調節(jié)回流量和再沸器熱負荷，控制輕重產品比率、溫度、回流比達到平穩(wěn)操作。并

2、對PLC、DCS、FCS等控制系統(tǒng)做了較詳細的介紹對比，其中對DCS的介紹較更為典型全面。另外對檢測儀表、執(zhí)行機構和輔助儀表的選型的注意事項以及工藝條件等做了較為深入的分析，在保證產品質量合格的前提下，增加精餾塔高價值產品的收率，并實現(xiàn)裝置的節(jié)能降耗。</p><p>　　關鍵詞：精餾塔，比率， DCS，節(jié)能降耗</p><p><b>　　目 錄</b><

3、/p><p>　　第一章 設計說明1</p><p>　　1.1 設計選題依據(jù)及背景1</p><p>　　1.1.1 精餾1</p><p>　　1.1.2 再沸器2</p><p>　　1.1.3 冷凝器2</p><p>　　1.2  設計目的2

4、</p><p>　　1.3 設計原則及設計步驟3</p><p>　　1.3.1 設計原則3</p><p>　　1.4 設計內容4</p><p>　　1.4.1 操作壓力4</p><p>　　第二章 工藝概況7</p><p>　　2.1 生產工藝流程介

5、紹7</p><p>　　2.1.1 精餾定義7</p><p>　　2.1.2 工藝要求8</p><p>　　2.2 影響精餾操作的主要因素9</p><p>　　2.3 精餾工藝流程及控制目標14</p><p>　　第三章 自動控制裝置的確定17</p><p>　　3

6、.1 PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)概述17</p><p>　　3.1.1 PLC17</p><p>　　3.1.2 DCS17</p><p>　　3.1.3 FCS18</p><p>　　3.2 三大控制系統(tǒng)的技術特點19</p><p>　　3.2.1 PLC19</p

7、><p>　　3.2.2 DCS19</p><p>　　3.2.3 FCS20</p><p>　　3.3 三大控制系統(tǒng)的比較20</p><p>　　3.3.1 DCS與PLC21</p><p>　　3.3.2 FCS與DCS22</p><p>　　3.4 發(fā)展前景

8、23</p><p>　　第四章 確定控制方案和儀表回路圖設計24</p><p>　　4.1 控制方案的確定24</p><p>　　4.2 設計方案的經濟比較24</p><p>　　4.3 自動控制方案25</p><p>　　4.4 管道儀表流程圖繪制的基本原則29</p>&

9、lt;p>　　第五章 檢測儀表、執(zhí)行機構和輔助儀表的選型30</p><p>　　5.1 如何選擇檢測儀表和調節(jié)閥30</p><p>　　5.2 變送器的選型31</p><p>　　5.3 流量測量儀表選型31</p><p>　　5.4 物位測量儀表的選型32</p><p>　　5.5

10、 控制閥的選型33</p><p>　　參 考 文 獻34</p><p><b>　　致 謝35</b></p><p>　　附錄一 儀表供氣系統(tǒng)圖</p><p>　　附錄二 儀表柜接線圖</p><p>　　附錄三 控制系統(tǒng)儀表回路圖</p><p>　

11、　附錄四 PVC工藝流程圖</p><p>　　附錄五 PVC精餾裝置工藝條件表</p><p><b>　　第一章 設計說明</b></p><p>　　1.1 設計選題依據(jù)及背景</p><p><b>　　1.1.1精餾</b></p><p>　　精餾

12、是一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法，是工業(yè)上應用最廣的液體混合物分離操作，廣泛用于石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。精餾操作按不同方法進行分類。根據(jù)操作方式，可分為連續(xù)精餾和間歇精餾；根據(jù)混合物的組分數(shù)，可分為二元精餾和多元精餾；根據(jù)是否在混合物中加入影響汽液平衡的添加劑，可分為普通精餾和特殊精餾（包括萃取精餾、恒沸精餾和加鹽精餾）根據(jù)塔內氣液接觸部件的結構型式，可將塔設備分為兩大類：板式塔和填料塔板式塔：塔內沿塔高裝

13、有若干層塔板，相鄰兩板有一定的間隔距離。塔內氣、液兩相在塔板上互相接觸，進行傳熱和傳質，屬于逐級接觸式塔設備。填料塔：塔內裝有填料，氣液兩相在被潤濕的填料表面進行傳熱和傳質，屬于連續(xù)接觸式塔設備。若精餾過程伴有化學反應，則稱為反應精餾。原理雙組分混合液的分離是最簡單的精餾操作。典型的精餾設備是連續(xù)精餾裝置，包括精餾塔、再沸器、冷凝器等。精餾塔供汽液兩相接觸進行相際傳質，位于塔頂?shù)睦淠魇拐魵獾玫讲糠掷淠?部分凝液作為回流液返回塔頂,其余

14、餾出液是塔頂產品。位于塔底的再沸器使液體部分汽化，蒸氣沿塔上升，余下的液體作為塔底產品。進料加在塔的中部,進料中的液</p><p>　　精餾之所以能使液體混合物得到較完全的分離，關鍵在于回流的應用?；亓靼ㄋ敻邼舛纫讚]發(fā)組分液體和塔底高濃度難揮發(fā)組分蒸氣兩者返回塔中。汽液回流形成了逆流接觸的汽液兩相，從而在塔的兩端分別得到相當純凈的單組分產品。塔頂回流入塔的液體量與塔頂產品量之比，稱為回流比，它是精餾操作的一

15、個重要控制參數(shù)，它的變化影響精餾操作的分離效果和能耗。精餾操作的主要指標是：①產品的純度。板式塔中的塔板數(shù)或填充塔中填料層高度，以及料液加入的位置和回流比等，對產品純度均有一定影響。調節(jié)回流比是精餾塔操作中用來控制產品純度的主要手段。②組分回收率。這是產品中組分含量與料液中組分含量之比。③操作總費用。主要包括再沸器的加熱費用、冷凝器的冷卻費用和精餾設備的折舊費，操作時變動回流比，直接影響前兩項費用。此外，即使同樣的加熱量和冷卻量，加熱費

16、用和冷卻費用還隨著沸騰溫度和冷凝溫度而變化，特別當不使用水蒸氣作為加熱劑或者不能用空氣或冷卻水作為冷卻劑時，這兩項費用將大大增加。選擇適當?shù)牟僮鲏毫?，有時可避免使用高溫加熱劑或低溫冷卻劑（或冷凍劑），但卻增添加壓或抽真空的操作費用。</p><p>　　1.1.2再沸器作用：用以將塔底液體部分汽化后送回精餾塔，使塔內氣液兩相間的接觸傳質得以進</p><p>　　行。本設計采用立式熱虹吸

17、式再沸器，它是一垂直放置的管殼式換熱器。液體在自下而上通過換熱器管程時部分汽化，由在殼程內的載熱體供熱。立式熱虹吸特點：</p><p>　　循環(huán)推動力：釜液和換熱器傳熱管氣液混合物的密度差。</p><p>　　結構緊湊、占地面積小、傳熱系數(shù)高。</p><p>　　殼程不能機械清洗，不適宜高粘度、或臟的傳熱介質。</p><p>　　塔

18、釜提供氣液分離空間和緩沖區(qū)。</p><p>　　1.1.3 冷凝器 用以將塔頂蒸氣冷凝成液體，部分冷凝液作塔頂產品，其余作回流液返回塔頂，使塔內氣液兩相間的接觸傳質得以進行，最常用的冷凝器是管殼式換熱器</p><p><b>　　1.2  設計目的</b></p><p>　　精餾就是通過多級蒸餾，使混合氣液兩相

19、經多次混合接觸和分離，并進行質量和熱量的傳遞，使混合物中的組分達到高程度的分離，進而得到高純度的產品。流程如下：</p><p>　　原料（丙稀和丙烷的混合液體）經進料管由精餾塔中的某一位置（進料板處）流入塔內，開始精餾操作；當釜中的料液建立起適當液位時，再沸器進行加熱，使之部分汽化返回塔內。氣相沿塔上升直至塔頂，由塔頂冷凝器將其進行全部或部分冷凝。將塔頂蒸氣凝液部分作為塔頂產品取出，稱為餾出物。另一部分凝液作為

20、回流返回塔頂?；亓饕簭乃斞厮飨?，在下降過程中與來自塔底的上升蒸氣多次逆向接觸和分離。當流至塔底時，被再沸器加熱部分汽化，其氣相返回塔內作為氣相回流，而其液相則作為塔底產品采出。</p><p><b>　　精餾流程圖1-1</b></p><p>　　1.3設計原則及設計步驟</p><p>　　1.3.1  設計原則&

21、lt;/p><p>　　滿足工藝和操作的要求  </p><p>　　所設計出來的流程和設備能保證得到質量穩(wěn)定的產品。由于工業(yè)上原料的濃度、溫度經常有變化，因此設計的流程與設備需要一定的操作彈性，可方便地進行流量和傳熱量的調節(jié)。設置必需的儀表并安裝在適宜部位，以便能通過這些儀表來觀測和控制生產過程。 </p><p><b&g

22、t;　　滿足經濟上的要求 </b></p><p>　　要節(jié)省熱能和電能的消耗，減少設備與基建的費用，如合理利用塔頂和塔底的廢熱，既可節(jié)省蒸汽和冷卻介質的消耗，也能節(jié)省電的消耗?；亓鞅葘Σ僮髻M用和設備費用均有很大的影響，因此必須選擇合適的回流比。冷卻水的節(jié)省也對操作費用和設備費用有影響，減少冷卻水用量，操作費用下降，但所需傳熱設備面積增加，設備費用增加。因此，設計時應全面考慮，力求總費用盡可

23、能低一些。</p><p><b>　　保證生產安全  </b></p><p>　　生產中應防止物料的泄露，生產和使用易燃物料車間的電器均應為防爆產品。塔體大都安裝在室外，為能抵抗大自然的破壞，塔設備應具有一定剛度和強度。1.3.2 設計步驟</p><p>　?、?確定設計方案；⑵ 平衡級計算和理論塔板的確定；⑶

24、 塔板的選擇；⑷ 實際板數(shù)的確定；⑸ 塔體流體力學計算；⑹ 管路及附屬設備的計算與選型；⑺ 撰寫設計說明書和繪圖。</p><p><b>　　1.4  設計內容</b></p><p><b>　　1.4.1操作壓力</b></p><p>　　塔內操作壓力的選擇不僅牽涉到分離問題，而且與塔頂和塔底溫度

25、的選取有關。根據(jù)所處理的物料性質，兼顧技術上的可行性和經濟上的合理性來綜合考慮，一般有下列原則： (1) 壓力增加可提高塔的處理能力，但會增加塔身的壁厚，導致設備費用增加；壓力增加，組分間的相對揮發(fā)度降低，回流比或塔高增加，導致操作費用或設備費用增加。因此如果在常壓下操作時，塔頂蒸氣可以用普通冷卻水進行冷卻，一般不采用加壓操作。操作壓力大于1.6MPa才能使普通冷卻水冷卻塔頂蒸氣時，應對低壓、冷凍劑冷卻和高壓、冷卻水冷卻的方案進行

26、比較后，確定適宜的操作方式。 (2) 考慮利用較高溫度的蒸氣冷凝熱，或可利用較低品位的冷源使蒸氣冷凝，且壓力提高后不致引起操作上的其他問題和設備費用的增加，可以使用加壓操作。 (3) 真空操作不僅需要增加真空設備的投資和操作費用，而且由于真空下氣體體積增大，需要的塔徑增加，因此塔設備費用增加。1.4.2 進料狀態(tài) 進料狀態(tài)有5種，可用進料狀態(tài)參數(shù)q值來表示。進料為過冷液體：q＞1；飽和液體（泡點）：q＝1

27、；氣、液混合物：0＜q＜1；飽和蒸氣（露點）：q＝0；過熱蒸氣：q＜0。</p><p><b>　　第二章 工藝概況</b></p><p>　　2.1生產工藝流程介紹</p><p><b>　　2.1.1精餾定義</b></p><p>　　一般精餾裝置由精餾塔塔身、冷凝器、回流罐以及再沸器

28、等設備組成，在實際生產過程中，精餾操作可分為間歇精餾和連續(xù)精餾兩種，工業(yè)生產主要采用連續(xù)精餾。</p><p>　　完成精餾的塔設備稱為精餾塔。塔設備為氣液兩相提供充分的接觸時間、面積和空間，以達到理想的分離效果。根據(jù)塔內氣液接觸部件的結構型式，可將塔設備分為兩大類：板式塔和填料塔。</p><p>　　蒸氣由塔底進入，與下降液進行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點)組分不斷地

29、向蒸氣中轉移，蒸氣中的難揮發(fā)(高沸點)組分不斷地向下降液中轉移，蒸氣愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，達到組分分離的目的。由塔頂上升的蒸氣進入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔底流出的液體，其中的一部分送入再沸器，熱蒸發(fā)后，蒸氣返回塔中，另一部分液體作為釜殘液取出。</p><p>　　板式塔：塔內沿塔高裝有若干層塔板

30、，相鄰兩板有一定的間隔距離。塔內氣、液兩相在塔板上互相接觸，進行傳熱和傳質，屬于逐級接觸式塔設備。本章重點介紹板式塔。</p><p>　　填料塔：塔內裝有填料，氣液兩相在被潤濕的填料表面進行傳熱和傳質，屬于連續(xù)接觸式塔設備。</p><p>　　2.1.2工藝要求 </p><p>　　要對精餾塔實施有效的自動控制，必須首先了解精餾塔的控制目標。精餾塔的控制目標一

31、般從質量指標、產品產量和能量消耗三方面考慮。任何精餾塔的操作情況同時受約束條件的制約，因此，在考慮精餾塔控制方案時一定要把這些因素考慮進去。 </p><p><b>　　1．質量指標 </b></p><p>　　質量指標（即產品純度）必須符合規(guī)定的要求。一般應使塔頂或塔底產品之一達到規(guī)定的純度，要求另一個產品也應該維持在規(guī)定的范圍之內，或者塔項和塔底的產品均保證一

32、定的純度要求。如果產品質量不合格，它的價值就將遠遠低于合格產品。但決不是說質量越高越好。由于質量超過規(guī)定，產品的價值并不因此而增加；而產品產量卻可能下降，同時操作成本主要是能量消耗會增加很多。因此，總的價值反倒下降了。由此可見，除了要考慮使產品符合規(guī)格外，還應同時考慮產品的產量和能量消耗。 </p><p><b>　　2．產品產量指標 </b></p><p>　　

33、在達到一定質量指標要求的前提下，應得到盡可能高的產量，從而使產品的回收率提高。這對于提高經濟效益顯然是有利的。 </p><p>　　產品的回收率定義為產品量與進料中該產品組分的量之比。即： </p><p>　　Ri=P/Fzi （2-1） </p><p>　　生產效益除了產品純度與產品回

34、收率之間的關系，還必須考慮能量消耗因素。由精餾原理可知，用精餾搭進行混合物的分離是要消耗一定能量的；要使分離的產品質量越高，產品產量越多，所需的能量也就越大。 </p><p>　　3．能耗要求和經濟性指標 </p><p>　　精餾過程中消耗的能量，主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗；此外，塔和附屬設備及管線也要散失部分能量。 </p><p>　　在一定的

35、純度要求下，增加塔內的上升蒸汽是有利于提高產品回收率的；同時也意味著再沸器的能量消耗要增大。且任何事物總是有一定限度的。在單位進料量的能耗增加到一定數(shù)值后，再繼續(xù)增加塔內的上升蒸汽，則產品回收率就增長不多了。應當指出精餾塔的操作情況，必須從整個經濟效益來衡量。在精餾操作中，質量指標、產品回收率和能量消耗均是要控制的目標。其中質量是必要條件，在質量指標一定的條件下應在控制過程中使產品的產量盡可能提高一些，同時能量消耗盡可能低一些。<

36、/p><p>　　石油化工行業(yè)中的精餾裝置大多采取的是連續(xù)運行的方式，其具體流程圖見下圖2-1 </p><p>　　圖2-1 連續(xù)精餾裝置流程圖</p><p>　　連續(xù)精餾的具體運行流程如下：①原料從進料板(即為精餾塔中段的某塊塔板)上進入，進料板將整個精餾塔分為精餾段(進料板以上的部分)和提餾段(進料板以下的部分)；②溶液進入精餾塔之后，因各組分具有不同的沸點

37、，從而導致低沸點低組分(即易揮發(fā)組分)汽化較易而往上升騰，而高沸點組分(即難揮發(fā)組分)則大多隨著液體向下流。并和精餾塔內上升的蒸汽在各層塔板上進行充分接觸，從而進行傳熱、傳質過程：③向F流的液體到達塔釜之后，部分被連續(xù)引出從而成為塔底產品。部分經加熱汽化之后又返回到精餾塔中；④精餾塔內的上升蒸汽依次經過全部塔板，從而使蒸汽中的易揮發(fā)組分的濃度逐漸增高，上升至塔頂?shù)恼羝诶淠髦斜焕淠蔀橐后w，經過回流泵和回流罐之后，部分被連續(xù)引出從而成

38、為塔頂產品，部分則作為塔內冷卻液而被引回至頂部塔板上，這一過程稱為回流。</p><p>　　2.2 影響精餾操作的主要因素</p><p>　　對于現(xiàn)有的精餾裝置和特定的物系，精餾操作的基本要求是使設備具有盡可能大的生產能力，達到預期的分離效果，操作費用最低。影響精餾裝置穩(wěn)態(tài)、高效操作的主要因素包括操作壓力、進料組成和熱狀況、塔頂回流、全塔的物料平衡和穩(wěn)定、冷凝器和再沸器的傳熱性能，設

39、備散熱情況等。以下就其主要影響因素予以簡要分析。</p><p>　　1．物料平衡的影響和制約</p><p>　　根據(jù)精餾塔的總物料衡算可知，對于一定的原料液流量F和組成xF，只要確定了分離程度xD和xW，餾出液流量D和釜殘液流量W也就被確定了。而xD和xW決定了汽液平衡關系、xF、q、R和理論板數(shù)NT（適宜的進料位置），因此D和W或采出率D/F與W/F只能根據(jù)xD和xW確定，而不能任意

40、增減，否則進、出塔的兩個組分的量不平衡，必然導致塔內組成變化，操作波動，使操作不能達到預期的分離要求。</p><p>　　在精餾塔的操作中，需維持塔頂和塔底產品的穩(wěn)定，保持精餾裝置的物料平衡是精餾塔穩(wěn)態(tài)操作的必要條件。通常由塔底液位來控制精餾塔的物料平衡。</p><p><b>　　2、塔頂回流的影響</b></p><p>　　回流比是影

41、響精餾塔分離效果的主要因素，生產中經常用回流比來調節(jié)、控制產品的質量。例如當回流比增大時，精餾產品質量提高；反之，當回流比減小時，xD減小而xW增大，使分離效果變差。</p><p>　　回流比增加，使塔內上升蒸汽量及下降液體量均增加，若塔內汽液負荷超過允許值，則可能引起塔板效率下降，此時應減小原料液流量。</p><p>　　調節(jié)回流比的方法可有如下幾種：</p><

42、p>　?。?）減少塔頂采出量以增大回流比。</p><p>　?。?）塔頂冷凝器為分凝器時，可增加塔頂冷劑的用量，以提高凝液量，增大回流比。</p><p>　?。?）有回流液中間貯槽的強制回流，可暫時加大回流量，以提高回流比，但不得將回流貯槽抽空。</p><p>　　必須注意，在餾出液采出率D/F規(guī)定的條件下，籍增加回流比R以提高xD的的方法并非總是有效。

43、此外，加大操作回流比意味著加大蒸發(fā)量與冷凝量，這些數(shù)值還將受到塔釜及冷凝器的傳熱面的限制。</p><p>　　3．進料熱狀況的影響</p><p>　　當進料狀況（xF和q）發(fā)生變化時，應適當改變進料位置，并及時調節(jié)回流比R。一般精餾塔常設幾個進料位置，以適應生產中進料狀況，保證在精餾塔的適宜位置進料。如進料狀況改變而進料位置不變，必然引起餾出液和釜殘液組成的變化。</p>

44、<p>　　進料情況對精餾操作有著重要意義。常見的進料狀況有五種，不同的進料狀況，都顯著地直接影響提餾段的回流量和塔內的汽液平衡。精餾塔較為理想的進料狀況是泡點進料，它較為經濟和最為常用。對特定的精餾塔，若xF減小，則將使xD和xW均減小，欲保持xD不變，則應增大回流比。</p><p><b>　　4．塔釜溫度的影響</b></p><p>　　釜溫是由

45、釜壓和物料組成決定的。精餾過程中，只有保持規(guī)定的釜溫，才能確保產品質量。因此釜溫是精餾操作中重要的控制指標之一。</p><p>　　提高塔釜溫度時，則使塔內液相中易揮發(fā)組分減少，同時，并使上升蒸汽的速度增大，有利于提高傳質效率。如果由塔頂?shù)玫疆a品，則塔釜排出難揮發(fā)物中，易揮發(fā)組分減少，損失減少；如果塔釜排出物為產品，則可提高產品質量，但塔頂排出的易揮發(fā)組分中夾帶的難揮發(fā)組分增多，從而增大損失。因此，在提高溫度的

46、時候，既要考慮到產品的質量，又要考慮到工藝損失。一般情況下，操作習慣于用溫度來提高產品質量，降低工藝損失。</p><p>　　當釜溫變化時，通常是用改變蒸發(fā)釜的加熱蒸汽量，將釜溫調節(jié)至正常。當釜溫低于規(guī)定值時，應加大蒸汽用量，以提高釜液的汽化量，使釜液中重組分的含量相對增加，泡點提高，釜溫提高。當釜溫高于規(guī)定值時，應減少蒸汽用量，以減少釜液的汽化量，使釜液中輕組分的含量相對增加，泡點降低，釜溫降低。此外還有與液

47、位串級調節(jié)的方法等。</p><p><b>　　5．操作壓力的影響</b></p><p>　　塔的壓力是精餾塔主要的控制指標之一。在精餾操作中，常常規(guī)定了操作壓力的調節(jié)范圍。塔壓波動過大，就會破壞全塔的氣液平衡和物料平衡，使產品達不到所要求的質量。</p><p>　　提高操作壓力，可以相應地提高塔的生產能力，操作穩(wěn)定。但在塔釜難揮發(fā)產品中

48、，易揮發(fā)組分含量增加。如果從塔頂?shù)玫疆a品，則可提高產品的質量和易揮發(fā)組分的濃度。</p><p>　　影響塔壓變化的因素是多方面的，例如：塔頂溫度，塔釜溫度、進料組成、進料流量、回流量、冷劑量、冷劑壓力等的變化以及儀表故障、設備和管道的凍堵等，都可以引起塔壓的變化。例如真空精餾的真空系統(tǒng)出了故障、塔頂冷凝器的冷卻劑突然停止等都會引起塔壓的升高。</p><p>　　對于常壓塔的壓力控制，主

49、要有以下三種方法：</p><p>　　(1) 對塔頂壓力在穩(wěn)定性要求不高的情況下，無需安裝壓力控制系統(tǒng)，應當在精餾設備(冷凝器或回流罐)上設置一個通大氣的管道，以保證塔內壓力接近于大氣壓。</p><p>　　(2) 對塔頂壓力的穩(wěn)定性要求較高或被分離的物料不能和空氣接觸時，若塔頂冷凝器為全凝器時，塔壓多是靠冷劑量的大小來調節(jié)。</p><p>　　(3) 用調節(jié)

50、塔釜加熱蒸汽量的方法來調節(jié)塔釜的氣相壓力。</p><p>　　在生產中，當塔壓變化時，控制塔壓的調節(jié)機構就會自動動作，使塔壓恢復正常。當塔壓發(fā)生變化時，首先要判斷引起變化的原因，而不要簡單地只從調節(jié)上使塔壓恢復正常，要從根本上消除變化的原因，才能不破壞塔的正常操作。如釜溫過低引起塔壓降低，若不提釜溫，而單靠減少塔頂采出來恢復正常塔壓，將造成釜液中輕組分大量增加。由于設備原因而影響了塔壓的正常調節(jié)時，應考慮改變其

51、它操作因素以維持生產，嚴重時則要停。通過對精餾塔的全塔物料衡算，可以確定餾出液及釜液的流量及組成。</p><p><b>　　精餾塔的干擾因素</b></p><p>　　和其他化工過程一樣，精餾是在一定的物料平衡和能量平衡的基礎上進行的。一切因素均通過物料平衡和能量平衡影響塔的正常操作。影響物料平衡的因素包括進料量和進料成分的變化，頂部餾出物及底部出料的變化。影響

52、能量平衡的因素主要是進料溫度或熱焓的變化，再沸器加熱量和冷凝器冷卻量的變化，此外還有塔的環(huán)境溫度等變化。同時，物料平衡和能量平衡之間又是相互影響的。要了解這些因素是如何影響精餾塔操作的，首先必須分析它的靜態(tài)規(guī)律，即研究其靜態(tài)特性。從而分析上述因素對精餾塔的動態(tài)影響。 </p><p>　　1．精餾塔中靜態(tài)關系的分析</p><p>　　從物料平衡和能量關系出發(fā)，可得出它的總的物料平衡關系為

53、 </p><p>　　F=D＋B （2-2） </p><p>　　輕組分的物料平衡關系為 </p><p>　　Fz＝Dy＋Bx （2-3） </p><p>　　式中，F(xiàn)、D和B分別為進料量、頂部餾出物量和塔底產品；z、y和x分別為進料、頂部餾出物和底部產品中輕組分的含量。由以上兩式，可明顯看出進料量F

54、在產品中的分配量（即D／F）是決定頂部和底部產品中輕組分含量y和x的關鍵因素。 </p><p>　　靜態(tài)下精餾塔的能量關系為 </p><p>　　QH+FHF＝QC＋DHD＋BHB （2-4） </p><p>　　式中，QH為再沸器加熱量，QC為冷凝器冷卻量，HP、HD和HB分別為進料頂部、底部產品的比熱熔。在式中，每一項都影響著塔內上升蒸汽的流量V

55、。對于一個既定的塔來講，V與F之比與塔的分離度S有關。即V／F一定時意味著塔分離度也一定。 </p><p>　　綜上所述，對于一個精餾塔來講，在進料成分Z一定時，只要保持V／F和D／F一定（或者在F一定時保持D和V一定），這個塔的分離結果也就是產品成分y和x將被完全確定。而當進料成分變化時，為了保持產品成分不變，可以相應調節(jié)D／F，以補償進料成分變化的影響。塔內上升蒸汽量V，在塔的提餾段是由再沸器加熱提供的，在

56、塔的精餾段還受到進料熱熔的影響。當冷凝器冷卻量Q增加時，必然會使更多的氣相變?yōu)橐合?，從而降低了塔壓；同時使塔內相同組分的平衡溫度下降，增加了再沸器兩側間的溫差，使再沸器提供的加熱量QH增加。正因如此，在進料熱熔變化不大或可以忽略時，一般總把V的變化或V／F的變化，看作是由再沸器加熱量QH提供的。在多元精餾中，影響關系要復雜得多，當進料中某一組分的濃度變化時，必然使其他組分的濃度變化；從而使頂部及底部產品中各組分的濃度發(fā)生變化。當進料中幾

57、個組分濃度同時變化時，情況將更為復雜。克服這些擾動的控制手段卻只有靠D／F和V／F。此時僅有兩個關鍵組分可以控制，其余組分在產品中的分配情況主要由進料濃度確定。 </p><p>　　2．影響精餾塔操作中質量指標的因素 </p><p>　　通過以上分析，可以看出，在精餾塔的操作過程中，影響其質量指標的主要干擾有以下幾種： </p><p>　?。╨）進料流量F的波

58、動 </p><p>　　進料量指進入精餾塔物料的量，它的波動通常很難避免。對于獨立的或位于整個生產過程的起點的精餾塔控制可采用定值控制，則可使進料流量保持恒定。但是，在一個連續(xù)的生產過程中，精餾塔的處理量往往是上一工序的產出量。如果一定要使進料量恒定，勢必要設置很大的中間貯槽進行緩沖。二是采取在上一工序設置液位均勻控制系統(tǒng)來控制出料，使塔的進料流量F波動比較平穩(wěn)，從而避免劇烈的變化。 </p>&

59、lt;p>　?。?）進料成分ZF的變化 </p><p>　　進料成分取決于上一工序出料或原料情況，對精餾塔的控制系統(tǒng)來講，它是不可控的干擾。而針對進料成分的較大變化，則必須重新設置控制變量。 </p><p>　?。?）進料溫度 TF及進料熱量 QF的變化 </p><p>　　進料溫度通常是較為恒定的。假如不恒定，進料溫度和進料熱量的變化會影響到塔的焓平衡

60、，因此必須保持進料溫度的恒定。工業(yè)上往往先將進料預熱，通過溫度控制系統(tǒng)來使進料溫度恒定。這對于進料狀態(tài)全部是汽態(tài)或全部是液態(tài)時，可以保持進料熱焓一定。當進料是汽液混相狀態(tài)時，則只有當汽液兩相的比例恒定時，進料熱焓才能恒定，必要時應設置熱焓控制的環(huán)節(jié)來維持。 </p><p>　?。?）再沸器加熱劑熱量的變化 </p><p>　　當加熱劑是蒸汽時，加入熱量的變化往往是由蒸汽壓力的變化引起的

61、?？梢酝ㄟ^蒸汽總管設置壓力控制系統(tǒng)來加以克服，或者在串級控制系統(tǒng)的副回路中予以克服。 </p><p>　　（5）冷卻劑入口溫度及閥前壓力的變化 </p><p>　　冷卻劑量的變化會影響到回流量或回流溫度，它的變化主要是由于冷卻劑的壓力或溫度變化引起的。對于這類干擾，以閥前壓力波動影響較大，控制中用壓力控制系統(tǒng)加以克服。 </p><p>　?。?）環(huán)境溫度的變化

62、 </p><p>　　精餾塔操作的環(huán)境溫度的變化一般不大，但在采用風冷器作冷凝器時，則天氣驟變與晝夜溫差，對塔的操作影響較大，它會使回流量或回流溫度變化。為此，應采用內回流控制的方法予以克服。內回流通常是指精餾塔的精餾段內上一層塔盤向下一層塔盤流下的液體量，一般要控制內回流為恒定量或按某一規(guī)律變化的操作。 </p><p>　　由上述分析可以看出，進料流量和進料成分的波動是精餾塔操作的主

63、要干擾，這個干擾往往不可控。 </p><p>　　2.3 精餾工藝流程及控制目標</p><p>　　精餾塔的控制目標是：在保證產品質量的前提下，回收率最高和能耗率最低，或使塔的總收益最大，或總體成本最小。一般來講應滿足以下三方面要求。</p><p><b>　　保證質量指標</b></p><p>　　在精餾塔的

64、生產過程中，一般應當使塔頂或塔底產品中的一個產品符合工藝要求的純度，另一個產品的組分亦應該保持在規(guī)定的范圍之內。此時，應取精餾塔塔頂或塔底的產品質量作為被控變量，這種控制系統(tǒng)稱為精餾塔的質量控制系統(tǒng)。</p><p>　　質量控制系統(tǒng)需要應用能測出產品組分的分析儀器設備。由于目前的被測物料種類繁多，市場上還不能提供相應多種可用于實時測量的分析儀器設備。所以，直接的質量控制系統(tǒng)目前應用不多見，大多數(shù)情況下，是采用能

65、間接控制質量的溫度系統(tǒng)來代替，實踐證明這樣的實踐辦法是可行的。</p><p><b>　　物料平衡和能量平衡</b></p><p>　　為了保證精餾塔的物料平衡和能量平衡，必須把進塔之前的主要可控擾動竟可能預先克服，同時竟可能緩和一些不可控的主要擾動。例如，可設置進料的溫度控制、加熱機和冷卻劑的壓力控制、進料量的均勻控制等。為了維持塔的物料平衡，必須控制塔頂鎦出液

66、和釜低采出量，使其之和等于進料量，而且兩個采出量變化要緩慢，以保證精餾塔操作的平穩(wěn)。塔內的持液量應保持在規(guī)定的范圍內波動，控制好塔內的壓力穩(wěn)定，對精餾塔的物料平衡和能量平衡是十分必要的。</p><p><b>　　約束條件</b></p><p>　　為了保證精餾塔的正常、安全運行，操作時必須使某些操作參數(shù)限制在約束條件之內。常用的精餾塔限制條件為液泛限、漏液限、壓

67、力限和臨界溫差限等。液泛限又稱氣相速度限，即塔內氣相速度過高時，霧沫夾帶現(xiàn)象十分嚴重，實際上是液相從下面塔板上倒流到上面塔板，產生液泛會破壞塔的正常操作。漏液限又稱為氣相最小的速度限，當氣相速度小于某一值時，將產生塔板漏液現(xiàn)象，塔板效率下降，最好能在稍低于液泛的速度下操作。套防止液泛和漏液現(xiàn)象，可以通過塔壓降或壓差來監(jiān)視氣相速度。壓力限是塔的操作壓力的限制，一般設最大操作壓力限，超限會影響塔內的氣，液相平衡，嚴重超限甚至會影響安全生產。

68、臨界溫差限主要是指再沸器兩側的溫差，當這一溫差低于臨界溫差時，傳熱系數(shù)急劇下降，傳熱量也隨之下降，就不能保證塔的正常傳熱的需要</p><p>　　精餾塔的基本控制方式是討論復雜和特殊控制方案乃至最優(yōu)控制的基礎，同時也是目前實際應用中最常見的方案。精餾塔是一個多變量對象，因此如果將任意一個被調參數(shù)和任意一個調節(jié)參數(shù)組成調節(jié)回路，就可能有許多調節(jié)方案。而產品質量往往是精餾過程的主要目標，因此，在基本控制方案中，以產

69、品質量指標來選取調節(jié)參數(shù)，一種是采用溫度作為間接質量指標，一種是采用產品成分等作為直接質量指標。 </p><p>　　（l）按提餾段指標的控制方案 </p><p>　　如果對釜底出料的成分要求高于塔頂出料，塔頂或精餾段板上溫度不能很好地反映組分變化和實際操作回流比大于幾倍最小回流比時，可采用提餾段控制。提餾段溫度是衡量質量指標的間接指標，而以改變再沸器加熱量作為控制手段的方案，就是提餾

70、段溫控。 </p><p>　　圖2-2常見的提餾段溫控方案</p><p>　　圖2-2是常見的提餾段溫控的一個方案。該方案以提餾段塔板溫度為被控變量，加熱蒸汽量為操縱變量。除了這個主要控制系統(tǒng)外，還設有若干個輔助控制系統(tǒng)；進料量F為定值控制或用均值控制系統(tǒng)；對塔底采出量B和塔頂餾出物D，按物料平衡關系分別設有塔底與回流罐的液位控制器作均勻控制；為維持塔壓恒定，在塔頂設置壓力控制系統(tǒng)，控

71、制手段是控制冷凝器的冷卻量；提餾段溫控時，回流量采用定值控制，且回流量應足夠大，以便當塔的處理量最大時，仍能保持塔頂產品的質量指標在規(guī)定的范圍內。</p><p>　　提餾段溫控由于采用了提餾段溫度作為間接質量指標。因此，它能夠較直接地反映提餾段產品情況。將提餾段恒定后，就能較好地保證塔底產品的質量。</p><p>　　對于液相進料時，進料量或進料成分的變化很快影響塔底的成分，而提餾段溫

72、控比較及時，動態(tài)過程也比較快。提餾段溫控的一個特點是回流量足夠大，因而在保持塔底質量的前提下，仍能保持塔頂質量，因此即使塔頂產品質量要求比塔底嚴格時，仍可采用提餾段溫控。</p><p>　　（2）按精餾段指標的控制方案</p><p>　　如果對塔頂出料的成分要求高于釜底出料時，或者全部為氣相進料時，或當塔底提餾段板上的溫度不能很好地反映產品組分變化時，則可采用精餾段控制。精餾段溫度也是

73、衡量質量指標的間接指標，它是以改變回流量作為控制手段的方案，稱為精餾段溫控。</p><p>　　除了上述主要控制系統(tǒng)外，精餾段溫控還設有若干個輔助控制系統(tǒng)。對進料量、塔壓、塔底采出量與塔頂餾出液的控制方案，與提餾段溫控時相同。在精餾段溫控時，再沸器加熱量應維持一定，而且足夠大，以使塔在最大處理量時，仍能保持塔底產品的質量。</p><p>　　由于采用了精餾段溫度作為間接質量指標，因此它

74、能較直接地反映精餾段的產品情況。當精餾段恒定后，能較好地保證塔頂產品的質量。對于動態(tài)氣相進料時，其進料量的變化過程也比較快，采用精餾段溫控就比較及時。</p><p>　　提餾段和精餾段溫控方案，分別以塔底和塔頂?shù)臏囟茸鳛楸豢刈兞?。當要分離的產品純度較高時，由于塔頂或塔底的溫度變化及其相鄰塔之間的溫度相差均很小，這就要求有非常靈敏的測溫裝置，同時對溫控的調節(jié)精度都有很高的要求，但實際上卻很難做到。解決這一問題的方

75、法，是取精餾塔的靈敏板的溫度作為被控變量。</p><p>　　第三章 自動控制裝置的確定</p><p>　　3.1 PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)概述</p><p>　　3.1.1 PLC</p><p>　　PLC是可編程控制器，是一種數(shù)字用算操作的電子系統(tǒng)，為了在專業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程的存儲器，用來在其內部存儲

76、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充功能的設計。 </p><p>　　3.1.2 DCS</p><p&

77、gt;　　DCS是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的簡稱，國內一般習慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術，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具有以下特點： </p><p>

78、;<b>　　高可靠性 </b></p><p>　　由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結構采用容錯設計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔的任務比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結構和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。 </p><p><b>　　

79、開放性</b></p><p>　　DCS采用開放式、標準化、模塊化和系列化設計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網絡或從網絡中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。 </p><p><b>　　靈活性 </b></p><p>　　通過組態(tài)軟件根據(jù)不同

80、的流程應用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構成所需的控制系統(tǒng)。 </p><p><b>　　易于維護</b></p><p>　　功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的

81、情況下在線更換，迅速排除故障。 </p><p><b>　　協(xié)調性 </b></p><p>　　各工作站之間通過通信網絡傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。 </p><p><b>　　控制功能齊全</b></p><p>　　控制算法豐富，集連續(xù)控制

82、、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。 DCS的構成方式十分靈活，可由專用的管理計算機站、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，也可由通用的服務器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構成。 處于底層的過程控制級一般由分散的現(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網絡傳送到生產監(jiān)控級計算機。生產監(jiān)控級對來自過程控制級的數(shù)據(jù)進行

83、集中操作管理，如各種優(yōu)化計算、統(tǒng)計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著計算機技術的發(fā)展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設備通過網絡連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能，如計劃調度、倉儲管理、能源管理等。</p><p>　　3.1.3 FCS</p><p>　　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）是在DCS/PLC基礎上發(fā)展起來的新技術?，F(xiàn)場總線是‘‘從控制室連接到現(xiàn)場設備的雙向穿行數(shù)字通信總線”。

84、現(xiàn)場總線的“現(xiàn)場”更多的是指現(xiàn)場設備，而不是指位置。FCS主要特點是采用總線標準，一種類型的總線，其總線協(xié)議一經確定，相關的關鍵技術與有關的設備也就被確定。開放的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有高度的互操作性。FCS既是一個開放的通信網絡，又是一個全分布式的控制系統(tǒng)。</p><p>　　三大控制系統(tǒng)的技術特點</p><p>　　3.2.1 PLC</p><p>　?。?

85、）從開關量控制發(fā)展到順序控制，運算處理，是從下往上的。</p><p>　?。?）具備邏輯控制、定時控制、計算控制、步進(順序)控制、連續(xù)PID控制、數(shù)據(jù)處理能力、通信和連網等多功能。</p><p>　　（3）可用一臺PC為主站，多臺同型PLC為從站。</p><p>　?。?）也可用一臺PLC為主站，多臺同型PLC為從站，構成PLC網絡。較之用PC作為主站方便之

86、處是：用戶編輯時只需按說明書編寫，不需要知道通信協(xié)議。</p><p>　?。?）PLC網絡既可作為獨立DCS/TDCS，也可作為DCS/TDCS的子系統(tǒng)。</p><p>　?。?）主要用于工程中的順序控制，新型PLC也兼有閉環(huán)控制功能。</p><p>　　3.2.2 DCS</p><p>　　DCS是計算機技術、控制技術和網絡技術高

87、度結合的產物。DCS通常采用若干個控制器（過程站）對一個生產過程中的眾多控制點進行控制，各控制器間通過網絡連接并可進行數(shù)據(jù)交換。操作采用計算機操作站，通過網絡與控制器連接，收集生產數(shù)據(jù)，傳達操作指令。因此，DCS的主要特點歸結為一句話就是:集中控制，分散管理。</p><p><b>　　DCS控制系統(tǒng)圖</b></p><p>　　DCS的硬件系統(tǒng)主要由集中操作管理

88、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(shù)據(jù)采集、分散控制和集中監(jiān)視、操作及管理等功能。  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(shù)據(jù)采集及處理，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(jù)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

89、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。</p><p>　　3.2.3 FCS</p>

90、<p>　?。?）FCS是3C技術（Communication，Computer，Control）的融合?；救蝿帐牵罕举|（本征）安全、危險區(qū)域、易變過程、難以對付的非常環(huán)境。</p><p>　?。?）用全數(shù)字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置。</p><p>　?。?）用兩根線連接分散的現(xiàn)場儀表、控制裝置、取代每臺儀表的兩根線?！艾F(xiàn)場控制”取代“分散控

91、制”；數(shù)據(jù)的傳輸采用“總線”方式。</p><p>　?。?）從控制室到現(xiàn)場設備的雙向數(shù)字通信總線，是互聯(lián)的、雙向的、串行多接點、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)取代單向的、單點、并行、封閉的模擬系統(tǒng)。</p><p>　?。?）分散的虛擬控制站取代集中的控制站。</p><p>　?。?）把微機處理器傳人3現(xiàn)場自控設備，使設備具有數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，信號傳輸精度高，遠程傳輸

92、。實現(xiàn)信號傳輸全數(shù)字化、控制功能分散、標準統(tǒng)一全開放。</p><p>　?。?）可連接局域網，又可與Internet相通。即時通信網絡，同時又是控制網絡。</p><p>　　3.3 三大控制系統(tǒng)的比較</p><p>　　3.3.1 DCS與PLC</p><p>　　DCS是一個系統(tǒng)，硬件上包括現(xiàn)場控制器、操作員站計算機、工程師站

93、計算機以及聯(lián)系它們的網絡系統(tǒng)。DCS通常提供完整的系統(tǒng)給用戶，軟件上是一個整體方案，采用一個統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，解決的是一個系統(tǒng)的所有技術問題，系統(tǒng)各部分之間結合嚴密。DCS是分布式控制，擁有全局統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫。DCS開發(fā)控制算法采用儀表技術人員熟悉的風格，儀表人員很容易將P&I圖轉化成DCS提供的控制算法。DCS在復雜的過程控制中占優(yōu)勢，在發(fā)展的過程中也是各廠家自成體系，大部分的DCS的通信協(xié)議盡管不盡相同，但操作級的網絡平臺不約而同

94、的選擇了以太網，采用標準或變形的TCP/IP協(xié)議，這樣就提供了很方便的可擴展能力。在這種網絡中，控制器、計算機均作為一個結點存在，只要網絡到達的地方，就可以隨意增減結點數(shù)量和布置結點位置。另外，基于Windows系統(tǒng)的OPC、DDE等開放協(xié)議，各系統(tǒng)也可很方便的通信，實現(xiàn)資源共享。</p><p>　　PLC只是一個裝置，硬件上等同于DCS中的現(xiàn)場控制器，要構成系統(tǒng)還需要上位SCADA系統(tǒng)和與之相連的網絡，并需要

95、系統(tǒng)集成。軟件上是一個局部方案，譫語站之間組織松散。PLC用于過程控制需要不同的開發(fā)環(huán)境，首相要對PLC進行邏輯開發(fā)，再通過相應的上位機軟件建立于PLC相對應的數(shù)據(jù)庫，然后進行流程圖畫面的開發(fā)。PLC采用梯形圖邏輯來實現(xiàn)過程控制，對于儀表人員來說相對困難，尤其是復雜回路的算法，不如DCS實現(xiàn)起來方便。對于PLC系統(tǒng)來說，一般沒有或很少有擴展的需求，也很少有兼容性的要求。因為PLC系統(tǒng)一般針對于設備來使用。而且PLC一般都采用專用的網絡結

96、構。在通信功能及管理能力方面都不及DCS。</p><p>　　DCS與PLC硬件可靠性差不多。PLC的優(yōu)勢在于軟件方面，它采用的是順序掃描機制，在高速的順序控制中占主導地位。PLC的循環(huán)周期在10ms左右，而DCS控制站在500ms左右。</p><p>　　PLC的開放性更好，不同廠商的產品互聯(lián)性好。作為產品，其獨立工作的能力更強。DCS實現(xiàn)順序連鎖功能相對于PLC來講是弱勢，且邏輯執(zhí)

97、行速度不如PLC。相對而言，PIC構成的系統(tǒng)成本更低。DCS的現(xiàn)場控制站層通常采用集中式控制，盡管支持遠程分布式I/O，但由于成本原因，很少采用。而PLC基于現(xiàn)場總線的遠程分布式I/O體積小，更靈活易用，更有效的節(jié)省接線成本。</p><p>　　DCS雖然通信及管理能力較強，但體積大，價格相對較高。PLC與DCS技術，它們各自有明顯的優(yōu)勢及略勢，在這種情況下，用戶期望得到一種集PLC與DCS優(yōu)點于一體的控制系統(tǒng)

98、。這種PLC與DCS結合的混合式控制系統(tǒng)應既能完美的實現(xiàn)邏輯及順序控制，又能很好地完成過程控制，同時還應具有管理功能，且體積小，價格較低，可靠性高的特點。</p><p>　　3.3.2 FCS與DCS</p><p>　　FCS是DCS/PLC繼承發(fā)展的結果。它在很多方面繼承了DCS/PLC成熟技術。例如在人機界面操作站、基于IEC61131-3編程組態(tài)方法、熱備冗余思想和方法、遠程I

99、/O、現(xiàn)場變送器和閥門定位器等儀表的兩線制供電、本質安全等防爆方面。但是FCS相對于DCS/PLC的技術進步產生了質的飛躍，超越了DCS/PLC的框架，也不再稱為“改進了的DCS/PLC”。</p><p>　　現(xiàn)場總線把專用微處理器植入傳統(tǒng)的測量控制儀表，是他們各自都具有獨立承擔某些控制、數(shù)字計算和數(shù)字通信能力。提高信號的測量、控制、傳輸精度和速度，同時豐富信息的內容?，F(xiàn)場總線可采用多種傳輸介質，如用普通電纜、

100、雙絞線、光纖、紅外線，甚至電力傳輸線等，把多個測量控制儀表、計算機等作為結點連接成的網絡系統(tǒng)。在現(xiàn)場總線的環(huán)境下，借助現(xiàn)場總線網段以及與之有通信連接的其他網段，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息共享，實現(xiàn)異地遠程控制?，F(xiàn)場總線設備與傳統(tǒng)自控設備相比，拓寬了信息內容，提供傳統(tǒng)儀表所不能提供的如閥門開關動作次數(shù)、故障診斷等信息，便于操作管理人員更好、更深入地了解生產現(xiàn)場和自控設備的運行狀態(tài)。</p><p>　　FCS最深刻的改變是

101、現(xiàn)場設備的數(shù)字化、智能化和網絡化。其本質特征是使擁有現(xiàn)場總線通信能力的智能現(xiàn)場設備，這些通信智能現(xiàn)場設備所構成的網絡結點通信，不僅具有縱向（與系統(tǒng)）通信能力，也具有橫向（結點之間）通信的能力。FCS比DCS更好地體現(xiàn)了“信息集中，控制分散”的思想。與傳統(tǒng)的DCS相比，F(xiàn)CS具有高度的分散性，它可以由現(xiàn)場設備組成自制的控制回路。由于DCS的不徹底的開放性，不同廠家的產品不能互換、互聯(lián)、限制了用戶的選擇范圍。而FCS具有開放性，遵循公開統(tǒng)一

102、的技術標準，可實現(xiàn)設備的互操作性和互換性。也就是說用戶可以把遵守相同標準的不同廠家、不同品牌、功能相同的產品集成在同一個系統(tǒng)內，構成FCS，并可在同功能的產品之間進行相互替換，使用戶具有自控設備選擇、集成的主動權。系統(tǒng)的通信協(xié)議一致公開，各不同廠家的設備之間可實現(xiàn)信息交換，通過現(xiàn)場總線可組成開放互聯(lián)系統(tǒng)。</p><p>　　DCS一般多為模擬數(shù)字混合系統(tǒng)，F(xiàn)CS則是分步式網絡自動化系統(tǒng)。DCS采用獨家封閉的通信

103、協(xié)議，而FCS采用標準的通信協(xié)議。DCS屬于多級分層網絡結構，F(xiàn)CS則為分散控制結構。故FCS比傳統(tǒng)DCS性能好，準確度高，誤碼率低。FCS相對于DCS組態(tài)簡單，由于結構、性能標準化，更加便于安裝、運行和維護。</p><p><b>　　3.4發(fā)展前景</b></p><p>　　DCS當前正面臨這FCS技術的挑戰(zhàn)。盡管現(xiàn)場總線的國際標準不理想，但是作為一種技術趨勢

104、已經是不可阻擋。目前各家公司都采用將自己DCS和各種現(xiàn)場總線協(xié)議通過接口設備實現(xiàn)連接的過渡方式，雖然在一個系統(tǒng)里，同一種現(xiàn)場總線的不同廠家的現(xiàn)場儀表與DCS之間、不同類型現(xiàn)場總線之間的可互操作性問題還時有發(fā)生，但目前FCS在國際上已經有超過4000個系統(tǒng)在運行，有的系統(tǒng)結點達到1000點以上的規(guī)模。我國已經投入運行的現(xiàn)場總線系統(tǒng)也已經接近100個?？梢哉f，它已進入實用時期。</p><p>　　第四章 確定控制方

105、案和儀表回路圖設計</p><p>　　4.1 控制方案的確定</p><p>　　要進行生產過程的自控方案設計，必須先要了解生產過程的構成及特點。過程工業(yè)中總是圍繞核心生產環(huán)節(jié)進行的，如化工生產過程的化學反應過程、生化過程中的生化反應過程、石化過程中的催化裂解過程等?；すI(yè)是典型的過程工業(yè)，下面以化工生產過程為例來描述。</p><p>　　化工生產過程以化學

106、反應為主，化學反應過程中所需的化工原料，首先被送入輸入設備。原料由輸入設備進入前處理過程，對原料進行分離或精制，使它符合化學反應對原料提出的要求和規(guī)格。化學反應后的生成物進入后處理過程，在此將半成品提純?yōu)楹细竦漠a品，并回收未反應的原料和副產品，然后進入輸出設備中儲存。同時，根據(jù)化學反應及前、后處理過程的需要，還需要由公用工程從外部提供必要的水、電、汽，以及冷量等能源。有時，化工生產過程還包括能量回收和三廢處理系統(tǒng)等附加部分。</p

107、><p>　　控制方案的確定主要包括如下內容：正確選定所需的檢測點及其安裝位置；合理設計各控制系統(tǒng)，選擇必要的被控變量和恰當?shù)牟倏v變量；生產安全保護系統(tǒng)的建立，包括聲、光的信號報警系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)及其他保護性的設計。</p><p>　　4.2設計方案的經濟比較</p><p>　　設計工作除了要在技術上可靠、先進外，還必須考慮到經濟上的合理性。所以，在設計過程中，應在深

108、入實際調查研究的基礎上，進行方案技術性與經濟性的比較。自控水平的提高將會增加儀表等軟、硬件投資，但可能通過改變操作等方面提高生產效益，獲得更高收益。但是，盲目追求技術的先進性而無視其實現(xiàn)過程的可操作性及實際控制效果的提高程度，將會造成經濟上的損失。此外，自動化水平的高低也應從工程實際出發(fā)，對于不同規(guī)模和類型的工程，做出相應的選擇，使技術和經濟得到統(tǒng)一。</p><p><b>　　4.3自動控制方案&l

109、t;/b></p><p>　　精餾塔的基本控制方式是討論復雜和特殊控制方案乃至最優(yōu)控制的基礎，同時也是目前實際應用中最常見的方案。精餾塔是一個多變量對象，因此如果將任意一個被調參數(shù)和任意一個調節(jié)參數(shù)組成調節(jié)回路，就可能有許多調節(jié)方案。而產品質量往往是精餾過程的主要目標，因此，在基本控制方案中，以產品質量指標來選取調節(jié)參數(shù)，一種是采用溫度作為間接質量指標，一種是采用產品成分等作為直接質量指標。 </p