dcs控制系统及其应用资料

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1、DCS控制系统及其应用,小组成员： 唐 杰 陈嘉睿 迟丽华 刘 斌 陈忠平 张居浩 指导老师： 张早校 答辩时间: 2014年5月,目录,1.应用背景 2. DCS简介 3.甲醇工业 4. 模拟仿真 5.总结,小组分工,应用背景,美国霍尼威尔（Honeywell）公司1975年12月正式向市场推出了世界上第一集散控制系统TDC2000系统。TDC2000的推出,其重要意义在于提出并实现了集散。,现代DCS 技术特点：全数字化、信息化和集成化。,应用背景,应用背景,应用背景,DCS系统简介,DCS系统,集中控制监控级,分散过程控制级,综合信息管理级,通信网络系统,三站一线,现场控制站,现场控制站

2、功能,完成对现场的直接控制； 现场I/O驱动，对输入的过程量进行预处理，将控制量输出到现场； 实时采集现场数据并存储在现场控制站内的本地数据库中，控制计算，根据控制算法和检测数据、相关参数进行计算，得到实施控制的量；通过现场I/O驱动，。,操作员站,操作员站一般桌面型通用计算机系统，如图像工作站或个人计算机等。大尺寸的显示器（CRT或液晶屏），较大的内存,操作员站功能,主要完成人机界面的功能；及HMI的处理，其中包括图形画面的显示、操作命令的解释与执行、对现场数据和状态的监视及异常报警、历史数据的存档和报表处理等,操作员站,操作员站画面可实现多窗口方式显示和操作,工程师站,工程师站其中一个部分

3、是在线运行的，主要完成对DCS系统本身运行状态的诊断和监视；另一部分部分是离线态的组态软件，这是一组软件工具。,工程师站功能,对DCS进行应用组态，定义具体系统完成什么样的控制，控制的输入/输出量是什么控制回路的算法如何，在控制计算中选取什么样的参数，在系统中设置哪些人机界面来实现人对系统的管理与监控，还有诸如报警、报表及历史数据记录等各个方面功能的定义。,DCS网络,主要包括双绞线、同轴电缆、光导纤维，冗余,设计过程简介,DCS系统甲醇与二甲醚生产过程装置 设计可以分为4个过程： 工艺简介 系统结构设计 系统工程控制实施 系统安全性设计,甲醇工艺简介,下图为煤制甲醇简略工艺流框图,空 分,锅

4、 炉,汽 机,制 冷,备 煤,低 温 甲 醇 洗,煤 气 化,煤 气 水 分 离,变 换 冷 却,脱 氧 站,压 缩,甲 醇 合 成,硫 回 收,甲 醇 精 馏,二 甲 醚,氢 回 收,甲醇工艺简介,（1）气化： 主要反应：CmHnSr+m/2O2mCO+(n/2-r)H2+rH2S CO+H2OH2+CO2 反应条件：6.5MPa(G)、1350-1400 （2）变换冷却： 主要反应： CO+H2OH2O+CO2 反应条件：305 、在耐硫变换催化剂作用 （3）低温甲醇洗： 冷甲醇作为吸收溶剂，脱出原料气中的CO2和H2S 反应条件：214810MPa、低于0 （4）甲醇合成 CO,CO2和

5、H2在Cu-Zn催化剂作用下，合成粗甲醇。 反应条件：6.5MPa、235 ,（5）甲醇精馏 精馏系统由预精馏塔，加压塔，常压塔组成。 （6）二甲醚工艺 主要反应：2CH3OH=CH3OCH3+H2O 将甲醇蒸汽投入有负荷液体催化剂的反应釜内，所得混合气体通过缓冲剂进行缓冲，再进入冷凝池、冷凝塔经分离后得到产品。 （7）空分装置 本装置工艺为分子筛净化空气、空气增压、氧气和氮气内压缩流程，全精馏制氩工艺。 （8）热电联产 提供全装置所需蒸汽。,甲醇工艺简介,甲醇装置DCS系统结构设计,1.甲醇装置系统特点 2.DCS系统的网络规划设计 3.DCS系统的控制机柜设计 4.DCS系统的硬件结构设计

6、 5.DCS系统的通信功能设计,1.甲醇装置系统特点 典型多工段多关联串联生产联合装置,故采用多装置协调控制是DCS系统结构设计需优先考虑的。 将其拆分成几个相对独立的子系统，再由子系统构成一套母系统，图中三个域要求数据能够互访，同时，中央集中控制室能够监控其他三个域的数据。,甲醇装置DCS系统结构设计,甲醇装置DCS系统结构设计,2.DCS系统的网络规划设计 网络需求分析： （1）3个独立域应该有自己独立局域网络、操作员站、控制员站、控制站、工程师站、历史服务器站以及交换机，同时域间有网络连接。 （2）需要设立中央控制室，用于监控三个域全部数据。 （3）SIS(安全仪表)系统、高压电器综合控

7、报系统、低压定期综合控保系统、其他可编程序控制器系统。 （4）因为工厂范围大，所以需要设立远程I/O机柜。,甲醇装置DCS系统结构设计,2.DCS系统的网络规划设计 网络设计思路： （1）交换机分布设计 （2）计算机分布设计 （3）历史站服务器选择设计,甲醇装置DCS系统结构设计,(1) 交换机分布设计 网络分布示意图,甲醇装置DCS系统结构设计,(1) 交换机分布设计 “确定性的实施工业以太网” 历史站服务器节点同交换机通信和不同域间的交换机级联通信：采用1000Mbps网络 其他节点间的通信：采用100Mbps网络 选用：3COM,3C17304A,24口10/100M+2口1000M-T

8、+2个SFP口二层网管交换机，还通过以太网串口接入SIS系统,甲醇装置DCS系统结构设计,(2) 计算机分布设计 在该项目中要求计算机放机柜室，键盘、鼠标、显示器放操作室。 选用：视频音频长线驱动器LD-8B(40100米)56套 USB延长器UE-1(50米)112套。 优势：采用普通以太网线充当延长线，取材方便，接口通用 将显示器、鼠标、键盘分别用3根不同的延长线有利于故障分散 相比三线合一的延长线，故障更低，抗干扰性更好。,甲醇装置DCS系统结构设计,(3) 历史站服务器选择设计 选用带SAS硬盘的服务器记录趋势，需配置双硬盘：一块装操作系统，另一块装趋势文件 服务器的网卡全选用千兆网卡

9、，同时服务器配备4网卡。两个用于操作员通信，另两个用于控制站通信。 服务器选用XEON 2.0G(双) /1G/73G*2/四网卡/双电源/CD/3年，鼠标键盘都用USB接口，便于实施长线驱动鼠标和键盘。,甲醇装置DCS系统结构设计,3.DCS系统的控制机柜设计 该项目的现场腐蚀气体太浓，要求DCS模块具有防腐性能，因此采用光缆连接控制器机柜和远程的I/O机柜，可以构成统一的控制系统。这体现了HOLLIAS MACS S 系统特有的远程Profibus-DP总线技术。 选用：冗余DP光纤收发器FM1202,远程I/O连接图,甲醇装置DCS系统结构设计,本工程有三个远程控制室，各远程控制室分属域

10、情况如下： （1）1#远程控制室中的硫回收、变换冷却、脱氧站属于造气域。 （2）1#远程控制室中的低温甲醇洗、制冷属于空分域。 （3）2#远程控制室中的压缩机、氢回收、甲醇合成、甲醇精馏属于空分域。 （4）3#远程控制室中的二甲醚、硫酸罐区、甲醇罐区、二甲醚罐区属于空分域。 （5）3#远程控制室中的循环水属于热电域。 上面远程站分属域决定了远程站同哪个域的控制器相连。,甲醇装置DCS系统结构设计,4.DCS系统的硬件结构设计 制气域工艺由3台气化炉和公共部分组成，因此设计为4个控制站 热电域工艺为3台130吨/小时循环流化床锅炉、一台25MV汽轮机及公共部分，共4个控制站 空分甲醇域由2500

11、0空分装置、低温甲醇洗、制冷、压缩机、氢回收、甲醇合成、甲醇精馏、二甲醚、硫酸罐区、甲醇罐区、二甲醚罐区等组成，共分为6个控制站,甲醇装置DCS系统结构设计,甲醇装置DCS系统结构设计,4.DCS系统的硬件结构设计 实际上，该工程除上面机柜外，还有放操作员站、工程师站、服务器的机柜，该项目共有56个操作员站、51个机柜，7500多点，由4套DCS系统组成一套大型化工DCS系统。,甲醇装置DCS系统结构设计,5.DCS系统的通信功能设计 这整个系统共有4大类12台设备，可以将各种各样的通信方式、通信协议全部转换成以太网的标准OPC2.0协议 采用：hollysysCOMMOPCSVR.1.0通信

12、软件 无论哪台计算机出问题，都不会影响通信接收，因为在以太网上的所有计算机都可以接收外来通信数据。,甲醇装置DCS系统工程控制实施,1.气化域工程实施 2.空分甲醇域工程实施 3.热电域工程实施,甲醇装置DCS系统工程控制实施,1.气化域工程实施 气化域主要控制策略实施： （1）氧煤比控制：通过比值调节器实现，考虑安全因素，氧过量极易引起爆炸 （2）煤气化过程安全联锁：采取3取2的联锁方式，优点在于防止仪表的错误信号，提高生产效率 （3）气化炉渣锁程序控制：两个渣锁交替工作，以保持气化炉内压力,甲醇装置DCS系统工程控制实施,2.空分甲醇域工程实施 空分甲醇系统构成： 空分甲醇系统实际分为两个

13、大的生产装置：25000m3/h空分装置和30万吨甲醇生产装置。 空分装置作用是分离出氧气提供给气化炉；甲醇装置主要将水煤气合成甲醇。,甲醇装置DCS系统工程控制实施,2.空分甲醇域工程实施 空分主要控制策略实施： (1)空分常规控制 (2)空分联锁逻辑 (3)空分分子筛时序控制,甲醇装置DCS系统工程控制实施,(1)空分常规控制 空压机系统：空压机排气压力调节。 预冷系统：空冷塔液位调节，水冷他液位调节。 纯化系统：污氮进气量调节。 膨胀机系统：增压机出口回流调节；膨胀机进口导叶手操；膨胀机进口切断阀收操。 换热系统：氧气放空调节，产品氧气流量调节，产品氮气压力（或流量）调节，氮气去水冷他流

14、量调节，污氮出分馏塔压力调节。,甲醇装置DCS系统工程控制实施,(1)空分常规控制 分馏系统：下塔液空液位调节，液氮节流进上塔手操。 氩系统：精氩塔冷凝器液氮液位调节，粗氩塔冷凝器液空液位调节。 氧压机系统：氧压机吸入压力调节，（透平式）氧压机排气压力调节，高压旁通量调节（透平式），试车用氮气压力调节（透平式），混合气与进口氧气差压调节。 氮压机系统：氮压机吸入压力调节（透平式），氮压机排气压力调节（透平式）。 调压系统：吸入氧气压力调节，吸入氮气压力调节。,甲醇装置DCS系统工程控制实施,（2）空分联锁逻辑 空压机系统：联锁停空压机，联锁防喘振 预冷系统：联锁停水泵和停水冷机组，锁空冷塔排水

15、阀 纯化系统：联锁电加热器 膨胀机系统：联锁增压机回流阀、膨胀机紧急切断阀。 分馏系统：联锁液氧泵（内压缩流程） 氩系统：联锁粗氩泵 氧压机系统：联锁停氧压机，备用油泵启/停控制，自动启氧压机时序 氮压机系统：联锁停氮压机，备用油泵启/停控制,甲醇装置DCS系统工程控制实施,分子筛切换(纯化)系统：有两个分子筛吸附器，交互通过空气和污氮，通过空气的分子筛处于工作状，分子筛中的吸附剂吸附空气中的杂质，除去 碳氢化合物等。,（3）空分分子筛时序控制,甲醇装置DCS系统工程控制实施,3.甲醇主要控制策略实施 (1)甲醇合成塔热点温度控制策略实施 (2)甲醇精馏回流量控制策略实施 (3)二甲醚控制策略

16、实施,甲醇装置DCS系统工程控制实施,(1)甲醇合成塔热点温度控制策略实施 甲醇合成反应产生的热量用来生产中压饱和蒸汽。因此，反应温度可稳定控制在一定范围内。出合成塔的气体入气气换热器，在此与合成塔入口气体换热，把入塔气加热到触媒活性温度。 在甲醇合成塔中：因生产负荷变大造成入塔压力变高，按照放热反应原理，触媒温度应该上升，但实际上触媒温度是先下降，然后再上升，这就是反向特性。,甲醇装置DCS系统工程控制实施,(1)甲醇合成塔热点温度控制策略实施 反向特性可以采用史密斯预估控制方法原理进行补偿。史密斯预估控制原理是在常规PID的反馈控制的基础上，引入一个预估的补偿环节，相当于控制过程尽在时间上推迟了时间。,反馈,预估补偿,干扰F,实施优化的关键技术之一是需要DCS控制系统储蓄一段时间的实时数据能力。,补 偿 后,甲醇装置DCS系统工程控制实施,(2)甲醇精馏回流量控制策略实施,甲醇精馏预塔和主塔的回流量控制,甲醇装置DCS系统工程控制实施,(2)甲醇精馏回流量控制策略实施 稀醇水流量