ROE反应工段自动化控制毕业设计.docx

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ROE反应工段自动化控制毕业设计

ROE反应工段自动化控制毕业设计

3.6.1控制柜布线规则-30-

引言

当今世界已经由传统工业时代发展为现代社会自动化程度更高的工业时代，化工生产行业作为与人类生活关系息息相关的行业之一,一直以来其生产技术的发展与进步都是科学界特别是我们自动化从业人员的研究课题。

化工生产技术自动化程度的飞速发展和在全球生产行业大范围的普及应用正在给人类生活带来革命性变化。

自动化技术的发展也取得了巨大的成就，为提高工厂生产效率提供了很好的技术支持，正基于这个背景，产生了《REO反应工段自动化控制设计》这个毕业设计课题，就课题而言，主要是想通过《REO反应工段自动化控制设计》课题的设计，让自身在学习了本专业知识的基础上运用所学知识到实际生产活动自动化控制领域里，以此提升使自己的专业知识提升一个档次，特别是加强运用DCS控制技术控制生产过程的能力，同时加强培养团队合作意识。

ROE反应流程是化工生产中常见的工艺流程。

A、B两种原料以大约2：

1的比例进入V-102反应器内，在250℃，2MPa和TRC触媒作用下反应生成ROE，ROE介质E-102换热器降温后送下一工段使用，然而如果要能够设计出一个实际可实施的工段生产设计方案，那么就要懂控制方案，比如是应该采用比值控制方案、串级控制还是前馈控制等要选择出一个较好的控制方案，再者，要懂设备，懂设备选型、材质，运行特点等，化工设备需要了解动设备、静设备等，因为工艺是通过设备实现的。

选择合理的设备对工艺来说十分重要，对于动设备机封的选择很重要，选择合适的机封形式也很重要。

1.任务说明

1、FIC-100、FIC-101分别用于控制B、A介质流量，并保证进行ROE反应器的A、B流量为2：

1。

2、LIC-100控制V-101气封液位，防止气体溢出。

3、LIC-102控制E-102液位，保障换热效果。

液位的调节是通过改变变频电机转速来调节进入换热器的流量。

4、LI-101控制H-102液位槽水位。

当LI-101≥70%时，打开XV-101B阀；LI-101≤30%时，打开XV-101A阀。

1.1联锁说明

1、IA-105a联锁动作

原因：

（1）TI-105≥260℃，或者TI-106≥255℃，或者TI-107≥250℃；

（2）PI-104≥1.30MPa；

（3）HS-100紧急停车按钮动作；

（4）XHS-101全厂停车信号动作；

（5）IA-101联锁动作。

结果：

（1）FV100阀关闭；

（2）FV101阀关闭；

（3）IA-105b联锁动作。

复位：

当所有联锁条件满足复位要求时，在操作站上操作HS-100A，系统复位。

2、IA-105b联锁动作

原因：

（1）PI-107≥1.70MPa；

（2）IA-105a联锁动作；

结果：

（1）PV107阀关闭；

复位：

当所有联锁条件满足复位要求时，在操作站上操作HS-100B，系统复位。

2.ROE反应工段P&ID

3.信号处理与控制设备信息

3.1控制设备探索

对于ROE反应工段自动化控制，首先依据需求对控制系统的采用就行探讨并做出选择，PLC控制和DCS控制系统不的差异通过查阅资料，对两种控制系统进行了比较，

首先PLC是以功能命名，DCS是以体系结构命名，DCS控制系统与PLC控制区别:

DCS是一种“分散式控制系统”，而PLC（可编程控制器）只是一种控制“装置”，两者是“系统”与“装置”的区别。

系统可以实现任何装置的功能与协调,PLC装置只实现本单元所具备的功能。

DCS网络是整个系统的中枢神经,DCS系统通常采用的国际标准协议TCP/IP。

它是安全可靠双冗余的高速通讯网络，系统的拓展性与开放性更好.而PLC因为基本上都为单个小系统工作，在与别的PLC或上位机进行通讯时，所采用的网络形式基本都是单网结构，网络协议也经常与国际标准不符。

DCS整体考虑方案，操作员站都具备工程师站功能，站与站之间在运行方案程序下装后是一种紧密联合的关系，任何站、任何功能、任何被控装置间都是相互连锁控制，协调控制;而单用PLC互相连接构成的系统，其站与站（PLC与PLC）之间的联系则是一种松散连接方式，做不出协调控制的功能。

DCS在整个设计上就留有大量的可扩展性接口，外接系统或扩展系统都十分方便，PLC所搭接的整个系统完成后，想随意的增加或减少操作员站都是很难实现的。

为保证DCS控制的设备的安全可靠,DCS采用了双冗余的控制单元，当重要控制单元出现故障时，都会有相关的冗余单元实时无扰的切换为工作单元，保证整个系统的安全可靠。

PLC所搭接的系统则需要配置双PLC实现冗余。

对各种工艺控制方案更新是DCS的一项最基本的功能，当某个方案发生变化后，工程师只需要在工程师站长将更改过的方案编译后，执行下装命令就可以了，下装过程是由系统白动完成的，不影响原控制方案运行。

系统各种控制软件与算法可以将工艺对象的控制精度提高。

而对于PLC构成的系统来说，工作量极其庞大，首先需要确定所要编辑更新的是哪个PLC，然后要用与之对应的编译器进行程序编译，最后再用专用的机器（读写器）一对一的将程序传送给这个PLC，在系统调试期间，大量增加调试时间和调试成本，而且极不利于日后的维护。

在控制精度上相差甚远。

这就决定了为什么在大中型控制项目中（500点以上），基本不采用全部由PLC所连接而成的系统的原因.

DCS系统所有I/O模块都带有CPU，可以实现对采集及输出信号品质判断与标量变换，故障带电拔，随机更换。

而PLC模块只是简单电气转换元，没有智能芯片，故障后相应单元全部瘫1.分散控制系统（DCS）是溶于计算机技术、控制技术、通信技术、CRT技术为一体，对生产过程进行监视、控制、操作和管理的一种控制系统。

DCS在软件组态的基本配置方面也十分优秀，DCS组态的效果以及功能也更强大，例如数据库生成，历史数据生成，图形生成，报表生成和控制组态等。

出此以外PLC控制的对象一般都比较简单，DCS就不一样了，他可以控制企业的全部设备。

DCS更擅长与过程自动化控制，处理模拟量能力强，联网功能大；PLC更适合于小型控制系统，此工段通过分析比较，选择使用DCS控制系统来实现此工段的自动化生产。

3.2信号回路流程

（1）简单控制回路框图

构成自动化控制主要包括器件：

控制器、执行结构（气动调节阀、电动调节阀等）、被控制的对象、检测变送装置（各种传感器）

（2）控制回路的确定

控制回路有开环和闭环的区别。

开环控制回路，指输出是根据一个参考量而定，输入和输出量没有直接的关系。

而闭环回路则将控制回路的输出再反馈回来作为回路的输入，与该量的设定值或应该的输出值作比较。

闭环回路控制又叫反馈控制，是控制系统中最常见的控制方式。

在本系统的控制中使用闭环控制的方法来进行对系统的控制。

针对此工段的控制回路设计分析会在5.1章节中详细阐述分析。

3.3DCS控制设备信息

3.3.1DCS（计算机集散控制系统）自动化控制系统的组成部分：

（1）、分散过程控制装置

分散过程控制装置是集散控制系统与生产过程间的界面，生产过程的各种过程变量通过分散过程控制装置转化为操作监视的数据，而操作的各种信息也通过分散过程控制装置送到执行机构。

在分散过程控制装置内，进行模拟量与数字量的相互转换，完成控制算法的各种运算，对输入与输出量进行有关的软件滤波及其它的一些运算。

（2）操作管理装置

操作管理装置是操作人员与集散控制系统间的界面，操作人员通过操作管理装置了解生产过程的运行状况，并通过它发出操作指令给生产过程。

生产过程的各种参数在操作管理装置上显示，以便于操作人员监视和操作。

（3）通信系统

分散过程控制装置与操作管理装置之间需要有一个桥梁来完成数据之间的传递和交换，这就是通信系统。

有些集散控制系统产品在分散过程控制装置内又增加了现场装置级的控制装置和现场总线的通信系统，有些集散控制系统产品则在操作管理装置内增加了综合管理级的控制装置和相应的通信系统。

这些集散控制系统使系统的分级增加，系统的通信系统对不同的装置有不同的要求，但是，从系统总的结构来看，还是由三大部分组成的。

3.3.2各个站的作用说明

（1）现场控制站组成

①现场控制站的硬件一般都采用专门的工业级计算机系统。

在工厂中，一般把现场控制站和数据采集站集中安装在位于主控室后的电子设备室中。

现场控制站接收由现场设备，如传感器、变送器来的信号，然后控制站输出的控制量（4－20mA的电信号或现场总线数字信号）转换成机械位移，带动调节机构，实现对生产过程的控制按照一定的控制策略计算出所需的控制量，并送回到现场的执行器中去。

现场控制站可以同时完成连续控制、顺序控制或逻辑控制功能，也可能仅完成其中的一种控制功能。

②主要包括两部分：

一部分是运算器（即主CPU）、存储器等组成的计算机单元，称之为逻辑部分或主控制器；另一部分是现场测量单元、执行单元的输入输出设备，即过程量I/O或现场I/O，称为过程通道。

（2）数据采集站组成

与现场控制站类似，也接收由现场设备送来的信号，并对其进行一些必要的转换和处理之后送到分散型控制系统中的其它部分，主要是监控

级设备中去。

（3）操作员站

①处理一切与运行操作有关的人机界面（HIS,HumanInterfaceStation,或OI,OperatorInterface,或MMI,ManMachineInterface）功能的网络节点。

②主要功能：

为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作员可以通过操作员站及时了解现场运行状态、各种运行参数的当前值、是否有异常情况发生等，并可通过输入设备对工艺过程进行控制和调节，以保证生产过程的安全、可靠、高效、高质。

（4）工程师站

①对DCS进行进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络接点。

②主要功能：

提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件，并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。

DCS的组成以及特性阐述

硬件

上位机、网络、控制器、I/O接口、现场仪表等

软件

上位机组态软件、控制器编程软件、通讯接口软件、操作及设计画面接口软件等

运算

周期相对长

特点

分布式控制、全局性、控制回路大

图3.3aDCS系统的部件图

图3.3bDCS系统的部件图

图3.3cDCS系统的部件图

图3.3dDCS系统的部件图

3.4根据P&ID图配置I/O点

3.4.1测点配置清单完成I/O组态

序号

位号

测量设备名称

安装位置

信号类型

仪表信号规格

冗余

安全栅

现场电缆信号

中间端子柜

量程/单位

HI

L

联锁值

地址

卡件类型

1

FT101

A介质流量变送器

现场

AI

配电4-20mA

隔离式安全栅

RVVP

8*1.0

0-10000m3

8000m3

5000m3

02-00-04-00

XP313

2

PT101

A介质压力变送器

现场

AI

配电4-20mA

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-1.5MPa

1.15Mpa

0.9Mpa

02-00-04-01

XP313

3

FT100

B介质流量变送器

现场

AI

配电4-20mA

Yes

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-5000m3

4000m3

2500m3

02-00-00-00

XP313

4

PT107

E-102压力变送器

现场

AI

配电4-20mA

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-2Mpa

1.55Mpa

1.4Mpa

1.70Mpa

02-00-04-02

XP313

5

PT104

ROE反应器压力变送器

现场

AI

配电4-20mA

Yes

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-1.5Mpa

1.25Mpa

1.2Mpa

1.30Mpa

02-00-00-01

XP313

6

LT100

V-102反应器液位变送器

现场

AI

配电4-20mA

Yes

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-100%

60%

40%

02-00-00-02

XP313

7

LT102

E-102液位变送器

现场

AI

配电4-20mA

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-100%

70%

30%

02-00-04-03

XP313

8

LT101

H-102液位变送器

现场

AI

配电4-20mA

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-100%

80%

20%

02-00-04-04

XP313

9

PT100

B介质压力变送器

现场

AI

配电4-20mA

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-1.5Mpa

1.15Mpa

0.9Mpa

02-00-04-05

XP313

10

TT101

A介质温度变送器

现场

RTD

Pt100

RTD隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-70℃

60℃

02-00-06-00

XP316

11

TT100

B介质温度变送器

现场

RTD

Pt100

RTD隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-50℃

50℃

02-00-06-01

XP316

12

TT105

ROE反应器上层温度变送器

现场

RTD

Pt100

RTD隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-300℃

250℃

260℃

02-00-06-02

XP316

13

TT106

ROE反应器中层温度变送器

现场

RTD

Pt100

RTD隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-300℃

240℃

255℃

02-00-06-03

XP316

14

TT107

ROE反应器下层温度变送器

现场

RTD

Pt100

RTD隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-300℃

240℃

250℃

02-00-07-00

XP316

15

TT108

E-102换热器温度变送器

现场

RTD

Pt100

RTD隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-120℃

90℃

02-00-07-01

XP316

16

FV101

A介质流量调节器

现场

AO

|||型正输出

Yes

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-100%

65%

35%

02-00-08-00

XP322

17

FV100

B介质流量调节器

现场

AO

|||型正输出

Yes

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-100%

70%

30%

02-00-08-01

XP322

18

PV107

ROE压力调节器

现场

AO

|||型正输出

Yes

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-100%

80%

20%

02-00-08-02

XP322

19

IA-101

后续工作停车

控制室

DI

NO:

触点型

中间继电器

RVV

4*1.5

02-00-12-00

XP363

20

HS-100

紧急停车按钮

控制室

DI

NO:

触点型

中间继电器

RVV

4*1.5

02-00-12-01

XP363

21

XHS-101

全厂停车信号

控制室

DI

NO:

触点型

中间继电器

RVV

4*1.5

02-00-12-02

XP363

22

FS101

A流量电磁阀

现场

DO

NO:

触点型

隔离式安全栅

（操作端）

RVVP8*1.0

0-100%

65%

35%

02-00-14-00

XP362

23

FS100

B流量电磁阀

现场

DO

NO:

触点型

隔离式安全栅

（操作端）

RVVP8*1.0

0-100%

70%

30%

02-00-14-01

XP362

24

PS107

压力电磁阀

现场

DO

NO:

触点型

隔离式安全栅

（操作端）

RVVP8*1.0

0-100%

85%

15%

02-00-14-02

XP362

25

XS101A

给水电磁阀

现场

DO

NO:

触点型

隔离式安全栅

操作端

RVVP8*1.0

0-100%

85%

15%

02-00-14-03

XP362

26

XS101B

排水电磁阀

现场

DO

NO:

触点型

隔离式安全栅

（操作端）

RVVP8*1.0

0-100%

85%

15%

02-00-14-04

XP362

27

LV108

ROE反应器液位调节器

现场

AO

|||型正输出

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

0-100%

65%

35%

02-00-08-03

XP322

28

P102

变频器信号

室内

AO

|||型正输出

隔离式安全栅

RVVP8*1.0

02-00-10-00

XP322

备注：

（1）AI表示的是模拟量输入，AO表示的是模拟量输出，RTD表示热电阻输入，DI表示开关量输入，DO表示开关量输出。

（2）在测点配置清单中，同种类型的卡件中I/O点排列顺序方法由两种方法：

按照公艺顺序，将各信号（温度、液位等）混起来。

或者设计原的I/O表顺序进行排列，本表按照此方法进行排列。

（3）02-00-04-03各组代码的意义解释：

02表示主控卡地址，用来区别控制站，表示该站的主控卡地址为02、03；

00表示地址为02的控制站中，数据转发地址为00、02的机箱中；

04表示该卡在机箱的第4槽中;

02表示检测仪表或者执行器接入在卡件的02通道上

3.8DCS系统的防护接地示意

回路号

回路位号

控制

方案

回路注释

测量反馈信号（输入）

调节器输出位号

（输出）

0

FIC_100

单回路

管道A介质流量控制，采用温压补偿

FT_101

PT_101

TT_101

FV_101

1

PIC_107

单回路

E-102换热器压力控制，采用温压补偿

PT_107

PV_107

2

回路1：

FIC_101

回路2：

FIC_100

比值控制

管道A，B介质流量比例控制

FT_100，PT_100

TT_10，FT_101

PT_101，TT_101

FV_100

3

LIC101

分程调节

LT101控制XS101A和XS101B的开度

LT101

XV101A

XV101B

3.4.2系统控制方案整理

紧急停车和全场停车这个功能的实现，需要使用到浙大中控的AdvantrolPro软件组态，进入组态界面算法模块里编写连锁反应的自定义控制方案。

文章5.2中已绘制好连锁逻辑图。

3.4.3系统I/O卡件选择，I/O点分配

在整理并且分析了P&ID图，接下来开始DCS系统的卡件选型工作。

JX-300XP系统是国内应用很广泛的单一型号控制系统产品，在化工、石化、冶金、建材等多个流程工业行业中得到运用。

选择这款DCS系统主要原因有：

1、I/O卡件贴片化设计、I/O端子可插拔设计；2、任意冗余配置等诸多优点。

在ROE工段中用到了电流信号，开关信号以及RTD信号，需要配套相应的卡件才能完成自动化控制需求，卡件的型号选择如下表所示：

I/O常用卡件型号表

卡件型号

卡件规格

XP313

6通道电流信号输入、可冗余、可配电

XP314

6通道电压（热电偶）输入、可冗余

XP316

4通道热电阻信号输入、可冗余

XP322

4通道电流信号输出、可冗余

XP362

8通道开关信号输出、可冗余

XP363

8通道开关信号输入、可冗余

注释：

根据信号类型I/O卡选用：

XP313、XP314、XP322、XP362、XP363。

3.4.3.1系统I/O卡XP313资料

XP313电流信号输入卡是6路电流信号（Ⅱ型或Ⅲ型）输入卡，并可为六路变送器提供+24V隔离配电电源。

它是一块带CPU的智能型卡件，对模拟量电流输入信号进行调理、测量的同时，还具备卡件自检及与主控制卡通讯的功能。

XP313卡的六路信号调理分为二组，其中1、2、3通道为第一组，4、5、6通道为第二组，同一组内的信号调理采用同一个隔离电源供电，两组间的电源及信号互相隔离，并且都与控制站的电源隔离。

XP313卡的每一路可分别接收II型或III型标准电流信号。

当需XP313卡向变送器配电时，通过DC／DC对外提供六路+24V的隔离电源，每一路都可以通过跳线选择是否需要配电功能。

一般同一组信号同时配置为配电或不配电使用。

卡件具有自诊断功能，在采样、信号处理的同时进行自检。

如果卡件为冗余状态，一旦自检到错误，工作卡会主动进行切换，将工作权交给备用卡保证输入信号的正确采样，同时故障卡件点亮红灯并报警。

如果卡件为单卡工作，一旦自检到错误，卡件会点亮红灯并报警。

用户可通过上位机对XP313卡进行组态，

（一）卡件参数：

1．输入点数：

6点

1.1分辨率：

15bit，带极性

1.2输入信号：

可组态选择

标准电流（Ⅱ型）0～10mA

标准电流（Ⅲ型）4～20mA

1.3输入阻抗：

250Ω

1.4隔离电压：

现场侧与系统侧—500VAC

组与组之间—500VAC

1.5共模抑制比：

≥100db

串模抑制比:

>50db

1.6供电：

＋5V：

<50mA

＋24V：

<200mA

1.7配电：

负载能力：

<1KΩ（20mA）

短路保护电流：

<30mA（单卡，每通道）

1.8精度：

如表2.1所示

信号类型

测量范围

精度

标准电流（Ⅱ型）

0～10mA

±0.2%FS

标准电流（Ⅲ型）

4～20mA

±0.2%FS

1.9Ⅲ型信号具备断线检测功能，而II型信号不具备此功能。

1.10常见故障与排除法：

序号

故障特征

故障原因

排除方法

1

COM灯暗

和数据转发卡无通信

检查数据转发卡

2

FAIL灯快闪

卡件复位，CPU没有正常工作

重新插CPU，如仍不正常请更换卡件

3

FAIL灯常亮

卡件故障

卡件故障，请更换卡件

4

COM灯常亮

组态卡件类型不一致

核对卡件类型是否正确，对I/O槽位重组态，编译后下载

（二）结构特性：

卡件尺寸：

160×120mm

3.4.3.2系统I/O卡XP316资料

XP316型热电阻信号输入卡是一块智能型的、分组隔离的、专用于测量热电阻信号的、可冗余的四路模拟信号采集卡。

每一