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1、1 设计概述1.1 设计目的和意义工程设计是工程建设中一个重要的环节，是工程项目实施的依据。没有一个成熟的工程设计，就不可能有一个良好的实施结果，甚至会导致工程项目的失败。作为过控专业的学生，除了要有坚实的理论基础外，还必须掌握一些工程方面的知识，才能成为合格的自动化工程技术人员。通过此次的工程设计，让我们能建立起过程控制工程设计的概念，对过程控制工程设计有一整体的了解。特别是在老师的指导下，进行自控工程设计的训练，使我们在毕业后走上工作岗位，如果在自控工程领域工作，可大大缩短熟悉的过程。可以说自控工程设计是我们过控专业学生的一项基本功，今后无论从事本学科领域的哪方面工作，都是极为有用的。自控
2、工程设计是为了实现生产过程的自动化，用图纸资料和文字资料的形式表达出来全部工作。也是我们工科专业学生加强工程实际观念，进行专业知识全面综合运用的一个极好的过程。自控工程设计是运用过程控制工程的知识，针对某生产工艺流程，实施自控方案的具体体现。完成自控工程设计，既要掌握控制理论及控制工程的基本理论，又要熟悉自动化技术工具的使用方法及型号、规格、价格等信息，而且要学习本专业的有关工程实际知识，如项目概念及项目运作方式、招标及投标、工程设计的程序和方法、仪表安装方式及常用设备材料的规格、型号等。在经过一次自控工程设计的全面训练后，能使我们深深体会到各专业课程所学知识的有机结合和综合应用的重要性。课程
3、设计密切结合过程工业实际的实践环节之一，是学习完过程控制工程课程和下厂实习后进行的一次全面的综合练习。其目的在于加深对过程控制工程设计思想的理解，掌握过程控制领域常用和有效的控制方案和控制系统，掌握过程工业典型操作单元的控制方案和系统特点；并接受严格和系统的实验操作训练，从而为以后的毕业环节工作和担负实际工程任务打下良好和坚实的基础。1.2 课程设计任务1.2.1工程设计的任务自控工程设计的基本任务是负责工艺生产装置于公用工程、辅助工程系统的控制，检测仪表、在线分析仪表和控制及管理用计算机等系统的设计以及有关的顺序控制、信号报警和联锁系统、安全仪表系统（SIS）和紧急停车系统（ESI）的设计。
4、完成这些基本任务时，还要考虑自控所用的辅助设备及附件、电气设备材料、安装材料的选型设计；自控的安全技术措施和防干扰、安全设施的设计；以及控制室、仪表车间与分析器室的设计。在这个“新体制”中，列出自控工程设计的八项任务： 负责生产装置、辅助工程和公用工程系统的检测、控制、报警、联锁/停车和监控/管理计算机系统的设计； 负责检测仪表、控制系统及其辅助设备和安装材料的选型设计； 负责检测仪表和控制系统的安装设计； 负责DCS、PLC、SIS、ESD和上位计算机（监控、管理）的系统配置、功能要求和设备选型，并负责或参加软件的编制工作； 负责现场仪表的环境防护措施的设计； 接受工艺、系统和其他主导专业的
5、设计条件，提出设备、管道、电气、土建、暖通和给排水等专业的设计条件； 负责控制室、分析器室以及仪表车间的设计； 负责工厂生产过程计量系统的设计。1.2.2工程设计内容按照当前实施的设计“新体制”的要求，自控工程设计阶段的工作可归纳为以下六个方面的内容： 根据工艺专业提出的监控条件绘制工艺控制图（PCD: Process Control Drawing）; 配合系统专业绘制各版管道仪表流程图（P&ID: Piping and Instrumentation Drawing）; 征集研究用户对P&ID及仪表设计规定的意见； 编制仪表请购单，配合采购部门开展仪表和材料的采购工作； 确定仪表制造上的有
6、关图纸，按仪表制造商返回的技术文件，提交仪表接口条件，并开展有关设计工作； 编（绘）制最终自控工程设计文件。在设计工作中，必须严格的贯彻执行一系列技术标准和规定，根据现有同类型工厂或实验装置的生产经验及技术资料，使设计建立在可靠的基础上。在设计过程中，应对工程的情况、国内外自动化水平、自动化技术工具的制造质量和供应情况，以及当前生产中的一些新技术发展的情况进行深入调查研究，才能有一个正确的判断，做出合理的设计。设计中还应加强经济观念，注意提高经济效益。自控工程设计常用的方法是有工艺专业提条件，而自控与工艺专业一起讨论确定控制方案，确定必要的中间储槽及其容量，确定合适的设备余量，确定开、停车以及
7、紧急事故处理方案等。这种设计方法对合理确定控制方案，充分发挥自控专业的主观能动性是有益的。但在实际设计过程中，尤其对一些新工艺，有时主要是由工艺专业提出条件确定控制方案，自控专业进行设计，在某些国外的公司就采用这种做法。2 设计说明2.1 HPF法脱硫工艺简介HPF法脱硫属湿式催化氧化法脱硫工艺，是PDS脱硫工艺4的改进工艺，两者的区别在于所使用的催化剂略有差异：前者使用对苯二酚加PDS及硫酸亚铁的复合催化剂(HPF)，后者使用PDS催化剂。HPF催化剂在脱硫和再生过程中均有催化作用，是利用焦炉煤气中的氨做吸收剂，以HPF为催化剂的湿式氧化脱硫。煤气中的H2S等酸性组分由气相进入液相与氨反应，
8、转化为硫氢化铵等酸性铵盐，再在空气中氧的氧化下转化为硫。HPF法脱硫选择使用HPF(钴铁类)复合型催化剂，可使焦炉煤气的脱硫效率达到99%左右。2.1.1工艺原理和工艺流程HPF法脱硫工艺置于喷淋式饱和器法生产硫铵的工艺之后，从鼓风冷凝工段来的温度约55 的煤气，首先进入直接式预冷塔与塔顶喷洒的循环冷却水逆向接触，被冷至3035然后进入脱硫塔。预冷塔自成循环系统，循环冷却水从塔下部用预冷循环泵抽出送至循环水冷却器，用低温水冷却至2025后进入塔顶循环喷洒。采取部分剩余氨水更新循环冷却水，多余的循环水返回鼓风冷凝工段，或送往酚氰污水处理站。煤气在脱硫塔内与塔顶喷淋下来的脱硫液逆流接触以吸收煤气中
9、的硫化氢、氰化氰(同时吸收煤气中的氨，以补充脱硫液中的碱源)。脱硫后煤气含硫化氢降至50mgm3。左右，送入硫酸铵工段。其主要反应为：NH3 + H2O NH4OH (1)H2S + NH4OH NH4HS + H2O (2)2NH4OH + H2S (NH4)2 S + 2H2O (3)NH4OH + HCN NH4CN + H2O (4)NH4OH + CO2 NH4CO3 (5)NH4OH + NH4HCO3 (NH4)2CO3 + H2O (6)NH4OH + NH4HS + (x一1)S (NH4)2Sx + 2H20 (7)吸收了H2S、HCN的脱硫液从脱硫塔底排出，经液封槽满流人
10、反应槽。然后用脱硫循环液泵抽出后送人再生塔底部，再生塔的塔底部通人压缩空气，使溶液在塔内得以氧化再生。再生空气从再生塔顶放散管至洗净塔洗涤后放散，再生后的溶液从塔顶经液位调节器自流回脱硫塔循环再生。其主要反应为：再生反应NH4HS + 12O2 NH4OH + S (8)(NH4)2S + 12O2 + H2O 2NH4OH + S (9)(NH4)2S + 12O4 + H2O 2NH4OH + S (10)除上述反应外，还进行以下副反应2NH4HS + 2O2 (NH4)2S2O3 + H2O (11)2(NH4)2S2O3 + O2 2(NH4)2SO4 + 2S (12)浮于再生塔顶部
11、扩大部分的硫磺泡沫，利用位差自流人泡沫槽，经澄清分层后，清液返回反应槽，硫泡沫用泡沫泵送人熔硫釜，经数次加热、脱水，再进一步加热熔融，最后排出熔融硫磺，经冷却后装袋外销。系统中不凝性气体经尾气洗净塔洗涤后放散。为避免脱硫液中副反应盐类积累影响脱硫效果，排出少量废液送往配煤。自鼓风冷凝送来的剩余氨水，经氨水过滤器除去夹带的煤焦油等杂质，进入换热器与蒸氨塔底排出的蒸氨废水换热后进入蒸氨塔，用直接蒸汽将氨蒸出。同时向蒸氨塔上部加一些稀碱液以分解剩余氨水中的固定铵盐。蒸氨塔顶部的氨气经分凝器和冷凝冷却器冷凝成含氨大于10 的氨水送人反应槽，以增加脱硫液中的碱源。其工艺流程图56如下：图2.1 氨法HP
12、F脱硫工艺流程2.1.2HPF法脱硫工艺特点u 以氨为碱源、HPF为催化剂的焦炉煤气脱硫脱氰新工艺，具有较高的脱硫脱氰效率(脱硫效率99%，脱氰效率80%)，脱硫后煤气H2s含量在50mgm3以下。而且流程短，不需外加碱，催化剂用量小，脱硫废液处理简单，操作费用低，一次性投资省。u 硫磺收率一般为50% 60%，硫损失约为40%，这部分硫主要生成硫氰酸铵和硫代硫酸铵随废液流失，其废液量约为300500kg(1000m3h)，废液回兑至配煤中，对焦炭的质量有一定的影响。u 硫膏产品质量不理想，外观多为暗灰色，纯度90%左右，产品销售难度大。若后续能再配置硫膏生产硫酸的工艺，硫酸用于硫铵生产，则H
13、PF工艺不失为一种完善的工艺。u 脱硫塔中可以填充聚丙烯填料(或波纹填料)，不易堵塞，脱硫塔操作阻力较小，生产成本较低。u 脱硫废液送往配煤，工艺简单，对周边环境无污染。再生塔采用空气与脱硫液预混再生，再生过程排放的尾气量少，尾气含氨达25gm3左右，如直接排往大气不但损失了氨，而且还会污染环境，故尾气必须进一步净化处理。u 在脱硫过程中，因氨生成(NH4)2S2O3和NH4CNS等氨盐随废液回兑至配煤中，以及再生尾气带出而损失一部分。氨的损失率约15%。2.1.3HPF法脱硫操作条件山西南村化工设计焦炭年产量为1万吨。l 脱硫液中盐类的积累脱硫过程中生成的脱硫溶液中(NH4)2S2O3和NH
14、4CNS，在催化再生过程中与氧反应生成NH3H2O后又重新参与脱硫反应，因此能降低脱硫过程中氨的消耗量。由于再生反应可控制NH4CNS的生成，故脱硫液中NH4CNS的增长速度较为缓慢。但脱硫液中的盐类积累到超过250gL时，对脱硫效率的影响很明显。l 煤气及脱硫液温度当脱硫液温度较高时，会增大溶液表面上的氨气分压，使脱硫液中氨含量降低，脱硫效率随之下降。但脱硫液的温度太低也不利于再生反应的进行，因此，在生产过程中宜将煤气温度控制在2535，脱硫液温度应控制在3540。l 脱硫液和煤气中的含氨量脱硫液中所含的氨由煤气供给，煤气中的含氨量对操作的影响很大，当氨硫物质的量之比不小于1，煤气中煤焦油含
15、量不大于50mgm3、含萘小于05gm3时，即使一塔操作，其脱硫效率也可达99左右，脱氰效率大于80，当氨硫物质的量之比小于1时，即使采用双塔脱硫工艺，也必须对操作参数适当调整后才能保证脱硫效率。当煤气含氨量小于3gm3时，脱硫液中所含的氨小于7gL时，脱硫效率就会明显下降。l 液气比对脱硫效率的影响增加液气比可使传质面迅速更新，以提高其吸收推动力，有利于脱硫效率的提高。但液气比达到一定程度后，脱硫效率的增加量不明显，反而会增加循环泵的动力消耗，故液气比也不宜太大。l 再生空气量与再生时间氧化lkg硫化氢的理论空气用量不足2m3，在实际再生生产中，考虑到浮选硫泡沫的需要，再生塔的鼓风强度一般控
16、制在100m3(m2h)。由于HPF催化剂在脱硫和再生过程中均有催化作用，故可适当降低再生空气量。但是，减少再生空气量后会影响硫泡沫的漂浮效果，因此在实际生产中不降低再生空气量，而是适当减少再生停留时间，再生生产操作控制在20min左右。l 煤气中杂质对脱硫效率的影响生产实践表明，煤气中煤焦油和萘等杂质不仅对煤气的脱硫效率有较大影响，还会使硫磺颜色发黑。因此，要求进入脱硫塔的煤气中煤焦油含量小于50mgm3，萘含量不大于05gm3。7)硫渣再生塔顶部硫泡沫进入熔硫工序，在熔硫过程中产生的硫渣，可送回硫釜中熔硫，这样还可减轻硫渣对环境的污染。但是目前一些熔硫釜的运行操作情况不理想，硫渣和硫膏分离
17、不好，而操作费用又高，现在一些厂使用了板框压滤机替代熔硫釜分离硫泡沫成清液和硫膏，硫膏含硫在7075。板框压滤机操作，设备费和操作费低，但劳动强度大，操作环境差，生产的硫膏价值低。2.1.4 主要工艺操作控制指标主要控制指标如下：预冷塔补充氨水温度 40入脱硫塔煤气温度 2535入脱硫塔脱硫循环液温度 3545脱硫循环液泵出口压力 0.5MPa进再生塔空气压力 05MPa脱硫塔阻力 1500Pa预冷塔阻力 5gLH(对苯二酚) 0103gLPDS含量 812mgkgF(硫酸亚铁) 0103gL悬浮硫 15gLNH4CNS和(NH4)2S2O3含量 250gL2.2 控制方案管道仪表流程图(P&
18、ID)的绘制是控制工程设计的核心内容，虽然在设计新体制中、各版管道仪表流程图(P&ID)并不归在控制专业工程设计的设计文件内，但它仍是整个控制设计的龙头。所以控制设计人员必须认真仔细地配合工艺、系统设计人员完成管道仪表流程图(P&ID)。2.2.1自控方案确定原则要进行生产过程的控制设计，必须先要了解生产过程的构成及特点。以化工生产过程为例来说明。化工生产过程的构成可由图2-2表示：图2-2 化工生产过程的构成化工生产过程的主体一般是化学反应过程，化学反应过程中所需的化工原料，首先送入输人设备。然后将原料送入前处理过程，对原料进行分离或精制，使它符合化学反应对原料提出的要求和规格。化学反应后的
19、生成物进入后处理过程，在此将半成品提纯为合格的产品并回收未反应的原料和副产品，然后进人输出设备中贮存。同时为了化学反应及前、后处理过程的需要，还有从外部提供必要的水、电、汽以及冷量等能源的公用工程。有时，还有能量回收和三废处理系统等附加部分。化工生产过程的特点是产品从原料加工到产品完成，流程都较长而复杂，并伴有副反应。工艺内部各变量间关系复杂操作要求高。关键设备停车会影响全厂生产。大多数物料是以液体或气体状态，在密闭的管道、反应器。塔与热交换器等内部进行各种反应、传热、传质等过程。这些过程经常在高温、高压、易燃、易爆、有毒、有腐蚀、有刺激性臭味等条件下进行。控制方案的正确确定应当在与工艺人员共
20、同研究的基础上进行。要把控制设计提到一个较高的水平，控制设计人员必须熟悉工艺，这包括了解生产过程的机理，掌握工艺的操作条件和物料的性质等。然后，应用控制理论与过程控制工程的知识和实际经验，结合工艺情况确定所需的控制点，并决定整个工艺流程的控制方案。控制方案的确定主要包括以下几方面的内容：(1)正确选定所需的检测点及其安装位置；(2)合理设计各控制系统，选择必要的被控变量和恰当的操纵变量；(3)生产安全保护系统的建立。包括声、光信导报警系统、联锁系统及其他保护性系统的设计。在控制方案的确定中还应处理好以下几个关系：1、可靠性与先进性的关系在控制方案确定时，首先应考虑到它的可靠性，否则设计的控制方
21、案不能被投运、付之实践，将会造成很大的损失。在设计过程中将会有两类情况出现，一类是设计的工艺过程已有相同或类似的装置在生产运转中。此时，设计人员只要深入生产现场进行调查研究，吸收现场成功的经验与原设计中不足的教训，其设计的可靠性是较易保证的。另一类是设计新的生产工艺，则必须熟悉工艺，掌握控制对象，分析扰动因素，并在与工艺人员密切配合下，确定合理的控制方案。可靠性是一个设计成败的关链因素。但是从发展的眼光看，要推动生产过程自动化水平不断提高，使生产过程处在最佳状态下运行，获取最大的经济效益，先进性将是衡量设计水平的另一个重要标准。随着计算机技术成功地应用于生产过程的控制后，除了常规的单回路、串级
22、、比值、均匀、前馈、选择性等控制系统已广泛应用外，一些先进的控制算法。如纯滞后补偿、解耦、推断、预测、自适应、最优等也能借助于计算机的灵活、丰富的功能，较为容易地在过程控制中实现。况且，近年来人们对生产过程的认识逐步深化，人工智能的研究卓有成效，这些都为自动化水平的进一步提高创造了有利条件。所以，在考虑控制方案时，必须处理好可靠性与先进性之间的关系。一般来说，可以采用以下两种方法：一种是留有余地，为下步的提高水平创造好条件。也就是在眼前设计时要为将来的提高工作留出后路，不要造成困难。另一种是做出几种设计方案，可以先投运简单方案，再投运下一步的方案。采用DCS等计算机控制系统后完全可以通过软件来
23、改变方案这为方案的改变提供了有利的条件。2、控制与工艺、设备的关系要使控制方案切实可行，控制设计人员熟悉工艺，并与工艺人员密切配合是必不可少的。然而，目前大多数是先定工艺，再确定设备，最后再配控制系统。由工艺方面来决定控制方案，而自动化方面的考虑不能影响到工艺设计的做法是较为普遍的状况。从发展的观点来看，控制人员长期处于被动状态并不是正常的现象。工艺、设备与控制三者的整体化将是现代工程设计的标志。3、技术与经济的关系设计工作除了要在技术上可靠、先进外，还必须考虑到经济上的合理性。过程中应在深入实际调查研究的基础上，进行方案的技术、经济性的比较。处理好技术与经济的关系，控制水平的提高将会增加仪表
24、等软、硬件的投资，但可能从改变操作、节省设备投资或提高生产效益、节省能源等方面得到补偿。当然，盲目追求而无实效的做法，并不代表技术的先进，而只能造成经济上的损失。此外，自动化水平的高低也应从工程实际出发，对于不同规模和类型的工程，做出相应的选择，使技术和经济得到辨证的统一。2.2.2主要控制回路及其控制策略由于此次设计，只是选择部分工艺流程，所以所需控制点较少，主要控制点有：表2-1 脱硫工艺主要控制点控制点控制系统类型范围进脱硫塔脱硫液流量串级换热器出口脱硫液温度简单（1）、进脱硫塔脱硫液流量的控制此控制回路系统为串级控制系统，其主被控变量为进脱硫塔脱硫液流量。主回路是通过流量计过检测入脱硫
25、塔的脱硫液的流量，变送后与其设定值进行比较得到偏差。将偏差送入控制器按一定算法产生控制信号驱动电动调节阀，来减小偏差。而进入脱硫塔的脱硫液流量势必会受到进入脱硫塔的煤气流量的影响，所以将进入脱硫塔的煤气流量通过流量计检测反馈给主回路。进脱硫塔脱硫液流量控制回路如下图2-3所示：图2-3进脱硫塔脱硫液流量控制回路（2）、换热器出口脱硫液温度的控制此控制回路系统为简单控制系统，其被控变量为出口脱硫液温度。脱硫液温度 换热器设定值温度控制器电动调节阀热电偶进换热器的脱硫液与冷却水逆流接触换热，来降低脱硫液的温度。要使得脱硫液温度控制在一定范围内，可以增加补充冷却水的流量或者减小脱硫液的流量来实现。从
26、工艺合理性考虑，减小脱硫液流量势必影响生产工艺过程的负荷，可能影响正常的生产。所以通过改变冷却水的流量来达到控制目的。脱硫液的温度，与设定值比较得到偏差送入控制器，控制器根据一定得算法产生控制信号驱动调节阀。图2-4 脱硫液温度控制系统简化方块图换热器出口脱硫液流量控制回路如下图2-5所示：图2-5换热器出口脱硫液流量控制回路2.2.3 图例符号的统一规定工程设计都是以图形和代号等工程设计符号来表示的，在控制工程设计的图纸上，按设计标准，均有统一规定的图例、符号。在本节把行业标准过程检测和控制系统用文字代号和图形符号中的一些主要内容作简要介绍，这些文字代号和图形符号主要用于工艺控制流程图、管道
27、仪表流程图的应用。一、仪表位号在检测、控制系统中，构成一个回路的一组工业自动化仪表，其中每个仪表(或元件)都用仪表位号来标识。仪表位号由字母代号组合和回路编号两部分组成，仪表位号中的第一位字母表示被测量，后继字母表示仪表的功能；回路的编号由工序号和顺序号组成，一般用三位至五位阿拉伯数字表示，如下图2-6所示： 图2-6仪表位号二、图形符号过程检测和控制系统的图形符号，一般来讲包括测量点、连接线（引线、信号线）和仪表圆圈三部分组成。2.3管道仪表流程图（P&ID）的绘制根据脱硫工艺流程图（PDF），以及有关的工艺参数、条件等情况，确定全工艺过程的控制方案。用标准HG-T 20505-2000过程
28、测量和控制仪表的功能标志及图形符号的统一规定，在工艺流程图上按其流程顺序标注控制点和控制系统，绘制工艺控制流程图（PCD）。随着设计系统、深入进行绘制出管道及仪表流程图（P&ID）。本设计的管道仪表流程图请参阅附图纸。3 控制系统的选型3.1几种常见控制系统特点及比较3.1.1 PLC控制系统PLC传统的继电器回路发展而来，主要特点如下：（1）从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。（2）连续PID控制等多功能，PID在中断站中。 （3）可用一台PC机为主站，多台同型PLC为从站。（4）也可一台PLC为主站，多台同型PLC为从站，构成PLC网络。这比用PC机 作主站方便之处是：有用
29、户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。（5）PLC网格既可作为独立DCS/TDCS，也可作为DCS/TDCS的子系统。（6）大系统同DCS/TDCS，如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。 （7）PLC网络如Siemens公司的SINECL1、SINECH1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GENET、三菱公司的MELSECNET、MELSECNET/MINI。 （8）主要用于工业过程中的顺序控制，新型PLC也兼有闭环控制功能。 （9）制造商：GOULD（美）、AB（美）、GE（美）、OMRON（日）、MITSUBISHI（日）、Siemens（德）等
30、。PLC控制系统的组成:由PLC构成的控制系统也是由输入、输出和控制三部分组成，PLC控制系统的输入、输出部分和电器控制系统的输入、输出部分基本相同，但控制部分是采用“可编程”的PLC，而不是实际的继电器线路。因此，PLC控制系统可以方便地通过改变用户程序，以实现各种控制功能，从根本上解决了电器控制系统控制电路难以改变的问题。同时，PLC控制系统不仅能实现逻辑运算，还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能。3.1.2 DCS控制系统DCS从传统的仪表盘监控系统发展而来，其主要特点如下： （1）分散控制系统DCS与集散控制系统TDCS是集4C（Communication，Computer， Co
31、ntrol、CRT）技术于一身的监控技术。（2）从上到下的树状拓扑大系统，其中通信（Communication）是关键。（3）PID在中断站中，中断站联接计算机与现场仪器仪表与控制装置。（4）是树状拓扑和并行连续的链路结构，也有大量电缆从中继站并行到现场仪器仪表。（5）模拟信号，A/DD/A、带微处理器的混合。（6）一台仪表一对线接到I/O，由控制站挂到局域网LAN。（7）DCS是控制（工程师站）、操作（操作员站）、现场仪表（现场测控站）的3级结构。（8）缺点是成本高，各公司产品不能互换，不能互操作，大DCS系统是各家不同的。（9）用于大规模的连续过程控制，如石化等。（10）制造商：Baile
32、y（美）、Westinghouse（美）、HITACH（日）、LEEDS & NORTHRMP（美）、SIEMENS（德）、Foxboro（美）、ABB （瑞士）、Hartmann & Braun（德）、 Yokogawa（日）、Honeywell（美国）、Taylor（美）等。3.1.3 FCS控制系统 FCS系统的特点如下： （1）基本任务是：本质（本征）安全、危险区域、易变过程、难于对付的非常环境。 （2）全数字化、智能、多功能取代模拟式单功能仪器、仪表、控制装置。 （3）用两根线联接分散的现场仪表、控制装置、PID与控制中心，取代每台仪器两根线。（4）在总线上PID与仪器、仪表、控制装
33、置都是平等的。 （5）多变量、多节点、串行、数字通信系统取代单变量、单点、并行、模拟系统。 （6）是互联的、双向的、开放的取代单向的、封闭的。 （7）用分散的虚拟控制站取代集中的控制站。 （8）由现场电脑操纵，还可挂到上位机，接同一总 线的上一级计算机。（9）局域网，再可与internet相通。 （10）改变传统的信号标准、通信标准和系统标准入企业管理网。 （11）制造商：美Honeywell 、Smar 、Fisher Rosemount、 AB/Rockwell、Elsag Bailey 、Foxboro 、Yamatake 、日Yokogawa、欧 Siemens、 GECAlsthom
34、 、Schneider、 procesData、 ABB等。3.1.4PLC与DDZ的比较传统的模拟量控制系统主要采用电动组合仪表，常用的有DDZ-型和DDZ-型仪表。其特点是结构简单、价格便宜，但体积大、功耗大、安装复杂、通用性和灵活性较差、控制精度和稳定性较差。另外，其控制运算功能简单，不能实现复杂的过程控制。 PLC是在DDZ-型仪表的基础上，采用微处理器技术发展起来的第四代仪表。它的强大功能、灵活性、可靠性、控制精度、数字通讯能力是传统的电动组合仪表无法比拟的。PLC是智能化的工业装置，有其特色。PLC以开关量控制为主，模拟量控制为辅，且 PLC的可靠性、灵活性、强大的开关量控制能力和
35、通讯联网能力，在模拟量控制上也富有特色。特别在开关量、模拟量混合控制系统中更显示出其独特的优越性。3.1.5PLC与DCS的比较1.控制处理能力 一个PLC的控制器，往往能够处理几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。而DCS的控制器，一般只能处理几百个I/O点（不超过500个I/O）。从集散体系的要求来说，不允许有控制集中的情况出现，太多点数的控制器在实际应用中是毫无用处的，DCS开发人员根本就没有开发带很多I/O点数控制器的需要驱动，他们的主要精力在于提供体系的可靠性和灵活性。而PLC不一样，作为一个独立的柔性控制装置，带点能力越强当然也就代表其技术水平越高了，至于整个控制体系的应用
36、水平呢，这主要是工程商和用户的事情，而不是PLC制造商的核心目标。 2.硬件封装结构 PLC一般为大底版式机架，封闭式I/O模件，封闭式结构有利与提高I/O模件的可靠性，抗射频、抗静电、抗损伤。PLC模件的I/O点数有8点、16点、32点。 DCS大部分为19英寸标准机箱加插件式I/O模件，I/O模件为裸露式结构。每个模件的I/O点数有8点和16点，很少使用32点模件。 DCS的这种结构源于其使用领域主要在大型控制对象，19英寸标准机箱便于密集布置，较少的I/O点数则是由于对分散度的要求。PLC的大底版式机架，封闭式模件结构在管理和配置上更加灵活，单个设备的可靠性更高。 3. PLC与DCS
37、集散控制系统（DCS）是1975年问世的，它的是3C（computer、communications、control）技术的产物，它将顺序控制装置、数据采集装置、过程控制的模拟量仪表、过程监控装置有机地结合在一起，产生了满足各种不同要求的DCS。而今天的PLC加强了模拟量控制功能，多数配备了各种智能模块，具有了PID调节功能和构成网络、组成分级控制的功能，也实现了DCS所能完成的功能。3.2控制系统的选型通过上述比较，我们可以看出，PLC控制系统比其他类型的控制系统更适合这个工艺系统，因此，在本次的控制工程的设计中选用PLC控制系统对工艺过程进行控制。3.3传感器的选型设计3.3.1传感器选型
38、设计原则 1 、工艺过程的条件工艺过程的温度、压力、流量、黏度、腐蚀性、毒性、脉动等因素是决定仪表选型的主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪表的使用寿命及车间的防火、防爆、保安等问题。2、操纵上的重要性各检测点的参数在操作的重要性是仪表的指示、记录、积算、报警、控制、遥控等功能的依据。一般来讲，对工艺过程影响不大，但需经常监视的变量，可选指示型；对需要经常了解变化趋势的重要变量，应选记录型；而一些对工艺过程影响较大的，又需时时监控的对象，应设控制；对关系到物料衡算和动力消耗而要求计量或经济核算的变量，宜设积算； 一些可能影响生产或安全的变量，宜设报警。3、经济性与统一性仪表的选型也决定于投资
39、的规模，应在满足工艺与自控要求的前提下，进行必要的经济核算，取得适宜的性能/价格比。为了便于仪表的维修与管理，在选型时也要注意到仪表的统一性。尽量选用同一系列、同一规格型号及同一生产厂家的产品。4、仪表的使用和供应情况选用的仪表是较为成熟的产品，经现场使用证明可靠的；同时要注意到选用的仪表应当是货源供应充沛，不会影响到施工的进度。 现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。1、根据测
40、量对象与测量环境确定传感器的类型 要进行个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。 在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指针。 2、灵敏度的选择 通常 ，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为
41、只有灵敏度高时，与被测 量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂干扰信号。 传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。 3、频率响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有 定延迟，希望延迟时间越短越好。 传感器的频率响应高，可测的信号
42、频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。 在动态测量中，应根据信号的特点 ( 稳态、瞬态、随机等 ) 响应特性，以免产生过火的误差。 4、线性范围 传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。 但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。 5、稳
43、定性 传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。 在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。 传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。 在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。 6、精度 精度是传感器的一个重要的性能指针，它是关系到整个测量系统
44、测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。 如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。3.3.2温度测量仪表的选型3.3.2.1、就地显示温度仪表就地显示温度仪表选择南京万达仪器仪表厂供应的WSS系列双金属温度计。WSS系列双金属温度计的特点：a现场显示温度，直观方便b安全可靠，使用寿命长；c. 抽芯式温度计可不停机短时间维护或更换机芯。d. 轴向型、径向型、135型、万向型等品种齐全，适应于各种现场安装的需要。WSS系列双金属温度计的技术参数： 产品执行标准： JB/T8803-1998GB3836-83标度盘公称直径：60、100、150精度等级：1.0、1.5热响应时间：40s防护等级：IP55 图3-1 WSS系列双金属温度计
