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毕业设计（论文）-DCS过程计算机控制系统在磷肥厂引气车间的应用 全套设计,欢迎咨询扣扣 .绪论1.1 本课题的意义随着国民经济体制的改变,使国内的众多工业生产过程日益感受到国际间竞争所带来的压力和挑战。在这种大的背景下,积极开发和应用自动化控制系统和优化控制技术以提高企业经济效益,进而增强自身的竞争力是流程工业迎接挑战的重要对策。现代控制理论和人工智能几十年来的发展已经为优化控制奠定了应用理论基础,而控制计算机尤其是集散型控制系统的普及与提高,则为相关优化控制技术的应用提供了强有力的硬件和软件平台。基于 DCS 的优化控制技术是对那些不同于常规单回路 PID 控制,并且比常规 PID控制更好控制效果的控制策略的统称,并非专指某种计算机控制算法,其一般用来处理那些采用常规控制效果不好,甚至无法控制的复杂工业过程控制的问题。基于 DCS 的优化控制技术的应用可带来显著的经济效益,此外从全厂综合自动化的角度看,基于DCS 的优化控制系统恰好处在承上启下的重要位置。性能良好的自控控制是在线优化得以有效实施的前提,并进而可将企业的经营决策,生产管理和调度的有关信息及时落实到各个生产装置的实际运行中,真正实现全厂综合优化控制。1.2 国内外发展现状过程计算机控制系统的发展是与计算机技术的发展密切相关的,20世纪70年代中期以来进入以采用4C技术(计算机、通信、控制、CRT)为特征的集散型控制系统(DCS)的发展时期。从系统结构分析,DCS可分为三大基本部分:分散过程控制装置部分、集中操作和管理系统部分以及通信系统部分。据有关统计数字表明,1975年以来美国智能仪器仪表以每年35% 的速度遗增, (而一般仪表则只有25%),1978年采用微处理器的仪表品种已占仪表品种总数62% , 前苏联在同期也占到35% 。智能传感器与微处理器技术相结合后,不仅能对其非线性、环境因素进行补偿,从而具有精度高,线性好的优点, 而且有远距离通讯接口和自诊断功能。智能控制仪表从单纯的PID反馈调节发展到目前以微处理器为基础的分散型综合控制。其特征是信息和操作管理集中化而控制分散化。同时对人机接口装置的智能化要求提高。智能测试仪器一般具有远距离通讯能力,不同程度的自诊断能力, 部分具有专家系统。全套设计,欢迎咨询扣扣 仪器仪表是认识世界的工具。仪器仪表作为一种信息工具,起着不可或缺的信息源作用。仪器仪表是国家科技发展水平的标志,特别是在高新技术发展的信息化时代,器仪表完全是现代化的综合因素之一。微型计算机技术和嵌入式系统的迅速发展,引起了仪器仪表结构的根本性变革,即以微型计算机为主体,代替传统仪表的常规电子线路,成为新一代具有某种智能的灵巧仪表。这类仪表的设计重点,已经从模拟和逻辑电路的设计转向专用的微机模版或微机功能部件,接口电路和输入输出通道的设计,以及应用软件的开发。传统模拟式仪表的各种功能是用单元电路实现的,而在以单片机或嵌入式系统为主体的仪表中,则由编程软件,各种特殊而复杂的功能模块,简化的用户组态编程功能以及各种典型应用的控制策略包等模块组成的软件,来完成众多的数据处理和控制任务。这类仪表已经实现人脑的一部分功能,例如四则运算、逻辑判断、命令识别等,有的还能够进行自校正、自诊断,并具有自适应、自学习的能力,因此习惯上称之谓“智能仪表”。但“智能化”的水平高低不一,目前所见的一部分这类产品,智能化的程度还不高,需要不断改进和完善。随着科学技术的进步发展,这类仪表所具有的智能水平将会越来越高。一些新技术新器件,如32位RISC处理器、DSP、AMR、大容量存储器、嵌入式实时操作系统等的不断涌现,将对智能仪表的发展祈祷极大的推动作用。目前智能仪表的发展现状可以从对传统仪表的改进和新型仪表的出现两方面来归纳。传统的仪表引入MCU及各类半导体新器件后,不但工作速度有了跨越式提高,在测量精度、运行可靠性、稳定性、自适应、自学习等功能,使精度和可靠性进一步得到提高。智能仪表除了在传统仪表的改进方面取得了巨大的成就以外,还开辟了许多新的应用领域,出现了许多新型的仪表。20 世纪 80 年代以来,制造业(汽车制造,VLS 工制造,各种电子设备如电子计算机、电视机的制造等)的高速发展使 CAM 达到很高水平,它对人类生产力的提高起着巨大的推动作用。为了对 CAM 的工作质量进行实施监督,使成品或半成品的质量得到保证,要求实现对整个加工工艺过程中各重要环节或工位的在线检测。因此在生产线上或检验室内大量应用各种 CAT 技术的仪表。1.3 DCS 监控系统对车间的必要性及优越性建设计算机监控系统对引气车间的生产过程进行监控的必要性可以从以下几点说明。全套设计,欢迎咨询扣扣 )利用监控系统,实现全部或部分生产参数和设备状态的巡检,减少工人的劳动强度。(2)监控易燃易爆的泄漏状态,以及时排除泄漏故障。(3)监控某些工艺状态,判断工艺的稳定性,并尽早予以调控。(4)监控事故过程,以正确判断事故的发生和发展特点,正确指挥消灭和排除事故。(5)利用监控记录的已发事故过程,正确分析,处理事故善后工作。采用 DCS 对引气车间的生产过程进行监控将带来如下一些好处。(1)故障分散。(2)大量缩减控制系统所需的电缆。(3)大量减少控制系统所需的备品备件种类及数量。(4)提供了控制系统构成的灵活性,具有组态便利和可扩展性。(5)实现过程实时参数和历史数据的管理,提供性能计算,设备寿命计算功能。一点是传统的仪表控制系统所望尘莫及的。全套设计,欢迎咨询扣扣 .磷肥厂引气车间 DCS 监控系统的简介及控制要求2.1 工艺原理二氧化硅在高温下的作用,几乎与强酸一样能与磷酸钙中的氧化钙化合,生成易熔的炉渣。因此作为助熔剂的存在,对磷酸盐的还原过程就有重要影响。由于二氧化硅的存在,加快了磷酸三钙盐的还原,并降低了反应混合物的熔融温度。目前,普遍认为,在助熔剂二氧化硅存在下,用碳还原磷酸三钙盐的过程可分为两个阶段进,即硅石把磷酸三钙盐中的五氧化二碘释放出来,并生成硅酸钙,五氧化二磷再在第二阶段被碳还原生成元素磷反应式为:Ca3(P04)2:十 3Si02——3Ca0.Si02 十 P205 第一阶段P2O5,十 5C=P2 十 5CO 第二阶段Ca3(P04)2 十 3Si02 十 5C=3CaSi03 十 P2 十 500—Q当没有助熔剂二氧化硅存在时,磷酸三钙盐在高温下,首先分解成氧化钙(Ca0)和五氧化二磷,然后 P2O5,被碳还原,反应式为:Ca3(P04)2——3CaO 十 P205 第一阶段P2O5,十 5C=P2 十 5CO 第二阶段Ca3(P04)2 十 5C=3Ca0 十 500 十 P2可以看出,这两种磷酸盐被碳还原的过程基本相同。2.2 工艺流程2.2.1 电炉装置由原料预处理装置加工合格的磷矿、硅石和焦炭,按生产工艺确定的配比,分别称重计量后混合均匀,然后将混合炉料送人电炉炉顶料仓,经下料管连续均匀地加入电炉。电网中的电能经电炉变压器、二次短网和电极输入电炉、在炉内电能以电阻电弧的形式转化成热能,加热熔融炉料,温度达到 1350oC ~1450oC。炉料在高温下发生还原反应,反应产物磷蒸气和氧化碳从导气管中引出。炉渣与磷铁定期或连续地从电炉渣口和铁门排出。2.2.2 除尘装置炉气中常含有粉尘约 50~l50g/m3,因此在进人冷凝系统之前必须净化除尘。煤气除全套设计,欢迎咨询扣扣 尘,在中小型磷炉装置中曾采用过箱式除尘器,后因劳动条件差、净化效率低而被淘汰,大型装置通常采用电除尘器。各厂所用的电除尘器形式不同,但其基本要求是相同的:必须有较高的除尘效率和良好的保温性能,以保证炉气中的磷蒸气不被冷凝下来;同时高压进线与电极振打装置要有良好的密封性。电除尘器的外壳通常为钢制,沉淀极为管状、板状或长圆管状,电晕极可用软铁棒、不锈钢丝等材料。除尘器的操作电压为 40~70KV。2.2.3 冷凝系统净化后的炉气,在冷凝系统用直接喷淋方式将磷蒸气冷却凝成液态磷后回收。这在中小型装置中,通常采用三座空塔,其前面的两塔用热水喷淋,第三塔用冷水喷淋,冷凝的磷在集磷槽中收得;而在大型装置中,则采用二座冷凝塔,其第一塔为“热冷凝塔”,喷淋 60oC 的热水,第二塔为“冷冷凝塔”,喷淋约 20oC 的冷却水,在低于磷的凝固点温度下操作,以减少尾气带走的磷损失。冷凝系统收得的粗磷中含有少量泥磷的混合物,通过沉降分离或过滤即可将泥磷与产品黄磷分离,产品直接进人贮槽中贮存。2.2.4 控制点选择与安全防护黄磷生产具有易燃、易爆、有毒、高温、大电流等特点。操作人员除掌握一般的安全知识外。还必须熟悉本岗位生产过程的安全知识。黄磷遇空气会自燃。炉气中的 CO与空气混合到一定比例会发生爆炸,磷是一种极毒物品,误食 0.05g 即能致人死命。CO是一种无色无臭无味的有毒气体,易发生人身中毒事故。熔融炉渣出炉时温度高达℃,极易喷溅伤人。熔融磷铁直接遇水会发生爆炸。电炉变压器二次侧电流高达数千至数万伏,极易发生触电事故。所以我们须对工艺过程进行严格控制。在工艺过程中冷凝塔中要求电喷头喷出的 50~60 摄氏度热水,水温过高磷蒸汽不会充分冷凝造成浪费,过低则对磷不能充分吸收。所以需要对水温进行控制即对热水槽水温进行控制。热水槽的液位不宜过高,过高影响受磷槽废液排出,过低会造成对冷凝塔的供水不利,所以热水槽液位需要控制。对于 1#水封和洗气塔,液位过高会影响废气排出,过低会则造成尾气泄漏,形成安全隐患,所以需要对 1#水封和洗气塔的液位进行控制。尾气在送往烘干工段或净化工段作为草酸生产的原料时需要对其流量进行累计从而了解其产量,并根据产量制定生产计划。全套设计,欢迎咨询扣扣 .3 控制参数在工段的流程中主要参数有:温度、压力、液位、流量。压力:除尘器出入口压力,冷凝塔出入口压力,水封压力和水环泵出入口压力。液位:水封液位,热水槽液位和洗气塔液位。温度:电炉气体出口和热水槽温度。流量:水环泵流量。黄磷生产具有易燃、易爆、有毒、高温、大电流等特点。操作人员除掌握一般的安全知识外。还必须熟悉本岗位生产过程的安全知识。黄磷遇空气会自燃。炉气中的 CO与空气混合到一定比例会发生爆炸,磷是一种极毒物品,误食 0.05g 即能致人死命。CO是一种无色无臭无味的有毒气体,易发生人身中毒事故。熔融炉渣出炉时温度高达℃,极易喷溅伤人。熔融磷铁直接遇水会发生爆炸。电炉变压器二次侧电流高达数千至数万伏,极易发生触电事故。所以我们须对工艺过程进行严格控制。在工艺过程中冷凝塔中要求电喷头喷出的 50~60 摄氏度热水,水温过高磷蒸汽不会充分冷凝造成浪费,过低则对磷不能充分吸收。所以需要对水温进行控制即对热水槽水温进行控制。热水槽的液位不宜过高,过高影响受磷槽废液排出,过低会造成对冷凝塔的供水不利,所以热水槽液位需要控制。对于 1#水封和洗气塔,液位过高会影响废气排出,过低会则造成尾气泄漏,形成安全隐患,所以需要对 1#水封和洗气塔的液位进行控制。全套设计,欢迎咨询扣扣 . 控制方案的设计(1)在工艺过程中冷凝塔中要求电喷头喷出的 50~60 摄氏度热水,水温过高磷蒸汽不会充分冷凝造成浪费,过低则对磷不能充分吸收。所以需要对水温进行控制即对热水槽水温进行控制。热水槽的液位不宜过高,过高影响受磷槽废液排出,过低会造成对冷凝塔的供水不利,所以热水槽液位需要控制。如图 3.1 所示:图 3.1 LRC-201 热水槽温度液位串级回路控制控制对象:管道。主控制变量为温度,副控制变量为液位。传感器检测管道内的热水液位,用给定值与测量值相减得到偏差信号,液位变送器输出信号控制阀的开闭来控制管道内热水流量,最终控制管内热水液位。传感器检测管道内的热水温度,用给定值与测量值相减得到偏差信号,温度变送器输出信号控制阀的开闭来控制管道内冷却水流量,最终控制管内热水温度。(2)对于 1#水封和洗气塔,液位过高会影响废气排出,过低会则造成尾气泄漏,形成安全隐患,所以需要对 1#水封和洗气塔的液位进行控制。LRC-502 水封液位控制,如图 3.2 所示:+ +温度控制器液位控制器控制阀热水槽热水槽液位变送器温度变送器给定偏差热水液位热水温度全套设计,欢迎咨询扣扣 控制对象:管道。控制变量:热水液位。被控变量:尾气流量传感器检测管道内的热水液位,用给定值与测量值相减得到偏差信号,流量变送器输出信号控制阀的开闭来控制管道内热水流量,最终控制管内尾气流量。给定控制阀流量控制器管道流量变送器偏差干扰尾气流量图 3.2 LRC-502 水封液位控制+全套设计,欢迎咨询扣扣 . 控制系统仪表选型本课题主要使用的仪表类型为: 热电阻,温度计,差压变送器,物位测量仪,压力表,减压阀,阀门定位器,气动薄膜调节阀,电气阀门定位器,差压变送器,操作端安全栅,检测安全栅。4.1 温度测量仪表根据测量范围,温度测量使用铂热电阻或热电偶。现在测温元件的性能及精度完全能够满足工艺的使用要求,关键在于保护套管的选用及安装方式。保护套管需根据介质工况选用耐腐蚀或耐磨材料,且要求利于维护和更换。设置于焙烧炉和焚硫炉内的热电偶需要采用不锈钢套管,还要在套管装高铬铸铁套管保护。在转化器、换热器等气态氛围中使用的测温元件,选择不锈钢套管完全可以满足要求。在浓酸、稀酸以及液态硫磺等介质中使用的测温元件,应选用外套F4保护管的不锈钢套管,以防腐蚀。目前的测温元件如果套管选择恰当,使用寿命很长。4.1.1 热电偶热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,是由两种不同成分的导体两端接合成回路时,当两接合点热电偶温度不同时,就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存有温差时,显示仪表将会指示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。其测量范围大,一般为-200℃~1300℃,特殊情况下-270℃~2800℃。煅烧过程中最高温度可达 1300℃,所以选择部分热电偶。4.1.2 热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的,它广泛应用于工业测温,因少量温度不超过600℃,所以用热电阻。4.2 压力测量仪表就地压力测量通常采用弹簧压力表、膜盒压力表和u形管,其价格低廉,性能可靠。对于远传压力,则选择稳定性好、可靠性高的智能压力变送器。与普通Ⅲ型压力变送器全套设计,欢迎咨询扣扣 相比,智能压力变送器带软件补偿,稳定性好、可靠性高,而且价格也可以接受。熔硫工段液硫过滤机的压力测量,应选用带蒸汽夹套的哈氏合金膜盒压力表,以避免硫磺固化堵塞仪表。浓酸和稀酸的压力测量,则应选用膜盒变送器,膜盒的材质以哈氏合金为好。压力测量的关键在于取压和引压。取压和引压不当,易发生堵塞和泄漏。腐蚀性气体的取压采用由法兰、不锈钢球阀和不锈钢弯头制作的取压管,取压管的弯头朝上,以利于冷凝物回流到设备管道。取压管采用新型铝塑管,可避免常用塑料管或增强型聚乙烯管不耐腐蚀和因强度低而易折易堵的问题。铝塑管的两头使用不锈钢铝塑管接头,一头与取样头相连,另一头与压力变送器相连。需要注意的是,两端的螺纹要一致。4.2.1 压力表以弹性元件为敏感元件,测量并指示高于环境压力的仪表。在工业过程控制与技术测量过程中,由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性,使得机械式压力表得到越来越广泛的应用。4.2.2 隔膜压力表用隔离膜片将被测介质与敏感元件分开的压力表。用于测量强腐蚀、高温、高粘度、易结晶、易凝固、有固体浮游物的介质压力以及必须避免测量介质直接进入通用型压力仪表和防止沉淀物积聚且易清洗的场合。因在测量过程中不可避免地会有少量煅烧残渣,所以部分压力测量用隔膜压力表。4.2.3 差压变送器差压变送器是引进国外先进技术和设备生产的新型变送器,关键原材料,元器件和零部件均源自进口,整机经过严格组装和测试,该产品具有设计原理先进、品种规格齐全、无机械可动部件、维修量少等特点。4.3 流量测量仪表流量测量受管道直径、所测介质及其流量的影响,需根据不同的情况选用适宜的流量计。可供选用的有孔板流量计、电磁流量计及阿纽巴流量计等。标准孔板是使用最广泛的流量计,但对于浓酸、稀酸等腐蚀性介质,最好选用电磁流量计。只要安装符合要求,对现场干扰做好防护措施,电磁流量计的使用是相当方便的,基本不需要维护。阿播放器加载中，请稍候...
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