二氯丙醇生产过程监控系统设计
二氯丙醇生产过程监控系统设计[20200108192848]
随着计算机技术及通讯技术的发展，DCS系统紧密依赖于自动控制技术，实现生产过程的集中监控和集中管理。本文以化工生产过程的监控为出发点，首先分析了制备二氯丙醇的工艺，确定生产监控系统设计方案。该过程监控系统通过PID调节器改变进料流量，用PID调节器控制进出料流量，进而达到控制精馏塔内液位的目的；液位超出时通过关闭进料阀控制出料阀和蒸汽的流量，用PID调节器控制塔内液位。该系统可实现不同情况下PID调节控制塔内液位控制的切换。最后，论文还详细的给出了该控制系统的测试结果。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:DCS系统,自动控制,精馏塔液位,PID调节器
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题研究的主要内容 2
2 制备二氯丙醇的工艺及集散控制系统（DCS） 3
2.1 制备二氯丙醇的介绍 3
2.2 二氯丙醇生产过程中的影响因素 4
2.3 集成控制系统（DCS）的介绍 6
3 DCS监控系统控制站编程设计与实现 10
3.1 PID控制原理 10
3.2 编程软件的介绍 13
3.3 实时数据库的变量设定 18
3.4 控制站介绍 20
3.5 过程控制程序 22
4 制备二氯丙醇DCS监控系统操作站设计与实现 29
4.1 组态画面介绍 29
4.2 动态连接 34
5 运行测试 34
5.1 系统运行流程 34
5.2 虚拟测试及结果 35
结 论 41
致 谢 42
参 考 文 献 43
1 绪论
近年来，随着社会智能化水平的发展，国内各行各业对设备智能化的要求越来越高。自动控制技术作为先进技术的重要组成部分，其在各行各业的重要作用更加明显。如今，在石化、电力、水利、制药等行业，自动控制技术的运用愈加成熟。随着我国先进科技水平的不断提高，生产过程的自动控制在国民经济中占有至关重要的位置。
1.1 课题的背景及意义
二氯丙醇也称二氯甘油[1]，无色呈，液体状，闻时有轻微的氯仿味道。二氯丙醇分子式C3H6C12O，密度1.37gzcm，分子量128.98，沸点174oC，凝固点一4e，二氯丙醇与有些有机溶剂溶解，而不溶解于水，遇到高温时有时会引发分解而产生腐蚀性的有毒气体。当接触到二氯丙醇时，对人的眼睛、皮肤、心脏等存在伤害。当人吸入或由皮肤接触而吸进二氯丙醇导致中毒时，出现头晕、无力、头痛、恶心、呕吐和上腹疼痛的情况出现，更严重的可能造成休克或昏迷。在生产过程中无法控制人为因素的干扰，也没有通信，通过电话、人工报表的形式来传送消息，过程的统一协调也都是通过人工调度来实现的。
目前，二氯丙醇的生产和应用相当广泛，而大多的二氯丙醇生产采用仪表控制、人工填料，产品的质量不能得到保证，生产安全性也不高。DCS系统是在PLC基础上随着自动化的不断兴起而发展起来的新式控制系统，已经成为化工过程控制的主体设备，在提高工业生产的平稳运行和提高工艺控制及生产管理水平上发挥了重要作用。建立集散型控制系统（DCS）能减少过程监控中的人为干扰因素，提高产品质量和工作效率，实现数据共享达到信息化管理的目的。
1.2 国内外研究现状
目前，主要由DCS系统、FCS系统和PLC系统构成的系统控制的组态软件[2]。根据功能可分为控制系统的逻辑结构和物理结构两个大部分。逻辑组态主要对控制系统运行所采用的控制策略进行规划和设计，是一个系统控制策略程序的编写过程；物理组态则主要是对系统组成进行软件配置。
分布式控制系统组态软件的特点：
1、对EIC标准兼容的实现程度各异
在EIC准则的实现程度上,有两个重要不同：（1）在标准实现的深度上；(2）在实现标准所规范的编程语言的数量上。EIC61131一3标准不只是对编程语言元素的语法、语义、表达及显示的规则进行了规范，而且对控制程序整体的组织模式和构造形式、程序模块间要遵循的通信规则都作了具体的规定。
2、PLC、DCS系统占主流，FCS大有潜力可挖
目前，国内外生产厂商对系统控制策略组态软件的设计开发主要集中在PLC系统和DCS系统上，FCS系统占有的部分很小。在这个过程中，高层次的协调和管理的需要是由DCS和MSI系统来完成。基于FCS的控制系统是能够将控制范围扩展到底层的现场设备，实现完全分布式控制，与传统DCS的区别主要在体系结构上。
3、软件设计风格各异，功能实现各有长短
多种软件开发平台同时存在的情况决定了组态软件在设计风格上大不一样，思维模式、编程习惯和软件开发设计不同的美学思想则进一步加剧了这种差别的程度。因为没有规范的组态软件的设计，从而在实现相同功能和配置功能的方法也有他们的焦点。
4、设计模式不统一，互操作性和互换性有待改进
每个系统制造商在策略组态软件的开发上，由于对系统控制功能的强调，以及一些商业利益方面的原因，所以他们所采用的软件设计模式是不同的。同时，软件设计所用组态功能的手段和语言元素的内部表示和存储使用的文件格式等没有统一的标准可循，从而使每个策略组态软件之间缺乏协调。
1.3 课题研究的主要内容
本课题是以二氯丙醇的生产过程为研究对象，二氯丙醇的生产对系统的安全性、可靠性、排故障点速度的要求比较高。在充分了解二氯丙醇生产系统的工艺要求的情况下，对现在原有控制方案进行分析，设计出新的系统总体控制方案，并且对控制方案也进行了调试论证，确定了以 DCS 技术为基础的控制方案。根据二氯丙醇制备工艺和集成控制系统（DCS）的特点，系统的主要控制要求：（1）阀门和进料泵的先后顺序，这就会涉及各个阀门之间的开度，就要利用算法程序进行控制；（2）过程流程监控画面，通过监控画面能够在监控室对二氯丙醇生产过程进行监控，能够对每个环节的参数进行监视调节，达到最快最有效的控制二氯丙醇的生产；（3）实时数据记录及历史曲线，包括每次各种物料流量、每个部位的温度、真空度、蒸汽压力等，对其进行历史数据存储，并随时可以进行数据的查询。
1、研究课题需要解决的问题
(1) 研究二氯丙醇生产工艺特点，然后确定其过程监控系统控制的设计方案；
(2) 研究二氯丙醇生产过程监控系统的程序设计，主要包括 DCS实时数据库和算法程序块设计。DCS实时数据库是生成一个与实际的系统完全相同的数据变量，如：模拟量，开关量，I/O口配置。算法程序块设计主要包括：PID算法控制FBD程序，网络控制的LD程序等。程序结构简明、清晰，编程语言采用LD、FBD等，使算法程序拥有简单容易理解的优点。通过算法程序的编写，进行收集传送数据，并且能够对系统的自动控制进行判断，以达到系统自动化控制；
(3) 研究过程监控系统的结构和功能，建立组态画面。组态画面主要包括流程监控图（生产工艺画面)、历史趋势、报表即数据归档、参数设定、报警查询及流量和压力的设定进行组态。其中流程监控是主界面，包括蒸馏塔内配料系统组态、泵、阀等运行状态组态；报表主要是对温度、液位、压力、真空度、流量不同时刻统计；历史趋势是对数据变化的整体表现；参数设定是设定需要比较的物理量的上限值和下限值的规定；报警查询是记录超出高限值或低限值的情况；实现组态画面的同步显示；
随着计算机技术及通讯技术的发展，DCS系统紧密依赖于自动控制技术，实现生产过程的集中监控和集中管理。本文以化工生产过程的监控为出发点，首先分析了制备二氯丙醇的工艺，确定生产监控系统设计方案。该过程监控系统通过PID调节器改变进料流量，用PID调节器控制进出料流量，进而达到控制精馏塔内液位的目的；液位超出时通过关闭进料阀控制出料阀和蒸汽的流量，用PID调节器控制塔内液位。该系统可实现不同情况下PID调节控制塔内液位控制的切换。最后，论文还详细的给出了该控制系统的测试结果。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:DCS系统,自动控制,精馏塔液位,PID调节器
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 课题研究的主要内容 2
2 制备二氯丙醇的工艺及集散控制系统（DCS） 3
2.1 制备二氯丙醇的介绍 3
2.2 二氯丙醇生产过程中的影响因素 4
2.3 集成控制系统（DCS）的介绍 6
3 DCS监控系统控制站编程设计与实现 10
3.1 PID控制原理 10
3.2 编程软件的介绍 13
3.3 实时数据库的变量设定 18
3.4 控制站介绍 20
3.5 过程控制程序 22
4 制备二氯丙醇DCS监控系统操作站设计与实现 29
4.1 组态画面介绍 29
4.2 动态连接 34
5 运行测试 34
5.1 系统运行流程 34
5.2 虚拟测试及结果 35
结 论 41
致 谢 42
参 考 文 献 43
1 绪论
近年来，随着社会智能化水平的发展，国内各行各业对设备智能化的要求越来越高。自动控制技术作为先进技术的重要组成部分，其在各行各业的重要作用更加明显。如今，在石化、电力、水利、制药等行业，自动控制技术的运用愈加成熟。随着我国先进科技水平的不断提高，生产过程的自动控制在国民经济中占有至关重要的位置。
1.1 课题的背景及意义
二氯丙醇也称二氯甘油[1]，无色呈，液体状，闻时有轻微的氯仿味道。二氯丙醇分子式C3H6C12O，密度1.37gzcm，分子量128.98，沸点174oC，凝固点一4e，二氯丙醇与有些有机溶剂溶解，而不溶解于水，遇到高温时有时会引发分解而产生腐蚀性的有毒气体。当接触到二氯丙醇时，对人的眼睛、皮肤、心脏等存在伤害。当人吸入或由皮肤接触而吸进二氯丙醇导致中毒时，出现头晕、无力、头痛、恶心、呕吐和上腹疼痛的情况出现，更严重的可能造成休克或昏迷。在生产过程中无法控制人为因素的干扰，也没有通信，通过电话、人工报表的形式来传送消息，过程的统一协调也都是通过人工调度来实现的。
目前，二氯丙醇的生产和应用相当广泛，而大多的二氯丙醇生产采用仪表控制、人工填料，产品的质量不能得到保证，生产安全性也不高。DCS系统是在PLC基础上随着自动化的不断兴起而发展起来的新式控制系统，已经成为化工过程控制的主体设备，在提高工业生产的平稳运行和提高工艺控制及生产管理水平上发挥了重要作用。建立集散型控制系统（DCS）能减少过程监控中的人为干扰因素，提高产品质量和工作效率，实现数据共享达到信息化管理的目的。
1.2 国内外研究现状
目前，主要由DCS系统、FCS系统和PLC系统构成的系统控制的组态软件[2]。根据功能可分为控制系统的逻辑结构和物理结构两个大部分。逻辑组态主要对控制系统运行所采用的控制策略进行规划和设计，是一个系统控制策略程序的编写过程；物理组态则主要是对系统组成进行软件配置。
分布式控制系统组态软件的特点：
1、对EIC标准兼容的实现程度各异
在EIC准则的实现程度上,有两个重要不同：（1）在标准实现的深度上；(2）在实现标准所规范的编程语言的数量上。EIC61131一3标准不只是对编程语言元素的语法、语义、表达及显示的规则进行了规范，而且对控制程序整体的组织模式和构造形式、程序模块间要遵循的通信规则都作了具体的规定。
2、PLC、DCS系统占主流，FCS大有潜力可挖
目前，国内外生产厂商对系统控制策略组态软件的设计开发主要集中在PLC系统和DCS系统上，FCS系统占有的部分很小。在这个过程中，高层次的协调和管理的需要是由DCS和MSI系统来完成。基于FCS的控制系统是能够将控制范围扩展到底层的现场设备，实现完全分布式控制，与传统DCS的区别主要在体系结构上。
3、软件设计风格各异，功能实现各有长短
多种软件开发平台同时存在的情况决定了组态软件在设计风格上大不一样，思维模式、编程习惯和软件开发设计不同的美学思想则进一步加剧了这种差别的程度。因为没有规范的组态软件的设计，从而在实现相同功能和配置功能的方法也有他们的焦点。
4、设计模式不统一，互操作性和互换性有待改进
每个系统制造商在策略组态软件的开发上，由于对系统控制功能的强调，以及一些商业利益方面的原因，所以他们所采用的软件设计模式是不同的。同时，软件设计所用组态功能的手段和语言元素的内部表示和存储使用的文件格式等没有统一的标准可循，从而使每个策略组态软件之间缺乏协调。
1.3 课题研究的主要内容
本课题是以二氯丙醇的生产过程为研究对象，二氯丙醇的生产对系统的安全性、可靠性、排故障点速度的要求比较高。在充分了解二氯丙醇生产系统的工艺要求的情况下，对现在原有控制方案进行分析，设计出新的系统总体控制方案，并且对控制方案也进行了调试论证，确定了以 DCS 技术为基础的控制方案。根据二氯丙醇制备工艺和集成控制系统（DCS）的特点，系统的主要控制要求：（1）阀门和进料泵的先后顺序，这就会涉及各个阀门之间的开度，就要利用算法程序进行控制；（2）过程流程监控画面，通过监控画面能够在监控室对二氯丙醇生产过程进行监控，能够对每个环节的参数进行监视调节，达到最快最有效的控制二氯丙醇的生产；（3）实时数据记录及历史曲线，包括每次各种物料流量、每个部位的温度、真空度、蒸汽压力等，对其进行历史数据存储，并随时可以进行数据的查询。
1、研究课题需要解决的问题
(1) 研究二氯丙醇生产工艺特点，然后确定其过程监控系统控制的设计方案；
(2) 研究二氯丙醇生产过程监控系统的程序设计，主要包括 DCS实时数据库和算法程序块设计。DCS实时数据库是生成一个与实际的系统完全相同的数据变量，如：模拟量，开关量，I/O口配置。算法程序块设计主要包括：PID算法控制FBD程序，网络控制的LD程序等。程序结构简明、清晰，编程语言采用LD、FBD等，使算法程序拥有简单容易理解的优点。通过算法程序的编写，进行收集传送数据，并且能够对系统的自动控制进行判断，以达到系统自动化控制；
(3) 研究过程监控系统的结构和功能，建立组态画面。组态画面主要包括流程监控图（生产工艺画面)、历史趋势、报表即数据归档、参数设定、报警查询及流量和压力的设定进行组态。其中流程监控是主界面，包括蒸馏塔内配料系统组态、泵、阀等运行状态组态；报表主要是对温度、液位、压力、真空度、流量不同时刻统计；历史趋势是对数据变化的整体表现；参数设定是设定需要比较的物理量的上限值和下限值的规定；报警查询是记录超出高限值或低限值的情况；实现组态画面的同步显示；
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