基于DCS的糖厂提汁工段的计算机监控系统设计.doc

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1、 基于DCS的糖厂提汁工段的计算机监控系统 摘要本课题是对糖厂提汁工段做一个基于DCS的计算机监控系统设计，其核心控制装置采用集散控制系统对提汁工段进行监控。该设计方案基本达到工程设计阶段的要求。提汁工段是糖厂生产工艺流程的起始工段，它关系到糖厂的物料消耗、生产效率以及产量等。提汁工段的目的是把甘蔗破碎后将蔗汁提取出来，然后再送去澄清工段进行处理。本设计根据提汁工段生产工艺要求，提出基于DCS的计算机监控系统设计方案。包括为该工段渗透水的温度、流量和压榨机的压力等变量选择合适的自动化检测仪表，以及采用单回路简单控制系统。控制装置则选用北京和利时公司的smartpro macs系统。对该工段进行

2、硬件配置，并设计了DCS控制室。此外，本设计用AutoCAD绘制了管道仪表流程图、仪表回路图。关键词： 糖厂 提汁工段 工程设计 自动化仪表 DCS AbstractThe article is mainly about the computer monitoring system design of extract syrup based on DCS in sugar refinery. The kernel control device is distributed control system (DCS).This design can achieve the requirements

3、 of foundation engineering design.Put juice section in sugar production process is the starting steps, it relates to the consumption of sugar materials, production efficiency and yield. The purpose is to provide juice section in the sugar cane juice is extracted after crushing, and then sent to clar

4、ify the section in processing.According to the requirements of extract syrup process technology. This design scheme is proposed. Including the section in infiltration of water temperature, flow and pressure press machine automatic variable selection of suitable testing instruments, and a simple sing

5、le loop control system. Control devices is SmartPro-macs DCS made by HollySys Co., Ltd in Beijing., The section in the hardware configuration, and design a DCS control room. In addition, the design of the pipeline instrumentation with AutoCAD drawing flowcharts, instrument loop diagram。 Keywords: Su

6、garre finery Extract Syrup Engineering design Automatic Instrument SmartPro-macs目录前言- 1 -第一章 提汁工段的工艺流程- 2 -1.1 提汁工段流程- 2 -1.1.1 压榨法提汁- 2 -1.1.2 压榨法的生产流程- 2 -1.2 提汁工段的意义及分析- 3 -1.3 提汁工段的技术条件- 4 -1.3.1 压榨设备- 4 -1.3.2 压榨设备的组合- 4 -1.3.3 选择设备组合系统及原则- 5 -第二章 控制方案- 6 -2.1 提汁工段的工艺要求- 6 -2.2 控制方案确定- 7 -2.3 所

7、用控制系统简介- 7 -第三章 仪表选型- 11 -3.1 控制装置的选择- 11 -3.2 自动化仪表选型的原则- 12 -3.3 温度仪表的选型- 13 -3.4 流量仪表的选型- 15 -3.5 液位仪表的选型- 16 -第四章 DCS配置- 18 -4.1 DCS概述- 18 -4.2 MACS-Smartpro系统概述- 21 -4.3 MACS-Smartpro系统结构- 23 -4.3.1、系统的硬件结构- 23 -4.3.2、系统的网络结构- 26 -4.3.3 系统的软件结构- 27 -4.4 MACS-Smartpro系统选型- 31 -全文总结- 36 -参考文献- 37

8、 -致谢- 38 - 38 - 广西大学毕业设计 基于DCS的糖厂提汁工段的计算机监控系统 蒋云桥前言食糖是天然甜味剂，是人们日常生活的必需品，同时也是饮料、糖果、制药等含糖食品中不可或缺的原料。我国目前用于制糖的原料主要有甘蔗和甜菜。甘蔗制糖多在我国的南方，而甜菜制糖多在我国北方。就总体来说我国的糖厂规模小、能耗高，自动化水平和劳动生产率低；综合利用规模小、多数技术水平较低、污染严重；制糖过程中大型、高效蒸发和煮糖工段的装备和自控装备的差距更大， 有些技术装备仅相当于国外五六十年代水平。所以我国糖厂有一个非常大的提升空间。要解决上述问题首先就要提高糖厂的自动化水平。而要提高自动化水平，在过程

9、控制方面使用DCS已是一个主流。因此为了扩大企业规模，提高生产效率，减少污染。对制糖的各个工段选择合适的检测方案和仪表，采用合适控制系统。为此，运用所学知识设计一个基于DCS的提汁工段的计算机监控系统。其中包括以下几个方面：1.：熟悉提汁工段的生产工艺流程。2：制定本工段的自动控制方案，绘制管道仪表流程图。3：选择检测仪表，连接系统，绘制仪表回路图。第一章 提汁工段的工艺流程1.1 提汁工段流程1.1.1 压榨法提汁从甘蔗中提取蔗汁主要有压榨法和渗出法两种方法。压榨法是对甘蔗通过预处理和压榨设备与渗浸系统相配合提取蔗汁的方法。渗出法是甘蔗经预处理破碎，通过渗出设备和采用一定的流汁系统，蔗料经水

10、和稀糖汁淋渗，使甘蔗糖分不断被浸沥而洗出的方法。目前来说，糖厂提汁工段绝大部分都是采用压榨法【1】。用木棍或石辊压榨甘蔗来提取蔗汁的方法，在我国已有二千多年的历史，明代宋应星的天工开物有详尽的记载。近代则改用铁棍或多辊压榨，其生产能力已经大大提高。压榨法提汁又可分为干式压榨和湿式压榨两种。干式压榨就是在压榨过程中不断加水或稀汁，只用辊子加压将蔗汁压出。此法提汁效率低，已不再使用。湿式压榨就是在压榨过程中加入渗透水或稀汁与蔗渣中再进行压榨。把蔗渣中的残余糖分更多的提取出来。压榨提汁原理主要是将甘蔗斩切成丝状与片状的蔗料，入压榨机，使充满蔗汁的甘蔗细胞的细胞壁受到压榨机辊和油压的压力而破裂，蔗料被

11、压缩，细胞被压扁的同时排出蔗汁；借助于渗浸系统将从压榨机排出、开始膨胀的蔗渣进行加水或稀汁渗浸，以稀释细胞内的糖分，提取更多的蔗汁。 1.1.2 压榨法的生产流程甘蔗在压榨前预先进行破碎，为下一压榨工序做准备称为预处理。亦称榨前处理。其目的是将甘蔗破碎，是甘蔗的组织破坏，纤维散解，细胞破裂，使压榨时能提高压榨量和抽出率。预处理目前多采用斩切、撕裂、和压碎三种方法【2】。压榨法一般的生产流程。甘蔗先是经过预处理后相继通过几座三辊压榨机被多次压榨。在蔗料进入末座压榨机之前加水渗浸。加入的水称渗浸水，一般用量为甘蔗量的1525。从末座榨出的汁称末座榨出汁，它随即被泵入前一座压榨机作为渗浸液，渗浸进入

12、该座压榨机的蔗料，所榨出的稀汁再作前一座压榨机的渗浸液，如此直至第二座压榨机，这就是糖厂普遍使用的复式渗浸法。由第一座及第二座压榨机压出的汁合并成混合汁，送清净处理。从末座压榨机排出的蔗料称为蔗渣。蔗渣中水分为4550，糖分14，纤维分4552，可溶性固体物1.56。蔗渣送锅炉作燃料，或另作其他工业原料。衡量提汁方法的提糖效率用糖分抽出率，其定义为从甘蔗中已被提取的蔗糖对甘蔗中蔗糖的质量百分数。甘蔗糖厂糖分抽出率在92%97之间。碎甘蔗清净工段蔗汁(混合汁)16Bx蔗渣蔗渣场渗透水箱冷水渗透水渗浸水渗浸水渗透水渗透水渗透水图2-1提汁工段的工艺流程1.2 提汁工段的意义及分析提汁工段操作的目的

13、是在安全运转的基础上达到最高的生产能力和抽出率，而在有计划的生产中，则要求在稳定压榨量的基础上提高抽出率和保证生产安全。提汁工段是整个糖厂生产的基础，后续工段都是以它为前提的。提汁工段的生产效能直接影响到整个糖厂的生产。提汁工段的抽出率是一个很重要的生产指标，抽出率是指通过压榨取得的糖分对甘蔗所含糖分的重量的百分率。抽出率越高则意味着从甘蔗中抽出了更多的糖分。而抽出了越多的糖分则意味着可以生产更多的糖。为了能够在提汁工段有一个高的抽出率，就需要对该工段进行一个分析来确定控制参量并进行检测和控制。提汁工段的控制系统其实可以分为两个系统：压榨控制系统和渗透水控制系统。压榨系统最主要的控制要领就是要

14、均衡。实现输蔗均匀、机械转速均匀。因此需要对转速进行检测和控制。渗透水系统是和压榨系统有关联的，是服务于压榨的，所以也要均衡，实现渗透水的均匀渗透。为达到目标需要对渗透水的温度、流量和液位进行检测和控制。1.3 提汁工段的技术条件1.3.1 压榨设备压榨提汁主要设备包括切蔗机、压榨机及其驱动装置、渗浸系统及相应的输送设备。切蔗机由蔗刀及驱动装置组成。压榨机由3个辊子及机架构成。三辊压榨机的辊被装嵌成三角形，视其所处位置分别称为顶辊、前辊和后辊。顶辊与前、后辊间有一定的间隙。3个辊的轴端带有传动齿，由原动机如电动机、汽轮机或蒸汽机经减速装置驱动顶辊,从而使3个榨辊以相同的速度转动。1.3.2 压

15、榨设备的组合压榨工段的目的是要达到计划要求的压榨能力和压榨效率，同时要考虑节省钢材和动力消耗。压榨设备组合是实现压榨工段目的的重要手段，主要由预处理设备和多重压榨机组成。预处理设备的作用是要具备一定的破碎能力，使甘蔗通过后达到所要求的破碎度，多重压榨机的作用是使甘蔗多次的压榨和渗透，已保证达到要求的压榨量和抽出率。但在整套机组间又是互相联系的，如预处理较好，甘蔗的破碎度高，有利于提高压榨效能，则可以考虑减少压榨的次数，即缩减压榨机的台数。反之，压榨机的台数较多时，甘蔗经多重压榨也提高了甘蔗的破碎度，那就对预处理的设备的要求可适当降低了。压榨设备的组合可以根据不同情况和要求，定出各种不同的组合系

16、统。设备的组合并不是固定不变的，它随着各项设备的改进，而出现新的不同的组合，如两辊式压榨机曾经被广泛采用过，而现在已经被三辊式压榨机所取代。1.3.3 选择设备组合系统及原则在选择一个压榨设备组合的方案前，要充分了解每项设备的类型，性能和优缺点，掌握各项设备的相互关系，应当如何组合起来才能更好的发挥它们的最大效能，并列出各种可行的方案，细致的加以比较，然后确定设备组合。在进行比较时，要从以下几个方面来考虑。（1）国家当前的工业建设方针和技术经济政策是选择方案时的首要原则，如方案中设备的多少，设备的类型，精度的要求等均应根据国家当时的技术水平予以充分研究，生产规模的大小，能源的供应等也要考虑。一

17、个合理的方案是要符合多、快、好、省的建设方针。（2）在技术方面要达到压榨的质量要求，既能保证甘蔗的压榨量，同时也要取得一定的抽出率。在设备的制造，安装，操作，维修方面要求简单容易。（3）在经济方面，要求设备的购置费要廉价，运转时所需的动力费用和管理费用要省。除从上述三个主要原则来考虑压榨设备组合方案外，同时还应注意发挥人的主观能动性，即在决定设备的同时最好能考虑到使用该组设备的合理操作方法，使该组设备能发挥最大的效能。第二章 控制方案水运或者陆运到厂的甘蔗，经称重后由卸蔗台倾入甘蔗输送机，经切蔗机斩切，使甘蔗破碎后，送入压榨机组进行压榨和反复渗透。压榨提汁工段的主要目的是将甘蔗所含的糖分经压榨

18、后提取出来，再送给其他工段进行进一步加工制成我们常见到的糖。2.1 提汁工段的工艺要求在传统的压榨生产中，下蔗量是靠有经验的操作人员人工控制。这就很难保证稳定的控制压榨生产过程。为了保障蔗料的通畅，输送机往往都是全速运行，这也导致甘蔗的抽出率低。并且渗透水泵没有调速，渗透水的流量和温度等无法检测和控制。这些都造成了一定程度的浪费，也降低了生产效率。为了提高生产过程的自动化水平，我们采用DCS系统对其进行升级改造主要实现以下几个控制要求：（1）实现压榨机的转速自动调节，实行均衡压榨、提高压榨抽出率。（2）输送机的速度自动控制，实行均衡输蔗，稳定进蔗量。（3）实现甘蔗进料量和渗透水加入量的自动调节

19、和水温控制，实现高效渗透。采用高位槽检测技术及相关检测元件检测真实料位，测量精度高、平滑、稳定，响应快，抗干扰能力强。连续平滑地检测出料位真实高度，根据实际料位高度对榨机进行精确控制。 对输蔗机控制系统采用两台射线核子秤，同时检测1#、2#输蔗带上的甘蔗流量，综合考虑1#、2#、3#撕解机和榨机的负荷，主要控制1#、2#输蔗带的运行速度，实现了榨量基本恒定。 2.2 控制方案确定压榨提汁工段主要是要对渗透水的温度、流量、液位进行测控。现将其相应的测控点列表如下：表2-1 提汁工段测控点一览表序 号工位号用途测量范围1FFIC-101渗透水流量控制0400 m/h2FFIQ-102甘蔗料量检测3

20、TIC-101渗透水温度控制01004LIC-101 渗透水箱液位控制010mFIC-101渗透水流量控制是通过检测到的甘蔗料量进行控制渗透水的流量，渗透水的流量约为甘蔗料量的2025%；TIC-101渗透水温度控制系统是通过检测渗透水箱出口的温度然后去调节进水的冷水和热水的比例来控制渗透水的温度；LTC-101渗透水箱液位控制系统则通过检测渗透水的液位来调节进水阀的开度来控制液位。根据上述要求拟采用比值控制系统对渗透水的流量进行控制，采用简单控制系统对渗透水箱的液位和渗透水的温度进行控制。2.3 所用控制系统简介一、简单控制系统：简单控制系统，通常是指由一个测量元件、变送器、一个控制器、一个

21、控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统，因此也称为单回路控制系统。简单控制系统的结构比较简单，所需的自动化装置数量少，投资低，操作维护也比较方便，而且在一般情况下，都能满足控制质量的要求。因此，这种控制系统在工业生产过程中得到了广泛的应用。据某大型化肥厂统计【3】，简单控制系统约占控制系统总数的85左右。它适应与被控对象滞后时间较小，负荷和干扰变化不大，工艺对控制质量要求不高的场合。现对FIC-101流量控制系统进行简单的一个介绍，如图2-2所示为系统的组成示意图：（一）系统组成部分被控对象：渗透水箱 被控变量：渗透水箱的液位 操纵变量：冷热水的流量现场仪表：电容物位计，管道的调节阀控制器：D

22、CS（二）调节原理：当渗透水箱的液位超过最高安全限位或者低于最小安全限位时，液位传感器输出的的信号将减小或增大，该信号与给定值进行比较输送给调节器，经过调节器运算后（PI）送出信号去改变热水调节阀的阀门开度，使液位维持在一个范围内。因为是以热水流量为主要调控变量。渗透水箱LIC101冷水热水图2-2 渗透水液位控制系统二、比值控制系统 比值控制系统是控制两个物流流量比值的控制系统，它是按功能命名的复杂控制系统，在比值控制系统中，一个物流流量需要跟随另一物流流量变化。前者称为从动量，后者称为主动量。通常，选择的主动量应是主要的物料或关键物流的流量，它们通常是可测不可控，物流不足时可能会影响安全生

23、产的物流流量。通常，从动量可测且可控，及供应有余，可供调节。通常，工业生产过程中采用闭环比值控制系统。为了调节从动量，从动量应组成闭环，因此，根据主动量是否组成闭环，可分别为单闭环比值控制系统和双闭环比值控制系统。采用DCS或计算机控制系统实施比值控制系统时，由于采用数字运算，因此，不必计算仪表比值系数K，可直接根据工艺所需比值设置。如图2-3所示的系统，是渗透水流量控制系统FFIC-101和甘蔗流量检测系统组成的单闭环比值控制。主动量：甘蔗的流量从动量：渗透水的流量进入压榨机的甘蔗流量经核子称检测变送后，送往乘法器FFY-101，该信号在乘法器中与比值系数K相乘后，输入到从动量控制器FFIC

24、-101，作为其设定值，组成单闭环比值控制系统，使渗透水按甘蔗量的一定比例进行渗透。甘蔗量FFY101核子称FFIC101渗透水流量图2-3 渗透水流量控制系统第三章 仪表选型仪表索引、仪表数据表等的编制是自控设计中的一个主要的设计文件。在这些设计文件中，可以反映设计中所使用的仪表等设备的类型、规格、数量及在系统中的位置等，为设计投资的核算、仪表设备的订货等提供依据。3.1 控制装置的选择控制装置或系统是过程自动化的中枢，其发展经历了以下的几个阶段：（1）早期的基地式仪表：一般与检测装置、显示装置一起组装在一个整体之内，同时具有检测、控制与显示的功能，结构简单、价格低廉、使用方便，通用性差，信

25、号不易传递，一般应用于简单控制系统中。（2）单元组合式仪表：按各组成环节的不同功能和使用要求，将整套仪表分为若干单元，各单元能独立实现某种功能，使用时可以按生产工艺的不同要求挑选需要的单元加以组合，其特点是应用灵活，通用性强，使用维护方便，特别适用于中、小企业的过程控制系统；（3）组件组装式仪表：单元组合仪表的基础上发展起来的一种成套仪表装置，结构上包括控制机柜和显示操作盘两部分，它的主要特点是功能分离，结构组件化，特别适用于要求组成各种复杂控制和集中显示操作的大、中型企业的过程控制系统。（4）单回路控制器：一种以微处理器为计算、控制核心，配以相应软件，在外观及使用上类似常规模拟控制器的数字式

26、控制仪表。（5）可编程控制器（PLC）：是一种数位运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可程式逻辑控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。（6）集中式计算机控制系统（DDC）：DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，DDC系统的组成通常包括中央控制设备(集中控制电 脑、彩色监视器、键盘、打印机、不间断电源、通讯接口等)、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感

27、器、执行器、调节阀等元器件。（7）集散控制系统（DCS）：是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。（8）现场总线控制系统（FCS）：它是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，构成现场总线

28、控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用。因此，FCS实质上是一种开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统，有望成为21世纪控制系统的主流产品。本设计使用的自动控制装置时DCS系统，这是目前最常用的控制装置，其技术最成熟、最可靠。3.2 自动化仪表选型的原则检测仪表（元件）选型的一般原则如下：工艺过程的条件工艺过程的温度、压力、流量、粘度、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。操作上的重要性各检测点的参数在操作上的重要性是仪表的指示、记录、积算、报警、控制、遥控等功能选定依据。一般

29、来说，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，应选记录式；而一些对工艺过程影响较大的，又需随时监控的变量，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。经济性和统一性仪表的选型也决定于投资的规模，应在满足工艺和自考的要求前提下，进行必要的经济核算，取得适宜的性能/价格比。为便于仪表的维修和管理，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。仪表的使用和供应情况选用的仪表应是较为成熟的产品，经现场使用证明性能可靠的；同时要注意到选用的仪表应当是

30、货源供应充沛，不会影响工程的施工进度。在本设计中需要选定的仪表主要有：温度、流量、料位、液位等仪表。3.3 温度仪表的选型一一般原则（一）单位及标度（刻度）温度仪表的标度（刻度）单位，统一采用摄氏温度（）。（二）检出（测）元件插入长度（1）插入长度的选择应以检出（测）元件插至被测介质温度变化灵敏具有代表性的位置为原则。但在一般情况下，为了便于互换，往往整个装置统一选择一至二挡长度。（2）在烟道、炉膛及带绝热材料砌体设备上安装时，应按实际需要选用。（3）检出（测）元件保护套材质不应低于设备或管道材质。如定型产品保护套太薄或不耐腐蚀（如铠装热电偶），应另加保护套管。（4）安装在易燃易爆场所的就地带

31、电接点的温度仪表、温度开关、温度检出（测）元件和变送器等，应选用防爆型。二温度仪表的选型本毕业设计采用的是集散控制系统（DCS系统），因此，对于就地温度仪表，如双金属温度计、压力式温度计、玻璃温度计、温度开关和基地式仪表等不适用于远距离传输、监视和控制用，在此都不选用，应选用的是集中温度仪表，下面就集中温度仪表的选型进行讨论。（一）检测元件根据温度仪表的测量方式通常可分为接触式和非接触式两大类。表3-1接触式和非接触式测温特点比较测温方式优点缺点接触式简单、可靠、价廉，精确度较高响应时间较长，不能用于极高温测量非接触式测温范围宽，相应时间较快测量误差大，结构较复杂，价格较昂贵接触式有：热膨胀、

32、热电阻、热电偶。（二）结合设计选现场仪表1、压榨工段温度测控点只有对渗透水的温度，其测量范围为0100. 根据温度仪表选型的一般原则以及化工工艺要求，结合温度测控点选型。考虑选用接触式仪表：热电阻或热电偶。热电阻和热电偶可直接与计算机相连接而不选用温度变送器。热电阻和热电偶优、缺点比较见下：表3-2热电阻和热电偶比较优点缺点热电阻测量精度高；再现性好，可保持多年稳定性、精确度；相应速度快；便于远距离、多点、集中测量和自动控制；不需要冷点温度补偿价格较热电偶贵；需要外接电源；热惯性较大；避免使用在有机械振动的场合；不能测量高温；由于体积大，测点温度较困难热电偶测温范围广；精度高；便于远距离、多点

33、、集中测量和自动控制需自由端补偿，在低温段测量精度较低由于所要检测的温度处在低温段0100，考虑使用热电阻。2.热电阻原理、分类：热电阻是利用物质在温度变化时自身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻按感温元件材料可分为金属导体和半导体两大类。金属导体材料的热电阻是目前工业上大量采用的，有铂、铜、镍等。铂热电阻的化学物理性能温度且复现性好，能测量较高的温度，已被广泛应用。铜热电阻与铂热电阻相比，其优点主要是铜电阻温度系数大，线性好，价格便宜，但测温范围较小，只适用于-50+100。这两种热电阻都已经是国家的标准产品。常用的接线盒形式有防溅式、防水式和防爆式。常见安装固定装置有螺纹安装、法

34、兰安装、焊接安装和无固定安装。一般情况可选用螺纹连接方式，对下列场合应选用法兰连接方式：在设备、衬里管道和有色金属管道上安装；结晶、结疤、堵塞和强腐蚀性介质；易燃、易爆和剧毒介质。综上，选用铜热电阻已经能满足各方面的要求，因此选用广州市泛泰自动化设备有限公司生产的WZC-220型热电阻。3.4 流量仪表的选型一流量单位体积流量用m/h、L/h；质量流量用kg/h、t/h；标准状态下气体体积流量用Nm/h（0，0.1013MPa）。二流量仪表的选型压榨提汁工段只需要对渗透水的流量进行测控，其测量范围为0400 m/h。三、流量计的种类和工作原理：流量计分为差压式流量计和电磁流量计。1、差压式流量

35、计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压，已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸以测量流量的仪表。差压式流量计按其检测件的作用原理可分为：节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动压增益式及射流式等几大类，其中以节流式和动压头式应用最为广泛。2、电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律来测量管内导电性介质体积流量的感应式仪表。电磁流量计由传感器、转换器和流量显示仪三部分组成。它在管道的两侧加一个磁场，被测介质流过管道就切割磁力线，在两个检测电极上产生感应电势。转化器将传感器输出的电压信号转化成与被测介质体积流量成正比的标准信号，以便与流量显示仪组合，实现流量显示、记录、积算和调节。四、仪表选

36、择 在此选择开封仪表厂生产的E-magC系列电磁流量计。与转换器配套使用用于测量控制渗透水的流量。3.5 液位仪表的选型一物位测量仪表分类和特性（一）分类按测量方法分类，分为直接式、差压式、浮力式、电气式、超声波式、雷达、放射性液位测量仪表。（二）特性简述：1.直接式用于就地测量，现场显示。因液位计与被测介质直接接触，其材质需适应介质要求，并能承受操作状态的压力和温度。2.差压式液位计以压力和差压变送器来测量液位。在石化生产过程中大量应用差压变送器测量液位，对腐蚀、粘稠介质可采用法兰式及带毛细管的差压变送器。3.浮力式仪表：浮筒式测量范围有限，一般为30020000mm，适用于介质纯净的场合；

37、浮标式测量范围较大，也适用于易燃、有毒的介质。4.电气式液位计结构简单，价格便宜。适用于有腐蚀、有毒、导电或非导电解质的液位测量，对粘稠、易结垢的介质，尚可选择带保护极的测量电极。5.超声波式液位测量仪表不能用于真空设备。6.雷达液位计适用于恶劣的操作条件。7.放射性液位计必须专人管理。在本设计中需要测量液位的只有渗透水的液位。考虑介质、维护及经济方面的问题，可以选用差压式、电气式，则选用电气式的电容式液位计。（二）电容式液位计工作原理：在电容器的极板之间充以不同介质时，其电容量的大小是不同的，因此，可用测量电容量的变化来检测液位或两种不同截止的液位分界面。对于非导电介质，液位测量的电容式液位

38、计原理：在被测介质中放入两个同轴圆筒状极板内电极和外电极，组成圆筒型电容器。外电极上有孔，使被测液体能流进电极之间。电容量与液面高度呈线性关系，因此，可通过测量该电容值的变化便可知液位的高低。如果被测介质为导电液体（如纸浆），可采用金属棒作为内电极，其表面覆盖一层绝缘套管作为中间介质，被测的导电液体与金属容器壁一起作为外电极，从而构成圆筒型电容器，其原理同上。（三）、仪表选型选用大连威格尔仪器仪表有限公司的VK-DL型电容式液位计，VK-DL型物位计是种新型的电容式连续测量物位仪表，采用采射频技术和微机技术。其输出信号是标准的4-20mA.第四章 DCS配置4.1 DCS概述（一）、DCS系统

39、的产生背景：上世纪30年代40年代，工业自动化装置采用的是分散性控制系统。也就是所有设备都是独立运行，不联网控制。操作员根据生产需求进行计算后，将独立设备的特性调节到适合的程度，然后就开始工作。之后采用了气动、电动模拟仪表组成过程控制系统，实现了一定程度上的集中监视、操作和分散控制。较好的适应了工业生产的需求。可是，随着生产规模和复杂程度的不断提高，原有的控制系统显得滞后、笨重、繁冗、因为一台仪表只有一种控制规律，要实现某些复杂的控制就很困难。另外，控制仪表数量越来越多，用原来落后的仪表盘控制的话，控制盘越来越长，看得人眼睛都会花掉。最致命的就是老系统之间不便于实现通信，很难分级控制和综合管理

40、。再一个就是它的系统变更比较麻烦，只有通过更换仪表和变更仪表连线才能实现。 第三次科技革命开始后，随着计算机技术的发展，人们开始尝试将计算机用于过程控制。试图利用计算机所具有的功能特点，来克服常规模拟仪表的局限性。但当时采用的办法是用一台计算机控制几十甚至上百个回路，这样做的危险性很高，如果计算机出现故障，会导致很严重的后果，这就是所谓的“危险集中”。若采用双机双工系统，虽可以提高系统的可靠性，但成本太高，如果工厂的生产规模不大，则经济性很差，用户难以接受【7】。 直到上世纪70年代开始，随着计算机技术的日渐成熟，大规模集成电路及微处理器的诞生后，人们开始思考是否能将“危险分散”。就是原来靠一

41、台大计算机完成的“艰巨”任务，能否用几十台微处理来完成？这样的话，即使某一处理器坏了，也不至于会“牵一发而动全身”，从而使危险系数大大降低。答案是肯定的。至此DCS就诞生了。 （二）、DCS的原理及组成DCS系统是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方

42、面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。集散控制系统一般有以下四部分组成：现场控制级、过程控制级、过程管理级、经营管理级。一：现场控制级，又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。二：过程控制级，又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠它来实现。比如阀门的开闭调节、顺序控制、连续控制等等。实现如下的功能：u采集过程数据，进行数据

43、转换和处理；数据的监视和存储；实施连续、批量或顺序控制的运算和输出控制作用；数据和设备的自诊断； 数据通信。三：过程管理级，是DCS的人机接口装置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者键盘、打印机、大容量存储器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况、这个级别是操作人员跟DCS交换信息的平台。是DCS的核心显示、操作跟管理装置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程，可以通过屏幕了解到生产运行情况，了解每个过程变量的数字跟状态。实现如下功能：u数据显示与记录；过程操作（含组态操作、维护操作）； 数据存储和压缩归档；报警、事件的诊断和处理；系统组态、维护和优化处理；数据通信；报表打

44、印和画面硬拷贝。四：经营管理级，又称上位机，功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通路相连，综合监视系统各单元，管理全系统的所有信息。这种结构只有在大规模的集散控制系统才具有。具备如下功能：u优化控制；协调和调度各车间生产计划和各部门的联系；主要数据的显示、存储和打印；数据通信。（三）、DCS的结构及特点DCS的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。通过通信网络将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。（1）现场控制站现场控制站中的主要设备是现场控制单元。现场控制单元式DCS直接与生产过程进行信息交互的IO处理

45、系统，它的主要任务是进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。用户可以根据不同的应用需求，选择配置不同的现场控制单元构成现场控制站。它可以是以面向连续生产的过程控制为主，辅以顺序逻辑控制，构成的一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站；也可以是以顺序控制、连锁控制功能为主的现场控制站；还可以是一个对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。 现场控制站是一个可以独立运行的计算机检测控制系统。由于它是专为过程检测、控制而设计的通用型设备，所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等，与一般的计算机系统有所不同。（2）操作站运行在PC硬件平台、NT操作系统下的通用操作站

46、的出现，给DCS用户带来了许多方便。由于通用操作站的适用面广，相对生产量大，成本下降，因而可以节省用户的经费，维护费用也比较少。 为了实现监视和管理等功能，操作站必须配置以下设备：1、操作台，也就是高档电脑桌；2、微处理机系统，就是高档电脑；3、外部存储设备，简单说就是大容量硬盘；4、图形显示设备，就是电脑显示器；5、操作键盘跟鼠标；6打印输出设备。DCS控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比，具有很显著的特点。 1、系统构成灵活。从总体上看，DCS就是由各个工作站通过网络通信系统组网而成的。你可以把他现象成“因特网”。根据生产需求，你可以随时加入或者撤去工作站。系统组态很灵活。 2、操作管理便捷。DCS的人机反馈都是通过CRT跟键盘、鼠标等实现的。你可以想象成在因特网冲浪一样，你可以监视生产装置乃至整个工厂的运行情况。 3、控制功能丰富。原先用模拟控制回路实现的复杂运算，通过高精度的微处理器来实现。难道还有什么算法CPU实现不了的吗？！ 4、信息资源共享。你可以把工作站想象成因特网上的各个网站，只要你在DCS系统中，并且权限够大，你就能