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创建时间:01-31

DCS在生产过程中的应用

DCS在生产过程中的应用
——1830工程 中的尿素合成工段DCS的实现
 
摘要:本课题来源于浙大中控的河南心连心18万吨合成氨30万吨尿素工程项目(以下简称1830工程),并选择其中尿素合成工段的DCS控制作为本课题的主要研究对象,根据当前最常用的的集散控制系统的控制和工程实施方式,设计相应的可行的方案。
本文对集散控制系统的发展过程进行了综述,介绍了集散控制系统的基本结构和工作原理,介绍了集散控制系统的发展趋势及近几年来集散控制系统在工业现场的具体运用情况,并重点分析了浙大中控的ECS-100集散控制系统的特点和组成。论文中简述了1830工程的特点和生产全流程,给出了实际装置上集散控制系统的具体实现过程,并详细讲述了DCS在尿素合成生产过程中的应用,并对其整个过程进行了设计,包括控制方案的设计,系统的组态,直至最后的工程实施等等。
本论文研究的是一个实际应用项目,所完成的工作是对DCS在工业现场的应用进行设计和工程实施。第一章主要是简单介绍集散控制系统的一些基本常识;第二章主要介绍了尿素生产的工艺流程;第三章主要介绍项目中的控制方案和连锁程序;第四章设计了尿素项目中应用的浙大中控DCS系统组态过程;第五章概述了系统的工程实施;最后对全文进行了总结和展望。
论文基于对集散控制系统设计的总体分析和设计要点,根据实际生产的要求和计算机监控系统应满足的各项功能要求,设计完成计算机监控系统的数据采集,上下位机通讯及上位机的管理。最后,根据现场实际运行的结果,提出了系统存在的不足以及可行的改进方案。
关键词:DCS;尿素;控制方案;组态

Abstract:This paper based on 180,000 tons of synthetic ammonia and 300,000 tons of urea Manufacturing Process of Henan Heartbeat Chemical Company ,which is born  by Zhejiang soupcon Co., LTD.(1830 project for short) The paper used the 300,000 tons of urea manufacturing process control system as the main of research object, designs the homologous possibility of project, which based on the most commonly used DCS control and the implementation of the project approach.
Expound clearly the development of the DCS, and the basic structure and the work principle of the DCS and the application at the industry spot of last years, analyzed emphasesly characteristic and constitutes of ECS-100 DCS Zhejiang soupcon Co., LTD. The thesis mostly introduced application of the DCS to urea manufacturing process , and the DCS control, including the control scheme of the DCS design, the controller configuration of the system, and the whole course of the engineering actual and so on.
Based on the analyzed and design’s point of the distributed control system, according to practicality request, the paper designs the data collection system, communication system and computer disposal system based on the computer monitor and control system’s function request. In the end the design gave the system’s deficiency and the method to ameliorate it according to the result based on the field.
Keywords:  DCS ;urea;control scheme ;configuration

1  绪论
生产过程的大型化、复杂化和连续化,要求生产过程控制自动化。因此,国内外已广泛应用具有十分方便和友好的人/机界面的集散型计算机及其他自动化设备,对生产过程进行监督、控制和管理,从而改变了人在生产中的地位,同时运用现代控制理论、系统工程和计算机科学中的最新成果及它们的有机结合,研究、开发与设计先进的工业控制策略与系统,并应用于生产过程控制,从而提高企业的经济效益。DCS发展至今已有20多年的历史,在这20多年中,随着计算机技术和自动化技术的不断发展,以及工业生产过程对控制的不同需要,DCS已经历了3代变迁,现今的集散型控制系统已成为现代工业生产过程监督操作的基本自动化技术工具,也成为现代工厂计算机集成制造/生产系统的重要核心和基础。
本论文研究的是18万吨合成氨30万吨项目(简称1830工程)中的尿素合成工段,所完成的工作是对DCS在尿素工业现场的应用进行设计和工程实施。第一章主要是简单介绍集散控制系统的一些基本常识;第二章主要介绍了尿素生产的工艺流程;第三章主要介绍项目中的控制方案和连锁程序;第四章设计了尿素项目中应用的浙大中控DCS系统组态过程;第五章概述了系统的工程实施;最后对全文进行了总结和展望。
由于时间有限及实际项目的难度等原因,本文并未对整个1830项目进行设计,而只是选择其中的尿素工段进行深入研究,因此本文仅给出了尿素工段的设计图表及过程控制程序及相应的输出方案及文件,这些程序及文件便能顺利指导实际现场的DCS工程实施和运行。而对于整个1830项目的工艺流程,以及各工段的控制要点,考虑到对本文的理解有一定的关系性,顾作为附录,供读者参考。
1.1 集散控制系统的体系结构介绍
集散控制系统网络结构如下图所示:
 
图1-1 集散控制系统网络结构
1.2 DCS系统的基本组成部分
(1) 控制站(过程控制单元)
它是由一个微处理器、存储器、I/O输入输出卡、A/D、D/A转换器、内总线、电源和通信接口等组成,它可以控制多个回路,具有较强的运算能力和各种控制算法功能,可自主地完成回路控制任务,并将过程信息经过程控制网络送到上层计算机,实现了分散控制。
(2)工程师站
它为专业工程技术人员设计,具有应用系统设计的功能,包括系统生成、结构定义、操作组态、流程图画面组态、报表程序编制等,还具有系统维修机能诸如系统维护、保养、远程维护保养、维护保养履历管理。工程师站配有相应的组态软件和系统管理软件。通过组态软件生成适合于生产工艺要求的应用系统,通过系统管理软件可以维护集散控制系统和生成日常的生产管理数据。
(3)操作站
它是由微处理器、CRT、键盘、打印机、鼠标等组成的人机系统,实现集中显示、集中操作和集中管理。对全系统信息进行信息管理,与现场控制相分离。其中操作站的监控软件是操作人员操作、信息显示、数据管理的环境,是高性能人机接口,具有卓越的流程图机能,多窗口等画面显示功能。
(4)过程控制网络
它是实现分散控制和集中管理的关键,它是操作站、现场控制站、工程师站和管理计算机的联系纽带。它由通信电缆和通信软件所组成,一般采用实时性较好的通信协议(如符合IEEE802.4协议)。
(5)管理计算机
它是集散控制系统的主计算机,一般采用小型计算机,具有大规模的复杂的运算能力,具有多输入多输出控制功能。它综合监视全系统的各个工作站,管理全系统的所有信息,可以建立复杂的数学模型,可以高速地进行模型预测预报,为实现复杂的控制策略提供了基础。此外还可以实现全系统的最优控制和全工厂的优化管理。
1.3 本文研究任务和主要工作
本文主要的研究1830项目中的尿素合成工段的DCS控制系统设计方案,使其实现生产的自动化,主要内容是在了解1830工程的工艺过程和控制要求的基础上,进行I/O信号点的采集,I/O组态,流程图的绘制,利用图形化编程对系统进行自动控制,及系统供电和接地的设计工作,这些工作都是在去工程现场之前,所要做的必要设计工作,也是本论文研究的前一部分内容。之后就是前往工程现场,对系统进行软硬件的安装、联调、上电运行,这个也是本论文所要完成的一项重要的工作。通过前期的设计组态,和后期的安装调试,就构成了本论文的的主题部分,也是本人所做的主要工作,具体的会在接下来的内容中详细介绍。
 

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