DCS控制典型化工生产流程综合实训系统

                     ---双釜反应-双塔串联精馏连续化工流程

我们将一套间歇反应实训装置单元和两套精馏实训装置单元有机结合，组成一套典型连续流程的化工生产综合实训装置。整套系统装置体现单元组合的化工连续生产的流程，系统既可连续生产；又可单元操作（故障点的设置需在单元操作中进行）；DCS控制中控室要按照标准工业化中控室建设。

5.1 FYFSX-A反应釜系统（间歇反应中试装置）

系统由间歇反应釜实训设备对象（由一台蒸馏搅拌反应釜和一台中和釜组成，两釜可独自成体系工作，通过压缩氮气输送相互倒料，反应釜采用间歇反应工作方式）；钢质安装框架（两层设计，一层平面方便操作、检修、出入，二层有安全斜梯通上并有护栏、防滑花纹板）；就地仪表电器操作台；倾角嵌入式就地计算机控制台；就地智能仪表控制上位监控软件（以工控组态软件为平台）；外置配套设备（氮气钢瓶）等组成。

1、系统的特点

1.1、反应釜采用工业标准压力反应釜。

1.2、两台反应釜即可独自成体系工作，也可串联工作，一台作为搅拌中和反应釜：不锈钢50升，高径比为1:1.2（不配置竖式分馏柱、竖式冷凝器、卧式冷凝器，耐压0.6Mpa、夹套加热方式为电加热导热油加热方式）；一台作为蒸馏反应釜：不锈钢50升，高径比分别为1: 2（配置竖式分馏柱、竖式冷凝器、卧式冷凝器，耐压0.6MPa、夹套加热方式为电加热导热油加热方式）。

蒸馏反应釜系统

蒸馏反应釜为过程工业中常见的带搅拌釜式反应器系统（CSTR），属于间歇反应过程，反应器为标准盆头釜。反应过程为A、B、C三种物料在反应釜中经夹套加热适度的热量后，将发生复杂的化学反应，产生反应最终产物D及其副产物。其工艺流程图见附件一：PLC和DCS控制典型化工流程过程控制综合实训对象系统流程图。

釜式反应器（CSTR）是化工过程中常见的单元操作。本系统反应釜采用间歇反应工作方式，反应釜夹套带有电加热器，导热油夹套加热。系统采用自带的小循环导热油加热系统，夹套带有电加热器工作）。

中和釜实训系统

中和釜实训系统同反应釜实训系统机械结构及控制系统都一样，不同之处是：没有配套的竖式冷凝器、卧式冷凝器。

反应釜检测控制系统

    中和釜/蒸馏釜各有一套下列检测控制系统

釜内胆温度控制：热电偶+可控硅移向调压器

釜夹套温度控制：热电偶+可控硅移向调压器

2个高位槽流量控制：转子轮流量计

2个高位槽液位控制：法兰式可变色液位计

釜内胆液位控制：磁翻板液位计（带4-20MA远传信号及高底位报警）

釜内胆压力检测：压力变送器+压力定值调节阀

釜搅拌器转速控制：转速传感器+1个变频器

釜内胆冷却盘管流量控制：涡轮+变频器

釜内胆第三种反应物料控制：柱塞计量泵

1.3、装置主管道上的连接基本上采用法兰连接。

2、反应釜单元实训系统的功能

5.2双塔精馏实训装置系统子系统介绍

1、主框架级平台楼梯系统

系统为二层框架平台结构：

2.1.1、双塔串联串级精馏实训系统两层平台结构框架: 碳钢框架：两层设计，长×宽×高4800×2200×3500mm整机采用钢质安装框架（两层设计，一层平面方便操作（2000mm高度）、检修、出入，双塔串联串级精馏实训系统二层有安全平台楼梯通上并有护栏、防滑花纹板；100X50X6mm方钢管，50X5角铁，60 X6槽钢，扶手护栏：ф32*2及ф20*2钢管，3mm厚碳钢花纹板）。防锈红丹底漆，喷烤漆处理。

2、双塔串连串级精馏实训系统

双塔串联串连精馏实训系统由一台筛版精馏塔和一台填料精馏塔组成，两塔可独自成体系工作，也可组成串连精馏操作系统。系统组成见附件一：双塔串连串级精馏实训系统实训对象系统流程图。

2.1筛版精馏塔实训系统

系统由筛版精馏塔精馏实训装置对象；就地仪表电器操作台；倾角嵌入式就地计算机控制台；就地智能仪表控制上位监控软件（以工控组态软件为平台）；外置配套设备等组成。装置运行介质为乙醇-水体系，塔顶产品乙醇浓度不低于92%..：

筛版精馏塔实训系统装置对象:

筛版精馏塔塔体：主体不锈钢φ76×100×4mm，16节塔节，带两个玻璃观测段；塔板为筛板；。冷凝面积0.5(m2)；设备总高度3500 mm；

板式精馏塔加热釜:60升、电加热管加热。

板式精馏塔塔底产品冷却器: 冷凝面积0.5(m2)

板式精馏塔加料预热器:功率1kW

板式精馏塔塔顶冷凝器: 冷凝面积0.5(m2)

筛版塔原料罐：80升

筛版塔塔底产品罐：80升

筛版塔侧线采出罐（兼萃取剂加料罐）：80升

筛版塔塔顶产品罐：80升

筛版塔塔顶回流罐罐：70升

真空缓冲罐：60升

2.2填料精馏塔实训系统

系统由填料精馏塔精馏实训装置对象；就地仪表电器操作台；倾角嵌入式就地计算机控制台；就地智能仪表控制上位监控软件（以工控组态软件为平台）；外置配套设备等组成。装置运行介质为乙醇-水体系，塔顶产品乙醇浓度不低于92%..：

填料精馏塔塔体：主体不锈钢φ76×4mm不锈钢制作，带两个玻璃观测段；填料为￠6θ环填料；冷凝面积0.5(m2)；设备总高度3500 mm。

填料精馏塔加热釜:60升、电加热管加热。

填料精馏塔塔底产品冷却器: 冷凝面积0.5(m2)

填料精馏塔加料预热器: 功率1kW

填料精馏塔塔底产品冷凝器: 冷凝面积0.5(m2)

填料塔原料罐：80升

填料塔塔底产品罐：80升

填料塔塔顶产品罐：80升

填料塔塔顶回流罐罐：70升

2.3筛板/填料塔检测控制系统

筛板/填料塔各有一套下列检测控制系统

1、再沸器温度控制：PT100+可控硅移项调压器+智能调节仪（可手、自动切换）

2、进料流量控制：精微计量泵+智能调节仪（可手、自动切换）

3、回流罐液位控制：磁翻板液位计（带4-20MA远传信号及高底位报警）+精微计量泵+转子流量计+智能调节仪（可手、自动切换）

4、回流流量控制：精微计量泵+转子流量计+智能调节仪（可手、自动切换）

5、塔顶产品流量控制：精微计量泵+转子流量计+智能调节仪（可手、自动切换）

6、冷凝水流量控制，涡轮流量计+转子流量计+变频器+智能调节仪（可手、自动切换）

7、进料温度控制，PT100+可控硅移项调压器+智能调节仪（可手、自动切换）

8、进料浓度控制：电磁阀+远传红外开关发射器。

6、塔板温度检测：PT100+智能数字数显变送仪表

7、塔压降检测：膜盒压力表

8、塔釜液位检测：法兰式变色液位计

2.4冷却循环水系统

冷却循环水系统包含： 304不锈钢板制作的循环水箱(800x500x7000)，循环水箱带一个南方泵业生产的CHLF2-20/0.37不锈钢卧式单级离心泵。

304不锈钢板制作的循环水箱(1000x800x1000)安装在双塔串联串连精馏实训系统框架平台底部的右侧面。

2.5就地智能仪表电器控制台

就地智能仪表电器控制台：钢制喷塑内安装漏电保护空气开关、电流型漏电保护器充分考虑人身安全保护；同时每一组强电输出都有旋钮开关控制，保证设备安全，操作控制便捷；装有分相指示灯，开关电源，接触器，自锁开关，塑铜线，橡套线，屏蔽线，布线槽等。

倾角嵌入式就地计算机控制台：钢制喷塑结构，嵌入式安装

就地控制计算机：品牌计算机：CPU双核2.0，2G DDR2内存，硬盘160G以上，光驱，鼠标，键盘，显示器：17”液晶显示屏。三年质保。

分析仪器：酒精比重计：玻璃分析仪器，含酒精密度全量程。气相色谱（学校自配或选配，设备本体不含）。

3、双塔精馏实训装置配置清单

5.3 SunyTDCS9200 DCS中控室系统

1、DCS中控室概述

本项目设置一个的总控制室，所有需集中的控制信号均接至DCS控制站。控制室内配置有工业操作台、计算机、DCS控制柜、网络部件、投影仪和液晶显示屏等。

DCS自动控制系统主要由三大部份组成。一部份是起控制作用的全套自动化装置；另一部份是受自动化装置控制的被控对象；最后是起到控制系统和对象之间信息联系的控制网络。因此，建设一个装备先进的全套自动化装置控制及网络系统是自动化的首要保证。

分散控制系统DCS（Distriduted Control System）是集计算机技术、控制技术、通迅技术和CRT技术为一体的综合性高技术产品。具备控制对象任意组合、为连续或间歇过程提供任意度的分散控制、具有功能多样化、操作简便、系统便于扩展、维护方便、可靠性高、便于与其他计算机联用等特点。因此，本项目采用正泰中自公司的基于100M工业以太网及PROFIBUS－DP总线的SMART-PRO集散控制系统为系统自动控制基础装置。

整套DCS中控室系统完全按照工厂实际生产状况并结合教学实训的要求进行工程化设计，DCS控制典型流程化工生产综合实训系统的核心思想：

1.1.实训基地现场被控单元

化工总控工培训与竞赛装置------常减压精馏实训装置系统及HDU-3000-2过程控制系统。

1.2. DCS控制系统简要描述

整套系统分为：DCS控制柜；DCS现场控制站系统；DCS工程师站、操作员站

2、DCS控制系统

采用浙江正泰中自控制工程有限公司的基于100M工业以太网SunyTDCS9200集散控制系统

2.1.基于100M工业以太网DCS控制系统

系统主要由六部分组成：DCS控制柜、现场主控单元、远程I/O单元、工程师/操作员站、DCS控制软件及网络部件。

2.2.系统拓扑结构图

2.3.DCS控制柜

标准电器DCS控制柜：长×宽×深：2000×800×650mm，内安装漏电保护空气开关、电流型漏电保护器充分考虑人身安全保护；配置带钥匙的电源启动控制回路和多组保险丝，同时每一组强电输出都有旋钮开，关控制，保证设备安全，操作控制便捷；装有分相电压表、指示灯，开关电源等。

现场控制站包括主控单元、集线器/光端机、I/O模块、电源模块等四个部分。如下图所示。

I/O组件安装在机柜的正面，如图所示。它是以插件箱、总线底板为固定结构，在底板上插入系统电源模块和各种I/O功能模块组成。系统电源模块为各个I/O模块数字部分提供DC+5V电源。系统电源模块为冗余配置。I/O模块完成实时数据的物理I/O功能，它由I/O功能板、I/O调理板和安装在机柜背面的的I/O端子板组成。I/O端子板则是现场信号的连接板，它与I/O调理板之间用扁平电缆实现互联。

2.4.D远程I/O单元

远程I/O单元，通过线缆同控制对象上的检测、传感、执行装置相连。获取底层对象检测传感信号，执行控制执行信号。

具备如下特点：

采用现场总线通讯协议，通讯速率达到1.5Mbps。

支持实时的状态显示。可实时显示本模块的运行状态和通讯状态。

支持带电插拔。在系统加电的情况下插拔本模块，不会影响系统的正常运行，也不会损坏本模块。

周期性的故障检测。定期检测模块自身CPU的工作状态。一旦CPU出现故障，在保证安全的前提下，WATCHDOG电路可使模块复位。

具备较完备的保护功能。这些保护功能包括：通道电流过载保护、DC24V反压保护、通讯线钳压保护、通道过压保护。

2.5.现场主控单元

1）工程师站下装的组态控制程序在现场主控单元运行。

2） 现场主控单元采用正泰中自的FM801主控单元现场主控单元内装PROFIBUS-DP通讯卡，通过同带PROFIBUS-DP总线远程I/O单元通讯并获取底层对象检测传感信号，发出控制执行信号。

3）现场主控单元内装以太网卡。同上位服务器计算机通讯、接受运行工程师站下装的组态控制程序，同时现场主控单元向上位服务器发送上位监控计算机所需的控制信息。 

2.6.工程师/操作员站

1） 先期的控制组态程序在其上进行，组态编译完毕的控制程序通过服务器向下位主控单元下装。

2） 人机界面监控程序在上位工程师/操作站运行。

工程师站：≤1台，操作员站（含高级计算站等）：≤9台。

工程师站同操作员站的区别：

工程师站：

1） 工程师站是一个全权站，DCS系统配套的所有软件都能在其上运行。

2） DCS系统配套的所有软件安装在其上。

3） 工程师站只有具有高权限的人（企业有关的自动化系统工程师）了解并输入密码才能使用。

4） 工程师站内计算机的软件包含操作员站软件，具备操作员站的所有功能。

操作员站：

1） 操作员站是限权站。DCS系统配套的操作员站软件在其上运行。

2） DCS系统配套的操作员站软件安装在其上。

3） 操作员站只有具有低权限的人（岗位工）了解并输入密码才能使用。

4） 操作员站内计算机的软件不包含工程师站软件，不具备工程师站的控制组态，修改控制方案等高级功能。操作员站主要给岗位工提供有限的观测界面，报警、记录、部分控制参数输入功能。

   DCS控制系统设备在学校使用，主要是供学生学习DCS控制系统的使用，尤其是DCS控制系统软件的学习。因此每一台计算机都要既是工程师站，又是操作员站（我们提供的软件可在每台计算机都安装DCS工程师站和操作员站软件）。

      基于上述考虑：取得正泰中自自动化系统工程有限公司的支持：我们提供的软件可在每台计算机都安装DCS工程师站和操作员站软件。

2.7.系统网络性能指标

●层次清晰的三层网络结构，函盖管理层的以太网总线、控制层工业以太网总线、现场层总线。

      管理网络和系统操作层速率为100Mbps

      控制层网络速率为100Mbps或 10Mbps

      现场信号处理PROFIBUS-DP网络速率为1.512Mbps或1 Mbps

●硬件处理能力

控制站主控单元CPU Pentium II以上，带34M内存，其中有2M为SRAM； I/O信号处理单元全部为智能结构

●系统处理能力

     一套系统可支持8个域，每个域的处理能力物理I/O点达10000点，控制回路数量达1000个

     一般模拟回路控制周期为125ms，采用回路控制模块可达20ms，逻辑回路控制周期为50ms

     系统图形画面分辨率为16001280，响应时间≤1s，数据刷新时间≤1s

2.8.DCS工控平台系统软件及DCS控制实训软件

系统配置工程师站软件/控制器运行软件及操作员站监控组态软件软件硬件设备组态软件、数据库组态软件、控制组态软件、图形组态软件、算法组态软件。

根据用户要求完成现场设计安装，完成系统与用户已有的控制对象的连接、调试，在DCS工控平台系统软件基础上，我们根据学校的要求开发响应的实验控制软件，从而组成一个完整的DCS过程控制系统，做到交钥匙工程。

3、DCS控制系统配置清单