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1、过程控制工程课程设计说明书设计名称：扬子芳烃厂吸附分离装置控制模拟设计 设计时间： 200X.2.26200X.3.18 姓 名： 班 级： 自0X0X 学 号： 指导教师： 南京工业大学自动化学院 200X年2月1.课程设计内容：学习过程控制工程课程和下厂毕业实习2周后，在对扬子芳烃厂制氢装置的实际过程控制策略、实习环节的控制系统以及相应的组态软件有一定的认识和了解的基础上，针对扬子芳烃厂吸附分离装置，设计一个复杂控制系统（至少包含一个复杂回路和3-5个简单回路），并利用组态软件进行动态仿真设计，调节系统控制参数，使控制系统达到要求的控制效果。1) 独立完成设计任务，每个人根据下厂具体实习装
2、置，确定自己的课程设计题目，每1-3人/组；2) 选用一种组态软件（例如：采用力控组态软件）绘制系统工艺流程图；3) 绘制控制系统原有的控制回路；4) 利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软件，对控制系统进行组态；5) 改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态；6) 调节控制参数，使性能指标达到要求；7) 写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出说明，并对所完成的设计做出评价，对自己整个设计工作中经验教训，总结收获。2. 进度安排 （ 时间3周）1) 第1周 选用一种组态软件
3、绘制系统工艺流程图；绘制控制系统原有的控制回路；2) 第2周 利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软件，对控制系统进行组态；3) 第3周(1-3) 改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态；调节控制参数，使性能指标达到要求；4) 第3周(4) 书写课程设计说明书5) 第3周(5) 演示、答辩工艺原理： 该装置采用的是UOP的PAREX工艺，它将吸附剂装在两个立式吸附塔内，每个吸附塔内有12个床层，两个吸附塔底都有各自的塔底泵，两个吸附塔塔底循环泵使得两个吸附塔内的工艺物料形成闭路循环，两个吸附塔共有24根床层管线与旋转阀相连，进出吸附塔7股工艺物料是通过旋转
4、阀进行的。旋转阀转，能同时改变进出吸附塔7股工艺物料的进出口位置，UOP利用旋转阀和吸附塔底部的循环泵，采用MOXIREX控制技术，使旋转阀周期性的旋转，使得进出吸附塔内工艺物料周期性的向下切换，模拟成吸附塔内的吸附剂“连续”向上运动，根据负荷和泵送循环流量所处的区域状态向泵送循环流量控制器提供合适的流量设定值，从而模拟成吸附塔内吸附剂与工艺物料之间的逆流流动。然后利用吸附剂对C8A四种异构体吸附能力的不同，其中对PX优先吸附的特性，将连续进入吸附塔内混合C8A中的PX优先以吸附，同时经过精致和解吸，最终将进入吸附塔的混合C8A分离成两股物料：解吸剂和粗PX的混合液以及解吸剂和含贫PX的C8A
5、混合液，然后经过经过精馏得到高纯度的对二甲苯PX和含贫PX的C8A以及循环解吸剂，贫PX的C8A送到异构化单元，解吸剂循环使用，高纯度的PX作为产品送出。工艺流程说明： 来自DA-802/804塔顶的混合C8A进入进料缓冲罐FA-601，FA-601物料经原料泵（GA-601A/B/C，有一台备用）送出，分别送向吸附分离两个系列，由于两个吸附系列是完全相同的并联，所以仅仅第一系列的说明： GA-601出口原料经加热器EA-601-1将原料从160摄氏度加热到177摄氏度，加热两有原料出口温度控制器TRC-6801与蒸汽凝水FRC-6801串级控制。加热后的原料经过旋转阀然后进入吸附塔。 吸附系
6、统内的一次冲洗H是从吸附塔解吸区3A底抽出一股物料（H1）经旋转阀GC-601-1A/B，然后经GA-603-1A/B/C泵出，在流量控制器FRC-6817的控制下，经过GC-601-1A/B进入吸附塔的2A区顶部（H2），冲洗床层管线，转阀，格栅，起到防止产品PX纯度，收率下降作用。 从吸附塔出来的一股物料进入抽余液塔DA-603A/B，塔底液循环泵GA-607A/B/C，将塔底物料分别送到加热炉BA-601和EA-620A，经加热后的物料返回DA-603A，其循环流量采用流量控制，以便从BA-601，EA-620A出获得我们所需的热量。塔底由FRC-620控制加热质的流量来提供稳定的加热量
7、。 从FA-605B底部排出的物料，经过EA-604C换热后，进到DA-603B进行精馏，DA-603B回流量是在塔顶受槽FA-606B液位控制器LRC-6014与FRC-6049串级控制下，经过回流泵GA-621A/B进入塔内，侧线采出在第5块和第21块塔板的温度差控制器TDRC-6205与FRC-6218的串级控制从第5块塔板采出，送到异构化进料缓冲罐FA-608内。DA-603B塔底液在塔底液位控制器LC-6013的控制下，经GA-622A/B送出，经过EA-604C换热后，去FA-609，DA-603B塔底热量由FC-6217控制EA-620BC8A蒸汽冷凝液排放两来惊醒控制。控制回路
8、说明： 在该控制系统中我设计了5个回路，两个简单回路，3个复杂控制回路（串级控制）。1） 在进料处，工艺上要保持一定的温度才能使在吸附塔中吸附作用比较的完全，我设计了一个由温度和流量的串级控制，由系统设定一个温度通过一个PID控制将输出值做为下一级流量的设定值，下一级由一个PID控制来调整流量。该系统可以在内环克服来自管道流量的扰动，而达到稳定在设定温度的作用。2） 在塔顶回流罐中是冷凝的物料，我要将回流罐中液位恒定在一个安全的高度，不至于发生危险，我设计了一个由罐液位和回流管道流量的串级控制，在外环PID控制器上设定一个安全的高度将输出值送到下一级的流量控制器PID来稳定流量。最终使罐液位稳
9、定在设定值，内环可以克服来自回流管道的的压力扰动，其他扰动可以在外环克服。3） 在塔底，再沸炉保证给塔底回流一顶的热量，保证精馏塔的运行参数稳定。我设计一个简单回路，来稳定加热质的流量来控制给热量，使系统稳定，该控制器可以克服从上级管道的来的扰动保证恒温控制。4） 在精馏塔顶第5块塔板处有余液采出，是为了稳定第5块塔板的温度来保证精馏塔稳定运行，而第5块塔板的温度和抽余液的流量有关，所以我设计了一个塔板温度和流量的串级控制。在系统根据精馏塔的运行参数来设定一个温度经过PID控制，将输出值送到下一级流量PID的设定值，通过对流量的定值控制来稳定流量，最终通过抽余液的量来影响第5块塔板的温度，达到
10、最终的控制效果。该系统内环可以克服来自管道的扰动，外环可以克服一切加在系统的扰动。5） 塔底液位是一个很重要的安全参数，过高过低都会影响生产安全，因此对塔底液位要进行严格的控制，我设计了一个简单回路来控制和稳定塔底的液位，克服一切进料和出料产生的扰动也有一定的采出量。力控软件介绍以及在本次课程设计中的相关应用：新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它们具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等鲜明优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。 组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控
11、层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和I/O设备，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，进行系统集成。 力控是运行在Windows98/NT/2000/XP操作系统上的一种组态软件。使用力控，用户可以方便、快速地构造不同需求的数据采集与监控系统。力控的应用范围广泛，可用于开发石油、化工、半导体、汽车、电力、机械、冶金、交通、楼宇自动化、食品、医药、环保等多个行业和领域的工业自动化、过程控制
12、、管理监测、工业现场监视、远程监视/远程诊断、企业管理/资源计划等系统。力控软件由以下几个主要部分组成：工程管理器开发系统（Draw）界面运行系统（View）实时数据库（DB）I/O驱动程序网络通信程序（NetClient/NetServer）串行通信程序（SCOMClient/SCOMServer）拨号通信程序（TelClient/TelServer）Web服务器程序（Web Server）控制策略生成器（StrategyBuilder）基本步骤：1） 创建第一个应用程序通过对力控软件的学习，熟悉了基本的软件操作创建了一个工程命名为吸附分离。2） 创建窗口3） 创建图形对象我将上学期在扬子石
13、化实习时作在工段的控制流程进行了绘制，并设计了动化效果，如下图：4） 创建实时数据库根据具体的控制要求，在图中选择了相应的控制回路，并根据控制要求设置了相关的控制点，如下图：并将其中的控制点于EXCEL表格中的数据连接起来。5） 动画连接根据相关模拟量设置相关的动态效果图，使控制系统具有友好的人机界面。6） 设计控制策略根据系统中控制回路的特性选择相应的控制器和控制点，用线将其连接起来并编译检查错误，如无错误可运行。本设计图形动画窗口以及控制策略如图：FRC-6049回路 FRC-620回路FRC-6801回路LC-6013回路TDRC-6205回路7） 参数整定，运行根据理论和经验对PID参
14、数进行整定达到良好的控制效果，做到抗扰动能力强，反映速度快，鲁棒性好。运行组态好的工程，检查错误。课题结束。课程设计小结（组态软件的应用） 结束了为期3周的课程设计，从画面绘制到策略的设计都充满的挑战与探索，在完全没有接触过力控组态的情况下我们要完成对上学期实习所在流程的组态需要自己去钻研自己去思考组态软件的应用，虽然任务具有挑战性，但完成任务后具有很强烈的成就感，毕竟都是自己思考和探索的成果。 前一周，我完成可画面的绘制，以及选择了想关的控制回路并对其进行控制策略的设计，这一周的任务想对轻松，组要是熟悉组态软件的应用。 第二周，我完成了相关变量的定义以及动画效果的连接，经过查阅帮助文件最后才
15、知道怎么做动画效果，还是要耐心的看书才能学到东西啊。 接下来是地三周似乎大家都遇到了相同的问题，控制策略不会设计，我们问老师，老师大概提了一下思路让我们自己去研究，我想她是对的，这种简单的软件就应该让我们自己去探索自己去思考。 最后通过自己查阅资料，请教同学，大家基本都知道可做了，看着跳动的柱状图和完美的震荡曲线，有一个莫名的欣喜。 我觉得最难最体现水平的PID控制器中参数的整定，需要扎实的理论知识和对次调试的经验，有时只为调一个稳定的串级系统要花上一个多小时的时间，但这时间花的值，经验就是这样慢慢积累的。 对于自己的设计，感觉基本达到自己预期的要求，也学到了想学的东西，最重要的是培养了自己钻研问题的能力和精神。其中与指导老师的指导分不开的，没有知道老师的指导我们也许会花很多时间而学到同样的东西，再次感谢我们的指 200X-3-15