聚合釜温压测控系统

《典型单元自动化系统开发实践》总结――聚合釜温压测控系统设计电子与自动化学院自动化专业目录一．系统概述二．系统构成三．仪表测控系统设计四．组态软件编程设计五．心得体会六．参考文献一．系统概述1工艺流程及测控要求本项目是为了完成科技部“应用离子液体进行甲烷转化”重大攻关项目而研制的用于实验室聚合釜的温度压力测控系统。其工艺流程与控制要求简述如下。1.1工艺流程简介实验室中配置了4个完全相同的白钢聚合釜，进行着完全相同的间歇式反应过程。每个聚合釜浸在一个电加热的油浴里，釜的上部有一个高压组阀，分别控制反应物的进入与排出。当反应物流入聚合釜中，开始发生化学反应并产生气体，排出口引到气相色谱仪在线检测气体的成分和含量。釜内的反应物介质为酸性腐蚀性气体，且产生很高的压力。1.2测控技术要求工艺要求聚合釜内的温度应可控制。在正常情况下，要求釜内温度为200℃±5℃。釜内压力需要检测显示，最高可达10MPa。整个反应过程应在计算机显示屏上实时显示、记录并存储下来，其中包括4个聚合釜釜中的4点温度与4点压力的数据列表与参数变化曲线，而且显示记录参数的时间周期可以在秒、分、时之间任意调整。聚合釜在加工时已为温度传感器与压力传感器设置了限定条件：在釜的上部已密封焊接了埋入釜内的传感器保护套管，其直径为2.0mm，插入深度为100mm；在组阀上留出了压力传感器的设备接口，为外管螺纹，直径为14×1.5mm，螺纹长度为10mm，即需要带螺帽的传感器。电加热器的功率为1000W，220VAC。二．系统构成系统总体方案设计根据聚合釜工艺流程及测控要求，已经非常明确测控任务为：检测并控制4个回路的温度参数与检测4个压力参数，而且要实时地显示、记录、存储这8个参数的动态变化信息，并能根据需要任意改变显示记录的时间周期。现从以下两个方面进行方案设计。2.1测控系统硬件组成根据上述讨论，可以得出明确的方案：采用底层测控和上层监视的上、下两层控制模式最为合适。其关键是如何确定选择底层的测控装置：仪表、PLC还是IPC？因为温度传感器和压力传感器的输出信号一般都是模拟量信号，而且整个系统只有4个控制回路和4个检测参数，所以底层测控装置采用智能型数字仪表的性价比最高，只要4块数字调节器与1块多路巡检显示仪即可完成所有的参数采集与控制任务（可参见图3-11所示温压测控系统图）。温度控制系统：4点温度分别采用4块数字调节器构成4个单回路控制系统，调节器的信号输入端口直接接入温度传感器，其输出控制端口连接固态继电器以控制电加热器的通断，另外还应有通信接口，以便实时地把测控信号传送到上层计算机中进行监视。压力采集系统：4点压力只要采用1块多路巡检显示仪即可，仪表的信号输入端口接入4路压力传感器，不仅可在仪表显示面板上轮流显示4路测量值，而且同样可以通信接口实时地把4路压力信号传送到上层计算机中进行监视。上层计算机只是普通计算机即可，它不直接面向工艺流程，又在实验室内。它只是通过通信电缆（实际上即是RS-485现场总线）实时地采集下层仪表上传的测控数据，并实时地显示、记录、存储。这部分功能主要依靠软件程序完成。2.2测控系统软件组成上位机要完成的任务是实现数据采集、信号数据处理、数据列表、操作图形显示，而且可以实现人机对话，进行实时数据的存储、历史数据的查询，以及实时通信等多个任务。在上位机软件设计中，目前常用可视化组态软件、VisualBasic（VB）、VisualC++（VC++）等面向对象的编程工具。组态软件由于具备强大的图形处理、信息处理、通信、数学运算、数据采集、数据处理和数据存储等功能，特别适合于映射工业对象动作和各种特性的图形显示与动画处理，也具备较强的控制功能。VB是大家比较熟悉的编程语言之一，与VC++相比，前者比后者应用得更多，原因是，虽然两者都能在功能上满足工业现场的要求，但前者使用简单、上手时间快，代码的编写量相对较少，开发周期短而成本低。本章介绍在自动化工程中最流行的可视化组态软件（组态王）与VB这两种语言的设计编程过程。三．仪表测控系统设计3.1工艺控制流程图设计首先要在工艺流程图的基础上，画出自动化系统工程的第一张图纸——带测控点的工艺流程图或简称控制流程图，即用过程检测和控制系统的设计符号来描述生产过程的测控内容。聚合釜温压测控系统的工艺控制流程图如图所示。4个聚合釜的反应流程完全一样，根据测控要求，共设有4套温度控制系统与4路压力检测系统。4套温度控制系统完全相同，即由4套温度传感器（TE-01/02/03/04）、4套显示控制仪表（TC-01/02/03/04）及4套电加热器组成。聚合釜温度由热电偶传感器检测送出，当釜内温度与设定温度有偏差时，通过温度控制仪表输出驱动固态继电器，并按时间比例控制电加热器的通断，以调节油浴温度使釜内温度恒定。4路压力检测系统，由4台压力传感器（PE-01/02/03/04）与1台巡回检测仪表（PI-05-1/2/3/4）组成，分别检测4个聚合釜的压力参数。上述4台温度控制仪表与1台压力巡回检测仪均通过各自的通信接口，经由RS-485总线把温度、压力测量参数传送到上位机中进行集中显示。1．温度传感器对于中、低温度的测量一般采用热电阻与热电偶这两种传感器。而聚合釜内反应物的温度在0℃～300℃范围，由于聚合釜在釜顶部已预设了直径仅为2.0mm的传感器套管，另外，整个实验室的其他测温元件全部采用分度号为E型的铠装热电偶，所以本系统也选用热电偶且为E型铠装（特点是热电势较大，中、低温稳定性好，价格便宜等），且直径为1.5～2.0mm，插入深度也依据预设的传感器套管深度为100mm。根据显示控制仪表与热电偶之间最长距离，选择补偿导线为3m。据此，选购上海虹天仪表厂生产的型号为WREK-191热电偶，分度号E型，规格1.5×100mm×3000mm，测量范围0℃～400℃。2．压力传感器压力传感器的原理组成及结构形式多种多样，常见的有应变式、电阻式、电容式、电感式、振频式，还有光电式、光纤式、超声式等压力传感器等。本例的工艺条件十分苛刻：釜内的反应物介质为酸性腐蚀性气体，釜内气体压力最高可达10MPa，而温度在200℃上下，因而必须选择耐酸性腐蚀、耐高温、耐高压的接触式压力传感器。3．实验台仪表布置图4．实验台仪表接线图实验台仪表（背面）接线图与实验台仪表（正面）布置图是完全对应的，需要明确表示出台装（或盘装、架装）仪表的每一根接线，其绘制方法一般有直接连接法和相对呼应编号法两种。四．组态软件编程设计可视化组态软件是一种支持数据采集与过程控制的专用软件，属于控制系统中监控层一级的软件平台和开发环境，它是多种工具模块的组合，其含义是使用工具软件对计算机及软件的各种资源进行配置，使计算机或软件按照预先设置的指令，自动执行指定任务，满足使用者的要求。在我国工控市场上，目前使用较多的有国外的Intouch、FIX、WinCC以及国内的组态王（KingView）、MCGS、力控、Synall等组态软件。本项目采用亚控公司的组态王软件进行编程。1．工程建立选择“文件\新建工程”菜单命令，弹出“新建工程”对话框，选择类型，设置背景，如下图:2.窗口建立在工作台上新建窗口，设置窗口属性。如下图：3.画图双击窗口，利用工具箱进行画图。下图为所完成的聚合釜系统画面。3.动画连接建立实时数据曲线，实时趋势曲线随时间变化而自动卷动。先在实时数据库中建立温度和压力数据，类型设置为数值型。双击实时趋势曲线，弹出属性对话框，设置画笔属性，点击曲线1中“？”，添加所设数据，如下图：建立历史曲线，历史趋势曲线可以完成历史数据的查看工作。现在实时数据库中建立成组增加数据，设置组对象。双击历史曲线，设置存盘数据、曲线标识，如下图：4.下载配置选择工具箱中的下载配置，点击工程下载，再点击启动运行，查看动画连接是否正确。如下图：五．心得体会时间过得很快，转眼一个月的课程即将结束，说实话挺留恋的。一个月的理论联系实践的课程使我收获很多，感受颇深。说实话，这次实验无论是在做的过程中还是全过程完成之后感受都颇深，花了一个月时间试验完成并进行了调试，感觉学到了很多，实践与理论联系，在老师的教导下，一切都很顺利的循序渐进进行着直到成功。这次课程主要是学会用AutoCAD制图和组态软件。我学习了AutoCAD的绘图方法与技巧，并且运用到了这次的实践设计中，并且运用的很好，在画图中学到了一些绘图的技巧，使之更完善。我还学习了MCGS组态软件，知道此软件的应用范围有多么的广泛，在我们将来的工作中将会很重要。这次实践中也应用它完成了聚合釜系统画图，通过动画连接了解其工作状态。完成此课题感觉实践真的很重要，四年来，我们一直在学习理论知识，应用于实践中我们的只是感觉很匮乏，总是像理论没有联系实践，知识没有活用到我们生活当中，这次试验之后，感觉把学到的知识很轻松的理解掌握，学的不是很死。聚合釜的温压测控系统让我们感受到了这两种专用软件应用之深。聚合釜的温压测控系统的流程图经过自己的绘制之后，看到了图中很多专业知识，以前理解不深刻的知识经过画图和分析以及老师的讲解使我对它又有了新的更进一步的了解，对其中的元件的功能以及适用范围有了更深一层的认识，比如说有温度传感器还有压力传感器等等，要求都有一定的说明，在设计中这些都得做到心中有数，所以说对各个细节都得注意。从此次实践中我知道了许多，作为一名自动化的学生要对专业课知识以及各种实用软件都得了解甚至运用很好。总之，大四这次专业实践让我学到了很多，我相信在以后的学习和工作中都能学以致用。六．参考文献参考文献[1]林敏等编著，自动化系统工程设计与实施，电子工业出版社，2008年