毕业设计-耐硫变换废热锅炉控制系统工程设计说明书

耐硫变化废热锅炉自动控制系统工程设计摘要 本设计是耐硫变换废热锅炉三冲量控制系统的设计，研究表明，在合成氨工厂中，能源成本占到了运行成本的绝大部分比例，而废热锅炉正有回收利用能量功能，因此学习设计它的控制很有必须性；再者，废热锅炉汽包液位控制和其他简单的单容液位控制很不一样，因为其液位特性会受蒸汽流量等的影响，所以也有学习设计的必要性。 本设计分了五部分来说明整个设计过程，分别是绪论、控制方案的选择、阀门孔板的计算、仪表选型和组态王的操作。绪论总体叙述了合成氨的现状以及废热锅炉相关的控制方案；控制方案的选择部分包括了总的耐硫变换的工艺流程和控制方案的选择；阀门孔板的计算则是孔板阀门的具体计算过程；仪表选型主要介绍了仪表选型的理由；最后一部分则说明了自己所涉及的组态王的操作方法。关键字：废热锅炉、控制、汽包液位TheWasteHeatBoilerAutomaticControlSystemEngineeringDesignofsulfurtolerantshiftAbstract Thisdesignisthesulfurtolerantshiftthreeimpulsecontrolsystemdesignofwasteheatboiler,studieshaveshownthatinthesyntheticammoniaplant,energycostsaccountedformostoftherunningcost,andwasteheatboilerisrecycledenergyfunction,solearningdesignofitscontrolisofgreatnecessity;Moreover,wasteheatboilerdrumlevelcontrolandothersimplesinglelevelcontrolisverydifferent,becausethelevelcharacteristicswillbeaffectedbysteamflowrateandsoon,sotherearethenecessityoflearningdesign.Thisdesignisdividedintofivepartstoexplaintheprocessofthewholedesign,respectivelyistheintroduction,thechoiceofcontrolscheme,thevalveorificecalculation,selectionofinstrumentandtheoperationofthekingview.Theintroductionofsyntheticammoniaarereviewedoverallstatusandtherelatedcontrolschemeofwasteheatboiler,Thechoiceofcontrolschemeconsistsofageneralresistancetosulfurtransformationprocessandthechoiceofcontrolscheme;Thevalveorificecalculationcalculationistheorificeofthevalve;Instrumentselectionmainlyintroducesthereasonofinstrumentselection;Lastparthasexplainedhisinvolvedintheoperationmethodofkingview.KEYWORD :wasteheatboiler,control,drumlevel目录摘要 11绪论 51.1氨的用途及合成氨现状 51.2耐硫变换中废热锅炉控制系统介绍 52控制方案的选择 72.1工艺流程介绍 72.2控制方案选择 82.2.1汽包液位特性 82.2.2三冲量控制系统 92.2.3DCS控制系统的选择 102.2.4PID控制的选择 112.2.5控制点的选择 123调节阀孔板计算 133.1调节阀计算 133.2孔板的计算 144仪表选型 174.1温度仪表选型 174.1.1温度变送器的介绍 174.1.2温度变送器的选择及仪表参数 174.2流量变送器选取 184.2.1流量变送器的介绍 184.2.2孔板流量计的选择及仪表参数 194.2.3涡街流量计的选择及仪表参数 194.3液位变送器 204.3.1液位变送器的介绍 204.3.2液位变送器的选择及仪表参数 204.4压力变送器的选择 214.4.1仪表选型原则 214.4.2压力变送器的选择及仪表参数 224.5气动调节阀的选择 234.5.1调节阀的选择及仪表参数 234.6I/O模块相关参数 244.6.1热电偶模块相关参数 244.6.2热电阻模块相关参数 244.6.3模拟量输入模块相关参数 244.6.4模拟量输出模块相关参数 255组态王操作 265.1组态王介绍及其特点 265.2组态王的外部设备和数据词典 275.2.2构造的数据词典 275.3组态王的重要部分设计说明 295.3.1创建历史趋势曲线控件 295.3.2创建X-Y控件 295.3.3实时报表的保存和查询 295.4组态王的运行演示和操作 31附录 36致谢 37参考文献 381绪论1.1氨的用途及合成氨现状氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位，其中约有80%氨用来生产化学肥料，20%为其它化工产品的原料。氨主要用于制造氮肥和复合肥料，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的1/2。硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。液氨常用作制冷剂，贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。此外，为保证制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，防止因短期事故而停产，需设置液氨库。液氨库根据容量大小不同，有不冷冻、半冷冻和全冷冻三种类型。液氨的运输方式有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。解放前中国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。中国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备。中国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂。这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进。合成氨的主要初始原料可分为固体原料、液体原料和气体原料。如天然气、石脑油、重质油和煤（或焦炭）等。①天然气制氨。天然气先经脱硫，然后通过二次转化，再分别经过一氧化碳变换、二氧化碳脱除等工序，得到的氮氢混合气，其中尚含有一氧化碳和二氧化碳约0.10.3体积），经甲烷化作用除去后，制得氢氮摩尔比为3的纯净气，经压缩机压缩而进入氨合成回路，制得产品氨。以石脑油为原料的合成氨生产流程与此流程相似。②重质油制氨。重质油包括各种深度加工所得的渣油，可用部分氧化法制得合成氨原料气，生产过程比天然气蒸气转化法简单，但需要有空气分离装置。空气分离装置制得的氧用于重质油气化，氮作为氨合成原料外，液态氮还用作脱除一氧化碳、甲烷及氩的洗涤剂。③煤（焦炭）制氨。随着石油化工和天然气化工的发展，以煤（焦炭）为原料制取氨的方式在世界上已很少采用。中国能源结构上存在多煤缺油少气的特点，煤炭成为主要的合成氨原料，天然气制氨工艺则受到严格限制。本说明书所针对的就是第三种方法的控制系统，即通过煤气化制得原料气H2，通过空气分离得到原料气N2，从而合成氨气。1.2耐硫变换中废热锅炉控制系统介绍耐硫变换是反应方程式CO+H2O====CO2+H2发生的过程，因为该过程中耐硫催化剂至关重要，所以叫做耐硫变换过程。锅炉设备是一个比较复杂的调节对象，在一般情况下单冲量控制很难满足工艺需要，无法克服锅炉汽包所特有的虚假液位现象，所以有学习设计的必要性。据统计，化工行业产生的余热资源约占整个行业燃料消耗量15%。余热回收不仅可以带来能源方面的经济效益，还可以减少环境污染。废热锅炉是利用工业生产过程中的余热来生产蒸汽的重要设备，被广泛应用于煤气化工业、合成氨工业、乙烯、硫酸、硝酸工业等化工或石化的废热回收。废热锅炉被设置在各类工业流程中，用于回收余热，在提高整体装置的热效率，减少环境污染和满足某些工艺要求方面，起着十分重要的作用。因此，加强对废热锅炉的控制系统的研究，充分利用余热资源将会产生巨大的经济效益和社会效益，所以有其设计学习的必须性。为保证锅炉设备的安全稳定并提供合格的蒸汽，锅炉汽包的液位控制至关重要，汽包液位过高会影响汽水分离，液位过低会损坏锅炉，甚至引起爆炸。锅炉汽包液位调节就是使给水量与锅炉的蒸汽量相平衡，并维持汽包液位在工艺规定的范围内。目前汽包液位控制方式主要有单冲量、双冲量和三冲量3种。单冲量控制是指汽包的液位信号，当汽包的液位下降时将阀门开大，增加给水量;汽包的液位上升时将阀门关小，减少给水量。在一般情况下单冲量控制很难满足工艺需要，无法克服锅炉汽包所特有的虚假液位现象。当蒸汽量突然增加时，瞬间汽包的压力下降，汽包内的水沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，导致汽包液位不降反升，从而产生虚假液位;反之，当蒸汽量突然减少时，汽包液位先降后升，也会产生虚假液位。要想消除虚假液位必须将蒸汽流量信号引人到控制系统，从而产生了液位双冲量控制系统。锅炉汽包液位的主要影响因素是蒸汽量的变化，将蒸汽流量信号引人到控制系统中，可根据蒸汽流量的变化及时校正调节阀，从而构成了前馈-反馈的调节系统，通过这种方式可以克服虚假液位现象，但双冲量控制仍然有一个弱点那就是不能克服给水系统的干扰。对于锅炉来说，汽包的液位是主冲量(主信号)，蒸汽流量、给水量是辅助冲量，根据蒸汽流量、给水量的变化及时校正调节阀，从而构成了前馈一串级的复合调节系统。当然，随着科学技术的快速发展尤其计算机技术的发展，应用而生了如PLC、DCS等相关的控制方法，但其控制原理无外乎上述三种，本说明中的控制系统中所用的控制方案就是三冲量控制。 2控制方案的选择2.1工艺流程介绍图2-1是合成氨耐硫变换过程流程图，主要进行CO+H2O====CO2+H2反应，从而制得原料气H2，工艺流程介绍如下：图2-1耐硫变换流程图图2-1耐硫变换流程图

来自200号的粗煤气通过B-302A径流洗涤器，除去粗煤气中的灰尘等颗粒物质，洗涤后的煤气水再回到200号，洗涤后的粗煤气经过W-301第一变换热交换器到达W-303A第三变换热交换器。在W-301中的作用是，将第二变换炉中的反应后的变换气中的余热充分利用起来，给经过W-301的粗煤气加热。在W-303A中发生的换热是经过C-301A第一变换炉的变换气给流出W-303A的粗煤气加热。然后粗煤气进入C-301A第一变换炉发生反应，然后再返回到W-303A中，再经过W-304A废热锅炉，充分回收利用热量，制造过程蒸汽以备其他工序利用，然后经过C-302A第二变换炉，进一步发生上述反应充分利用原料，然后再经过一次换热后到达下一步流程。因为合成氨过程中，能源的消耗占到了成本的很大一部分，所以充分回收利用和高效率利用能源就显得愈加重要，从上述的流程也可以看出，在耐硫变换中不断地发生着换热，需要强调的是，化学反应的发生是在两个变换炉中发生，为了更加充分的反应，第一变换炉中需要较高的温度，而第二变换炉则需要较低的温度。我的工程设计是对废热锅炉汽包液位的控制，由上面的叙述中可以看出热量回收的重要性，而在热量的回收中，废热锅炉的热量回收又是占到了最大的比例，废热锅炉是一种特殊的换热器，它把进入到锅炉中的水加热成过热蒸汽，用于需要蒸汽加热的各种工序中，所以其重要性就不言而喻了。2.2控制方案选择汽包液位是锅炉运行的主要指标。如果水位过低，则由于汽包内的水量过低，而负荷却很大，水的气化速度又快，因而，汽包内的水量变化速度很快，如果控制不及时，就会使汽包内的水全部气化，导致锅炉破坏或爆炸，水位过高会影响汽包的水汽分离，产生蒸汽带液现象，会使过热器管壁结垢，使过热蒸汽因传热阻力过大而急剧下降，如果该过热蒸汽作为汽轮机动力的，蒸汽液还会损坏汽轮叶片，影响运行安全和经济性，由于汽包液位过高过低都会产生严重的后果，所以必须加以严格控制。2.2.1汽包液位特性汽包水位对象如图2-2所示，给水阀用于控制水量W，W是该对象的操作变量；蒸汽消耗量D由后续用气装置决定，是该对象的主要干扰。汽包与循环管构成了水循环系统。初看起来，汽包水位对象似乎是一种典型的非自平衡单容水槽，但实际情况要复杂的多。其中最突出的一点是水循环系统中充满了夹带着大量蒸汽气泡的的水，而蒸汽气泡的总体积会随着汽包压力和膛炉热负荷的变化而变化。如果某种原因导致汽包的总体积改变，及是水循环系统的水量没有变化，汽包水位也会随之变化。2.2.2三冲量控制系统汽包的液位是主冲量(主信号)，蒸汽流量、给水量是辅助冲量，根据蒸汽流量、给水量的变化及时校正调节阀，从而构成了如图2-3所示的前馈一串级的复合调节系统。这就是三冲量控制系统。图2-4与图2-5分别是三冲量控制系统的连接图和方块图。系数C1通常可取1或稍小于的数值，C2值计算相当简单，按物料平衡要求，有△Qw=a△Qs(式2-1)当变送器采用开方器时△QF=△Q而前馈作用引起的给水变化为：△Qw=整理后可得到：C2=aQsmax式中Qsmax、Q2.2.3DCS控制系统的选择=1\*GB3①DCS介绍DCS即集散型控制系统，又称分布式控制系统（DistributedControlSystem）。它的主要基础是4C技术，即计算机－Computer、控制－Control、通信－Communication和CRT显示技术。DCS系统通过某种通信网络将分布在工业现场附近的现场控制站和控制中心的操作员站及工程师站等连接起来，以完成对现场生产设备的分散控制和集中操作管理。DCS自1975年问世以来已经历了近三十年的时间，其可靠性、实用性不断提高，功能日益增强。如控制器的处理能力、网络通讯能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等。DCS系统过去只应用在少数大型企业的控制系统中，但随着4C技术及软件技术的迅猛发展，到目前已经在电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业得到了广泛的应用，特别是电力、石化这样的行业。=2\*GB3②DCS的优点：高可靠性。由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。开放性。DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。灵活性。通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。易于维护。功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。协调性。各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。控制功能齐全。控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。=3\*GB3③DCS的结构从结构上划分，DCS包括过程级、操作级和管理级。过程级主要由过程控制站、I/O单元和现场仪表组成，是系统控制功能的主要实施部分。操作级包括：操作员站和工程师站，完成系统的操作和组态。管理级主要是指工厂管理信息系统（MIS系统），作为DCS更高层次的应用，目前国内纸行业应用到这一层的系统较少。DCS的控制程序：DCS的控制决策是由过程控制站完成的，所以控制程序是由过程控制站执行的。过程控制站的组成：DCS的过程控制站是一个完整的计算机系统，主要由电源、CPU（中央处理器）、网络接口和I/O组成。I/O：控制系统需要建立信号的输入和输出通道，这就是I/O。DCS中的I/O一般是模块化的，一个I/O模块上有一个或多个I/O通道，用来连接传感器和执行器（调节阀）。I/O单元：通常，一个过程控制站是有几个机架组成，每个机架可以摆放一定数量的模块。CPU所在的机架被称为CPU单元，同一个过程站中只能有一个CPU单元，其他只用来摆放I/O模块的机架就是I/O单元。在本次的设计中使用的DCS控制系统所用的I/O模块为亚当4000系列，ADAM-4000系列模块是通用传感器到计算机的小型接口单元，专门为在恶劣环境下的可靠运行而特别设计。该系列产品具有内置微处理器，坚固的工业级塑料外壳，使其可以独立提供智能信号调理、模拟量I/O、数字量I/O、数据显示和RS-485通讯等功能。ADAM-4000系列归属于三个范畴：控制器、通讯模块和I/O模块，产品应用可应用于，远程数据采集、过程监视、工业过程控制、能源管理、上位控制。安全系统、实验室自动化、楼宇自动化、产品测试、直接数字量控制、继电器控制。2.2.4PID控制的选择 本设计中所用到的控制方案是比例积分微分控制方案。因为汽包控制要求很高，所以不允许有余差，而且要求控制能够尽可能的及时，反应快速，综合以上特点故选择比例积分微分控制方案。PID控制方案的特点及选择依据 比例控制规律P：采用P控制规律能较快地克服扰动的影响，它的作用于输出值较快，但不能很好稳定在一个理想的数值，不良的结果是虽较能有效的克服扰动的影响，但有余差出现。它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、控制要求不高、被控参数允许在一定范围内有余差的场合。比例积分控制规律(PI)：在工程中比例积分控制规律是应用最广泛的一种控制规律。积分能在比例的基础上消除余差，它适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、被控参数不允许有余差的场合。 比例微分控制规律(PD)：微分具有超前作用，对于具有容量滞后的控制通道，引入微分参与控制，在微分项设置得当的情况下，对于提高系统的动态性能指标，有着显著效果。因此，对于控制通道的时间常数或容量滞后较大的场合，为了提高系统的稳定性，减小动态偏差等可选用比例微分控制规律。如：加热型温度控制、成分控制。需要说明一点，对于那些纯滞后较大的区域里，微分项是无能为力，而在测量信号有噪声或周期性振动的系统，则也不宜采用微分控制。

例积分微分控制规律(PID)：PID控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合。2.2.5控制点的选择 本设计中共有15个测量点，见附录图1，有6个温度测量点，3个流量测量点，5个压力测量点和1个液位测量点。图2-6为所有测量点以及仪表的汇总。图2-6仪表汇总表图2-6仪表汇总表 图4-6仪表汇总图4-6仪表汇总 3调节阀孔板计算3.1调节阀计算=1\*GB3①确定计算流量由所给工况可知：Q=20.3m³/h,=1g/cm³，=26.4m³/h,7.9m³/h，=2\*GB3②确定计算压差根据调节阀工作流量特性的选择表选择工作流量特性为直线特性并取S=0.4，所以取理想流量特性为等百分比特性。ΔPv=300=3\*GB3③计算流量系数Kmax==4\*GB3④确定流量系数查阅精小型气动薄膜单座阀、双座阀参数表得：Kv=27.5=5\*GB3⑤验算调节阀开度根据等百分比特性调节阀开度计算公式，

带入计算得：Kmax=87.7%，Kmin=6\*GB3⑥验算可调比R校验合格；需要说明的是，此处的管径为68mm，我曾尝试过取等径的调节阀，但是，调节阀开度验算不合格，故不能选择，由于管径与调节阀直径不一致所以此处需要变径管。3.2孔板的计算=1\*GB3①工况最大流量为：=7.33Kg/s最小流量为：2.2Kg/s工作流量为：Q=5.64Kg/s工况温度为：143℃，管径为：φ68*5黏度：0.196mPa.s,密度为：ρ=1000Kg/m³=2\*GB3②求雷诺数设计雷诺数为：Re最小雷诺数为：Re=3\*GB3③求差压上限差压上限值：β=0.41135lgRe-1.36228=0.85,取β=0.5；C=0.5961+0.0261=0.60,其中A=0.034，M=0.22，L1=0，L2=0.055所以，∆∆=4\*GB3④迭代计算A设β利用C1同理可得；所以取孔径比为：β=0.5623则内径为d=Dβ=32.48mm=5\*GB3⑤校验流量；qq4仪表选型4.1温度仪表选型4.1.1温度变送器的介绍温度变送器一般选择热电阻或热电偶。热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是：①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。4.1.2温度变送器的选择及仪表参数本设计中选择了TR-301(438℃)一个个热电偶温度变送器，TR-302（319℃），TR-303（210℃），TR-304（200℃），TR-305(323℃)，TR-306(143℃)五个热电阻温度变送器，一般在选择热电阻与热电偶时，主要的依据是所测温度的高低，一般当温度低于400℃时，选择热电阻温度变送器，而当温度高于400℃时，则选择热电偶温度变送器。(1)热电偶变送器相关数据型号：SBWR-2460，位号：TR-301测量介质：粗煤气套管材料：不锈钢分度号：E，（E镍铬-康铜，S测量范围0-1600℃，K测量范围0-1300℃，E测量范围0-800，而且E变送器价格最低，且能满足测量精度）保护套管外径：φ16精度等级：±0.75%t防爆等级：EXdⅡCT3（查表所得）安装形式：固定螺纹式量程：0-800℃插入深度/长度：350/500（管径φ650）(2)热电阻温度变送器相关数据由于测量介质,管径等的不同，所以选择了不同的两类型的温度变送器，分别是TR-302，TR-303，TR-304，TR-305和TR-306。=1\*GB3①TR-302到TR-305数据规格如下：型号：KZW/P-240测量介质：粗煤气分度号：Pt100保护套管外径：φ16套管材料：不锈钢精度等级：B级（±（0.3+0.002|t|）防爆等级：EXdⅡCT3（查表得）安装形式：固定螺纹式插入深度/长度：350/500（φ650）量程：计算同热电偶；TR-302：0-600℃,TR-303：0-400℃TR-304：0-350℃,TR-305:0-600℃=2\*GB3②TR-306数据规格如下：型号：WZPK-24测量介质：水分度号：Pt100保护套管外径：φ6套管材料：不锈钢精度等级：A级（±（0.15+0.002|t|）防爆等级：EXdⅡCT3安装形式：法兰安装插入深度/长度：35/50（管径φ68）量程：0-250℃4.2流量变送器选取4.2.1流量变送器的介绍按测量原理分类：容积式、速度式、差压式、质量式。容积式流量计：以单位时间内所排出的流体的固定容积的数目作为测量依据来计算流量的仪表。（椭圆齿轮式、活塞式）速度式流量计：以测量流体在管道内的流速作为测量依据来计算流量的仪表。（电磁式、涡轮式等）差压式（也称节流式）流量计：是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。它是目前工业生产过程中流量测量最成熟、最常用的方法之一。质量流量计：以测量流体流过的质量M为依据的流量计。质量流量计分直接式和间接式两种。在众多流量计中各有用途，本设计中选择了两个流量变送器分别是：孔板流量计和涡街流量计。4.2.2孔板流量计的选择及仪表参数选择理由：结构简单，无可动部件；可靠性较高；复现性能好；适应性较广，它适用于各种工况下的单相流体，适用的管道直径范围宽，可以配用通用差压计；装置已标准化。孔板流量计相关数据：型号：DT-LGK9568Y11W(DT-LG型号，K孔板，95公称压力，68口径，Y法兰连接，1液体，1低压差量程，W节流装置传感器)位号：FR-308B测量介质：水量程：0~150KPa（差压上限值为95KPa）精度等级：0.5级防爆等级：EXdⅡCT3安装形式：法兰连接节流装置形式：标准孔板孔径比：0.56mm节流孔径：32.48mm孔板材质：不锈钢量程比：1:10特别要说明的是，这个流量变送器器是一体化流量变送器即，孔板和流量计是一体的，孔板已于上面计算。4.2.3涡街流量计的选择及仪表参数(1)选择理由：压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的测量仪器。(2)涡街流量计相关参数：LUGB型旋涡流量计又称涡街流量计是利用流体振动原理而开发的一种新型流量计，广泛应用在石油、化工、冶金、造纸等行业流体的计量，该流量计无可动部件，可靠性强、精度高、寿命长，可在很宽的流量范围内精确测量介质的瞬时流量和累计流量，其不受介质温度、压力、粘度及组分的影响，同时不堵、不卡、不易结垢、耐高温、高压、安全防爆、适用于恶劣环境。流量计分一体化显示和远传显示，并可输出脉冲信号、电流信号或485、Hart协议等与微机联网。型号：LUGB位号：FR-308A测量介质：水蒸汽量程：0-5000m³/h和0-10000m³/h精度等级：0.5级防爆等级：EXdⅡCT3安装形式：法兰连接测量元件材质：不锈钢量程比：1:10以上仪表是在满足量程范围，测量精度和满足防爆等级的情况下选择的结果。4.3液位变送器4.3.1液位变送器的介绍液位变送器按其工作原理分为：直读式：玻璃管液位计、玻璃板液位计等。差压式：利用液柱或物料堆积对某定点产生压力的原理而工作。浮力式：利用浮子高度或浮力随液位高度而变化的原理工作。电磁式：使物位的变化转换为一些电量的变化，如电容。核辐射：利用射线透过物料时其强度随物质层的厚度而变化的原理。光学式：利用物位对光波的遮断和反射原理工作。声波式：由于物位的变化引起声阻抗的变化、声波的遮断和声波反射距离的不同，测出这些变化就可测知物位。根据工作原理分为声波遮断式、反射式和阻尼式。4.3.2液位变送器的选择及仪表参数本设计中选择的是差压式液位变送器。选择理由如下：差压式液位变送器测量范围广，易于校正，且易于远传。差压式液位变送器相关数据：EB系列LT型液位变送器是一种直接安装在管道上的现场仪表，由于隔离膜片直接与介质接触，不须用导压管引出压力，可对各种容器内的液体进行精密的液位和密度测量。输出工业标准的(4～20)mA信号,0～100%线性指针表等。同时可根据客户要求提供智能HART通讯输出。多种显示方式可供选择。测量对象：开口或密封容器的液位。型号：EB3351/1151LT测量介质：水量程：0-1m测量与元件材质：304不锈钢本体材质：304不锈钢精度等级：0.5级防爆等级：EXdⅡCT3安装形式：法兰连接，测装以上仪表是在满足量程范围，测量精度和满足防爆等级的情况下选择的结果。4.4压力变送器的选择4.4.1仪表选型原则(1)变送器要测量什么样的压力：先确定系统中要确认测量的压力最大值，一般而言，需要选择一个具有比最大值还要大1.5倍左右的压力量程的变送器。这主要是在很多系统，特别是水压测量和加工处理中，有峰值和持续不规则的上下波动，这种瞬间的峰值能破坏压力传感器，然而，由于这样做会精度下降。于是，可以用一个缓冲器来降低压力毛刺，但这样会降低传感器的响应速度。所以在选择变送器时，要充分考虑压力范围，精度与其稳定性。(2)什么样的压力介质：要考虑的是压力变送器所测量的介质，黏性液体、泥浆会堵上压力接口，溶剂或有腐蚀性的物质会不会破坏变送器中与这些介质直接接触的材料。一般的压力变送器的接触介质部分的材质采用的是316不锈钢，如果介质对316不锈钢没有腐蚀性，那么基本上所有的压力变送器都适合对介质压力的测量；如果介质对316不锈钢有腐蚀性，那么就要采用化学密封，这样不但起到可以测量介质的压力，也可以有效的阻止介质与压力变送器的接液部分的接触，从而起到保护压力变送器，延长了压力变送器的寿命。(3)变送器需要多大的精度：决定精度的有：非线性、迟滞性、非重复性、温度、零点偏置刻度、温度的影响，精度越高，价格也就越高。每一种电子式的测量计都会有精度误差，但是由于各个国家所标的精度等级是不一样的。(4)变送器的温度范围：通常一个变送器会标定两个温度范围，即正常操作的温度范围和温度可补偿的范围。正常操作温度范围是指变送器在工作状态下不被破坏的时候的温度范围，温度补范围时，可能会达不到其应用的性能指标。温度补偿范围是一个比操作温度范围小的典型范围。在这个范围内工作，变送器肯定会达到其应有的性能指标。温度变从两方面影响着其输出，一是零点漂移；二是影响满量程输出。如：满量程的+/-X%/℃，读数的+/-X%/℃，在超出温度范围时满量程的+/-X%，在温度补偿范围内时读数的+/-X%，如果没有这些参数，会导至在使用中的不确定性。变送器输出的变化到度是由压力变化引起的，还是由温度变化引起的。(5)需要得到怎样的输出信号：mV、V、mA及频率输出数字输出，选择怎样的输出取决于多种因素，包括变送器与系统控制器或显示器间的距离，是否存在“噪声”或其他电子干扰信号。是否需要放大器，放大器的位置等。对于许多变送器和控制器间距离较短的OEM设备，采用mA输出的变送器最为经济而有效的解决方法，如果需要将输出信号放大，最好采用具有内置放大的变送器。对于远距离传输出或存在较强的电子干扰信号，最好采用mA级输出或频率输出。如果在RFI或EMI指标很高的环境中，除了要注意到要选择mA或频率输出外，还要考虑到特殊的保护或过滤器。(6)选择怎样的励磁电压：输出信号的类型决定选择怎么样的励磁电压。许多放大变送器有内置的电压调节装置，能够得到的一个工作电压决定是否采用带有调节器的传感器，选择传送器时要综合考虑工作电压与系统造价。(7)是否需要具备互换性的变送器：确定所需的变送器是否能够适应多个使用系统。一般来讲，这一点很重要。尤其是对于OEM产品，一旦将产品送到客户手中，那么客户用来校准的花销是相当大的。如果产品具有良好的互换性，那么即使是改变所用的变送器，也不会影响整个系统的效果。(8)变送器超时工作后需要保持稳定度：大部分变送器在经过超时工作后会产生“漂移”，因此很有必要在购买前了解变送器的稳定度，这种预先的工作能减少将来使用中会出现的种种麻烦。(9)变送器的封装：变送器的封装，尤其往往容易忽略是它的机架，然而这一点在以后使用中会逐渐暴露出其缺点。在选购传送器传一定要考虑到将来变送器的工作环境，湿度如何，怎样安装变送器，会不会有强烈的撞击或振动等。(10)在变送器与其它电子设备间采用怎样的连接：是否需要采用短距离连接，若是采用长距离连接，是否需要采用一个连接器。4.4.2压力变送器的选择及仪表参数 本设计中选择的是电容式压力变送器，这是根据以上选取原则的结果；所选的五个压力变送型号、规格等都是一样的电容式压力变送器； 变送器主要用于测量气体、液体、和蒸气的压力、负压和绝对压力等参数，然后将其转换成4-20mA.DC信号输出。

变送器包括GP型（表压力）和AP型（绝对压力）两种类型。GP和AP型与智能放大板组合，可构成智能型压力变送器，它可通过符合HART协议的手操器相互通讯，进行设定和监控。

GP型压力变送器的δ室，一侧接受被测压力信号，另一侧则与大气压力贯通，因此可用于测量表压力或负压。

AP绝对压力变送器的δ室,一侧接受被测绝对压力信号，另一侧被封闭成高真空基准室，可以测量排气系统、蒸馏塔、蒸发器和结晶器等的绝对压力；以下是具体参数：型号：JT-1151GP8（JT-1151—型号，AP—类型，8—代号）位号：PR-313~PR-317（5个）测量介质：粗煤气量程：0—3MPa（同上）精度等级：0.25级防爆等级：EXdⅡCT3（同上）安装形式：法兰连接本体材质：不锈钢量程比：1:104.5气动调节阀的选择4.5.1调节阀的选择及仪表参数本设计选择的调节阀是气动调节阀理由如下：即使发生泄不会对环境造成污染，其工作环境适应性好，在易燃、易爆、强磁和强辐射等恶劣环境中也不受影响，可在断电、断油源、断信号时使阀门复位到一个事先设定的安全位置，使阀门所在的系统得到保护，同时由于空气的可压缩性，气动的动作稳定性稍差。气动执行阀相关数据：ZJHP、ZJHM精小型气动薄膜直通单座、套筒调节阀采用顶导向结构，配用多弹簧执行机构。具有结构紧凑、重量轻、动作灵敏、流体通道呈S流线型、压降损失小、阀容量大、流量特性精确、拆装方便等优点。广泛应用于精确控制气体、液体等介质的工艺参数如压力、流量、液位保持在给定值。特别适用于允许泄漏小且阀前后压差不大的工作场合。

本系列产品有标准型、调节切断型、波纹管密封型、夹套保温型等多种品种。产品公称压力等级有PN16、40、64；公称通径范围DN20～300。适用液体温度由-200℃至+560℃范围内多种档次。泄漏量标准有Ⅳ级或Ⅵ级，流量特性为线性或等百分比。多种多样的品格规格可供选择。型号：HTS/ZJHP控制对象：汽包液位气动执行机构：薄膜式公称通径：40mm流量系数：Kv防爆等级：EXdⅡCT3安装形式：法兰连接阀芯材质：1Cr18Ni9Ti作用形式：气关阀以上仪表是在满足量程范围，测量精度和满足防爆等级的情况下选择的结果，特别注意的是本气动执行阀上自带相应的电/气阀门定位器。4.6I/O模块相关参数4.6.1热电偶模块相关参数 本设计选择的热电偶模块是亚当4000系列ADAM4018；ADAM-4018支持6路差分，2路单端信号，电压输入范围+/-15mV，+/-50mV，+/-100mV，+/-500mV，+/-1V，+/-2.5V，+/-20mA。如果测试电流信号，需在该通道的输入端口并联一125欧姆的精密电阻；具体见热电偶回路图。

4.6.2热电阻模块相关参数 ADAM-4015是16位A/D

6通道的热电阻输入模块，可以采集两线制和三线制热电阻输入信号。ADAM-4015T是16位A/D

6通道的热敏电阻输入模块，可以采集热敏电阻输入信号。它为所有通道都提供了可编程的输入范围，同时具有断线检测功能。这些模块为工业测量和监控的应用中提供很好的性价比；既支持Advantech的ASCII协议，也支持Modbus协议，而且它的模拟量输入通道和模块之间还提供了3000V的电压隔离，这样就有效的防止模块在受到高压冲击时而损坏；具体接线见热电阻回路图。ADAM-4015：通道：六通道差分输入

热电阻类型：Pt100，Pt1000，BALCO500，Ni

温度范围：Pt100：-50

-

150℃，0-100

℃，0-200℃，0-400℃，-200-200℃

IEC

RTD

100欧姆（a=0.00385）

JIS

RTD

100欧姆（a=0.00392）

采样速率：10采样点/秒（所有通道）

输入阻抗：10兆欧

精度：+/-0.1％或更高

4.6.3模拟量输入模块相关参数本设计中选择的是ADAM-4017+和ADAM-4017具体介绍如下：ADAM-4017/4017+是16位A/D

8通道的模拟量输入模块，可以采集电压、电流等模拟量输入信号。它为所有通道都提供了可编程的输入范围，这些模块为工业测量和监控的应用中提供很好的性价比；而且它的模拟量输入通道和模块之间还提供了3000V的电压隔离，这样就有效的防止模块在受到高压冲击时而损坏。

ADAM-4017支持6路差分，2路单端信号，输入范围+/-150mV，+/-500mV，+/-1V，+/-5V，+/-10V，+/-20mA。如果测试电流信号，需在该通道的输入端口并联一125欧姆的精密电阻。

ADAM-4017+支持8路差分信号，还支持Modbus协议。各通道可独立设置其输入范围，

同时在模块右侧使用了一个拨码开关来设置INT*

和正常工作状态的切换，4017+还增加了4~20mA的输入范围，测量电流时，不需要外接电阻，只需打开盒盖，设置跳线到△即可。ADAM-4017： 通道：

6通道差分，2通道单端

输入范围：

毫伏电压输入：±150

mV

和

±500

mV

电压输入：±1

V,

±5

V,

和

±10

V

电流输入：±20mA

（需外接125Ω电阻）

模块按工程单位的方式给主机数据（V，Mv，mA）ADAM-4017+：通道数

：8

输入类型

：mV,V,mA

输入范围

：+/-150mV,

+/-500mV,

+/-1mV,

+/-5mV,

+/-10mV,

+/-20mV,

4～20mA

隔离电压：

3000VDC最高额定电压

：＋/-35V

采样速率：

10个采样点/秒(总的)

输入阻抗

：20MΩ

精确度

≤+/-0.1%

功率

1.2W

4.6.4模拟量输出模块相关参数本设计中选择的是ADAM-4024具体介绍如下：ADAM-4024是4路模拟量输出通道，分辨率为12位，输出范围0-20mA，4-20mA，+/-10V，支持Modbus协议。用户可以通过配置软件配置电压或电流的建立速率和启动输出。技术说明

：-电压输出

0～10V(可编程输出斜率：0.0625～64

V/Sec)

-电流输出:

0～20mA或4～20mA

(可编程输出斜率：0.125～128

mA/Sec)模块按照配置设置,接收主机以以下其中一种形式发送的数据以-工程单位(mV,V或mA)

-满量程百分比-十六进制表示的二进制补码 5组态王操作5.1组态王介绍及其特点组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它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。组态王kingview6.55是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化的结果。组态王保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。组态王kingview6.55提供了丰富的、简捷易用的配置界面，提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易用的接口；该款产品的历史曲线、报表及web发布功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。组态王在保留了原报表所有功能的基础上新增了报表向导功能，能够以组态王的历史库或KingHistorian为数据源，快速建立所需的班报表、日报表、周报表、月报表、季报表和年报表。此外，还可以实现值的行列统计功能。组态王在web发布方面取得新的突破，全新版的Web发布可以实现画面发布，数据发布和OCX控件发布，同时保留了组态王Web的所有功能：IE浏览客户端可以获得与组态王运行系统相同的监控画面，IE客户端与Web服务器保持高效的数据同步，通过网络您可以在任何地方获得与Web服务器上相同的画面和数据显示、报表显示、报警显示等，同时可以方便快捷的向工业现场发布控制命令，实现实时控制的功能。组态王集成了对KingHistorian的支持，且支持数据同时存储到组态王历史库和工业库，极大地提高了组态王的数据存储能力，能够更好地满足大点数用户对存储容量和存储速度的要求。KingHistorian是亚控新近推出的独立开发的工业数据库。具有单个服务器支持高达100万点、256个并发客户同时存储和检索数据、每秒检索单个变量超过20,000条记录的强大功能。能够更好地满足高端客户对存储速度和存储容量的要求，完全满足了客户实时查看和检索历史运行数据的要求。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。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。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。5.2组态王的外部设备和数据词典5.2.1定义外部设备组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。外部设备包括：下位机（PLC、仪表、板卡等），它们一般通过串行口和上位机交流数据；其他Windows应用程序，它们之间一般通过DDE交换数据；外部设备还包括网络上的其他计算机。只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。本设计中选择了两个PLC和com2连接，即PLC1和PLC2，而PLC的寄存器可以产生一定的数据，可以进行一些信号输入的运行及操作。图5-1是PLC1的具体数据，由于PLC2的类型和PLC1完全一致，故不在此赘述。5.2.2构造的数据词典数据库是“组态王”软件的核心部分，数据库是联系上位机和下位机的桥梁。数据库中变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。本设计中一共定义了24个变量，其中包括15个测量点数据和9个便于组态王操作的变量，具体变量见下图5-2。图5-1PLC1相关数据“I/O变量”指的是组态王与外部设备或其它应用程序交换的变量。这种数据交换是双向的、动态的，就是说在组态王系统运行过程中，每当I/O变量的值改变时，该值就会自动写入外部设备或远程应用程序；每当外部设备或远程应用程序中的值改变时，组态王系统中的变量值也会自动改变。所以，那些从下位机采集来的数据、发送给下位机的指令，都需要设置成“I/O变量”。图5-1PLC1相关数据那些不需要和外部设备或其它应用程序交换，只在组态王内使用的变量，比如计算过程的中间变量，就可以设置成“内存变量”。图5-3和图5-4是I/O型变量TR-301的基本属性和报警定义，由于I/O型变量的基本属性和报警定义都一致，所以在此处仅做出图5-3和图5-4。图5-5是内存型变量开关控制的基本属性，同样其他内存变量的定义和该变量一致，此处不再赘述。图5-4FR-301（I/O型）的报警定义图5-3FR-301（I/O型）的基本属性图5-4FR-301（I/O型）的报警定义图5-3FR-301（I/O型）的基本属性5-4TR-301(I/O型)报警定义5-4TR-301(I/O型)报警定义图5-2数据词典中的变量图5-2数据词典中的变量 图5-5开关控制（内存型）基本属性图5-5开关控制（内存型）基本属性图5-3TR-301(I/O型)变量定义图5-3TR-301(I/O型)变量定义图图5-4TR-301(I/O型)报警定义图5-5开关控制(内存型)变量定义图5-5开关控制(内存型)变量定义 5.3组态王的重要部分设计说明5.3.1创建历史趋势曲线控件(1)新建一画面，名称为：历时趋势曲线画面(2)选择工具箱中的工具，在画面上输入文字：历史趋势曲线。(3)选择工具箱中的工具，在画面中插入通用控件窗口中的“历史趋势曲线”控件,选中此控件，单击鼠标右键在弹出的下拉菜单中执行“控件属性”命令，弹出控件属性对话框。历史趋势曲线属性窗口分为五个属性页：曲线属性页、坐标系属性页、预置打印选项属性页、报警区域选项属性页、游标配置选项属性页。曲线属性页：在此属性页中您可以利用“增加”按钮添加历史曲线变量，并设置曲线的采样间隔（即：在历史曲线窗口中绘制一个点的时间间隔）。单击此属性页中的“增加”按钮弹出“增加曲线”对话框.单击“本站点”左侧的“+”符号，系统将工程中所有设置了记录属性的变量显示出来，选择“原料油液位”变量后，此变量自动显示在“变量名称”后面的编辑框中。其它属性设置如下：绘制方式：模拟数据来源：使用组态王数据库单击“确定”按钮后关闭此窗口。其他属性的设置基本与曲线属性类似。5.3.2创建X-Y控件(1)新建一画面，名称为：XY控件画面。(2)选择工具箱中的工具，在画面上输入文字：XY控件。(3)单击工具箱中的工具，在弹出的创建控件窗口中双击“趋势曲线”类中的“X-Y轴曲线”控件，在画面上绘制XY曲线窗口。(4)选中并双击此控件，弹出控件属性设置对话框。为使XY曲线控件实时反应变量值，需要为该控件添加命令语言。在“画面属性”命令语言中输入如下脚本语言：xyAddNewPoint("xy控件",\\本站点\LT309,\\本站点\FR308A,0);(5)单击“文件”菜单中的“全部存”命令，保存您所作的设置。(6)单击“文件”菜单中的“切换到VIEW”命令，进入运行系统。5.3.3实时报表的保存和查询 实现以当前时间作为文件名将实时数据报表保存到指定文件夹下的操作过程如下：(1)在当前工程路径下建立一文件夹：实时数据文件夹。(2)在“实时数据报表画面”中添加一按钮，按钮文本为：保存实时数据报表。(3)在按钮的弹起事件中输入如下命令语言:stringfilename;filename=InfoAppDir()+"\实时数据文件夹\"+StrFromReal(\\本站点\$年,0,"f")+StrFromReal(\\本站点\$月,0,"f")+StrFromReal(\\本站点\$日,0,"f")+StrFromReal(\\本站点\$时,0,"f")+StrFromReal(\\本站点\$分,0,"f")+StrFromReal(\\本站点\$秒,0,"f")+".rtl