電解鋁煙氣凈化集散控制系統(tǒng)論文

1、學(xué)士學(xué)位論文電解鋁煙氣凈化集散控制系統(tǒng)摘 要隨著工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代化、信息化進(jìn)程的加快，新時(shí)代的工業(yè)對(duì)工業(yè)尾氣排放日趨重視，一旦廢氣處理不當(dāng)直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境以與人民生命財(cái)產(chǎn)帶來重大影響。因此必須妥善處理廢氣，達(dá)標(biāo)排放。本設(shè)計(jì)就是針對(duì)電解鋁煙氣排放做的一個(gè)回收凈化的控制，介紹了集散控制系統(tǒng)以與其控制過程。附帶介紹集散控制系統(tǒng)各部分的功能和設(shè)備要求。本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了電解鋁煙氣從出來到進(jìn)入布袋除塵器處理，再到排放一系列的控制過程。對(duì)實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的每一個(gè)設(shè)備的選型，以與設(shè)備組態(tài)軟件做了詳細(xì)敘述。在本論文的最后寫了集散控制系統(tǒng)的前景展望，以與工業(yè)控制未來的發(fā)展，和世界一些關(guān)于工業(yè)廢氣處理的先進(jìn)技術(shù)。關(guān)鍵詞

2、：電解鋁；煙氣凈化技術(shù)；集散控制系統(tǒng) Electrolytic aluminium haze purification and distribution control systemAbstractWith industrial development, modernization and information technology to speed up the process, new era of industrial to industrial emissions increasing attention, Once the exhaust emissions of impropri

3、ety directly on the environment and people's lives and property have significant ramifications. It is necessary to properly handle exhaust emission standards. The smelter was aimed at the design of flue gas emissions do a recovery and purification of control, on the distributed control system an

4、d its control processes. With distributed control system on the part of the functional and equipment requirements. This smelter details the smelter out of the smoke from entering the bag filter, and then a series of emission control process. To achieve the control objectives for each of a selection

5、of equipment, and equipment configuration software gave a detailed description. In this paper the final was made to the Distributed Control System Prospect, and industrial control future development, and some of the world's industrial emissions of advanced technology. Keywords:Electrolytic alumi

6、nium; Haze purification technology; Distribution control system目 錄 摘 要IAbstract.II第一章 引言11.1 研究背景11.2 電解鋁煙氣凈化在世界的先進(jìn)技術(shù)11.3 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展21.4 論文結(jié)構(gòu)2第二章 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)概述32.1 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)工藝介紹32.1.1 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)的凈化原理32.1.2 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)的工藝流程52.2 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)的組成與功能52.2.1 VRI反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與其原理62.2.2 脈沖式布袋除塵器結(jié)構(gòu)與其工作原理62.2.3 管道輸送床工作原理72.2.

7、4 氣力提升機(jī)工作原理7第三章 集散控制系統(tǒng)的概述83.1 集散控制系統(tǒng)83.1.1 DCS的基本組成83.1.2 DCS的分層體系93.1.3 DCS各層次的功能103.1.4 集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)103.2 JX-300X系統(tǒng)介紹113.2.1 JX-300X系統(tǒng)組成123.2.2 JX-300X系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)133.2.3 JX-300X系統(tǒng)的特點(diǎn)15第四章 DCS在電解鋁煙氣凈化中的應(yīng)用174.1 JX-300X在電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)中的配置174.2 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)操作畫面的設(shè)計(jì)184.3 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)I/O點(diǎn)的定義234.4 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)功能連接25第五章 電解鋁煙氣凈

8、化系統(tǒng)的過程檢測(cè)與控制365.1 控制系統(tǒng)方框圖介紹365.2 過程檢測(cè)與控制375.2.1 溫度的過程檢測(cè)與控制375.2.2 壓力的過程檢測(cè)與控制385.2.3 流量的過程檢測(cè)與控制385.2.4 物位的過程檢測(cè)和控制39結(jié)論41參考文獻(xiàn)42附 錄.43致 4446 / 53第一章 引 言1.1 研究背景隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，綠色工業(yè)也伴隨著雨后春筍般的誕生了，其中重工業(yè)煙氣凈化過程是一個(gè)致關(guān)重要的環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)以電解鋁凈化為例闡述了關(guān)于關(guān)于煙氣凈化的整個(gè)控制過程。電解鋁煙氣成分中主要由HF等有害氣體和固體顆粒組成，直接排放無論是對(duì)、居民生活還是對(duì)環(huán)境都構(gòu)成很大的影響，因此處理電解廢氣和回收

9、AL2O3固體粉末，成為電解工業(yè)致關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。自1975年美國(guó)霍尼韋爾公司推出第一套TDC2000型集散控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用以來，集散控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制裝置的主流。集散控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)控、操作、管理和分散控制的一種新型的控制技術(shù)。它是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)的發(fā)展和滲透而產(chǎn)生的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，集散控制系統(tǒng)也得到了飛速的發(fā)展。目前霍尼韋爾已推出控制功能更強(qiáng)的第三代產(chǎn)品，集散控制系統(tǒng)不同于分散型的常規(guī)儀表控制技術(shù)，也不同于集中式的計(jì)算機(jī)控制系

10、統(tǒng)，而吸收兩者的優(yōu)點(diǎn)，在其基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種先進(jìn)的系統(tǒng)工程技術(shù)，集散控制的出現(xiàn)和應(yīng)用是生產(chǎn)過程控制技術(shù)發(fā)展中的又一大飛躍。本設(shè)計(jì)采用國(guó)產(chǎn)浙大中控JX-300X集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)有較強(qiáng)的控制能力，有較好的性價(jià)比，適合于小型系統(tǒng)使用。它除了具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)外，其顯著的特點(diǎn)之一是具有系統(tǒng)測(cè)試功能，系統(tǒng)測(cè)試功能的目的是對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)進(jìn)行仿真，可提前發(fā)現(xiàn)問題，待測(cè)試可行后再下載到實(shí)際的FCS，從而不影響整個(gè)生產(chǎn)過程。只需采用組態(tài)軟件改變某些配置和控制方案就能實(shí)現(xiàn)適合新對(duì)象的控制功能，下面對(duì)集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與整個(gè)設(shè)計(jì)過程做以詳細(xì)的介紹。1.2 電解鋁煙氣凈化在世界的先進(jìn)技術(shù)國(guó)際上電解行業(yè)的

11、煙氣凈化一般有兩種方法：干法和濕法。 干法：用氧化鋁作吸附劑，使之產(chǎn)生含氟氧化鋁，直接返回電解槽使用。此法多用于預(yù)焙槽和上插自焙槽，是一種較新的方法。我國(guó)于1977年4月開始試驗(yàn)這一技術(shù)，現(xiàn)在已掌握了工藝流程和技術(shù)條件控制等問題。濕法：濕法凈化回收有多種方法，如用清水洗滌、堿水洗滌、海水洗滌等。洗液再通過堿法、氨法和酸法流程加以回收，制取冰晶石、氟化鈉、氟化鋁等。一般多用于制造冰晶石。雖然煙氣凈化最簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方法是用水洗滌，但由于水溶解氟化氫后變?yōu)闅浞?，最容易腐蝕設(shè)備，所以目前各國(guó)多采用堿法凈化回收。從近十幾年的發(fā)展趨勢(shì)看，濕法凈化回收大部分已被干法凈化回收所取代。這不但是因?yàn)楦煞▋艋子诳?/p>

12、制、流程簡(jiǎn)單、環(huán)境好、操作容易，而且干法凈化回收過程中產(chǎn)生的二次污染小、凈化效果好。濕法凈化回收系統(tǒng)已逐漸不適應(yīng)環(huán)保的要求，而趨于被淘汰。本設(shè)計(jì)采用了干法凈化回收的方法。1.3 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System,簡(jiǎn)稱DCS）是以微處理器為基礎(chǔ)的集中分散型控制系統(tǒng)。自70年代中期第一套集散控制系統(tǒng)問世以來，到現(xiàn)在已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，越來越多的儀表和控制工程師已經(jīng)認(rèn)識(shí)到集散控制系統(tǒng)必將成為過程控制的主流。集散控制系統(tǒng)的主要特性是它的集中管理和分散控制。而且，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)使集散控制系統(tǒng)不僅主要用于分散控制，而且向著集

13、成管理方向發(fā)展。系統(tǒng)的開放不僅使不同制造廠商的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品可以相互連接，而且使得它們可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)的開放也使第三方軟件可以方便地在現(xiàn)有的集散控制系統(tǒng)應(yīng)用的更好。對(duì)集散控制系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真和細(xì)致的分析，研究集散控制系統(tǒng)的共性和各個(gè)制造廠商產(chǎn)品的不同的特點(diǎn)，了解集散控制系統(tǒng)的選型、設(shè)計(jì)和應(yīng)用方法是十分必要的。1.4 論文結(jié)構(gòu)論文先對(duì)電解鋁采用的干法凈化進(jìn)行了介紹，并對(duì)系統(tǒng)工藝流程以與其組成和原理進(jìn)行了描述，然后對(duì)本設(shè)計(jì)采用的集散控制系統(tǒng)的整體進(jìn)行了闡述。本設(shè)計(jì)總共分為五章。以下為詳細(xì)說明。第二章 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)概述鋁電解生產(chǎn)的污染物可分為4類：煙氣、粉塵、余熱和磁場(chǎng)。其中煙氣，粉

14、塵和磁場(chǎng)造成環(huán)境污染，危害人們的健康，余熱則造成車間高溫，惡化操作條件。人們通常所指的煙氣是指煙氣和粉塵的混合物。所以煙氣中有氣體和固體兩種成分。氣態(tài)物質(zhì)的主要成分是氟化氫(HF)與陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)生成的CF4與C2F6等。氣態(tài)物質(zhì)的含量如表2.1所示：表2.1（廢氣成分表）名稱HFCF4C2F6CO2COSO2單位kgt-Al8117120.10.290010002803307.915固態(tài)物質(zhì)分兩類，一類是大顆粒物質(zhì)(直徑大于5m)，主要是氧化鋁、炭粒和冰晶石粉塵。由于氧化鋁吸附了一部分氣態(tài)氟化物，一般大顆粒物質(zhì)中總含氟量約為15，另一類是細(xì)顆粒物質(zhì)(亞微米顆粒)，由電解質(zhì)蒸氣凝結(jié)而成，其中含氟量

15、高達(dá)45。根據(jù)槽型的不同，煙氣的組成也略有變化。預(yù)焙槽煙氣中的粉塵含量大約為2040 kgt-Al。煙氣彌漫在電解車間，惡化勞動(dòng)生產(chǎn)條件，嚴(yán)重影響生產(chǎn)工人的身體健康，電解煙氣不凈化處理擴(kuò)散到大氣中，對(duì)生態(tài)有一定的危害。因此必須對(duì)煙氣進(jìn)行凈化處理。12.1電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)工藝介紹本次設(shè)計(jì)的煙氣凈化系統(tǒng)采用干法凈化。所謂干法凈化即以某種固體物質(zhì)吸附另一種氣體物質(zhì)所完成的凈化過程。具有吸附作用的物質(zhì)稱吸附劑，被吸附的物質(zhì)叫吸附質(zhì)。2.1.1電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)的凈化原理凈化原理：在這里我們使用電解鋁生產(chǎn)用的Al2O3做為吸附劑吸附煙氣中的HF等大氣污染物來完成對(duì)煙氣的凈化。Al2O3吸附HF是由它們

16、的性質(zhì)和吸附規(guī)律決定的。電解用Al2O3和HF的性質(zhì)：Al2O3根據(jù)焙燒狀況的不同，各結(jié)晶構(gòu)造的比例也不一樣，一般為r型與型與少量的中間型。型活性較差，約占總量的4050，r型與中間型Al2O3孔隙率較高，表面積較大，且Al2O3是一個(gè)典型的兩性化合物。 HF沸點(diǎn)為19.54,活性大，具有同自身以與其他化合物相結(jié)合的特點(diǎn)。氧化鋁與煙氣中的HF接觸后，吸附反應(yīng)速度很快，幾乎是在01秒鐘完成。干法凈化回收的吸附效率主要取決于氧化鋁的物理性能和投入到煙氣中的數(shù)量。氧化鋁的表面積的大小，不僅影響氧化鋁的熔解性能，而且也影響對(duì)HF的吸附效率。氧化鋁是一種多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，具有很大的表面積，這給吸附物和吸附

17、劑之間提供了接觸機(jī)會(huì)。所以氧化鋁的表面積越大，接收吸附物的能力就越大，吸附量也隨表面積的增加而增加。砂狀氧化鋁的表面積比粉狀氧化鋁的表面積大的多，所以砂狀氧化鋁是理想的吸附劑。向鋁電解煙氣中投入的氧化鋁數(shù)量稱為氣固比，在預(yù)焙槽煙氣凈化回收系統(tǒng)中的氣固比為3555gm3，在自焙槽煙氣凈化回收系統(tǒng)中的氣固比為4580gm3。吸附規(guī)律：吸附為表面作用，吸附劑的表面積越大其吸附能力越強(qiáng)。吸附劑的表面積的大小取決吸附劑的孔隙率的大小與其顆粒的粗細(xì)。吸附質(zhì)的沸點(diǎn)越高越易被吸附，相反則難于被吸附。 HF的吸附一般分為物理吸附和化學(xué)吸附。產(chǎn)生物理吸附的作用力為德華力，產(chǎn)生化學(xué)吸附的作用力為化學(xué)鍵力。物理吸附可

18、以向化學(xué)吸附轉(zhuǎn)化。試驗(yàn)證明，Al2O3吸附HF以化學(xué)吸附為主，物理吸附次之?；瘜W(xué)吸附的結(jié)果在Al2O3表層，每個(gè)Al2O3分子吸附兩個(gè)HF分子，生成單分子層吸附化合物。Al2O3對(duì)瀝青煙的吸附為物理吸附。對(duì)于物理吸附，吸附質(zhì)的沸點(diǎn)的高低具有決定意義。對(duì)化學(xué)吸附除沸點(diǎn)外，吸附劑和吸附質(zhì)的反應(yīng)性也是極其重要的。HF的負(fù)電性很大，H和F的原子間鍵是極性的共價(jià)鍵，由于H和F負(fù)電電性相差1.9(H為2.1、F為4)故H-F鍵的極性是相當(dāng)強(qiáng)的成鍵電子強(qiáng)烈偏向F的一邊，因此可以形成H鍵，使HF有自身結(jié)合的現(xiàn)象。所有這些表明，HF具有沸點(diǎn)高、化學(xué)活性強(qiáng)、很容易被Al2O3吸附的特點(diǎn)。綜上所述，可將干法除氟的吸

19、附反應(yīng)原理，用如下化學(xué)反應(yīng)式來表示：吸附：3Al2O3+6HF3(Al2O3+2HF) 轉(zhuǎn)化： 3(Al2O3+2HF)2AlF3+3H2O+2Al2O3總反應(yīng)式： Al2O3+6HF2AlF3+3H2O當(dāng)載氟Al2O3被加溫到400以下時(shí)，Al2O3的載氟量無變化，但表面吸附的化合物發(fā)生了晶體重排，由正四面體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為正六面體結(jié)構(gòu)(即AlF3晶體)，這樣便得到了穩(wěn)定的AlF3化合物，但在高溫下AlF3容易水解和升華，溫度越高，水解越多，升華越迅速。當(dāng)溫度達(dá)到600時(shí)就會(huì)大量解析、升華，這是因?yàn)锳lF3的沸點(diǎn)較低，電解槽的保溫料層的溫度大約在400以下，這恰好是表面化合物轉(zhuǎn)化為AlF3所需要的

20、溫度。在下層高溫狀態(tài)下，即使有少量的水解和升華，也會(huì)被上層低溫的Al2O3所吸附。因此，載氟Al2O3在槽面預(yù)熱期間，因解析而釋放的氟是很少的。這樣就達(dá)到了凈化氣體的目的。22.1.2電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)的工藝流程圖2.1是鋁電解廢氣吸附脫氟流程。電解槽排出廢氣經(jīng)收集后，進(jìn)入VRI反應(yīng)器，與反應(yīng)器噴出的氧化鋁充分接觸、混合，完成吸附過程后進(jìn)入脈沖式布袋除塵器，進(jìn)行氣固分離。分離后的凈化氣體經(jīng)煙囪排空，吸附后的氧化鋁部分循環(huán)使用，部分送至載氟氧化鋁貯倉(cāng)，定期送電解使用，新鮮氧化鋁貯倉(cāng)經(jīng)風(fēng)動(dòng)輸送斜槽送去吸附脫氟。圖2.1 電解鋁煙氣凈化工藝流程圖2.2電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)的組成與功能本次設(shè)計(jì)采用干法凈

21、化，所用主要設(shè)備有VRI反應(yīng)器、脈沖式布袋除塵器、管道輸送床、氣力提升機(jī)、閥門以與引風(fēng)機(jī)組成。2.2.1VRI反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與其原理圖2.2 VRI反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)圖工作原理：吸附用新鮮AL2O3按一定比例加入VRI中，被通過反應(yīng)器底部的流態(tài)化氣力沸騰器的氣流翻動(dòng)，呈沸騰狀，向上經(jīng)錐形殼體沿輻射線布置的孔均勻地呈溢流狀流入煙氣管道，并且充滿了整個(gè)管道截面，煙氣在煙氣管道與AL2O3充分接觸，完成了對(duì)HF與瀝青焦油的吸附過程，隨后送去進(jìn)行氣固分離。從實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，該系統(tǒng)的脫氟效果較好，可達(dá)95%-99%，凈化后含氟濃度降到每立方米0.412mg。由于VRI反應(yīng)器的錐體呈流線性，使得煙氣阻力損失很小

22、，僅為60200Pa,小于其他形式脫氟反應(yīng)器。22.2.2脈沖式布袋除塵器結(jié)構(gòu)與其工作原理圖2.3脈沖式布袋除塵器結(jié)構(gòu)圖工作原理：當(dāng)濾袋表面的粉塵不斷增加，導(dǎo)致設(shè)備阻力上升到設(shè)定值時(shí)，微壓差控制器有信號(hào)輸出?？刂苾x便發(fā)出信號(hào)，使噴吹系統(tǒng)工作，此時(shí)壓縮空氣從氣包順序經(jīng)脈沖閥和噴吹管上的噴咀向?yàn)V袋噴射。在濾袋膨脹產(chǎn)生的加速度和反向氣流的作用下。附于袋外的粉塵脫離濾袋落入灰斗。粉塵由螺旋輸灰機(jī)和卸灰閥排出。噴吹一次的持續(xù)時(shí)間為0.0650.085秒，噴吹結(jié)束后，濾袋立即恢復(fù)過濾狀態(tài)。92.2.3管道輸送床工作原理工作原理：來自電解槽的含HF煙氣在管道輸送床的入口處與自AL2O3加料器均勻加入的氧化鋁

23、混合，在管道中高速氣流帶動(dòng)下，氧化鋁高度分散，并與氧化鋁充分接觸，完成化學(xué)吸附后，氣流攜帶的含氟氧化鋁在旋風(fēng)分離器與布袋除塵器中進(jìn)行二級(jí)氣固分離，氧化鋁返回鋁電解槽，脫氟后氣體經(jīng)排風(fēng)機(jī)排出。2圖2.4 管道輸送床圖2.2.4氣力提升機(jī)工作原理氣力提升機(jī)是一種低壓吹送的垂直提升氣吸式輸送設(shè)備，可用作粉狀物料的運(yùn)輸機(jī)械。氣力提升機(jī)工作原理：靠真空來吸取物料。即當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)工作后，整個(gè)系統(tǒng)被抽成一定的真空度，在壓力差的作用下，大氣中的空氣流從物料堆的間隙通過，把物料吸入吸嘴，并沿輸料管進(jìn)入分離器中，在分離器，物料和空氣被分離，物料直接從底部卸出，空氣進(jìn)入除塵器，凈化以后的空氣通過鼓風(fēng)機(jī)排入大氣。氣力提升

24、機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、無運(yùn)動(dòng)部件、操作維修方便可靠，用于提升高度大于45m以上較為經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)是電耗大，提升高度越低耗電越大。第三章 集散控制系統(tǒng)的概述3.1 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)是以滿足現(xiàn)代化工業(yè)和日益復(fù)雜的控制對(duì)象的要求為前提，從生產(chǎn)綜合自動(dòng)化的角度出發(fā)，將微處理器作為核心的集中分散控制系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種新型產(chǎn)物，已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，成為過程工業(yè)自動(dòng)控制的主流。集散控制自問世以來，廣泛地應(yīng)用在電力、石油、化工等其它工業(yè)領(lǐng)域之中，這主要是它有獨(dú)特的優(yōu)越性與常規(guī)控制儀表所無法比擬的特點(diǎn)。3.1.1DCS的基本組成集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)品紛繁，但

25、從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，集散控制系統(tǒng)都由三大基本部分組成。它們是分散過程控制裝置部分、集中操作和管理系統(tǒng)部分以與通信系統(tǒng)部分。三部分的關(guān)系如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1、分散控制裝置部分分散過程控制裝置的主要功能是分散的過程控制。它是集散控制系統(tǒng)與生產(chǎn)過程間的界面，生產(chǎn)過程的各種過程變量通過分散過程控制裝置轉(zhuǎn)化為操作監(jiān)視的數(shù)據(jù)，而操作的各種信息通過分散過程控制送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在分散過程控制裝置，進(jìn)行模擬量與數(shù)字量的相互轉(zhuǎn)換，完成控制算法的各種運(yùn)算，對(duì)輸入與輸出量進(jìn)行有關(guān)的軟件濾波以與其他的一些運(yùn)算。2、集中操作和管理系統(tǒng)部分集中操作和管理系統(tǒng)部分是操作人員與集散控制系統(tǒng)間的界面，它的主要功能是集

26、中各分散過程裝置送來的信息，操作人員通過操作管理裝置了解生產(chǎn)過程的運(yùn)行狀況，并通過它把操作指令下送到各分散過程控制裝置。生產(chǎn)過程的各種參數(shù)在操作管理裝置上顯示，以便于操作人員的監(jiān)視和操作。3、通信系統(tǒng)部分分散過程控制裝置與集中操作和管理系統(tǒng)部分之間需要有一個(gè)橋梁來完成數(shù)據(jù)之間的傳遞和交換，這就是通信系統(tǒng)部分。這里的通信指各級(jí)計(jì)算機(jī)、微處理器與外部的設(shè)備通信、級(jí)與級(jí)之間的通信。對(duì)通信系統(tǒng)的要求除了傳輸速度、誤碼率等外，主要是對(duì)開放性與互操作性的要求。系統(tǒng)的所謂“開放”，就是允許與其他廠商的產(chǎn)品能通信。這要求通信系統(tǒng)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議。各廠商的產(chǎn)品的通信也應(yīng)符合統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)的框架結(jié)

27、構(gòu)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型。所謂“互操作性”是現(xiàn)場(chǎng)總線的通信標(biāo)準(zhǔn)，它要求不同廠家商的智能現(xiàn)場(chǎng)變送器、執(zhí)行器等可以互換。43.1.2 DCS的分層體系圖3.2 集散控制系統(tǒng)分層體系層次化成為DCS的體系特點(diǎn)，使其體現(xiàn)集中操作管理，分散控制的思想?？梢詫CS層次分為四級(jí)（如圖3.2所示）。33.1.3 DCS各層次的功能1、現(xiàn)場(chǎng)裝置管理層次的直接控制級(jí)（過程控制級(jí)）在這一級(jí)上，過程控制計(jì)算機(jī)直接與現(xiàn)場(chǎng)各類裝置（如變送器，執(zhí)行器，記錄儀表等）相連，對(duì)所連接的裝置實(shí)施監(jiān)測(cè)，控制，同時(shí)他還向上與第二級(jí)計(jì)算機(jī)相連，接收上層的管理信息，并向上傳遞裝置的特性數(shù)據(jù)和采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。2、過程管理

28、級(jí) 在這一級(jí)上的過程管理計(jì)算機(jī)主要有監(jiān)控計(jì)算機(jī)，操作站，工程師站。它綜合監(jiān)視過程各站的所有信息，集中顯示操作，控制回路組態(tài)和參數(shù)修改，優(yōu)化過程處理等。3、生產(chǎn)管理級(jí)在這一級(jí)上的管理計(jì)算機(jī)根據(jù)產(chǎn)品各部件的特點(diǎn)，協(xié)調(diào)各單元級(jí)的參數(shù)設(shè)定，是產(chǎn)品的總體協(xié)調(diào)員和控制器。4、經(jīng)營(yíng)管理級(jí)居于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的最高一層，它的管理圍很廣，包括工程技術(shù)方面、經(jīng)濟(jì)方面、商業(yè)事務(wù)方面以與其他方面的功能。在這一層中，通過與公司的經(jīng)理部、市場(chǎng)部、計(jì)劃部以與人事部等辦公自動(dòng)化相連接，來實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造系統(tǒng)的最優(yōu)化。43.1.4 集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)集散控制系統(tǒng)是采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，由過程控制級(jí)、過程管理級(jí)和生產(chǎn)管理級(jí)所

29、組成的一個(gè)以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的集中顯示操作管理，控制相對(duì)分散，具有靈活配置、組態(tài)方便、具有趕可靠性的使用系統(tǒng)。特點(diǎn)如下：1、自主性系統(tǒng)上各工作站是通過網(wǎng)絡(luò)接口連接起來的，各工作站獨(dú)立自主地完成合理分配給自己的任務(wù)，且各站的容量可擴(kuò)充，配套軟件隨時(shí)可組態(tài)加載，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的高可靠性子系統(tǒng)。2、協(xié)調(diào)性采用實(shí)時(shí)性的、高可靠性的工業(yè)控制局部網(wǎng)絡(luò)，使整個(gè)系統(tǒng)信號(hào)共享，提高了暢通性。各工作站間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種信息協(xié)調(diào)地工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理，各站之間具有充分的協(xié)調(diào)性。3、友好性集散控制系統(tǒng)軟件是面向工業(yè)控制技術(shù)人員、工藝技術(shù)人員和生產(chǎn)操作人員設(shè)計(jì)的，采用實(shí)用而簡(jiǎn)捷的人機(jī)會(huì)話系統(tǒng)，C

30、RT高分別率交互圖形顯示，復(fù)合窗口技術(shù)，畫面日趨豐富，縱觀、控制、調(diào)整、趨勢(shì)、流程圖、回路一覽、批量控制、計(jì)量報(bào)表、操作指導(dǎo)畫面。菜單功能等均具有實(shí)時(shí)性。平面密封式薄膜操作鍵盤、觸摸屏幕、鼠標(biāo)器等操作器更便于操作。4、在線性與實(shí)時(shí)性通過人機(jī)接口和I/O接口，對(duì)過程對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析、記錄、監(jiān)視、操作控制，可進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。組態(tài)回路在線修改、局部故障的在線維修。提高了系統(tǒng)的可靠性。5、適應(yīng)性、靈活性和擴(kuò)充性硬件和軟件采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)積木式結(jié)構(gòu)，具有靈活的配置，可適應(yīng)不同用戶的需要。可根據(jù)生產(chǎn)要求，改變系統(tǒng)的大小配置，在工廠改變生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程時(shí)只需改變系統(tǒng)配置和控制

31、方案，相應(yīng)使用組態(tài)軟件填一些表格即可實(shí)現(xiàn)。6、高可靠性高可靠性、高效率和高可用性是集散控制系統(tǒng)的生命力所在，制造廠商在確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)，采用可靠保證技術(shù)。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，使得在任一單元失效的情況下，仍然保持系統(tǒng)的完整性，即使全局性通信或管理失效，局部站仍能維持工作。在系統(tǒng)硬件上包括操作站、控制站、通訊鏈路采用雙重冗余化配置。從系統(tǒng)軟件上采用程序分段與模塊化設(shè)計(jì)，積木式結(jié)構(gòu)，采用程序卷回或指令復(fù)執(zhí)的冗錯(cuò)設(shè)計(jì)。63.2 JX-300X系統(tǒng)介紹SUPCON JX系列集散控制系統(tǒng)是由中控推出的，是以中國(guó)的國(guó)情為設(shè)計(jì)前提，參照當(dāng)今國(guó)外先進(jìn)技術(shù)而推出的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)規(guī)模

32、可大可小，支持標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，兼容性、開放性好，被廣泛的應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、建材、輕工、制藥、生化、機(jī)械制造與水處理等行業(yè)。SUPCON JX-300X控制系統(tǒng)充分應(yīng)用了最新信號(hào)處理技術(shù)，高速網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、軟件設(shè)計(jì)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，并采用性能的微處理器和成熟的先進(jìn)控制算法，使系統(tǒng)兼具有高速可靠的數(shù)據(jù)輸入輸出、運(yùn)算、過程控制功能和PLC聯(lián)鎖邏輯功能，從而能適應(yīng)更廣泛更復(fù)雜的應(yīng)用要求，成為一個(gè)全數(shù)字、現(xiàn)場(chǎng)化、結(jié)構(gòu)靈活、功能更加完善的新型開發(fā)式集散控制系統(tǒng)。113.2.1 JX-300X系統(tǒng)組成JX-300X的基本組成包括工程師站（ES）、操作站（OS）、控制站（CS）和通訊網(wǎng)絡(luò)SCN

33、ET。 工程師站是為專業(yè)人員設(shè)計(jì)的，裝有響應(yīng)的組態(tài)平臺(tái)和系統(tǒng)維護(hù)工具。通過系統(tǒng)平臺(tái)生成適合于生產(chǎn)工藝要求的應(yīng)用系統(tǒng)。 操作站是由工業(yè)PC機(jī)、CRT顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等組成人機(jī)系統(tǒng)，是操作員完成監(jiān)控管理任務(wù)的環(huán)境。 控制站是系統(tǒng)中直接與現(xiàn)場(chǎng)打交道的I/O處理單元，完成整個(gè)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，可以冗余配置，靈活，合理。 通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)工程師站、操作站、控制站的連接，完成信息，控制命令等傳輸，雙重化冗余設(shè)計(jì)，使得信息傳輸安全，高速。通過在JX-300X的通訊網(wǎng)絡(luò)上掛接總線變換單元（BCU）可實(shí)現(xiàn)與JX-100、JX-200、JX-300系統(tǒng)的連接；在通訊網(wǎng)絡(luò)上掛接通信接口（CIU）可實(shí)現(xiàn)J

34、X-300X與PLC等數(shù)字設(shè)備的連接；通過多功能計(jì)算站（MFS）和相應(yīng)的應(yīng)用軟件AdvanTrolPIMS可實(shí)現(xiàn)與企業(yè)管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)的信息交換，實(shí)現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（Internet）環(huán)境下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)流程查看、實(shí)時(shí)趨勢(shì)瀏覽、報(bào)警記錄查看、開關(guān)量變位記錄查看、報(bào)表數(shù)據(jù)存貯、歷史趨勢(shì)存儲(chǔ)與查看、生產(chǎn)過程報(bào)表生成與輸出等功能，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)過程的管理、控制全集成綜合自動(dòng)化。JX-300X覆蓋了大型集散控制系統(tǒng)的安全性、冗余功能、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能、集成的用戶界面與信息存取功能，回路控制等常規(guī)DCS功能。還具有高速數(shù)字量處理、高速順序事件記錄（SOE）、可編程邏輯控制等特殊功能；它不僅提供了功能塊圖（

35、SCFBD）、梯形圖（SCLD）等直觀圖形組態(tài)工具，又為用戶提供了開發(fā)復(fù)雜高級(jí)控制算法的類C語(yǔ)言編程環(huán)境SCX，系統(tǒng)規(guī)模變換靈活，可以實(shí)現(xiàn)從一個(gè)單元的過程控制，到全廠圍的自動(dòng)化集成。JX-300X控制站以先進(jìn)微控制器（30MHZ PhilipsP51XA）為核心，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和控制品質(zhì)，系統(tǒng)能完成各種先進(jìn)控制算法：過程管理級(jí)采用高性能CPU的主機(jī)和WINDOW95的多任務(wù)操作系統(tǒng)，以適合集散控制系統(tǒng)良好的操作環(huán)境和管理任務(wù)的多樣化；過程控制網(wǎng)絡(luò)采用雙重化的Ethernet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使過程控制級(jí)能高速安全的協(xié)調(diào)工作，做到真正的分散和集中。3.2.2 JX-300X系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)JX-300

36、X系統(tǒng)具有三級(jí)分層結(jié)構(gòu)，使用不同的網(wǎng)絡(luò)，有效的提高了通信的效率，降低了通信的負(fù)荷。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可提供標(biāo)準(zhǔn)的GSM時(shí)鐘系統(tǒng)，保證網(wǎng)絡(luò)總線上各站時(shí)鐘同步。如圖3.3是JX-300X的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。5圖3.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖在圖中三層網(wǎng)絡(luò)分別為Ethernet、SCNETII和控制站部的I/O控制總線，稱為SBUS。信息管理網(wǎng)（Ethernet）采用以太網(wǎng)絡(luò)，用于工廠級(jí)的信息傳送和管理，是實(shí)現(xiàn)全廠綜合管理的信息通道。該網(wǎng)絡(luò)通過在多功能（MFS）上安裝雙重網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)接的方法，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息管理網(wǎng)與SCNETII過程控制網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)間橋接，以獲取進(jìn)行JX-300X集散控制系統(tǒng)中過程參數(shù)和系統(tǒng)的運(yùn)行信息，同時(shí)

37、也向下傳送上層管理計(jì)算機(jī)的調(diào)度指令和生產(chǎn)指導(dǎo)信息。管理網(wǎng)采用大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)信息共享，并可將各個(gè)裝置的控制系統(tǒng)連如企業(yè)信息管理網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠級(jí)的綜合管理、調(diào)度、統(tǒng)計(jì)、決策等。信息管理網(wǎng)絡(luò)的基本特性：拓?fù)湟?guī)：總線結(jié)構(gòu)，或者星形結(jié)構(gòu)；傳輸方式：曼徹斯特編碼方式；通訊控制：符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；通訊速率：10Mbps 、100Mbps 、1Gbps等；網(wǎng)上站數(shù)：最大1024個(gè)；通訊介質(zhì)：雙絞線(星形連接)，50歐姆細(xì)同軸電纜、50歐姆粗同軸電纜(總線形連接,帶總端匹配器)，光纖等；通訊距離：最大10KM；JX-300X采用了雙高速冗余以太網(wǎng)SCNETII作為過程控制

38、網(wǎng)絡(luò)。它直接連接了系統(tǒng)的控制站、操作站、工程師站、通訊接口單元等，是傳送過程控制實(shí)時(shí)信息的通道，具有很高的實(shí)時(shí)性和可靠性，通過掛接網(wǎng)橋，SCNETII可以與上層的信息管理網(wǎng)或其它廠家設(shè)備連接。過程控制網(wǎng)絡(luò)SCNETII是在10base Ethernet基礎(chǔ)上開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各節(jié)點(diǎn)的通訊接口均采用了專用的以太網(wǎng)控制器，數(shù)據(jù)傳輸遵循TCP/IP和UDP/IP協(xié)議。根據(jù)過程控制系統(tǒng)的要求和以太網(wǎng)的負(fù)載特性，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受到了一定的限制，基本性能指標(biāo)如下：拓?fù)湟?guī)：總線形結(jié)構(gòu)，或星形結(jié)構(gòu)；傳送方式：曼徹斯特編碼方式；通訊控制：符合TCP/IP和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；通訊速率：10Mbps；節(jié)點(diǎn)容量：最

39、多15個(gè)控制站，32個(gè)操作站、工程師站和多功能站；通訊介質(zhì)：雙絞線，50歐姆細(xì)同軸電纜、50歐姆粗同軸電纜、光纜；通訊距離：最大10Km。SCNETII網(wǎng)絡(luò)采用雙重化冗余結(jié)構(gòu)，如圖3.4所示：圖3.4 SCNET網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖在其中任一條通訊線發(fā)生故障的情況下，通訊網(wǎng)絡(luò)仍保持正常的數(shù)據(jù)傳輸。SCNETII的通訊介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)控制器、驅(qū)動(dòng)接口等均可冗余配置，在冗余配置的情況下，發(fā)送站點(diǎn)對(duì)傳送通道故障判斷、擁擠情況判斷等處理；若校驗(yàn)結(jié)果正確，按時(shí)間順序等方法擇優(yōu)獲取冗余的兩個(gè)數(shù)據(jù)包中的一個(gè)，而濾去重復(fù)和錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)包。而當(dāng)某一條信息通道出現(xiàn)故障，另一條信息通道將負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)通訊任務(wù)，使通訊仍然暢通。對(duì)于數(shù)據(jù)

40、傳輸，除專用控制器所有的循環(huán)冗余校驗(yàn)、命令/響應(yīng)超時(shí)檢查、載波丟失檢查、沖突檢測(cè)與自動(dòng)重發(fā)等功能外，應(yīng)用層軟件還提供路由控制、流量控制、差錯(cuò)控制、自動(dòng)重發(fā)（對(duì)于物理層無法檢測(cè)的數(shù)據(jù)丟失）、報(bào)文傳輸時(shí)間順序檢查等功能，保證了網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)特性，使響應(yīng)時(shí)間小于1秒。在保證高速可靠傳輸過程基礎(chǔ)上，SCNETII還具有完善的在線實(shí)時(shí)診斷、差錯(cuò)、糾錯(cuò)等手段。系統(tǒng)配有SCNETII網(wǎng)絡(luò)診斷軟件，容覆蓋了網(wǎng)絡(luò)上每一個(gè)站點(diǎn)（操作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、工程師站、控制站、數(shù)據(jù)采集站等）、每一個(gè)冗余端口（0#和1#）、每個(gè)部件（HUB、網(wǎng)絡(luò)控制器、傳輸介質(zhì)等），網(wǎng)絡(luò)各組成部分經(jīng)診斷后的故障狀態(tài)被實(shí)時(shí)顯示在操作站上以提醒用戶與

41、時(shí)維護(hù)。103.2.3 JX-300X系統(tǒng)的特點(diǎn)1、分散、獨(dú)立、功能強(qiáng)大的控制站：控制站通過主控制卡、數(shù)據(jù)發(fā)送卡、和多功能智能I/O卡件實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)過程信號(hào)的采集、處理、控制等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求不同，系統(tǒng)配置規(guī)?？梢詮膸讉€(gè)回路、幾十個(gè)信息量到1024個(gè)控制回路，6144個(gè)信息量。2、多功能的協(xié)議轉(zhuǎn)換接口：在JX-300X系統(tǒng)中還增加了與多種現(xiàn)場(chǎng)總線儀表、PLC以與智能儀表通信互連的功能，可方便地完成對(duì)它們的隔離配電、通訊、修改組態(tài)等。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的開放性和互操作性。3、功能強(qiáng)大、簡(jiǎn)單易用組態(tài)工具：JX-300X系統(tǒng)軟件基于中文系統(tǒng)WINDOW95/98/NT開發(fā)，用戶界面友好，所有的命令都化為形象直觀的功

42、能圖標(biāo)，只須用鼠標(biāo)輕松完成操作，使用更方便簡(jiǎn)潔；在加上SC8004B操作員鍵盤的配合，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控快捷方便。4、豐富、實(shí)用、友好的實(shí)時(shí)監(jiān)控界面：實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件AdvanTrol是基于中文WINDOWSNT/95開發(fā)的應(yīng)用軟件，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶界面友好，具有分組顯示、趨勢(shì)圖顯示打印、動(dòng)態(tài)流程、報(bào)警管理、報(bào)表記錄、數(shù)據(jù)存檔、現(xiàn)場(chǎng)控制站遠(yuǎn)程自診斷等監(jiān)控功能。操作員通過豐富靈活的動(dòng)態(tài)畫面，可以方便準(zhǔn)確地完成生產(chǎn)過程的監(jiān)視、操作任務(wù)。5、安全方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、產(chǎn)品多元化、正規(guī)化：JX-300X立足國(guó)過程控制的要求，運(yùn)用當(dāng)今世界的先進(jìn)技術(shù)，能簡(jiǎn)單、方便得地完成整個(gè)工廠的控制、管理系統(tǒng)

43、的集成。第四章 DCS在電解鋁煙氣凈化中的應(yīng)用4.1 JX-300X在電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)中的配置將集散控制系統(tǒng)應(yīng)用于電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)計(jì)、I/O清單的設(shè)計(jì)、工藝控制回路的設(shè)計(jì)、連鎖邏輯的設(shè)計(jì)以與操作畫面的設(shè)計(jì)。根據(jù)對(duì)JX-300X系統(tǒng)的掌握和對(duì)電解鋁煙氣凈化工藝的了解，我們利用JX-300X系統(tǒng)工具，創(chuàng)建工程，并做如下配置：系統(tǒng)配置了一個(gè)操作站和一個(gè)控制站，其中操作站兼做工程師站，在JX-300X中操作站組態(tài)是對(duì)系統(tǒng)操作站上操作畫面組態(tài)，是面向操作人員的PC操作平臺(tái)的定義。本設(shè)計(jì)需要控制的變量有如圖4.1：圖4.1 系統(tǒng)變量數(shù)據(jù)圖4.2 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)操作畫面的設(shè)

44、計(jì)1、煙氣凈化系統(tǒng)操作畫面的設(shè)計(jì)是在操作站下完成，操作站具有豐富的畫面和顯示窗口，并提供文字、圖象和各種動(dòng)態(tài)綜合信息。操作站可以顯示和繪制各種畫面，如控制組畫面、系統(tǒng)總貌畫面、流程圖畫面以與操作畫面等。本次設(shè)計(jì)的開始就是通過熟悉電解鋁凈化系統(tǒng)的工藝要求和掌握J(rèn)X-300X操作站的畫圖工具，繪制出電解鋁凈化系統(tǒng)的總貌流程圖。如圖4.2所示。圖4.2 系統(tǒng)總貌圖設(shè)計(jì)中排煙機(jī)的溫度控制、布袋除塵器的各個(gè)電機(jī)的控制、載氟氧化鋁的物位控制、新鮮氧化鋁的物位控制以與出口煙氣壓力的控制是本次設(shè)計(jì)的主要容。下面通過畫面來說明一下關(guān)于排煙機(jī)的溫度控制過程，如圖4.3所示：圖4.3 排煙機(jī)正常工作狀態(tài)圖當(dāng)排煙機(jī)溫

45、度高于135時(shí)，排煙機(jī)發(fā)生跳變，進(jìn)行降溫。下圖為降溫過程中跳變后的電機(jī)。圖4.4 跳閘后進(jìn)行降溫的排煙機(jī)本次電解鋁凈化系統(tǒng)采用干法凈化工藝流程，其工作過程是從電解槽出來的煙氣進(jìn)入VRI反應(yīng)器中，通過與VRI中的氧化鋁反應(yīng)起到除掉煙氣中的有害氣體的作用。然后從VRI反應(yīng)器中出來的氣體直接進(jìn)入布袋除塵器中進(jìn)行除塵，除去煙氣中的載氟氧化鋁。通過對(duì)布袋除塵器中前后氣體差壓的控制將煙氣排出。圖4.5排煙機(jī)溫度控制的組態(tài)圖圖4.6為排煙機(jī)溫度超過上限時(shí)候的報(bào)警組態(tài)圖圖4.6排煙機(jī)溫度超過上限時(shí)候的報(bào)警組態(tài)圖出口煙氣有三個(gè)量需要測(cè)量：分別為排煙機(jī)溫度，出口煙氣壓力，出口煙氣溫度。其中出口溫度不需要控制，但出

46、口壓力需要控制，為了保證煙氣凈化過程順暢進(jìn)行，因?yàn)楫?dāng)外壓差太大時(shí)，布袋除塵器中的煙氣沒有被除掉，就會(huì)被直接吸出，影響凈化效果。壓力有一定的設(shè)定值，當(dāng)壓力超出這個(gè)設(shè)定值時(shí)，通過調(diào)節(jié)檔板開度，來調(diào)節(jié)壓力。布袋除塵器的控制過程需要測(cè)量的量有進(jìn)出布袋除塵器的前后差壓，當(dāng)進(jìn)出口差壓達(dá)到上限值，開始進(jìn)行反吹。下面為布袋除塵器組態(tài)圖（如圖4.7）圖4.7 布袋除塵器組態(tài)圖本系統(tǒng)中載氟氧化鋁貯倉(cāng)物位和新鮮氧化鋁貯倉(cāng)物位的控制也是一個(gè)很重要系統(tǒng)，系統(tǒng)中分別設(shè)定了上限報(bào)警和下限報(bào)警，當(dāng)測(cè)量值高于上限設(shè)定值時(shí)候，產(chǎn)生上限報(bào)警，當(dāng)測(cè)量值低于下限設(shè)定值時(shí)產(chǎn)生下限報(bào)警。 貯倉(cāng)物位的控制好壞直接影響到煙氣凈化的效果。因此是

47、致關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。如圖4.8位貯倉(cāng)的物位控制過程。圖4.8氧化鋁貯倉(cāng)物位組態(tài)圖載氟氧化鋁貯倉(cāng)為出料系統(tǒng)，在VRI反應(yīng)器中跟一次煙氣反應(yīng)完的氧化鋁隨同凈化后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器，經(jīng)過布袋除塵器的過濾一部分返回VRI反應(yīng)器中再此循環(huán)使用，另一部分進(jìn)入載氟氧化鋁貯倉(cāng)，通過管道送至電解槽。一般情況下，只有1#閥門打開，當(dāng)系統(tǒng)的物位高于上限時(shí)，同時(shí)打開2#閥門，當(dāng)系統(tǒng)低于下限時(shí)關(guān)閉2#閥門。新鮮氧化鋁貯倉(cāng)為進(jìn)料系統(tǒng)，新鮮氧化鋁的貯倉(cāng)是為VRI反應(yīng)器提供新鮮氧化鋁的，圖中的1#和2#閥門都是控制進(jìn)料管道的。一般情況下，只有1#閥門打開，當(dāng)系統(tǒng)的物位高于上限時(shí)，同時(shí)打開2#閥門，當(dāng)系統(tǒng)低于下限時(shí)關(guān)閉2#閥

48、門。下面分別為設(shè)計(jì)中的溫度、壓力、物位報(bào)警圖。進(jìn)行監(jiān)視的溫度主要有1#排煙機(jī)溫度，2#排煙機(jī)溫度，反吹風(fēng)機(jī)溫度，噴吹風(fēng)機(jī)的溫度。壓力主要有1號(hào)管道出口煙氣壓力，2號(hào)管道出口煙氣壓力，還有布袋除塵器的前后差壓。物位主要有載氟氧化鋁貯倉(cāng)的物位和新鮮氧化鋁貯倉(cāng)的物位。 圖4.9溫度監(jiān)視與報(bào)警畫面圖4.10壓力監(jiān)視與報(bào)警畫面圖4.11 物位監(jiān)視與報(bào)警畫面4.3 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)I/O點(diǎn)的定義完成系統(tǒng)流程圖的繪制，看到的只是一個(gè)骨架。要想系統(tǒng)能夠運(yùn)行起來，還得給它賦予控制思想，控制站就可以完成這些功能。本設(shè)計(jì)選擇組態(tài)軟件為MCGS軟件，I/O點(diǎn)通過與運(yùn)行策略連接將所測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)（如溫度、壓力、流量、物位

49、等）動(dòng)態(tài)的顯示在流程圖畫面上的。本設(shè)計(jì)共選取了15個(gè)模擬量輸入點(diǎn)，15個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，10個(gè)冗余點(diǎn)。采取了3:1的冗余法。共是選擇了40個(gè)點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)選取得I/O點(diǎn)如下圖所示：4.12 模擬入壓力、溫度、物位的選取4.13 模擬入溫度、流量的選取4.14 DO選取4.15 DO選取4.4 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)功能連接硬件點(diǎn)選取和定義完畢之后，接下來就是完成與運(yùn)行策略的連接，運(yùn)行策略模塊就是使所選硬件點(diǎn)能夠正常運(yùn)行，完成其自己的功能重要環(huán)節(jié)之一。如圖4.16所示。圖4.16 運(yùn)行策略組態(tài)在運(yùn)行策略模塊中打開循環(huán)策略，進(jìn)行新建策略行，然后在工具箱中選擇腳本程序進(jìn)行編譯，如圖4.17所示。圖4.17

50、腳本程序預(yù)覽下面為控制過程的流程圖設(shè)計(jì)：主程序流程圖（圖4.18）圖4.18 主要程序流程圖排煙機(jī)溫度控制（如圖4.19）圖4.19排煙機(jī)溫度控制流程圖排煙氣溫度控制程序調(diào)節(jié)如下：IF 排煙機(jī)溫度1<=100 THEN 排水閥1=20ELSE IF 排煙機(jī)溫度1<=120 THEN 排水閥1 = 50ELSE IF 排煙機(jī)溫度1<=135 THEN 排水閥1 = 100ELSE 排煙機(jī)=0ENDIFENDIFENDIF出口壓力控制（如圖4.20）圖4.20 出口壓力控制程序流程圖出口煙氣壓力控制程序調(diào)節(jié)：IF 出口煙氣壓力<=4000 THEN IF 排煙機(jī)=1 THE

51、N煙氣擋板=20ELSE 煙氣擋板=50ENDIFELSE IF 排煙機(jī)=1 THEN 煙氣擋板= 50ELSE 煙氣擋板=100ENDIFENDIF布袋除塵器前后差壓控制：（如圖4.21）圖4.21布袋除塵器差壓控制程序流程圖布袋除塵器前后差壓控制程序調(diào)節(jié)：IF 布袋除塵器前后差壓 <=4000 THEN IF 反吹風(fēng)機(jī)溫度 <= 100 THEN 反吹風(fēng)機(jī)=1ELSE 反吹風(fēng)機(jī)=0空氣壓縮罐=1ENDIFENDIFIF布袋除塵器前后差壓 >4000 AND 布袋除塵器前后差壓 <= 6000 THENIF 噴吹風(fēng)機(jī)溫度 <= 110 THEN 噴吹風(fēng)機(jī)=1EL

52、SE 噴吹風(fēng)機(jī)=0空氣壓縮罐=1ENDIFENDIFIF布袋除塵器前后差壓 > 6000 THEN反吹風(fēng)機(jī)=1噴吹風(fēng)機(jī)=1空氣壓縮罐=1ENDIF貯倉(cāng)物位控制圖4.22 載氟氧化鋁貯倉(cāng)物位控制載氟氧化鋁貯倉(cāng)物位控制程序調(diào)節(jié)：IF 載氟氧化鋁貯倉(cāng)物位 <= 2 THEN1#出料閥=02#出料閥=0ENDIFIF載氟氧化鋁貯倉(cāng)物位 > 2 AND載氟氧化鋁貯倉(cāng)物位<=8 THEN1#出料閥=12#出料閥=0ENDIFIF載氟氧化鋁貯倉(cāng)物位 > 8 THEN1#出料閥=12#出料閥=1ENDIF圖4.23 新鮮氧化鋁貯倉(cāng)物位控制新鮮氧化鋁貯倉(cāng)物位控制程序調(diào)節(jié)：IF 載氟

53、氧化鋁貯倉(cāng)物位 <= 2 THEN1#出料閥=12#出料閥=1ENDIFIF載氟氧化鋁貯倉(cāng)物位 > 2 AND載氟氧化鋁貯倉(cāng)物位<=8 THEN1#出料閥=12#出料閥=0ENDIFIF載氟氧化鋁貯倉(cāng)物位 > 8 THEN1#出料閥=02#出料閥=0ENDIF所有控制流程圖畫面以與各個(gè)功能連接已經(jīng)全部完成。接下來就是對(duì)系統(tǒng)能否正常實(shí)現(xiàn)各部分的功能進(jìn)行測(cè)試與調(diào)整。虛擬測(cè)試是利用操作站創(chuàng)建仿真的現(xiàn)場(chǎng)控制站代替實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)控制站，實(shí)現(xiàn)模擬測(cè)試功能，在集散控制系統(tǒng)投入實(shí)際操作運(yùn)行之前，對(duì)各組態(tài)器件產(chǎn)生的操作、畫面監(jiān)視和控制功能進(jìn)行檢查、調(diào)試等操作；可以將系統(tǒng)測(cè)試功能與工程師功能并

54、行使用，擴(kuò)大了系統(tǒng)測(cè)試功能的應(yīng)用圍。本次設(shè)計(jì)采用的調(diào)試過程采用虛擬測(cè)試功能。下面對(duì)操作做簡(jiǎn)單介紹。如圖4.24圖4.24 組態(tài)運(yùn)行圖總貌菜單中分別有系統(tǒng)管理、壓力報(bào)警數(shù)據(jù)、溫度報(bào)警數(shù)據(jù)、物位報(bào)警數(shù)據(jù)。通過報(bào)警監(jiān)視可以隨時(shí)觀看報(bào)警數(shù)據(jù)以即時(shí)的進(jìn)行控制各個(gè)參數(shù)。集散控制系統(tǒng)各模塊均安裝在標(biāo)準(zhǔn)的柜，模塊間采用多芯電纜，標(biāo)準(zhǔn)化插件相連，與過程的連接采用規(guī)格化端子板，從控制室到現(xiàn)場(chǎng)總線連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，布線量大大減少。系統(tǒng)的軟硬件均采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，用戶可根據(jù)需求方便的擴(kuò)大和縮小系統(tǒng)的規(guī)模。當(dāng)工藝或生產(chǎn)流程改變時(shí)，只需采用組態(tài)軟件改變某些配置和控制策略就能實(shí)現(xiàn)適合新對(duì)象的控制功能。還可以通過具有彩

55、色高分辨率的CRT顯示器、實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、顯示、打印、信息檢索、報(bào)警等各種菜單功能。豐富畫面和復(fù)合窗口技術(shù)，使操作人員可以監(jiān)視全部生產(chǎn)裝置乃至整個(gè)工廠生產(chǎn)情況。通過對(duì)本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)運(yùn)行和調(diào)試，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的回路控制和連續(xù)的反饋控制。以基本上能夠滿足生產(chǎn)工藝的要求。第五章 電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)的過程檢測(cè)與控制在電解鋁煙氣凈化的過程中，為了有效的進(jìn)行生產(chǎn)操作，就需要對(duì)生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量等）進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并與控制儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)相配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。比如在除塵過程中，對(duì)布袋除塵器前后差壓的控制就是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，若差壓在一定波動(dòng)圍時(shí)，表示系統(tǒng)正常運(yùn)行，當(dāng)差壓過高時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警，自動(dòng)啟動(dòng)反吹風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)前后差壓。如果沒有儀表的檢測(cè)，就不能與時(shí)發(fā)現(xiàn)，有效操作。我們要檢測(cè)生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)，就要選擇合適的測(cè)量?jī)x表，采用正確的檢測(cè)方法進(jìn)行測(cè)量。由于沒有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，下面就將所選用的測(cè)量?jī)x表做一簡(jiǎn)單介紹。5.1 控制系統(tǒng)方框圖介紹控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)就是將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)送到顯示單元和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（本次設(shè)計(jì)選用了角行程