銷售總機
0517-86998326
圖文傳真
0517-86998327
摘 要：目前，國內自動化專業的現場控制對象主要以仿真模型為主，符合工程實踐的理實一體設備幾乎沒有，或不便于大規模的使 用，為了更好地發展職業教育，提高技能水平，向學生提供能夠滿足其職業技能需求的實訓裝置，本文設計了基于 DCS&FCS 的乙醇精 餾生產控制系統，將浙江中控公司的 JX-300XP 系統作為系統實現的硬件平臺，基于以上軟硬件資源設計了乙醇精餾生產控制系統的 整體控制方案，通過 JX-300XP 控制系統對乙醇精餾生產設備進行聯機調試，測試了各項功能，結果表明，系統能夠實時、快速、準確的實現控制需求，驗證了系統的穩定性和可靠性。
引言
國內 DCS 和 FCS 課程的教學依然停留在課堂多媒體教學或者機房仿真軟件實操教學層面， 學生對于實際生產工藝沒有直觀的認識，尤其不能有效的將 DCS 和 FCS 與現場儀表和儀表控制回路有效聯系起來， 針對這一弊端尤其是對于實際的生產過程的控制沒有實物對照 [1]。 基于以上背景， 本文設計了基于DCS&FCS 的乙醇精餾生產控制系統。以實際生產過程為原型，設 計 DCS&FCS 的乙醇精餾生產控制系統，該系統不但可以用于實 訓教學，讓學生體會實際生產環境和工藝，還可以提供教師和現 場工程師進行培訓和技術研究。 該設備完全自主研發，既鍛煉了 教師的知識應用能力， 也可以給學生提供一個更為貼近實際生
產的學習設備[2]。
1 系統硬件設計
“DCS&FCS 生產過程控制實訓裝備”在實際的運行過程中，現場的檢測參數有物位、壓力、流量、溫度、成分等多種參數，現 場儀表對于在現場參數的檢測也是對應著不同型號、不同檢測原理的多樣檢測儀表，所以儀表的選型是一項操作性、理論性較 強的工作，對選型技術人員提出了較高的技術要求，在儀表選型 前檢測儀表的工作原理和儀表傳感器的測量方法要有整體理解 和比較，而后在儀表的整體特性、安裝方式、使用的環境條件以及性價比等方面全面的考慮， 在此基礎上選型出來的檢測儀表 才能適用于工業生產的要求，使用方便安全，性價比較高。 下面 是按照主要的工藝設備對其進行檢測儀表的選型工作。
測量儀表的選擇，選擇與 JX-300XP 控制系統通訊卡件相兼容的測量儀表，通訊卡件分為模擬信號和數字信號，以下的測量儀表選用模擬量輸出信號。
乙醇檢測儀：管線位置 P-10110。工藝條件：介質為乙醇水溶 液，工藝要求操作壓力為 0～0.3MPa，操作溫度為 91.7～120℃，根 據工藝要求，進一步選擇變送器為分體式，測量范圍在 0～20%，精度為±1%，輸出信號為 4～20mA，電源為 24V 外部供電。 檢測儀在使用過程中，根據乙醇的工藝特性，選擇安全防爆的檢測儀， 同時儀表的經濟性較好，根據以上要求，選擇 Multi pro 600A 固 定是氣體檢測儀， 儀表的性能特點是： 采用原裝進口氣體傳感器，使用壽命更長，測量結果穩定、精確，采用嵌入式 32 位超低 功耗微處理器，響應速度快，測量精度高，穩定性和重復性好，整 機符合 EMC 設計標準，超強抗電磁干擾能力，適用于各種復雜 工業現場，多種信號輸出方式，能同時輸出 4～20mA 模擬信號、RS485 數字信號、無線數字信號，全自動溫度、濕度補償技術，測量數據真實有效，配備紅外遙控器。
一體化孔板流量計：位置 P-10103。工藝條件：介質為乙醇水 溶 液 ， 工藝要求操作壓力為 0.2～0.3MPa，操 作溫度為 91.7～120℃，流量正常為 100kg/h，根據工藝要求，進一步選擇變送器為一體式，測量范圍在 0～16kPa，精度為±0.075%，輸出信號為 4～20mA，電源為 24V 外部供電。工藝介質為清潔的乙醇水溶液，流 體在流動過程中不會形成湍流，根據以上要求，選擇 DEC-LG 系 列孔板流量計一體化孔板流量計，儀表的性能特點是：采用傳感器單晶硅智能型，具有良好的測量精度，能進行故障的自診斷，帶通訊接口可通過智能手持器進行量程修改。智能一體化孔板 流量計自帶顯示面板，通過調整可以顯示累計流量、瞬時流量、壓力、溫度。 可進行多種形式的通訊，模擬量通訊和數字量通訊。 魯棒性高，具有良好的測量精度，測量精度可達±0.075%；可持續性好，魯棒性可達 0.1%FS/年；測量zui高壓力可達 40MPa，測量過 程耐高溫、高靜壓影響。
2 JX-300XP 系統硬件組成
“DCS&FCS 生產過程控制實訓裝備”在實際的運行過程中，現場的檢測參數有物位、壓力、流量、溫度、成分等多種參數，現 場儀表對于在現場參數的檢測也是對應著不同型號、不同檢測 原理的多樣檢測儀表，所以儀表的選型是一項操作性、理論性較 強的工作，對選型技術人員提出了較高的技術要求，在儀表選型 前檢測儀表的工作原理和儀表傳感器的測量方法要有整體理解 和比較，而后在儀表的整體特性、安裝方式、使用的環境條件以及性價比等方面全面的考慮，在此基礎上選型出來的檢測儀表 才能適用于工業生產的要求，即使用安全又能性價比高[3]。具體 組成如表 1 示。
3 系統組態設計
3.1 控制站主機設置 根據卡件選擇及卡件數量統計，本項目需要配置 2 個機籠，1 個控制站。 其中主控制卡和數據轉發卡設置冗余。
3.2 輸入輸出信號點組態設置
以電流信號輸入卡 XP313 為例進行描述輸入輸出信號點組 態設置，XP313 上集成有 6 路分組隔離型電流信號 （Ⅱ型或Ⅲ 型）輸入卡。 而且對 6 路變送器提供+24V 隔離配電電源[4]。 在該 卡內部集成了一塊帶 CPU 嵌入式的智能型卡件， 在對現場需要 檢測的物理量例如溫度、壓力、流量和物位等信息以模擬量電流 的形式輸入到板卡上進行信號調理、在進行信號測量的時候，卡 間內部編寫的軟件可以完成自身故障檢測及與主控制卡通信的 功能。
3.3 輸入輸出卡件組態設置 根據本項目的測點清單，進行卡件選擇，并根據規范進行合
理分配，具體如下：
1）信號點在控制站中的分配原則。 在同一控制回路中囊括 的測點必須分配在一個控制站中。 在相同連鎖條件中相應的測 點必須分配在一個控制站中。
2）按照標準測點清單進行信號點分配及測點統計。 如果硬 件資源比較豐富資源多余部分較多， 在同一個控制站中需要留 有幾個空余位置。 防止設計過程中臨時更改方案導致資源不足， 需要保有一定的設備余量（＞5%）。
3）信號點（卡件）分配排列規范。 測點分配卡間位置時，按照 測點類型順序分布排列。具體排布順序：①4～20mA 輸入配電；②熱阻；③熱偶；④4～20mA 輸入不配電；⑤4～20mA 輸出；⑥其他 （特殊卡件如脈沖量卡、SOE 卡等等）；⑦DI；⑧DO。 4）重要的信號處理。 設備上同一個位置上的多個測點，宜被 分配在不同的卡件中。 本項目中的卡件選擇以及具體分配如圖 1 所示。
3.4 算法組態設置
帶跟蹤處理的單回路控制方案組態。 LE_SFLOAT 模塊用于 存儲表質量，對輸入的數據進行比較，如果比較發現較前個輸入值小于等于第二個輸入值，該模塊輸出 ON，如果發現較前個大 于第二個數就輸出 OFF。 EN 和 ENO 能作為附加參數加以設置。
OR_BOOL 模塊主要功能是對輸入值進行邏輯，代表或運算， 然后從輸出值位置輸出運算結果， 該模塊的輸入值的數量有多 個，在用鼠標拖動該模塊的時候會看到多個輸入功能的引腳[5-6]。
ADN_BOOL 模塊代表數字邏輯運算中的與運算， 預算結果 賦值到輸出端，輸入數據數量可以有多個。 該功能塊可以有多個 輸入引腳，當鼠標移到功能塊下端，會出現變化圖標，按住鼠標 左鍵往下拖，此時會根據模塊形狀的大小，出現多個輸入引腳。如圖 2 所示。
JX-300XP 控制系統組態調試做了簡單的研究，為下一步系 統開車做準備。根據調試的一般步驟，系統上電、網絡調試、操作 小組 I/O 點調試、控制方案調試。 通過聯機調試，結果表明，JX-300XP 控制系統達到整體控制要求。
4 結論
本文以基于實際工程環境的自動化實訓裝置的具體需求和 實際問題出發，具體分析了乙醇精餾的工藝過程，采用浙江中控技術有限公司 JX-300XP 型 DCS 集散控制系統為控制手段，開發 出“基于 DCS&FCS 的乙醇精餾控制系統”。 本課題獲得吉林工業 職業技術學院“DCS&FCS 生產過程控制實訓裝置”省財政專項項目支持，系統投入使用后，取得了良好的控制效果和社會效應。
