二硫化碳装置反应炉自动控制系统设计.doc

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1、摘 要二硫化碳在工业生产中是一种重要的化工原料，主要用于化学纤维、玻璃纸、四氯化碳的制造，也可用作油漆和清漆脱膜剂，还可用来制造农药、橡胶助剂、溶剂等。本次设计主要研究了现代化工生产二硫化碳的工艺方法及要求。通过工艺的要求选择控制系统，对生产过程中各个环节实现了有效的控制。主要是对反应物甲烷气和液硫的温度、流量、压力、的整体控制方案进行了研究。文章主要分析了CENTUM CS-1000集散控制系统(DCS)作为主要控制手段。根据控制方案确定了CENTUM CS-1000的内部组态，并对采用的内部仪表、I/O插件的内部连接进行分析；并对控制仪表和检测仪表进行了选择，完成了所设计控制方案功能的实现

2、。关键词：控制系统；CENTUM CS-1000；仪表AbstractCarbon disulfide in industrial production is an important chemical raw material, mainly used in chemical fiber, glass paper, carbon tetrachloride production, can also be used as a paint and varnish remover, can also be used to manufacture pesticides, rubber additiv

3、es, solvents and other.The design study of modern chemical production process and requirements of carbon disulfide Through the technological requirements of control system, the production process each link is effectively controlled Mainly on the reactant gas and liquid sulfur temperature, flow, pres

4、sure, the overall control scheme of the article mainly analyzes the CENTUM CS-1000 distributed control system (DCS) as the primary means of control According to the control scheme of CENTUM CS-1000 internal configuration, and the internal instrumentation, I/O plug internal connection were analyzed;

5、and the control instruments and instrumentation were selected, completed the design of control program to realize the function.Key words: Control System; CENTUM CS-1000； Instrument目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 引言5第2章 工艺流程说明及控制要求62.1工艺流程说明62.2反应装置的任务，原料，干扰，工艺参数及其主要控制点6第3章 二硫化碳反应炉装置控制系统93.1 A-1缓冲罐温度控制系统9

6、3.2甲烷气压力控制系统113.3甲烷气与液硫配料系统123.4反应炉温度控制系统14第4章 集散控制系统及组态174.1集散控制系统的简介174.1.1概述174.1.2集散控制系统的组成与特点174.2 CENTUM CS-1000的介绍184.2.1概述184.2.2 CENTUM CS-1000的组成及其特点184.2.3 CS-1000输入/输出（I/O）连接194.2.4现场控制站（FCS）214.2.5 CENTUM CS-1000内部仪表224.3组态的概述244.3.1A-1温度控制系统组态254.3.2A-201N压力控制系统组态264.3.3反应物进料控制系统组态264.

7、3.4反应炉温度控制系统组态28第5章 控制系统的实施305.1检测仪表的选择305.1.1概述305.1.2检测仪表的选择305.2 调节阀的选择325.2.1概述325.2.2调节阀的选择335.3控制器的选择345.3.1控制器控制规律的选择345.3.2控制器正/反作用的选择35第6章 结论37参考文献38致 谢39附录40附表1 I/O信号和模件箱类型表40附表2 I/O连接信息表41附图1工艺流程图42附图2 控制系统组态图43 44 沈阳工业大学工程学院本科生毕业设计第1章 引言石油化工是推动世界经济发展的支柱产业之一，而二硫化碳是一种重要的化工原料，在人造纤维，玻璃纸，农药，四

8、氯化碳，橡胶，冶金选矿，石油炼制及军工等生产部门都有广泛应用。反应炉是一个非常典型的化工设备，由于工艺、结构等多方面的因素，使反应炉的控制要求很高。本设计的任务是将甲烷气相，与液硫按照一定的工艺要求达到反应要求。国内外现代二硫化碳生产工业发展快速，已成为国民经济重要产业，带动了化工产业、冶金业、制造业、以及现代农业的发展。在提高生产操作、控制、管理水平方面起到极其重要的作用，并取得明显的经济效益而且在经济社会众多领域发挥着积极作用。在本设计中，采用常规的PID控制模块对反应炉装置的局部工艺过程进行控制-流量控制。根据工艺生产的要求，采用双闭环比值控制方案，达到了反应物最大程度利用的目的。第2章

9、 工艺流程说明及控制要求2.1工艺流程说明现代工业二硫化碳生产是以甲烷气和硫磺为原料，为了满足工艺生产要求需要对这两种物料进行控制。（1）对天然气进料的简述天然气来至管线，在进入反应炉时需要对其温度，压力，流量进行控制。首先来至管线的天然气需要进入气体缓冲罐，以便工料充足，在缓冲罐时天然气的压力为0.1MPa。经缓冲罐将天然气送至原料气压缩机，气压力升到1.9MPa，再经原料气冷却罐将其温度变为40摄氏度。然后送到变压吸附装置。最后变压吸附来的高压甲烷气经争气盘管预热到130摄氏度，送进反应炉预热段盘管，其温度上升到400摄氏度2。另外变压吸附后的解吸气（天然气）将会送到燃料气冷却器及燃料气缓

10、冲罐中，然后送至反应炉。在此过程中会经过压缩机将由0.02MPa压力提高到0.25MPa，温度由40摄氏度提到到50摄氏度。燃料气不足由天然气补充。（2）对硫磺进料的简述用液下泵把硫磺由储存槽中提出送到反应炉与预热后的甲烷气混合，液硫会被汽化，并流过35跟盘管，全部温度加热到反应温度进行化学反应。2.2反应装置的任务，原料，干扰，工艺参数及其主要控制点（1）任务：将反应物天然气变按一定工艺要求经变压吸附后的甲烷气与液硫在反应炉中进行化学反应。（2）原料：天然气，硫磺。（3）主要干扰：天然气进料时的温度和压力反应物甲烷气与液硫反应时的流量燃料气的温度（4）主要工艺参数天然气进料时的温度 40天然

11、气进料时的压力 1.9MPa燃料气的温度 50燃料气的压力 0.25MPa（5）主要控制点本设计的主要测量点有：原料气缓冲罐A-1出口温度控制，燃料气缓冲罐H-2出口压力控制，反应炉温度控制，反应炉进料时甲烷气与液硫流量的比值控制。 原料气缓冲罐的温度及压力均采用单回路控制，燃料气缓冲罐的温度及压力采用串级控制，反应炉进料流量采用双闭环比值控制。控制系统图见附录3.F-201N工艺流程图如图2-1所示硫至F-201N变压吸附AIM缓天然气缓冲罐至绝热反应罐原料气压缩机M燃料气缓冲罐燃料气压缩机图2-1 工艺流程简图 第3章 二硫化碳反应炉装置控制系统本次二硫化碳反应装置采用了四个控制系统，分别

12、是两个单回路控制系统分别控制天然气的温度和压力，一个串及控制系统控制进入反应炉燃料气的温度和压力，一个双闭环比值控制系统用于控制两种反应物甲烷气和液硫的流量比值。各个系统有机的结合起来满足工艺要求。3.1 A-1缓冲罐温度控制系统压力为0.19MPa（G）的天然气由界区外的总管送至天然气缓冲罐V0101中，经过缓冲后送原料气压缩机K-1AB、K-1CN将压力提高至1.9MPa（G），经原料气冷却器H-1R及原料气缓冲罐A-1缓冲后（温度40摄氏度，压力位1.9MPa（G）送到变压吸附装置3。变压吸附装置的成品气（甲烷气）送至F-201N反应炉。控制系统原理图见图3-1。在此采用单回路控制系统，

13、此控制系统中被控变量为温度，操纵变量为天然气流量。在原料气缓冲罐A-1出口设有低压报警和高温报警。当有干扰情况纯在使得实际温度高于给定值40摄氏度时，控制器将感受到正偏差，控制器为反作用，其输出减小，同时压力调节阀PV-1504N为气闭式，此时会自动开启。这样将甲烷气体分流经管道送入原料气压缩机K-1A/B,K-1CN重新压缩，入原料气冷却器H-1R重新冷却。当A-1出口的甲烷气满足工艺要求后，压力阀PV-1504N自动关闭。系统图如图3-1所示：至变压吸附WCWCA -1缓冲罐自V010MTICTEM图3-1 A-1温度控制系统原理图A-1温度控制系统方块图如图3-2所示：给定温度管道温度控

14、制器控制阀+F1-温度测量原件及变送器图3-2 A-1温度控制系统方块图3.2甲烷气压力控制系统变压吸附后解吸气（燃料气）温度40摄氏度，压力为0.02MPa（G）至燃料气压缩机K-2A/B将压力提高至0.25MPa(G)，经过燃料气冷却器H-2送至反应炉F-201N.燃料气不足部分由天然气补充。燃料气缓冲罐A-2出口设有压力控制器。在此采用单回路控制系统，被控变量使出口压力，操纵变量为天然气流量。当出口压力超过给定值0.25MPa时，控制器将感受到正偏差，控制器为反作用，其输出减小，同时由于压力调节阀为气闭式自动开启压力阀PV-011104，将燃料气分流经管道松土燃料气压缩机K-2A/B重新

15、压缩，当A-2出口的燃甲烷气满足工艺要求后，压力阀PV-01110自动关闭。控制系统图如图3-3所示：WC至F-201NWCPICPTA -2缓冲罐变压吸附M图3-3 A-2压力控制系统原理图压力控制系统方块图如图3-4所示：压力给定+管道控制阀压力控制器F1-压力测量原件及变送器图3-4 压力控制系统方块图3.3甲烷气与液硫配料系统由变压吸附来的高压甲烷气经过蒸汽盘管预热到130摄氏度后，进入F-201N预热段盘管由130摄氏度加热到400摄氏度，以防止温度比硫熔点低的气体与液硫接触。为了实现反应物甲烷气和液硫按照一定比例反应在反应炉F-201N入料口设计双闭环比值控制系统，比值调节器F-2

16、111N控制甲烷气的流量，液硫流量随甲烷气的流量变化，从而实现比值恒定。 用液下泵P-2A/B把液流从T-3槽送到F-201N与预热后的甲烷混合，液硫被汽化，并流过35根盘管，全部物流加热到反应温度进行化学反应，所需的热量由燃气管送至F-201N燃烧室的辐射烧嘴提供，并通过压力调节阀F-2108N、F-2109N、P-2110N来控制燃料气的流量，进而控制反应温度。通过启动自动流量调节阀FV-2111N来控制甲烷气与硫的比值恒定。液硫量由流量调节阀FV-2109N来控制。因此在这里采用比值控制，从而更好的控制两种反应物的流量。控制系统图见下图3-5。为了实现反应物甲烷气和液硫按照一定比例反应在

17、反应炉F-201N入料口设计双闭环比值控制系统，由于主流量（甲烷气）控制回路的纯在，实现了主流量定值的控制，大大地克服了主流量干扰的影响，使得主流量比较平稳，通过比值控制副流量（液硫）也将比较平稳。这样不仅实现了比较精确的流量比值，而且确保了两物料总量基本不变，这是它的主要特点。两外一个特点是提降负荷比较方便，只要缓缓的改变主流量控制器的给定值，就可以提降主流量，同时副流量也会跟随提降，并保持两者比值不变。此控制系统可以分为两个单回路，比值调节器F-2111N控制甲烷气的流量。液硫流量由流量调节阀FV-2109N来控制。因此在这里采用比值控制，从而更好的控制两种反应物的流量5。在主流量受到干扰

18、作用开始，到重新稳定在给定值这段时间内发挥作用。因为这段时间内的动态比值要求不高，在此可以采用两个单回路控制系统分别稳定主、副流量，也能保证他们之间的比值当主流量受到干扰使得甲烷气输出增大时（比如入口阀突然开大了），控制器将会感受到正偏差，控制器的输出减小，调节阀采用气开式从而关小，使得甲烷气流量从新稳定，同时由于比值控制系统的存在，副流量也会跟踪主流量变化减小。在采用双闭环比制控制方案时，尚需防止共振的产生。因主、副流量控制回路通过比值计算装置相互联系着，当主流量进行定值调节后，它变化的幅值肯定大大减小，但变化的频率往往会加快，使负流量的给定值经常处于变化之中，当它的频率和副流量回路的工作频

19、率接近时，有可能引起共振，使副回路失去控制以致系统无法投入运行6。在此情况下，对主流量控制器的参数整定应尽量保证其输出为非周期变化，以防止产生共振。控制系统如图3-5所示：FICrUFIC硫管线F-201N甲烷气图3-5 反应物流量控制系统原理图给定 +反应物流量控制系统方块图如图3-6所示：控制阀主控制器流量主对象测量变送流量K副控制器控制阀副对象测量变送图3-6 反应物流量的控制系统方块图3.4反应炉温度控制系统进入反应炉的燃气料（天然气）其进入时要求温度为50摄氏度压力为0.25MPa。为了让反应温度满足工艺要求，需要在对燃料气缓冲罐的出口温度进行控制，其温度控制由F-201N出口管的温

20、度控制器TE-2109N来实现，同时为了克服出口管压力的干扰，采用串级控制系统。它是将两个控制阀合成一个，用温度控制器的输出作为流量控制器的给定值，二用后者的输出去控制控制阀。控制系统见下图3-7。前面已经介绍采用反应炉出口温度作为被控变量，燃料气出口压力作为操纵变量若采用单回路控制系统，由于控制通道的时间常数较大，温度的容量滞后较大，系统的控制作用不及时，克服的扰动能力差，不能使加热炉出口温度达到工艺要求。所以采用图3-1所示的串级控制系统。用炉出口温度控制器的输出作为燃料气出口压力控制器的给定值，用燃气料出口压力控制器的输入去控制控制阀。因为我们的目的是为了维持炉出口温度的稳定，从而保证炉

21、内产品质量，而燃气料出口压力恒定并不是目的，所以其压力的大小是允许改变的。串级控制不仅具有单回路控制系统的全部功能，还具有许多单回路控制所没有的优点。例如：发生在副回路内部的干扰通常在它影响到主被控变量之前，就由副控制器消除其影响了，因而对这类干扰具有较强的稳定作用。再者，副回路可以按主回路的需要对质量流向或能量流向实施精确的控制。因此，串级控制系统的控制质量一般比单回路控制系统好7。副环干扰的影响，当管道压力突然增大，燃气罐的输出增大，使得反应炉的温度上升，由于容量滞后，温度控制器感受的温度不会立刻变化，使得压力控制器的给定值没变。此时压力控制器感受到了流量的变化并将这一信号送给压力控制器，

22、由于给定值不变，测量信号变大，因此它感受的是正偏差，由于压力控制器的反作用，其输出减小，控制阀为气开式也要关小，使得流量变小。主环干扰的影响，当反应炉进料增多时，再热装置没有变化是，反应炉温度会下降，温度控制器感受负偏差，由于反作用输出增大，此时压力控制器的给定值增大，而它的测量值暂时没有变化，于是压力控制器会感受到负偏差，压力控制器输出增大，调节阀也会开大，燃料罐的输出增大使得反应炉温度上升，直到回到给定值为止。主环和副环同时有干扰，要分两种情况讨论。一种是副环干扰使燃料流量增大，主环干扰使反应炉温度降低。一种是副环干扰使流量增大，主环干扰使温度升高。第一种情况发生时，由于流量控制器的测量值

23、和给定值都在同时增大，其偏差信号的大小和符号由两者增大的数值决定。如果数值相等，则偏差等于零，流量控制器的输出将维持原来的大小不变，因此控制阀的开度不变；如果给定值增大的数值大，则偏差为负，控制器的输出将增大，控制阀开度将增加；如果给定值增加的少，偏差为正，流量控制器的输出减小，控制阀开度变小。对于第二种情况，在主环作用下，反应炉温度升高，温度控制器感受正偏差，其输出将下降，即流量控制器的给定值变小。此时，副环干扰使流量增大，流量控制器的测量值将增大。将主，副环综合起来考虑，这时流量控制器将感受到比较大的正偏差输入信号，于是它将大幅度的关小控制阀8。控制方案如图3-7所示：F-201N绝热反应

24、罐TICPIC来至燃料气缓冲罐F1图3-7 反应炉温度控制系统原理图温度反应炉温度控制系统方块图如图3-8所示:温度控制器温度对象压力对象控制阀压力控制器给定压力变送器温度变送器图3-8 反应炉温度控制方案系统图第4章 集散控制系统及组态4.1集散控制系统的简介4.1.1概述散控制系统是过程工业自动化控制技术发展史上划时代的进步，它以发展成为工业过程自动控制的主流。集散控制系统结合了常规控制的危险分散以及计算机集中控制系统的集中操作管理的优点，弥补了前者的难于集中操作管理和后者危险集中的缺点，是一种先进的控制工具。它是以微处理为核心，把微型计算机，工业控制计算机，数据通讯系统，显示装置，过程通

25、道，模拟仪表有机的结合起来，采用组合组装式结构组成系统。为实现工业大系统的综合自动化创造了条件。4.1.2集散控制系统的组成与特点（1）集散控制系统的组成过程输入/输出接口单元 又叫数据采集站，监视站等，是为生产过程中的非控制变量设置的数据采集装置它不但能完成数据采集产预处理，还可以对实时数据做出进一步加工处理供CRT操作站显示和打印实现开环监视。程控制单元又叫控制器。控制站等，是DCS的核心部分，对生产过程进行闭环控制，可控制数个至数十个回路还可进行批量（顺序）控制。CRT操作站是DCS的人-机接口装置，除了监视操作。打印报表外，系统的组态，编程也在操作站上进行。高速数据通路 又叫高速通信总

26、线，大道，公路等，是一种具有高速通信能力的信息总线，一般采用双绞线同轴电缆或光导纤维构成。（2）集散控制系统的特点自律性极强的单元结构完善的控制功能 现代集散控制系统的控制单元具有连续，离散，批量控制功能，可以实现高级控制。统领全局的窗口功能（3）集散控制系统的窗口功能是指CRT操作站一人机接口功能。局部网络通讯技术极强的管理能力高可靠性系统现代集散系统中广泛采用了冗余技术，容错技术。因此，可靠性极高，各单元都具有自诊断，自检查，自修理功能。系统接线灵活，扩展方便集散系统多用模块，模件结构，可以灵活组建系统 9。4.2 CENTUM CS-1000的介绍4.2.1概述随着市场竞争的日益激烈，以

27、及仪表计算机技术的不断发展，用户对于DCS系统的性能价格比以及产品的开放性的要求不断的提高，基于此YOKOGAWA在97年9月推出了一套新型的DCS-CS1000系统，该系统采用通用PC机作为操作平台（HIS），WINDOW NT 4.0为操作系统，自该系统推出以来受到了用户的广泛关注，CS1000可以最大限度的满足用户的需求， CENTUM CS1000主要用于石化、食品、医药、冶金等行业，适用于中小规模控制对象的系统4.2.2 CENTUM CS-1000的组成及其特点（1）CENTUM CS-1000 系统的组成横河电机CENTUM CS-1000集散控制系统是横河公司开发生产的新一代集

28、散型控制系统（DCS）的代表。它是一个结构真正开放的系统。 CENTUM CS-1000是由以下元件所组成的：1.Human Interface Station (HIS) 人机接口站人机接口站是利用图形窗口对生产过程进行操作监视。2.Field Control Station (FCS) 现场控制站。现场控制站是用于过程信号处理，完成模拟量调节、顺序控制、逻辑运算等实时控制运算功能，并负责管理和子系统的通讯。 3.Bus Converter (BCV)总线转换器总线转换器可简单地将CS1000的VL网络和XL系统的RL网络连接，以便系统间的通讯。4.Communication Gateway

29、 Unit (CGW)通讯网关通讯网关可用于连接以太网和VL网。5.外围设备外围设备包括光纤重复器，以及总线重复器（VL网络）。6.VL 控制总线VL 控制总线用于进行操作监视及信息交换的双重化实时控制网络。（2）CENTUM CS-1000系统特点1. 高效的工程化方法2.开放的网络结构3. 高可靠性4.2.3 CS-1000输入/输出（I/O）连接（1）连接形式CENTUM CS-1000集散控制系统的常规控制功能、顺序控制功能、运算控制功能和批量控制功能等的实现，是通过各个I/O模件与功能模块之间，各个功能模块之间，以及各个功能模块与各种信息之间的输入/输出连接，即所谓的“软连接”来完成

30、。输入/输出连接就是确定各功能模块每个I/O端的连接目标和连接方法，通过I/O的连接实现功能模块与连接目标之间的数据交换。功能模块I/O端子的连接方法也有三种形式，即数据连接、端子间连接、顺控连接。（2）输入/输出（I/O）连接方法将各种模块I/O端上变量值指定为模块I/O端的连接目标，过程I/O、软件I/O或另一模块数据都可作为其变量值，以此来改变连接目标上的变量值和变量状态，这种数据连接方法在控制系统中应用很广泛。从连接目标上读入（输入）的数据称之为数据参照；而将功能模块输出端的数据写入连接目标上，则称为数据设定。数据连接从图3-1可知，由输入模件读入到PID模块输入端IN，称之为过程输入

31、，属于数据参照连接方法；而从PID模块输出端OUT写到输出模块，称之为过程输出，属于数据设定连接方法。图 4-1 过程I/O的数据连接过程I/O端子编号由下列符号组成：%Z 01 U S CC%Z：过程通道（系统自动生成）01：单元号（编号自生成）U：槽箱号（15）S：卡槽号（12）CC：端子号（0116）端子间连接在串级控制中，上支流模块（PID）的OUT端与下支流（PID）模块的SET端子相连，作为下支流（PID）模块的串级外给定（CSV），称之为端子连接。顺控连接顺控连接是顺序控制采用的I/O连接方法，除顺序控制模块外，在常规控制以及算术逻辑运算功能中也应用顺控连接。4.2.4现场控制站

32、（FCS）（1）现场控制站的功能、构成及其特点现场控制站的功能现场控制站的功能是实现生产过程的控制功能。包括反馈控制、顺序控制、运算功能、通讯功能，将这些功能结合使用就可以实现高级功能。现场控制站的特点FCS是新一代的控制站，包括过程控制系统，计算机系统和批处理控制系统。FCS的控制功能和硬件特点如下：由“备用冗余”系统实现的，可以允许其存在一定的误差。远程输入输出单元减少了现场电缆数目。对比于这一常规系统，适用能力和计算能力都成倍的提高了。批粗豪里功能遵从ISASP88标准。现场控制站的硬件构成微处理器单元：CPU实现各种控制运算。电源单元:接受电源分配卡的特定电源得到直流电压分配到不同的I

33、/O单元。电源分配卡：接受电源输入端的特定电源。Vlnet连接器单元：对Vlnet信号隔离。电池单元：当电源掉电时，保存CPU内存中的数据。I/O模件单元：插入不同的I/O模件，处理过程模拟信号，数字信号。（2）FCS的输入输出模件I/O模件箱每个箱可以安装2个模件，共有5种分别是AMN11 模拟I/O模件箱AMN21 继电器型I/O模件箱AMN31 端子型I/O模件箱AMN32 连接型（插座型）I/O模件箱AMN33 通讯模件箱AMN34 多点模拟I/O模件箱AMN51 通讯卡箱I/O模件共有5类I/O模件。分别是模拟I/O模件、继电器I/O模件、多点I/O模件、数字I/O模件、通讯模件。常

34、用I/O模件（见表3-1所示）AAM11：把15V的电压信号或420mA电流信号转换成现场控制能接受的输入信号。AAM21：毫伏信号、热电阻、热电偶信号的输入卡件。AAM51：把现场控制站输出转换为15V的电压信号或420mA电流信号作为CS-1000系统的输出信号，控制现场的执行机构。4.2.5 CENTUM CS-1000内部仪表（1）常规控制功能常规控制功能的实现是通过对常规控制模块的组合完成。常规控制功能模块是由一系列固化在ROM中的标准子程序组成，具有与常规模拟仪表相同或更完善的各种功能，称之为“软仪表”或“内部仪表”，通过对这些功能模块的虚拟信号端子（IN、OUT、SET和SUB）

35、组态，实现从一般简单控制到高级复杂控制在内的各种控制方案，满足不同的生产过程控制要求。常规控制功能分为九大类，即输入指示类、控制器类、手操器类、信号设定类、信号限幅类、信号选择器类、脉冲计数类、信号分配器类和报警器类。（2）标准通用功能标准通用功能可分为输入信号转换功能、控制运算处理功能、输出处理功能和报警处理功能。输入信号处理功能包括输入信号转换功能、数字滤波功能、积算功能、校准功能。控制运算处理功能包括非线性增益功能、控制输出功能、积分限幅功能、无扰动切换功能。输出处理功能包括输出限幅功能、输出变化率限幅功能、输出信号切换功能。报警处理功能包括报警检测功能和报警通告功能。（3）常规控制功能

36、模块的构成此控制功能模块一般有10个外部虚拟端子，即IN，SET，BIN，RLN，TIN，TSI，SUB和OUT，组态时只用4个虚拟端子，即输入端（IN）、设定输入端（SET）、输出端（OUT）和辅助输出端（SUB）进行数据的输入和输出。端子I/O信号 在功能模块外的信号称为输入端或输出端信号。组态时各个模块之间的组合是通过端子间的连接，端子间和I/O数据之间的连接，以及I/O数据之间的连接等实现各种控制功能。 I/O数据 I/O数据是指模块输入端读入或从模块读出到输出端的数据。它包括输入数据和输出数据。所谓输入数据是指从模块的输入端读入的数据；所谓输出数据是指输出的数据是从功能模块读出的数据

37、。（4）本设计系统所涉及的常规控制模块1.PID控制模块（PID）该PID控制模块具有最通用的PID控制功能，与常规的PID调节器一样，其工作原理也是根据偏差（E=PV-SV）进行比例、积分和微分控制作用。比例（P）控制比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出u与输入偏差成比例关系。即 （3-1） 特点：当有偏差时控制器就起作用，控制及时、迅速，但不能消除余差。也就是说依据偏差的大小动作。积分（I）控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。即 （3-2） 从式（3-2）可以看出，积分控制输出是在比例输出之上叠加上积分输出。积分部分输出是对偏差的积分，即将偏差按时间进行

38、累积，偏差存在输出就增大，直至偏差消除为止。特点：与积分存在的时间有关，能消除余差，控制及时。也就是说，依据偏差是否存在而动作。微分（D）控制在微分控制中，控制器的输出变化与输入偏差变化速度成比例关系。即 （3-2）特点：超前调节，不能克服纯滞后和固定不变的偏差。也就是说，依据偏差变化的速度动作。2.比率设置模块（RATIO）比率设置模块（RATIO）根据过程变量（PV）与比率设定值的乘积输出其操作变量（RMV），经常应用在比值控制系统中。3.串级控制信号分配模块（FOUT）将主调节器的输出作为副调节器的给定从而构成一个串级控制系统。但是如果有几个并列的副回路，则通过串级控制信号分配模块把握调

39、节器的输出分别输入几个并列副调节器，作为它们的给定值。本设计在进料阶段采用此控制系统，把甲烷气作为主控制对象，液硫作为福控制对象，从而使两种反应物按照一定比值在反应炉F-201N中正常反应。4.输入指示模块（PVI）来自I/O模块的输入信号或者其他模块的输入信号如PV，都可通过输入指示模块进行显示，并且由输入指示模块输出端（OUT）输出过程变量（PV）。4.3组态的概述组态软件可以提供一个良好的界面，使控制技术人员用最简单的方法随心所欲的组成自己的控制系统。DCS系统组态、操作站组态、控制站组态均有相应软件，为DCS用户的工程设计人员提供人机界面。组态非常直观，标准的Microsoft Win

40、dows NT提供的友好界面能更快的完成组态工作。组态工作室还配置了一个图形化模块控制策略（控制模块）库、标准图形符号库和操作员界面。拖放式、图形化的组态方法简化初始工作并使维护更为简单。单一的全局数据库完全协调所有组态操作，从而不必进行数据库之间的数据映像，或者通过寄存器或数字来引用过程和管理信息的操作。 组态软件包括系统组态、过程控制组态、画面组态、报表组态,用户的方案及显示方式由它来解释生成内部可理解的目标数据。使用组态软件可以生成相应的实用系统,便于灵活更改与扩充10。4.3.1A-1温度控制系统组态天然气进料温度单回路控制系统组态图，如图4-2所示。在天然气温度单回路控制系统组态图中

41、，被控变量入口流量信号是由现场控制站FCS的第一槽位AMN11箱2号卡槽的单点输入卡件01号端子读入，经过PID运算后，其输出向现场控制站的第一槽位AMN11箱2号卡槽的单点输出卡件02号端子输出。INOUTTIC101PIDPIC101PID%Z011101%Z011102图4-2 A-1出口温度控制方案的组态图I/O信号和模件箱类型表如表4-3所示表43 I/O模件组态表节点：01单元：1I/O模件箱类型：AMN11地址模件类型信号类型上限 下限 单位Z 011102AAM51420mA.输出 0 100 %I/O连接信息如表4-4所示表44 I/O模件组态表位号模件类型INOUTSET

42、SUBTIC101PIDZ 011101Z 0111024.3.2A-201N压力控制系统组态天然气压力单回路控制系统组态图，如图4-5所示。在天然气压力单回路控制系统组态图中，被控变量入口流量信号是由现场控制站FCS的第一槽位AMN11箱2号卡槽的单点输入卡件03号端子读入，经过PID运算后，其输出向现场控制站的第一槽位AMN11箱2号卡槽的单点输出卡件04号端子输出INOUTPIC101PID%Z011104%Z011103图4-5 A-201N压力控制方案的组态图I/O信号和模件箱类型如表4-6所示表46 I/O信号和模件箱类型表节点：01单元：1I/O模件箱类型：AMN11地址模件类型

43、信号类型上限 下限 单位Z 011104AAM51420mA.输出 0 100 % I/O连接信息如表4-7所示表47 I/O连接信息表位号模件类型INOUTSET SUBPIC101PIDZ 011103Z 0111044.3.3反应物进料控制系统组态甲烷气与液硫进料双闭环比值控制系统组态图，如图4-8所示。控制系统组态图中，被控变量甲烷气入口流量信号是由现场控制站FCS的第一槽位AMN11箱2号卡槽的单点输入卡件05号端子读入，经过PID运算后，其输出向现场控制站的第一槽位AMN11箱2号卡槽的单点输出卡件06号端子输出。液硫入口流量信号是由现场控制站FCS的第一槽位AMN11箱2号卡槽的

44、单点输入卡件07号端子读入，经过PID运算后，其输出向现场控制站的第一槽位AMN11箱2号卡槽的单点输出卡件08号端子输出INOUT(PV)SETFY101RATIOINOUTINOUTINFIC102PIDFIC101PID%Z011108%Z011107%Z011105%Z011106图4-8 反应物流量的控制方案组态图I/O信号和模件箱类型如表4-9所示表49 I/O模件组态表节点：01位号：1I/O模件箱类型：AMN11地址模件类型信号类型下限 上限 单位Z 011105AAM11420mA输入0 120 m3/hZ 011106AAM51420mA输出0 100 %Z 011107AAM11420mA输入0 120 m3/hZ 011108AAM51420mA输出0 100 %I/O连接信息如表4-10所示表410 I/O连