化工仿真实训Word文档格式.docx
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2、集散控制系统DCS简介
集散控制系统（TotalDistributedControlSystem）是以微处理器为基础的集中管理与分散控制的先进性控制系统，简称DCS。
集散控制系统需要检测技术实现其对工艺参数的智能测量及变送，通过先进控制技术完成控制优化，应用网络、光纤等通信技术将显示器、芯片、多媒体等计算机硬件相连接，并通过计算机软件进行数据的控制和管理。
目前商业化应用较多的DCS系统有：
美国霍尼威尔（Honeywell）公司的TDC-2000（1975）、TDC-3000；
日本横河（Yokogawa）公司的CENTUM、CENTUM-XL；
美国福克斯波罗（Foxboro）公司的I/A（IntelligentAutomation）；
中国浙大中控ECS-100和比利时HS2000等系统。
工业微型机控制系统是DCS的PC化、智能化、小型化、网络化、低成本化、大众化的新形态。
工业监控组态软件具有软件通用化的优势，功能强、价格低、可直接在Windows环境下运行、可共享Windows的软件资源、操作与控制画面形象细致、简便易学。
目前，正以年均几十万套的速度应用和增长。
应用较多的产品有：
美国IntellutionFIX、iFIX、美国WonderwareIntouch、德国西门子WinCC、中国组态王、世纪星、力控2.0、开物2000等。
3、化工仪表及自动化控制系统
自动控制系统主要由两大部分组成。
一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件（仪表）及变送器（将检测信号转换为气压信号或电压、电流信号等）、控制器（或DCS控制系统）、执行器（阀门）等；
另一部分是受自动化装置控制的被控对象（自动控制系统中，各工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等）。
在自动控制系统中，用检测元件及变送器来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号（如DDZ-Ⅲ型为4~20mA的统一标准信号）。
控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势，按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号（如气压信号或电流信号）发送给执行器。
执行器能自动根据控制器送来的信号值相应地改变流入（或流出）被控变量的物料量或能量，客服扰动的影响，最终实现控制要求。
自动控制系统按其基本结构形式可分为开环自动控制系统和闭环自动控制系统。
开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统，即操纵变量通过被控对象去影响被控变量。
但被控变量并不通过自动控制装置区影响操纵变量。
从信号传递关系上看，未构成闭合回路。
开环控制系统分为两种，一种按设定值进行控制，如图a。
这种控制方式的操纵变量（蒸汽流量）与设定值保持一定的函数关系，当设定值变化时，操纵变量随其变化而改变被控变量。
另一种是按扰动进行控制，即所谓前馈控制系统。
如图b。
这种控制方式是通过对扰动信号的测量，根据其变化情况产生相应控制作用，进而改变被控变量。
开环控制系统不能自觉地觉察被控变量的变化情况，也不能判断操纵变量的校正作用是否适合实际需要。
闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。
如图a即是一个闭环自动控制。
图中控制器接受检测元件及变送器送来的测量信号，并与设定值相比较得到偏差信号，再根据偏差的大小和方向，调整蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，使热物料出口温度回到设定值上。
从如b所示的控制系统方块图可以清楚地看出，操纵变量（蒸汽流量）通过被控对象去影响被控变量，而被控变量又通过自动控制装置区影响操纵变量。
从信号传递关系上看构成了一个闭合回路。
在闭环控制系统中，按照设定值的不通形式又可分为：
（1）定值控制系统。
定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统。
定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响，使被控变量最终回到设定值或其附近。
以后无特殊说明控制系统均针对定值控制系统而言。
（2）随动控制系统。
随动控制系统的设定值是不断变化的。
随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地、准确无误地跟踪设定值的变化而变化。
（3）程序控制系统。
程序控制系统的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。
自动控制系统又可以按其回路的复杂程度分为：
（1）单回路控制系统。
单回路控制系统（简单控制系统）是指由一个被控对象、一个测量变送器、一个控制器（调节器）和一个执行器（调节阀）所组成的闭环控制系统。
调节阀可以通过对操纵变量的调节简洁影响被控变量，如图，也可以直接调节被控对象。
（2）串级控制系统。
串级控制系统是由其结构上的特征而得名的。
它是由主、副两个控制器串接工作的。
。
主控制器的输出作为副控制器的给定值，用副控制器的输出去操纵控制阀，以实现对主变量的定值控制。
串级控制系统的典型方块图如图。
图1-5串级控制系统的典型结构图（a）和方块图（b）
串级控制系统的主要特点为：
①在系统结构上，它是由两个串级工作的控制器构成的双闭环控制系统；
②系统的目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制；
③由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响；
④系统对负荷改变时有一定的自适应能力。
串级控制系统主要应用于：
对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。
（3）比值控制系统
比值控制系统主要是指实现两个或两个以上的参数符合一定比例关系的控制系统。
通常为流量比值控制系统，用来使两种物料的流量保持一定的比值关系，其结构图如图。
（4）分程控制系统
分程控制系统就是一个控制器的输出信号被送往两个或两个以上的控制阀，每个控制阀都只在控制器的某段信号范围内工作。
其应用场合主要有：
①用于扩大控制阀的可调范围，改善控制品质；
②用于控制两种不同的介质流量，以满足工艺生产的要求；
③用作生产安全的防护措施。
分程控制系统的结构如图。
在自动控制系统中，构成一个回路的每一个仪表（或元件）都有自己的仪表位号。
仪表位号由字母代号组合和回路编号两部分组成。
仪表位号中的第一个字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能；
回路的编号由工序号和顺序号组成，一般用三位至五位阿拉伯数字表示，如图：
在管道及仪表流程图中，仪表位号的标注方法是：
字母代号填写在仪表圆圈的上半圆中；
回路编号填写在下半圆中，如图：
仪表信号中表示被测变量和仪表功能的字母代号见下表所示。
字母
第一位字母
后继字母
被测变量
修饰词
功能
A
分析
-
报警
C
电导率
控制（调节）
D
密度
差
E
电压
检测元件
F
流量
比（分数）
I
电流
指示
K
时间或时间程序
自动-手动操作器
L
物位
M
水分或湿度
P
压力或真空
积分、累积
Q
数量或件数
R
放射性
安全
纪录或打印
S
速度或频率
开关、联锁
T
温度
传送
V
黏度
阀、挡板、百叶窗
W
力
套管
Y
供选用
继动器、或计算器
Z
位置
驱动、执行或未分类的终端执行机构
4、化工仿真培训系统的使用方法
本书所介绍的化工仿真培训系统是基于STS结构（SchoolTeachingSystem），STS结构硬件系统是由一台上位机（教室指令台）和多台下位机（学员操作站）组成的网络系统，教室指令台是教师组织管理仿真培训的控制台，与学员操作站无关。
该结构软件可以上、下机联网培训，也可以单机培训，STS结构主要针对单元级和工段级仿真培训软件，适用于大中专及职业技术学校学生和工厂新职工的岗前培训。
（一）程序启动
学员站软件安装完毕之后，软件自动在“桌面”和“开始菜单”生成快捷图标。
1.学员站启动方式。
软件启动有两种方式。
（1）双击桌面快捷图标“CSTS2007”；
（2）通过开始菜单→所有程序→东方仿真→化工单元操作启动软件。
软件启动之后，会弹出运行界面。
（图，书上P10，图1-10系统启动界面）
2.运行方式选择
系统启动界面出现之后会出现主界面（图P11，图1-11PISP.net主界面），输入“姓名、学号、机器号”，设置正确的教师指令站地址（教师站IP或者教师计算机名），同时根据教师要求选择“单机练习”或者“局域网模式”，进入软件操作界面。
【单机练习】是指学生站不链接教师机，独立运行，不受教师站软件的监控。
【局域网模式】是指学生站与教师站连接，老师可以通过教师站软件实时监控学员的成绩，规定学生的培训内容，组织考试，汇总学生成绩等。
3.工艺选择。
选择软件运行模式之后，进入软件“培训参数选择”页面，如图1-12所示（书上P11）
【启动项目】按钮的作用是在设置好培训项目和DCS风格后启动软件，进入软件操作界面。
【退出】按钮的作用是退出仿真软件。
点击“培训工艺”按钮列出所有的培训单元。
根据需要选择相应的培训单元。
4.培训项目选择。
选择“培训工艺”后，进入“培训项目”列表里面选择所要运行的项目，如冷态开车、正常停车、事故处理等。
每个培训单元包括多个培训项目。
（书上P12，图1-13培训项目选择）
5.DCS类型选择。
ESST提供的仿真软件，包括四种DCS风格，有通用DCS风格、TDC3000
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