DCS控制系统在原油稳定压缩机中的应用毕业设计论文Word文档下载推荐.docx
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这种转化部分发生在旋转叶片上，部分发生在固定的扩压器或回流器挡板上。
离心是压缩机---属流速型压缩机，在其中有一个或多个旋转叶轮（叶片通常在侧面）是气体加速。
主气流是径向。
混合流式压缩机---也属速度型压缩机其转子的形状结合了离心式和轴流式两者的一些优点。
喷射式压缩机---利用高速气体或蒸汽喷射流带走吸入气体，然后在扩压器上将混合气体的速度转化为压力。
1.2原油压缩机的原理
油气集输系统中的联合站大都是利用压缩机作为原油稳定、油气处理的装置。
1.3原油压缩机的工艺流程简述
由转油站来的脱水净化原油（50℃），进入卧式密闭缓冲罐，用进料泵增
压经还热器去原油加热炉升温至60—65℃。
然后进入原油稳定器进行稳定。
稳定器底部的原油，由油泵增压经换热器回收热量后输至脱水转油站外输油缓送罐。
稳定器顶部闪蒸气，由负压压缩机抽出（0.03—0.06MPa），经冷凝器冷到40℃，进入三相分离器进行气态。
1.4原油压缩机的装置简介
分类：
1.空气活塞式系列、2.中高压系列、3.化工用系列、4.天然气系列、5.液化气系列、6.东利用压缩机、7.全无油润滑系列、8螺杆系列，近百个规格品种。
产品排气量0.2—40m3/min，排气压力0.2—35MPa。
产品广泛适用于城市建设、石油化工，煤炭、冶金、地质、制药、液化气站、油气库码头等部门，可压缩：
天然气、空气、氮气、煤气、二氟乙烷、二氧化碳、乙烯、丙烯、氯乙烷、二甲醚、液化气、矿井气、沼气等各种特殊气体。
蚌埠正大压缩机有限公司生产的VW系列无油润滑压缩机系国内目前最先进的技术，采用最新一代控制系统，可是压缩机运行更加安全可靠，范围包括：
压缩机油压低可以先报警后停机，水压低可以先报警后停机，压缩机超压也可先报警后停机。
此系列产品出口到印度、巴基斯坦、吉尔吉斯坦等27个国家和地区，获得普遍赞誉。
1.5压缩机的润滑特点
1.5.1特点
1.5.1.1概述
气体压缩机是把机械能转换为气体压力能的一种动力装置，常用于风动工具提供气体动力，在石油化工、钻采、冶金等行业也常用于压送氧、氮、氢、天然气、焦炉煤气、惰性气体等介质。
按排气压力不同压缩机可分为低压压缩机—排气压力小于1.0MPa；
中压压缩机—排气压力1.0—10MPa；
高压压缩机—排气压力10—100MPa；
超高压缩机—排气压力大于100MPa等等。
低压压缩机为单级式，中压、高压和超高压压缩机为多级式，最多级数可达八级，目前国外以制造出压力达343MPa聚乙烯用的超高压压缩机。
按压缩介质的不同一般压缩机还可称为：
空气压缩机、氧气压缩机、氮气压缩机、氢气压缩机等等。
压缩机的结构工作原理大致可分类如下：
碳氢化合物气体中，石油裂解气和石油废气的主要成分为氢、甲烷、丁烷、乙烯、丙烯等；
焦炉煤气和城市煤气的主要成分为氢甲烷、一氧化碳、二氧化碳及氮等；
天然气的主要成分为甲烷。
碳氢化合物气体可分为单一成分气体被制取和压送，也可作为混合成分的气体被制取和压送。
气体压缩机中，压缩介质的成分和性质将与所采用的润滑材料的选取密切相关。
1.5.1.2气体压缩机的润滑方式及特点
在压缩机中润滑不仅可以降低机器的摩擦和磨损，同时还可以起到密封、冷却和降低运转噪声的作用，良好的润滑条件是压缩机长期可靠工作的重要保证。
但对某些类型的压缩机如罗茨式压缩机，因转子相互间间和转子与壳体间可经常保持一定间隙而无滑动接触，故而无油润滑；
小型干式的螺杆式和滑片式压缩机也可在无润滑的条件下工作；
在极低温度下（-20—-50度或更低）工作或压缩高纯度的气体的活塞式压缩机，为防止润滑介质冷凝或润滑液混入到压送气体中去也可采用无油润滑方式，但这时活塞和活塞杆或采用迷宫式的密封结构，或采用石墨或聚四氟乙烯等抗磨材料制造的活塞环或密封填料。
本节重要说明“油”润滑压缩机的润滑方式。
气体压缩机的润滑部位原则上可分为两类，其一为油润滑与压缩气体直接接触的内部零件，如往复式压缩机的气缸、活塞、活塞环、活塞杆、排气阀、密封填料等；
回转式压缩机的气膛、转子（旋转体）、排气阀等。
其二为油不与压缩气体接触的外部传动机构，如往复式压缩机曲轴箱等零件、曲柄销、曲柄轴承、连杆滑块、滑道、十字头；
回转式和速度式压缩机的轴承、增速齿轮等。
无油型气体压缩机则要考虑当气体泄漏时对外部润滑系统的影响。
通常对大、中容量、多级、带十字头传动的中、高压压缩机，以上所说的零件和外部零件的润滑均为相互分开的独立系统化，可分别采用各自所要求的润滑介质或润滑油。
外部零件润滑为油泵压力供油强制循环式润滑系统。
该系统不仅可以单独调节和分配各润滑点的供油量，并因没有独立的油泵、邮箱、冷却器和过滤器等，可使润滑油液得到充分冷却和过滤，从而长时间保持油液的清洁和相对恒定的油温。
内部零件的润滑则采用多头注油器将压力油强制注入到气缸及活塞杆的填料密封处。
注油器实际上是一个小型柱塞泵，通常它的吸收（压）油柱塞是通过机械如压缩机曲轴上的凸轮带动，因而当压缩机停止工作时注油器也将随之停止供油。
注油器可直接从油池中吸油，并把油压向润滑点，它的供油量是间歇性的，通过调节柱塞的工作行程，可方便地调节注油器每次的供油量。
注油器可以单独使用，也可将几个注油器组合在一起集中供油。
采用注油器强制给油时，因注意气缸上的给油接头的位置，它应置于活塞在死点位置靠近缸头的第一到活塞环和第二到活塞环之间，这样不仅在全程上润滑比较充分，而且对密封有利。
气缸内部润滑所需要的油量可大致按以下公式计算：
Q=120kDLN
式中Q——润滑油量（g/h）；
D——汽缸直径（m）；
L——气缸行程（m）；
N——曲轴转速（r/min）；
k——单位润滑表面积的耗油量（g/m²
），対卧式气缸，可取k=0.025，对立式气缸，可取k=0.02。
计算出的Q值仅为润滑油的大致数值，实际油量可按压缩机的运行情况（如噪声大小、发热状况、摩擦程度等）即采用润滑介质类型、工作温度、冷凝液混入的多少等予以适当调整，并以停机检查气缸内部和气阀被湿润的程度适当为宜。
对多级活塞式压缩机，通常只需要最初的一级或二级气缸施以润滑。
如多级气缸每级都设有中间冷却器和油气分离器吸收其体中所含的油分时，则每级气缸都需单独润滑，但后机器刚所需的润滑量比初级气缸小得多。
1.5.1.3润滑剂的选择
1）润滑剂类型的选择
在氧气压缩机里，氧气会使矿物性润滑油剧烈氧化而引起压缩机燃烧和爆炸，因此避免采用润滑油，或者采用无润滑油的方式，或者采用水型乳化液或蒸馏水添加质量分数6-8％的工业甘油进行润滑；
在氯气压缩机里，烃基润滑油可与氯气化合生成氯化氢，对金属（铸铁和钢）具有强烈的腐蚀作用，因此一般采用无油润滑或固体（石墨）润滑。
对压缩高纯气体的乙烯压缩机等为防止润滑油混入气体中去影响产品的质量和性能，通常也不采用矿物油润滑，而多用医用白油或液态石蜡润滑等等。
只是在一般空气、惰性气体、烃类（碳氢化合物）气体、氮、氢等类气体压缩机中，大量采用矿物油润滑。
压缩机压送不同气体时润滑剂选用参考“油脂选用”的压缩机选用部分。
2）润滑油粘度的选择
在多级的空气压缩机中，前一级气缸输出的压缩机气体通常经冷却后恢复到略高于进气时的温度被送入下一级气缸，因气体已被压缩故相对湿度较高，当超过饱和点时，气体中的水分将能凝结，该水分具有洗净作用，可是气缸表面失去润滑油；
其次在烃类气体压缩机中，它不仅可溶解在润滑油中降低油的粘度，而且凝结的液态烃也同水分一样对钢壁具有洗涤作用，因此对于多级、高压，排气温度较高的烃类气体压缩机和空气湿度较大的空气压缩机宜选用粘度较高的油品，粘度较高的油品对金属的附着性好，并对密封有利。
如中低压和空气压缩机宜用L—DAA100的压缩机油，高压多级宜L_DAA150压缩机油。
喷油回转式压缩机选用的粘度情况也与此类似，压力较低时选用100℃运动粘度为5mm2/s的N32回转式压缩机油，压力较高时选用100℃运动粘度为11-14mm2/s的N100回转式压缩机油。
其次为防止凝结的液体烃和空气中的水分对润滑油的洗净作用，可采用质量分数为3-5%的动物油（如猪油和牛油）与矿物油相混合的润滑油，动物性油与金属的附着力强，容易抵抗“水洗”，阻止润滑油的流失。
3）油品的代用
在采用油润滑的往复式回转容积式压缩机中除用相应牌号的压缩机油外，还可采用防锈抗氧的汽轮机油、航空润滑油、汽缸油等作为代用油品，但这些代用油品的性能不应低于相应的压缩机油的质量指标，或应满足具体条件下的使用要求。
当气体压缩机采用润滑油时，外部零件和内部零件的润滑可用同一牌号的润滑油，也可采用不同牌号的润滑油，
但不论内部零件采用何种类型的润滑介质，而外部传动零件的润滑都应用矿物的润滑油。
1.5.1.4气体压缩机润滑系的使用及维护
气体压缩压缩机中最常见的故障是活塞与活塞环、转子部件、滑动轴承处的异常磨损和胶合，十字头滑块的胶合，及异常发热等。
这些故障都直接或间接地与润滑系统和润滑装置的使用维护不当有关。
作为使用维护人员除了应学习掌握有关的润滑系统及其装置的组成原理、性能结构、使用要求等一般知识外，还应在实践中不断总结积累经验，加强日常使用维护工作，以保证压缩机及其润滑系统经常保持良好的运行状态。
在日常点检和定期维修中应注意一下各点：
（1）注意保持润滑油液的清洁
脏油或变质的润滑油会引起加速零件磨损的恶性循环，对强制循环式的润滑系统应注意及时更换和清洗发生堵塞的滤油器中的滤芯；
应避免邮箱或有池中的油液暴露在空气中，以防止灰尘和污物等混入油中，对无压的油箱和油池一般可采用空气滤清器使其与大气沟通；
中、大修时应从油中取样化验其成分，如达到或超过换油指标，应全部或部分更换和补充新油。
通常每三个月至半年（或工作2000-4000小时）可更换一次新油。
（2）应定期检查
应定期检查气缸、气阀、机排气管道等处是否聚有固体的碳粒和胶泥，一经发现应及时清除，否则可能引起气缸的燃烧爆炸、加大排气阻力，造成异常发热。
（3）应注意压缩机的工作状态
应注意观察压缩机的工作状态，定期检查气缸气阀的磨损状况，适时调整润滑油量，防止出现润滑油量过大或润滑油量不足的情况。
对强制循环系统，润滑压力只是过低或明显下降，往往是润滑油量不足，此时应及时停机维修，必要适应换备品或备件。
（4）应注意保持润滑系中的油温
邮箱或有池中的油液的正常温度以40-50℃为宜，有问过高，油液的粘度降低，有一氧化变质，油温过低，粘度增高，流动性差，两者都会引起润滑油不足的状况。
油温除了可从温度表得到直接地观测指标外，从气缸冷循环水或油冷却器的冷却水温也可得到间接的反映，冷却水温过高和过低都将影响润滑油的工作温度及润滑油的粘度。
第2章控制系统概述
2.1控制系统的类型
2.1.1数据采集系统
在数据采集系统中，计算机只承担数据的采集和处理工作，而不直接参与控制，数据采集系统对生产过程各工艺变量进行巡回检测，处理，记录基变量的超限报警，同时对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供参考。
2.1.2直接数字控制系统
计算机通过过程输入通道对控制对象的变量巡回检测，根据测得的变量，按照一定的控制规律进行运算，计算机运算的结果经过过程输出通道，作用到控制对象，是被控变量符合要求的性能指标。
DDS系统属于计算机闭环控制系统，是计算机在工业生产中最普遍的一种方式。
直接数字控制系统与模拟系统不同之处在于，在模拟系统中，信号的传递不需要数字化；
而数字系统中由于采用力了计算机，在信号传送到计算机之前，必须经模数转换将模拟信号转换为数字信号，这样才能被计算机接受，计算机的控制信号必须经数模转换后才能驱动执行机构。
另外，由于用程序进行控制计算，其控制方式比常规控制系统灵活且有经济。
采用计算机代替模拟仪表控制，只要告便程序就可以实现。
就一般的模拟控制而言，要改变控制方法，必须改变硬件，这部是轻而易举的事。
2.1.3监督计算机控制系统分级控制系统
它的简称是SCC,SCC系统是一种两级微不足道型计算机控制系统，其中DDC级计算机完成生产过程的直接数字控制;
SCC级计算机同根据生产过程的工况的已定的数字模型，进行优化分析计算，产生最优化设定值，送给DDC级计算机执行。
SCC级计算机承担着高级控制与管理任务，要求数据处理功能强，存储容量大等，一般采用较高档微机。
2.1.4集散控制系统下面有介绍
集散控制系统的组态软件
DCS组态是指根据实际生产过程控制的需要，利用DCS所提供的硬件和软件资源，预先将这些硬件设备和软件功能模块组织起来，已完成特定的任务。
这种设计过程习惯上称为组态或者组态设计。
从大的方面讲，DCS的组态功能主要包括硬件组态（又叫配置）和软件组态两个方面。
DCS软件一般采用模块化结构。
系统的图形显示功能、数据库管理功能、控制运算功能、历史存储功能等都有成熟的软件模块。
但不同的应用对象，对这些内容的要求有较大的区别。
因此，一般的DCS具有一个（或一组）功能很强的软件工具包（即组态软件），该软件具有一个友好的用户界面，使用户在不需要是么代码程序的情况下便可以生成自己需要的应用“程序”。
操作系统是一组程序的集合，用来控制计算机系统中用户程序执行顺序，为用户程序，与系统硬件提供接口软件，并允许这些程序（包括系统程序和用户程序）之间交换信息。
用户程序也称为应用程序，用来完成某些应用功能。
在事实工业计算机系统中，应用程序用来完成功能规范中所规定的功能，而操作系统则是控制计算机自身运行的系统软件。
2.1.5现场总线控制系统
简称FCS是新一代分布式控制系统，该系统改进了DCS系统成本高，各厂商的产品通信标准不统一而造成的不能互连的弱点，采用工作站现场总线智能仪表的二层结构模式，它可实现真正的开放式互连体结构。
近几年来，由于现场总线的发展，智能传感器和执行器也向数字化方向发展，用数字信号取代4-20MADC模拟信号，为现场总线的应用奠定了基础。
现场总线是连接工业现场仪表和控制装置之间的全数字化，双向，多站点的串行通信网络。
现场总线被称为21世纪的工业控制网络标准。
2.2控制系统的信号处理
一个计算机控制系统主要是由计算机基本系统与过程输入输出通道两部分组成。
它的工作过程就是通过过程输入通道把生产过程的模拟或数字信号采集进来，在计算机中进行运算和处理，再把控制结果经过程输出通道传送回生产过程中去。
简而言之，计算机控制系统的工作过程就是信号的采集、处理和输出的过程。
然而，来自生产过程中的信息大多数是模拟信号，而计算机只能接受和处理数字信号。
因此，在计算机控制系统中必须解决这两种信号的相互转换问题。
由模拟信号到数字信号的转换以及由数字信号到模拟信号的转换，主要包含信号的采集、量化和保持几个过程。
计算机控制系统的信号流程如图5-3所示，其包含四种信号：
模拟信号y（t）——时间上连续和幅值上也连续的信号；
离散模拟信号y*（t）——时间上离散而幅值上连续的信号；
数字信号y（kt）或u（t）——时间上离散和幅值上离散量化的信号；
量化模拟信号u（t）——时间上连续而幅值上连续量化的信号。
这些信号之间的转换是通过采样保持器（S/H）、模/数（A/D）转换器合数/模（D/A）转换器等硬件来实现的。
2.2.1信号的采样
信号的采样过程如图5-3所示。
把时间和幅值上均连续的模拟信号，按一定的时间间隔转变为瞬时0，T，2T，...，kT的一连串脉冲序列信号的过程称为采样过程或集散过程。
执行采样动作的装置教采样器或采样开关，采样开关每次通断的时间间隔称为采样周期T，采样开关每次闭合的时间称为采样时间或采样宽度。
常把采样开关的输入信号y（t）称为原信号y*（t）则称为采样信号。
在实际系统中，τ>
>
T也就是说，可以近似地认为采样信号y*（t）是y（t）在采样开关闭合时的瞬时值。
比较y（t）和y*（t）可以看出，在采样过程中某些信息似乎丢失了。
那么采样信号y*（t）是否能如实地反映原信号y（c）的所有变化与特征呢？
香农（Shannon）采样定理指出：
为了使采样信号y*（t）能完全复现原信号y（t），采样频率f至少要为原信号最高有效频率f（包括噪声干扰在内）的2倍，即≧2fmax。
采样定理给出了y*（t）唯一地复现y（t）所必需的最低采样频率。
实际应用中，常取f≧（5~10）fmax。
2.2.2信号的量化
时间上离散而幅值上连续的采样信号仍不能直接计入计算中，还需要进行一步将这种采样信号转换为数字信号，人们把这一转换过程称为量化过程。
从理论上讲，连续信号的分辨率是无限高的，也就是说，必须用无限多个数值才能准确的表示连续信号。
在计算机中，信号是以有限字长的二进制数字表示的，因此，在量化过程中不可避免地存在这量化误差。
执行量化过程的装置是A/D转换器。
设A/D转换器的字长为n，当把Ymin—Ymax范围内变化的采样信号变换位数字0~2n-1时，其最低有效位（LSB）所对应的数模量q称为量化单位。
量化过程实际上是一个用g去度量采样信号幅值高低的小数归整过程，如同用单位长度（mm或其他）去度量人的身高一样，量化误差可用±
（1/2）q表示。
显然，对于同样范围内变化的采样信号，A/D转换器的字长n越大，其最低有效位（LSB）所对应的量化单位q就越小，量化误差也就越小。
当A/D转换器的字长n足够大，量化误差足够小时，就可认为量化的数字信号近似等于采样信号，这时就可以沿用采样系统理论，来进行数字控制系统的分析。
2.2.3信号的保持
由于采样信号仅在采样时间有输出幅值，而其余时刻均输出为零。
所以，在两次采样的中间时刻，无论是A/D转换，还是D/A转换，都有一个信号如何保持的问题。
在两次采样的时间间隔内，根据采样信号而复现原信号的装置称为保持器。
应用常数、线性函数和抛物线函数去逼近两个采样时刻之间的原信号时，分别称为零阶保持、一阶保持、和高阶保持。
零阶保持器是最常用的一种信号保持器，信号的保持过程如图5—4所示。
它把当前采样时刻kT的采样值y（kt），简单地常数外推，直到下一个采样时刻（k+1）T，然后再按新的采样值y[（k+1）T]再继续按常数外推。
由零阶保持器将采样信号y（kt）恢复成原信号y（t）的过程如图5-5所示。
显然，只有当采样周期T足够小（采样频率足够大）时，复原信号yh（t）才会比较接近原信号y（t）。
根据零阶保持器的特性，可知其传递函数为
式中，T为采样周期，S为拉普拉斯（Laplace）运算式子。
在计算机控制系统中，转换器一般具都具有零阶保持器的功能。
2.2.4数字滤波
①数字滤波使用程序实现的，不需要硬件设备，所以可考性高、稳定性好。
②数字滤波可以滤除频率很低的干扰，这一点是模拟滤波难以实现的。
③数字滤波可以根据不同的信号采用不同的滤波方法，使用灵活、方便。
常数的数字滤波方法有：
程序判断滤波、中位值法滤波、递推平均滤波、加权递推平均滤波和一阶滞后滤波等。
2.3集散控制系统简介
集散控制系统（Distributedcontrolsystem）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。
该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。
DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。
集散控制系统一般有四部分呢组成：
（1）过程输入输出装置；
（2）过程控制装置；
（3）操作接口；
（4）数据通讯系统。
DCS，即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。
首先，DCS的骨架——系统网络，它是DCS的基础和核心。
由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。
对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。
这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。
因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。
系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。
为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。
这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。
在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。
其次，这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制（DOS）功能的网络节点。
一般一套DCS中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制
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