工業(yè)生產(chǎn) 過程控制課程設(shè)計報告

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1、河南理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計文件設(shè)計小組名稱：樂雪小組設(shè)計小組成員：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX2016年6月20日一、方案設(shè)計1、方案設(shè)計依據(jù)（1）全國大學(xué)生西門子杯工業(yè)自動化挑戰(zhàn)賽邏輯控制賽項高校組初賽賽題及初賽細則；（2）工業(yè)反應(yīng)器系統(tǒng)及設(shè)備用戶手冊等；（3）SIMATICS7-1200使用手冊及產(chǎn)品目錄。2、方案設(shè)計范圍實現(xiàn)進料流量及比例控制，反應(yīng)器液位、壓力、溫度控制等相關(guān)控制。3、方案設(shè)計相關(guān)標準（1）GB150-1998《鋼制壓力容器》（2）GB713-200

2、8《鍋爐和壓力容器用鋼板》（3）GB24511-2009《承壓設(shè)備用不銹鋼鋼板及鋼帶》（4）JB4732-95《鋼制壓力容器-分析設(shè)計標準》及第1、2號修改單（5）JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》（6）JB4744-2000《鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能檢驗》（7）JB/T4710-2005《鋼制塔式容器》（8）JB/T4709-2000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》（9）JB/T4730.1~JB4730.6-2005《承壓設(shè)備無損檢測》（10）NG/T47002.1-2009《壓力容器用爆炸焊接復(fù)合板》（1

3、1）NB/T47008-2010《承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件》（12）NB/T47010-2010《承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛件》二、系統(tǒng)分析1、工藝流程分析所選被控對象為過程工業(yè)常見的反應(yīng)器系統(tǒng)，屬于連續(xù)反應(yīng)過程。反應(yīng)過程為反應(yīng)物A與反應(yīng)物B發(fā)生反應(yīng)，生成產(chǎn)物C。反應(yīng)開始后由冷卻水進行冷卻。其工藝流程圖如圖1所示：圖1該連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)以反應(yīng)物A與反應(yīng)物B，在反應(yīng)溫度70.0℃下進行反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物為C。反應(yīng)設(shè)備包括：反應(yīng)器，反應(yīng)器耐壓約2.5MPa。為了安全，要求反應(yīng)器在系統(tǒng)開、停車全過程中壓力不超過1.5MPa。反應(yīng)器壓力報

4、警上限組態(tài)值為1.2MPa。反應(yīng)過程主要有兩股連續(xù)進料。第一股是反應(yīng)物A，F(xiàn)I1201為進料流量，F(xiàn)V1201是進料閥；第二股是反應(yīng)物B，F(xiàn)I1203為進料流量，F(xiàn)V1203是進料閥；反應(yīng)器內(nèi)主產(chǎn)物C重量百分比濃度在圖中指示為AI1201，反應(yīng)溫度為TI1201，液位為LI1201。反應(yīng)器出口流量為FI1202，由出口閥FV1202控制其流量。反應(yīng)器出口為混合液，由產(chǎn)物C與未反應(yīng)的A、B組成。反應(yīng)器冷卻水入口流量為FI1105，由閥FV1105控制流量。開車步驟1．初始化檢查，系統(tǒng)處于開車前狀態(tài)，確認所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。2．開

5、FV1201約50%，開始進料。3．開FV1203約50%，開始進料。4．液位LI1201上升，物料開始反應(yīng)，當反應(yīng)器溫度達到45℃時，調(diào)節(jié)冷卻水進料確保反應(yīng)器溫度緩慢上升。5．當液位上升至80%左右，打開出口閥門FV1202。6.反應(yīng)器正常運行時，確保反應(yīng)器溫度、壓力、液位、產(chǎn)品組份和出口流量均維持在工藝要求范圍內(nèi)。同時，確保反應(yīng)器處在安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)工況。1、控制需求分析2.1、進料流量及比例控制反應(yīng)器共有兩股連續(xù)進料。要求選手設(shè)計控制系統(tǒng)克服每股進料的流量擾動。同時，需要保證兩股物料以一定比例進料。2.2、反應(yīng)器液位控制要

6、求選手設(shè)計液位控制系統(tǒng)，保證液位處于80％，以獲得較大的反應(yīng)停留時間，保證反應(yīng)充分進行。2.3、反應(yīng)器壓力安全控制為保證反應(yīng)安全，需要對壓力進行安全控制系統(tǒng)的設(shè)計。2.4、反應(yīng)器組份控制為得到一定的轉(zhuǎn)化率的產(chǎn)品，要求選手對反應(yīng)器最終產(chǎn)物的組份進行控制。2.5、反應(yīng)器溫度控制為保證反應(yīng)的進行，需要對溫度進行控制。2.6、產(chǎn)物流量控制為保證產(chǎn)量，需要對產(chǎn)物流量進行控制。2.7、節(jié)能環(huán)保指標控制出于對效能、環(huán)境等因素的考慮，要求在控制系統(tǒng)設(shè)計和實施中對冷卻水用量等能耗指標予以充分考慮。2.8、開車步驟順序控制從生產(chǎn)單元冷態(tài)起，自動開車

7、，按照開車步驟依次將控制回路投用，保證開車穩(wěn)步進行，保證系統(tǒng)無擾投運。1、對象特性分析圖1中，物料A與物料B進行合成反應(yīng)，生成的反應(yīng)熱從夾套中通過冷卻水除去，反應(yīng)完成的時間比停留的時間短，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、吸收率及副產(chǎn)品的分布決定于物料A與B的流量之比，通過控制反應(yīng)器的液面高度來改變進料量達到物料平衡。反應(yīng)器正常運行時，確保反應(yīng)器溫度、壓力、液位、產(chǎn)品組份和出口流量均維持在工藝要求范圍內(nèi)。同時，確保反應(yīng)器處在安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)工況，盡可能減少硬性停車，保證較大的生產(chǎn)能力。三、控制系統(tǒng)設(shè)計1、進料控制設(shè)計本控制系統(tǒng)的反應(yīng)器中共有兩股物料

8、連續(xù)進料，其中A和B為反應(yīng)物，為了更好的滿足工藝要求，我們選用變比值控制的方式來設(shè)計進料流量控制系統(tǒng)。1.1、比值控制系統(tǒng)實現(xiàn)兩個或兩個以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。通常以保持兩種或幾種物料的流量為一定比例關(guān)系的系統(tǒng)，稱之為流量比值控制系