工业生产 过程控制课程设计报告

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1、河南理工大学《过程控制系统》课程设计文件设计小组名称：乐雪小组设计小组成员：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX2016年6月20日一、方案设计1、方案设计依据（1）全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛逻辑控制赛项高校组初赛赛题及初赛细则；（2）工业反应器系统及设备用户手册等；（3）SIMATICS7-1200使用手册及产品目录。2、方案设计范围实现进料流量及比例控制，反应器液位、压力、温度控制等相关控制。3、方案设计相关标准（1）GB150-1998《钢制压力容器》（2）GB713-200

2、8《锅炉和压力容器用钢板》（3）GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》（4）JB4732-95《钢制压力容器-分析设计标准》及第1、2号修改单（5）JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》（6）JB4744-2000《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》（7）JB/T4710-2005《钢制塔式容器》（8）JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》（9）JB/T4730.1~JB4730.6-2005《承压设备无损检测》（10）NG/T47002.1-2009《压力容器用爆炸焊接复合板》（1

3、1）NB/T47008-2010《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》（12）NB/T47010-2010《承压设备用不锈钢和耐热钢锻件》二、系统分析1、工艺流程分析所选被控对象为过程工业常见的反应器系统，属于连续反应过程。反应过程为反应物A与反应物B发生反应，生成产物C。反应开始后由冷却水进行冷却。其工艺流程图如图1所示：图1该连续反应系统以反应物A与反应物B，在反应温度70.0℃下进行反应，反应的产物为C。反应设备包括：反应器，反应器耐压约2.5MPa。为了安全，要求反应器在系统开、停车全过程中压力不超过1.5MPa。反应器压力报

4、警上限组态值为1.2MPa。反应过程主要有两股连续进料。第一股是反应物A，FI1201为进料流量，FV1201是进料阀；第二股是反应物B，FI1203为进料流量，FV1203是进料阀；反应器内主产物C重量百分比浓度在图中指示为AI1201，反应温度为TI1201，液位为LI1201。反应器出口流量为FI1202，由出口阀FV1202控制其流量。反应器出口为混合液，由产物C与未反应的A、B组成。反应器冷却水入口流量为FI1105，由阀FV1105控制流量。开车步骤1．初始化检查，系统处于开车前状态，确认所有阀门处于关闭状态。2．开

5、FV1201约50%，开始进料。3．开FV1203约50%，开始进料。4．液位LI1201上升，物料开始反应，当反应器温度达到45℃时，调节冷却水进料确保反应器温度缓慢上升。5．当液位上升至80%左右，打开出口阀门FV1202。6.反应器正常运行时，确保反应器温度、压力、液位、产品组份和出口流量均维持在工艺要求范围内。同时，确保反应器处在安全、稳定的生产工况。1、控制需求分析2.1、进料流量及比例控制反应器共有两股连续进料。要求选手设计控制系统克服每股进料的流量扰动。同时，需要保证两股物料以一定比例进料。2.2、反应器液位控制要

6、求选手设计液位控制系统，保证液位处于80％，以获得较大的反应停留时间，保证反应充分进行。2.3、反应器压力安全控制为保证反应安全，需要对压力进行安全控制系统的设计。2.4、反应器组份控制为得到一定的转化率的产品，要求选手对反应器最终产物的组份进行控制。2.5、反应器温度控制为保证反应的进行，需要对温度进行控制。2.6、产物流量控制为保证产量，需要对产物流量进行控制。2.7、节能环保指标控制出于对效能、环境等因素的考虑，要求在控制系统设计和实施中对冷却水用量等能耗指标予以充分考虑。2.8、开车步骤顺序控制从生产单元冷态起，自动开车

7、，按照开车步骤依次将控制回路投用，保证开车稳步进行，保证系统无扰投运。1、对象特性分析图1中，物料A与物料B进行合成反应，生成的反应热从夹套中通过冷却水除去，反应完成的时间比停留的时间短，反应的转化率、吸收率及副产品的分布决定于物料A与B的流量之比，通过控制反应器的液面高度来改变进料量达到物料平衡。反应器正常运行时，确保反应器温度、压力、液位、产品组份和出口流量均维持在工艺要求范围内。同时，确保反应器处在安全、稳定的生产工况，尽可能减少硬性停车，保证较大的生产能力。三、控制系统设计1、进料控制设计本控制系统的反应器中共有两股物料

8、连续进料，其中A和B为反应物，为了更好的满足工艺要求，我们选用变比值控制的方式来设计进料流量控制系统。1.1、比值控制系统实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系