ITEM設(shè)計(jì)開發(fā)賽項(xiàng)工程設(shè)計(jì)文檔西安郵電大學(xué)參賽隊(duì)分享有刪減

2015年全國大學(xué)生西門子杯工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽工程設(shè)計(jì)文件ITEM1設(shè)計(jì)開發(fā)賽項(xiàng)參賽隊(duì)伍名稱：未來星參賽學(xué)校名稱：西安郵電大學(xué)2015年6月28日一、方案設(shè)計(jì)依據(jù)、范圍及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)11、設(shè)計(jì)依據(jù)（1）PCS7-SMPT1000實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)（2）SMPT-1000蒸發(fā)器及其PCS7控制（3）2012年全國大學(xué)生西門子杯工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽實(shí)施方案（4）SIMATICPCS7使用手冊及產(chǎn)品目錄22、設(shè)計(jì)范圍本設(shè)計(jì)包括反應(yīng)溫度的控制、產(chǎn)物濃度的控制、反應(yīng)器液位的控制以及壓力的控制；啟動(dòng)時(shí)，對液位、升溫、產(chǎn)物的順序控制，啟動(dòng)完穩(wěn)定之后，對穩(wěn)定液位、保溫、穩(wěn)定濃度，提升或者降低出口流量的控制；以及操作員監(jiān)視控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等等。33、設(shè)計(jì)遵循的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范（1）HG/T20636-1998《自控專業(yè)設(shè)計(jì)管理規(guī)定》（2）HG/T20637-1998《自控專業(yè)工程設(shè)計(jì)文件的編制規(guī)定》（3）HG/T20638-1998《自控專業(yè)工程設(shè)計(jì)文件深度的規(guī)定》（4）HG/T20639-1998《自控專業(yè)工程設(shè)計(jì)用典型圖表及標(biāo)準(zhǔn)目錄》（5）HG20505-2000《過程檢測和控制系統(tǒng)用文字代號和圖形符號》（6）HG20506-1992《自控專業(yè)施工圖設(shè)計(jì)內(nèi)容深度規(guī)定》（7）HG/T20519-1992《化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定》（8）HG20559-1993《管道儀表流程圖設(shè)計(jì)規(guī)定》二、系統(tǒng)分析（包括控制需求分析、對象特性分析、工藝流程分析、系統(tǒng)安全要求等）2.1工藝流程分析被控對像為多功能過程控制系統(tǒng)（SMPT－1000）中的反應(yīng)器單元，為連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)。（圖2.1）圖2.1反應(yīng)器及進(jìn)出口的結(jié)構(gòu)圖所選被控對象為過程工業(yè)常見的連續(xù)反應(yīng)器。反應(yīng)過程為反應(yīng)物A、反應(yīng)物B以及催化劑C發(fā)生反應(yīng)，生成產(chǎn)物D。反應(yīng)由熱水加熱誘發(fā)，由冷卻水進(jìn)行冷卻。其工藝流程圖如上：該連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)以反應(yīng)物A、反應(yīng)物B以及催化劑C，在反應(yīng)溫度70.0℃下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物為D。反應(yīng)設(shè)備包括：反應(yīng)器，反應(yīng)器耐壓約1.5MPa。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1.2MPa。反應(yīng)過程主要有三股連續(xù)進(jìn)料。第一股是反應(yīng)物A，F(xiàn)I1201為進(jìn)料流量，F(xiàn)V1201是進(jìn)料閥；第二股是反應(yīng)物B，F(xiàn)I1203為進(jìn)料流量，F(xiàn)V1203是進(jìn)料閥；第三股為催化劑C，F(xiàn)I1104為進(jìn)料流量，F(xiàn)V1104為進(jìn)料閥門；HS1101為攪拌開關(guān)；HS1102為熱水加熱開關(guān)，熱水用來誘發(fā)反應(yīng)。反應(yīng)器內(nèi)主產(chǎn)物D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D及未反應(yīng)的A、B、C組成。反應(yīng)器冷卻水入口流量為FI1105，由閥FV1105控制流量。2.2控制需求分析2.2.1開車控制需求分析1．初始化檢查，系統(tǒng)處于開車前狀態(tài)，確認(rèn)所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。2．開FV1203，開始B進(jìn)料，液位上升。3．液位上升到50%左右，開FV1201，開始A進(jìn)料。4．當(dāng)液位上升到60%，打開閥門FV1202。5.打開攪拌開關(guān)HS1101。6.打開熱水加熱開關(guān)HS1102，誘發(fā)反應(yīng)。7.打開催化劑閥門FV1104。 8.當(dāng)溫度TI1201大于40℃時(shí)，關(guān)閉熱水加熱開關(guān)。9.如果溫度繼續(xù)上升則反應(yīng)誘發(fā)成功，調(diào)節(jié)冷卻水進(jìn)料反應(yīng)器溫度緩慢上升，不大于0.1℃/秒，直到到達(dá)70℃。10.反應(yīng)器正常運(yùn)行時(shí)，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(shí)，確保反應(yīng)器處在安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)工況。2.2.2穩(wěn)定控制需求分析反應(yīng)器工作原理是將反應(yīng)器中的反應(yīng)物互相反應(yīng)，從而得到新的產(chǎn)物。在這個(gè)過程中存在著這樣的關(guān)系：起始反應(yīng)物的質(zhì)量＝反應(yīng)后反應(yīng)物和生成物混合物的質(zhì)量。各個(gè)反應(yīng)物在催化劑的作用下會(huì)不斷的發(fā)生反應(yīng)生成新的產(chǎn)物。反應(yīng)過程主要有三股連續(xù)進(jìn)料，第一股是反應(yīng)物A，F(xiàn)I1201為進(jìn)料流量，F(xiàn)V1201是進(jìn)料閥；第二股是反應(yīng)物B，F(xiàn)I1203為進(jìn)料流量，F(xiàn)V1203是進(jìn)料閥；第三股為催化劑C，F(xiàn)I1104為進(jìn)料流量，F(xiàn)V1104為進(jìn)料閥門；HS1101為攪拌開關(guān)；HS1102為熱水加熱開關(guān)，熱水用來誘發(fā)反應(yīng)。反應(yīng)器內(nèi)主產(chǎn)物D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。壓力為PI1201。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D及未反應(yīng)的A、B、C組成。反應(yīng)器冷卻水入口流量為FI1105，由閥FV1105控制流量。為了使反應(yīng)器的操作能正常進(jìn)行反應(yīng)器系統(tǒng)運(yùn)行過程中必須保證整個(gè)反應(yīng)的穩(wěn)定平衡，其中包括物料平衡，能量平衡，壓強(qiáng)的穩(wěn)定不要超過耐壓值。為了保證能量的平衡需要及時(shí)為反應(yīng)器清除反應(yīng)熱以免熱量的聚集，為了保證物料的平衡需要定時(shí)排出或清空反應(yīng)器的惰性物料一保證反應(yīng)的正常；穩(wěn)定；平衡。從而達(dá)到穩(wěn)定輸出的效果。并且反應(yīng)器里面有大的管道提供了熱傳遞所需的接觸面積及增大液體表面積，從而提高熱源的使用效率。但也加大了調(diào)節(jié)過程中的滯后。給溫度控制帶來了一定的困難。而且大量的液體溫度升高意味著，要消耗掉大量的能量。所以反應(yīng)器內(nèi)有一個(gè)合適且穩(wěn)定的液位、壓強(qiáng)、溫度，會(huì)大大提高系統(tǒng)的性能。保持一個(gè)合理穩(wěn)定的溫度是非常重要的。它關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。穩(wěn)定的濃液輸出，能夠保證產(chǎn)量，在質(zhì)量得到保證的前提下，需使產(chǎn)物的輸出量趨于穩(wěn)定。為了確保這幾個(gè)參數(shù)滿足要求，需要對幾個(gè)變量進(jìn)行控制：1、要對反應(yīng)物流量、催化劑流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，為了使液位穩(wěn)定在某個(gè)值，將會(huì)對壓強(qiáng)有一定的影響；2、要對液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，液位的調(diào)節(jié)很關(guān)鍵，關(guān)系到熱傳遞效率和容器的壓強(qiáng)，影響到產(chǎn)物的穩(wěn)定輸出組份的大小；3、對溫度的調(diào)節(jié)，主要是出于系統(tǒng)能耗、安全性考慮和滿足工藝要求；4、產(chǎn)物流量要趨于穩(wěn)定，這就保證了輸出穩(wěn)定。在滿足工藝要求的前提下，要提高系統(tǒng)的安全性和減少能耗，這就要求在工藝充許的前提下，產(chǎn)物的濃度盡量高些，因?yàn)檫@樣可以減少對原料的浪費(fèi)和能量的消耗。但必須要把系統(tǒng)的波動(dòng)考慮在其中，因?yàn)楫?dāng)溫度波動(dòng)時(shí)，較多的水意味著要消耗更多的熱量來改變溫度。產(chǎn)物的出口在工藝充許的前提下要盡可能大，以保證產(chǎn)量。2.3對象特性分析本項(xiàng)目控制對象是溶液。第一、在密閉的容器里溫度越高，壓強(qiáng)越大；第二、溶液有沸點(diǎn)，如果壓強(qiáng)太低就無法升高溫度；第三、水的比熱容較大，利用熱傳遞溫度改變較慢，利用壓強(qiáng)改變水的沸點(diǎn)，來調(diào)溫以減少滯后。流體經(jīng)過閥的流量：Q＝A*μ*（2*P/ρ）^0.5式中：Q—流量，A—閥開口面積，μ—流量系數(shù)，ρ—流體密度，P－通過閥的壓強(qiáng)差由式子可知，各個(gè)閥的流量及蒸發(fā)器內(nèi)的壓強(qiáng)有關(guān)，蒸發(fā)器內(nèi)壓強(qiáng)越大，進(jìn)口流量越小，出口流量越大。從式子可以看出，壓強(qiáng)對流量的影響是非線性的，影響壓強(qiáng)的因素有溫度和體積。溫升高不僅使氣體熱脹，壓強(qiáng)升高，還會(huì)使物料加快蒸發(fā)，增加氣體量。物料的改變也會(huì)改變氣體的體積，同樣也會(huì)改變壓強(qiáng)。所以流體的流量間接的受到溫度和液位的影響。所選對象是一個(gè)多輸出、多干擾的非線性對象，且各個(gè)變量之間存在著密切的聯(lián)系，一個(gè)變量的改變，可能使整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)。如果單獨(dú)對一兩個(gè)變量進(jìn)行調(diào)定，會(huì)使系統(tǒng)增加擾動(dòng)范圍。42.4系統(tǒng)安全要求為了保證系統(tǒng)安全，防止反應(yīng)器爆炸，反應(yīng)器內(nèi)的壓力應(yīng)當(dāng)盡量低，但如果超過一定值時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)強(qiáng)制停止。保證反應(yīng)器內(nèi)壓強(qiáng)不超過1.2MPa，反應(yīng)器耐壓約1.5MPa。液位不能不過高，否則會(huì)引起不必要的安全隱患，也不能過低，否則不利于熱交換，反應(yīng)效率也低。溫度也不能過高，否則會(huì)帶來不必要的安全隱患，也不能過低否則會(huì)使反應(yīng)效率過低。三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)d3.1基礎(chǔ)控制系統(tǒng)及開車順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（包括控制回路、控制算法、被控變量、操縱變量、控制規(guī)律、閥門特性、順序邏輯、安全保障等功能設(shè)計(jì)，并說明設(shè)計(jì)理由）3.1.1溫度、壓力控制方案溫度關(guān)系到生產(chǎn)過程中的能耗，產(chǎn)品的殺菌作用，保證溫度的穩(wěn)定還可以為其他的變量的控制提供便利的條件，所以溫度的控制是基礎(chǔ)。由于壓力對閥的流量、反應(yīng)程度有影響，溫度和濃度也有一定的關(guān)系。所以溫度、壓力控制會(huì)使液位產(chǎn)生影響，從而影響反應(yīng)器內(nèi)的組份。所以先對溫度、壓力進(jìn)行調(diào)控，使它們趨于穩(wěn)定。根據(jù)杜林直線，溫度和壓力成線性關(guān)系。所以只需要控制其中一個(gè)變量，就可以改變另一個(gè)變量。選用溫度作為控制對象，控制目標(biāo)是使溫度保持在某個(gè)相對較穩(wěn)定的值或者是較小的范圍內(nèi)，以便于其他變量的調(diào)節(jié)。（1）控制回路及控制算法在系統(tǒng)的溫度調(diào)節(jié)過程中FV1105閥門開度的大小對溫度起到了至關(guān)重要的作用。所以在調(diào)節(jié)時(shí)選用單回路調(diào)節(jié)，如圖二所示。反應(yīng)器溫度溫度反應(yīng)器溫度溫度控制器閥FV1105溫度變送器溫度變送器圖二溫度控制回路方框圖（2）被控變量——反應(yīng)器溫度合適的反應(yīng)器溫度對于反應(yīng)的高效率和高轉(zhuǎn)換率有著至關(guān)重要的作用，所以調(diào)節(jié)溫度的好壞直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量。溫度也關(guān)系到壓強(qiáng)過大會(huì)給閥門帶來一定的負(fù)擔(dān)，也是系統(tǒng)安全性的保障，因此選擇溫度作為被控變量。（3）閥門選型及特性調(diào)節(jié)閥選型——?dú)忾_型冷卻水進(jìn)口閥FV1105選用氣開型，一旦發(fā)生事故，閥處于全關(guān)狀態(tài)。不會(huì)浪費(fèi)水造成事故。閥門流量特性選擇等線性閥。3.1.2壓強(qiáng)控制方案反應(yīng)器內(nèi)的壓強(qiáng)和反應(yīng)物的流量有著密不可分的關(guān)系，反應(yīng)物流量的大小都會(huì)影響到反應(yīng)器壓強(qiáng)的大小，所以壓強(qiáng)的控制采用和流量的串級控制。3.1.3組份的控制溫度，壓強(qiáng)，液位，合理的反應(yīng)物和催化劑之間的比值，這些都是影響組份大小的重要原因，因此對于組分的控制采用和流量和催化劑之間的比值控制，以及保證穩(wěn)定的壓強(qiáng)和合理的液位適當(dāng)?shù)臏囟?。這些參數(shù)的穩(wěn)定對于組分的控制起到了至關(guān)重要的輔助意義，反應(yīng)物流量和催化劑之間的比值控制起到了主要的作用。（22）數(shù)據(jù)處理基于軟測量的先進(jìn)控制及優(yōu)化中，融合了大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場測量數(shù)據(jù)通過安裝在現(xiàn)場的傳感器、變送器等儀表獲得。由于受到儀表精度、測量方法、生產(chǎn)環(huán)境等的影響，測量數(shù)據(jù)都不可避免地含有誤差，有時(shí)甚至是過失誤差。而任一數(shù)據(jù)的實(shí)效都會(huì)影響軟測量系統(tǒng)的性能，影響生產(chǎn)。因此，對原始生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理以得到精確可靠的數(shù)據(jù)，以提高軟測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。使用隨機(jī)誤差處理剔除跳變信號，常采用遞推數(shù)字濾波方法，過失誤差出現(xiàn)的幾率較小，但是它將嚴(yán)重影響輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，從而影響軟測量模型的精度。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、剔除和校正含過失誤差的數(shù)據(jù)是誤差處理重要環(huán)節(jié)。利用合適的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因?yàn)橛?jì)算濃度的單位都是流量單位，需要換算成質(zhì)量單位。以方便計(jì)算。（44）算法在PCS7中的實(shí)現(xiàn)因?yàn)橐谒惴ㄖ屑尤霊]波、累積等一些算法，使用梯形圖或CFC中功能塊編程較為復(fù)雜，因此，使用SCL進(jìn)行編寫。并且按照PASCAL程序設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行。一級算法1.采集各輔助變量信號。2.對采集的變量信號進(jìn)行處理3.反應(yīng)過程控制。4.穩(wěn)定各參數(shù)保證高組份的輸出。其中第2步需要二級就精二級求精2—1.將采回的信號進(jìn)行累加，2—2.累加值除以累加次數(shù)23.1.1.2.2組份對象析組份做為產(chǎn)品的質(zhì)量的重要指標(biāo)，如何控好濃度也是本項(xiàng)目的重點(diǎn)之一。由于組份不容易時(shí)時(shí)測量，利用軟測量的方法進(jìn)行測量得出溶液組分的評估。假定在液位、壓力、溫度等這些變都穩(wěn)定的情況下。為了將控制對象清晰化，在控制濃度時(shí)先將其它變量假設(shè)為穩(wěn)定，在這樣的前提下將反應(yīng)器變?yōu)槔硐牖磻?yīng)器。（4444）閥門選型及特性FV1202調(diào)節(jié)閥選型——?dú)忾_型，濃液出口閥FV1202選用氣開型，一旦發(fā)生事故，閥處于全關(guān)狀態(tài)，不會(huì)導(dǎo)致憋氣，保證壓力不會(huì)太高，損環(huán)其它閥門及其它設(shè)備。為了使反應(yīng)物之間成線性關(guān)系，閥門流量特性選擇百分比閥。33.1.1.3液位控制方案為使對反應(yīng)器液位的控制不影響到反應(yīng)器中組份的大小和溫度壓強(qiáng)，所以對于反應(yīng)器液位的控制采用控制反應(yīng)出口流量閥FV1202的單回路控制方式。這樣可以對反應(yīng)器液位的控制得到很好地解決，而不影響其他參數(shù)。（4444）閥門選型及特性FV1201調(diào)節(jié)閥選型——?dú)忾_型物料A進(jìn)口閥FV1201選用氣開型，一旦發(fā)生事故，閥處于全關(guān)狀態(tài)。不會(huì)使反應(yīng)器的液位升高，過高的液位可能會(huì)進(jìn)入抽氣機(jī)，損壞抽氣機(jī)，閥門流量特性選擇線性閥。FV1203調(diào)節(jié)閥選型——?dú)忾_型物料B進(jìn)口閥FV1203選用氣開型，一旦發(fā)生事故，閥處于全關(guān)狀態(tài)。不會(huì)使反應(yīng)器的液位升高，過高的液位可能會(huì)進(jìn)入抽氣機(jī)，損壞抽氣機(jī)，閥門流量特性選擇線性閥。FV1104調(diào)節(jié)閥選型——?dú)忾_型一旦發(fā)生事故，閥處于全關(guān)狀態(tài)。不會(huì)使反應(yīng)器的液位升高，過高的液位可能會(huì)進(jìn)入抽氣機(jī)，損壞抽氣機(jī)，閥門流量特性選擇線性閥。FV1202調(diào)節(jié)閥選型——?dú)怅P(guān)閥一旦發(fā)生事故，閥處于全開狀態(tài)。不會(huì)使反應(yīng)器中因?yàn)橛袣埩舴磻?yīng)物而導(dǎo)致二次事故的爆發(fā)對相關(guān)的生命財(cái)產(chǎn)造成損失。13.1反應(yīng)器的控制程序在7PCS7中的編寫圖3.1.17PCS7的元件視圖和工廠視圖圖23.1.2CSIMATIC400圖3.1.3程序中的符號定義表圖3.1.4AO站的網(wǎng)絡(luò)連接圖圖3.1.5系統(tǒng)組態(tài)編輯3.1.2CFC程序功能模塊圖3.1.7流量壓強(qiáng)的串級控制圖3.1.8溫度液位的綜合控制3.1.3SFC程序順序功能模塊圖3.1.11SFC編寫程序的順序功能圖3.1.2開車順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開車順序控制的好壞關(guān)系到系統(tǒng)能否快速穩(wěn)定。如果開車順序控制不好很可能造成前期產(chǎn)品的產(chǎn)量下降，組份不達(dá)標(biāo)等問題。為了減少開車時(shí)間，物料B注入反應(yīng)器時(shí)閥門FV1203應(yīng)當(dāng)全開，升溫度和反應(yīng)時(shí)不僅要保證最大速度，還要保證溫度在一定范圍內(nèi)，以達(dá)到工藝要求，所以在開車的升溫、反應(yīng)時(shí)要引入溫度控控制回路，但參數(shù)和連續(xù)生產(chǎn)時(shí)有所不同。因?yàn)闇囟?、液位、流量和壓力都是可測的，所以它們的轉(zhuǎn)換條件相當(dāng)清晰，也比較好控。但是組份不可測，在控制時(shí)必須依靠其他變量。1．初始化檢查，系統(tǒng)處于開車前狀態(tài)，確認(rèn)所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。2．開FV1203，開始B進(jìn)料，液位上升。3．液位上升到50%左右，開FV1201，開始A進(jìn)料。4．當(dāng)液位上升到60%，打開閥門FV1202。5.打開攪拌開關(guān)HS1101。6.打開熱水加熱開關(guān)HS1102，誘發(fā)反應(yīng)。7.打開催化劑閥門FV1104。 8.當(dāng)溫度TI1201大于40℃時(shí)，關(guān)閉熱水加熱開關(guān)。9.如果溫度繼續(xù)上升則反應(yīng)誘發(fā)成功，調(diào)節(jié)冷卻水進(jìn)料反應(yīng)器溫度緩慢上升，不大于0.1℃/秒，直到到達(dá)70℃。10.反應(yīng)器正常運(yùn)行時(shí)，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(shí)，確保反應(yīng)器處在安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)工況。3.1.3安全保障等功能設(shè)計(jì)安全保障是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。也是安全生產(chǎn)的基礎(chǔ).在保證安全的前提下，應(yīng)當(dāng)考慮到產(chǎn)量。有些安全故障需要停機(jī)維護(hù)，比如說是閥門等硬件損壞。不可通過軟件進(jìn)行修復(fù)，此時(shí)就需要停機(jī),將這些損壞的部件修好。但是有些非硬件損壞引起的安全問題可以利用軟件進(jìn)行相調(diào)整。比如液位的超限是由于原料特性改變,(比如粘度改變)導(dǎo)致PID的參數(shù)于系統(tǒng)失調(diào),致使誤差累加，最終液位超限。像這一類的安全問題都需要停機(jī)處理，將不利于連續(xù)生產(chǎn)，影響到產(chǎn)量。11、軟件原因引起安全問題當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)這一類問題時(shí),首先發(fā)出信號讓操作員知道，系統(tǒng)出錯(cuò)。然后由操作決定需不需要停機(jī)，如果只是某些參數(shù)不匹配，可以通過參數(shù)改變調(diào)好則不需要停機(jī)。22、硬件原因引起安全問在現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)這類問題常見到，有的因?yàn)榻佑|不良導(dǎo)致閥門失控，有的則是因?yàn)殚y門本身的損壞，對于這類的問題必須通過停機(jī)。但在停機(jī)后有的故障現(xiàn)象已經(jīng)消失，給維修帶來困難，花更多的時(shí)間，有時(shí)候還需要用手動(dòng)的方式去尋找故障點(diǎn)。為了方便維修，在停機(jī)前就要打一些信息保留下來。3.2安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（包括聲光報(bào)警、安全聯(lián)鎖、緊急停車、安全儀表等功能設(shè)計(jì)，并說明設(shè)計(jì)理由）由于開車時(shí)，是順序運(yùn)行，回路出錯(cuò)時(shí)比較容易發(fā)現(xiàn)，所以開時(shí)出現(xiàn)安全問題可以直接停機(jī)。但連續(xù)運(yùn)行時(shí)每個(gè)回路都相互影響，一種現(xiàn)象可能是由不同引起的。安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如4.13所示圖3.1.13安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖對閥門進(jìn)行分析如表1所示。表1閥門及故障的關(guān)系根據(jù)閥門失控對應(yīng)的故障現(xiàn)象，系統(tǒng)在停車前做出判斷，并且將信息保留下來，直到維修人按下復(fù)位。3.2.2液位安全功能保障由于蒸發(fā)器的進(jìn)口和出口分別選用了氣關(guān)和氣開，所以在閥門失控的情況下液位只能是下降。如果出現(xiàn)上升則不是閥門失控問題，而是軟件問題。在液位下限以后，利用一個(gè)試探信號來測試閥門是否完好，如果所有閥都是完好，則也是軟件問題。面對參數(shù)不匹配的問題，第一步就是要做出故障警報(bào)。3.2.3溫度安全功能保障溫度安全功能保障設(shè)計(jì)思想基本和液位相同，物料A和物料B以及催化劑C進(jìn)口閥和物料D出口閥分別使用氣開和氣閉，在閥門失控情況下不會(huì)導(dǎo)致溫度上升，只能減小。當(dāng)溫度升高時(shí)很大可能不是閥門失控。具體情要等高溫警報(bào)后人工處理。3.2.4緊急停車閥門失去控制是比較常見的硬件故障，當(dāng)然這不是所有的故障，也不可能將所有的故障考慮在其中。所以前面的調(diào)范圍都要小于危險(xiǎn)范圍，可以說是預(yù)警范圍，在這個(gè)范圍里正常系統(tǒng)已經(jīng)失去了控制能力。需要一些特別的處理手段。但仍存在很多因素使系統(tǒng)不安全。比如壓力，當(dāng)遇到這種況情時(shí)必須要緊急停止，并要有聲光報(bào)警。當(dāng)液位高于90%或低于50%、溫度高于90℃或低于40℃這些情都要立即停止。3.3綠色生產(chǎn)、節(jié)能減排降耗方面的考慮在當(dāng)今能源緊缺的社會(huì)條件下，節(jié)能減排已經(jīng)成為了企業(yè)生存的關(guān)鍵。除了生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)、更新提高質(zhì)量和產(chǎn)量外，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)也能提高提高能源的利用率。節(jié)能是我們方案設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。從實(shí)際需求可能出發(fā)，設(shè)計(jì)控制方案，不盲目追求工藝要求的中間值。要具體問題具體分析，在工藝要求充許、系統(tǒng)穩(wěn)定的前提條件下，盡量減少能耗。按照生產(chǎn)要求，溫度范圍為70℃左右。顯然如果能穩(wěn)定在70℃時(shí)能耗更加合理。所以在溫度的選擇上既要考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性，波動(dòng)時(shí)是否滿足生產(chǎn)要求，還要考慮到，能耗問題。液位的選擇穩(wěn)定值也低一些，因?yàn)樗蟹悬c(diǎn)，溫度升高依靠熱傳遞，而溫度降低則是依靠壓強(qiáng)改，當(dāng)壓強(qiáng)變低時(shí)水，還保持高溫，水的內(nèi)部會(huì)劇烈沸騰。在控制穩(wěn)定值選定的情況下，利用自動(dòng)化儀表，采用合理的控制方案，構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以把工藝上無法節(jié)省的部分節(jié)省下來。本設(shè)計(jì)從開車到連續(xù)生產(chǎn)都是自動(dòng)。使用PL作為控制器，有相當(dāng)高的可靠性。從而減少了能耗?？煽康倪^程控制就意味著節(jié)能。一套化生產(chǎn)裝置想要平穩(wěn)生產(chǎn)，就要有可靠性、先進(jìn)的控制做保證。設(shè)計(jì)較為合理、經(jīng)濟(jì)的節(jié)能控制方案，需要理論和實(shí)際相結(jié)合，考慮支每一個(gè)細(xì)節(jié)工作，比如溫度控制時(shí)，水的滯后比較大。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮在其中。只有這樣才能得到最佳在這設(shè)計(jì)上做好以后，在運(yùn)行過程中，要讓操作者容易操作。在故障時(shí)方便檢修，且增強(qiáng)工作人員的責(zé)任意識(shí)。在故障后能很快解決問，減少不必要的浪費(fèi)。3.4控制系統(tǒng)管道儀表流程圖（包括基礎(chǔ)控制系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)等）溫度控制管道流程圖控制器I—2為溫度串聯(lián)調(diào)節(jié)回路中的外環(huán)控制器，I—1為溫度串聯(lián)調(diào)回路中的內(nèi)環(huán)控制器液位管道流控制程圖控制器I2—2為液位串聯(lián)調(diào)節(jié)回路中的外環(huán)控制器，I2—1為液位串聯(lián)調(diào)回路中的內(nèi)環(huán)控制器。壓力管道流控制程圖控制器I3-1為催化劑C的單回路控制器控制器I3-為物料A的單回路控制器，I3-5K2為物料A,C比值控制器，I3-6K1為物料A,C,B比值控制器,I3—3為壓力串聯(lián)調(diào)節(jié)回路中的內(nèi)環(huán)控制器，I3—4為液位串聯(lián)調(diào)回路中的外環(huán)控制器。四、系統(tǒng)設(shè)備選擇及系統(tǒng)連接4.1系統(tǒng)設(shè)備選擇主控制器列表序號名稱型號訂貨號數(shù)量1電源模塊PS40710AOKA02-OAAO12CPU模塊CPU412-5H5HK06-0AB013CP模塊CP443-11EX30-0XE014ET200M模塊IM153-22BA02-OXBO15模擬量輸入AI8X12Bit7KF02-OABO16模擬量輸出AO4X12Bit5HD01-OABO17數(shù)字量輸入DI32DC24V1BH02-OAAO18數(shù)字量輸出DO32DC24V1BF01-OAAO14.1.1傳感器選型傳感器選型表傳感器公司型號信號方式電源耐壓FI1201西門子MAG3100P4~20mA24VDCPN40FI1202西門子MAG1100HT4~20mA24VDCPN40FI1203西門子MAG1100HT4~20mA24VDCPN40FI1104西門子SBL型靶式流量計(jì)4~20mA24VDCPN40PI1201西門子QBE9000-P164~20mA24VDCTI1201西門子FT-TP/1004~20mA無源PN40LI1201西門子7ML54314~20mA24VDCFI1105泉州日新SBL型靶式流量計(jì)4~20mA24VDCPN404.1.3IO模塊配置反應(yīng)器模擬量輸出列表序號名稱位號單位儀表下限儀表上限相對地址1物料C進(jìn)料流量FI1104kg/s0100IW+82冷卻水流量FI1105kg/s0100IW+103物料A進(jìn)料流量FI1201kg/s0100IW+144反應(yīng)器出口流量FI1202kg/s0100IW+165物料B進(jìn)料流量FI1203kg/s0100IW+186反應(yīng)器液位LI1201%0100IW+247反應(yīng)器溫度TI1201℃0200IW+368反應(yīng)器壓力PI1201MPa010IW+509反應(yīng)器產(chǎn)物組分AI1201%0100IW+52反應(yīng)器模擬量輸入列表序號名稱位號儀表下限儀表上限相對地址1物料C流量調(diào)節(jié)閥FV11040100QW+102冷卻水流量調(diào)節(jié)閥FV11050100QW+143物料A流量調(diào)節(jié)閥FV12010100QW+224反應(yīng)器出口流量調(diào)節(jié)閥FV12020100QW+245物料B流量調(diào)節(jié)閥FV12030100QW+26應(yīng)器數(shù)字量輸入列表序號名稱位號地址1攪拌開關(guān)HS1101Q+2.52熱水加熱開關(guān)HS1102Q+2.64.2系統(tǒng)連接被控對象AI被控對象PC(OS/ES)CP通訊PLC輸出端工業(yè)以太網(wǎng) profibus A0PC(OS/ES)CP通訊PLC輸出端DIDO4.3供電要求本加熱爐裝置屬于一級一類負(fù)荷。為此，必須用緊急電源為本加熱爐控制系統(tǒng)供電，同時(shí)，緊急電源需要由兩個(gè)相互獨(dú)立的電源提供電力。兩個(gè)電源中一個(gè)為工作電源，一個(gè)為后備電源。

按照國家標(biāo)準(zhǔn)中劃分的用電負(fù)荷等級的規(guī)定，本系統(tǒng)儀表用電負(fù)荷屬于有特殊供電要求的負(fù)荷，這類負(fù)荷在電源中斷后會(huì)打亂生產(chǎn)過程，造成設(shè)備損壞和人員傷害以及經(jīng)濟(jì)損失，因此儀表工作電源必須是不間斷電源，同時(shí)還需要設(shè)置緊急電源。

表加熱爐自控系統(tǒng)各部件的耗電量，需要為自控系統(tǒng)提供兩種電源：220V

交流電源和24V

直流電源。交流電源需提供約2.6kVA容量；直流電源需提供約238VA

容量。儀表電源容量應(yīng)按儀表耗電量總和的1.2-1.5

倍計(jì)算；用于DCS、PLC、SIS

等系統(tǒng)的不間斷電源容量可按各系統(tǒng)用電量總和的1.2-1.25

倍計(jì)算。這里按照1.5

倍計(jì)算，最后確定需為儀表提供交流電源容量4kVA；直流電源容量0.4kVA。

電源的質(zhì)量指標(biāo)要求如下：對于交流電源為電壓220V±5%，頻率50Hz±0.5Hz，波形失真率<5%。；對于直流電源為電壓24V±0.3V，紋波電壓<0.2%，交流分量有效值<40mV。允許電源瞬斷時(shí)間≤3ms，電壓瞬間跌落<10%五、實(shí)施效果5.1操作說明PCS7程序在編譯下載后，在WINCC運(yùn)行畫面里開車，SFC會(huì)按照下列程序步驟運(yùn)行。從冷態(tài)開車，開車前關(guān)閉所有的閥門。初始化檢查，確認(rèn)所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。3.設(shè)置所有的PID都為手動(dòng)調(diào)節(jié)4.開FV1203，開始B進(jìn)料，液位上升。5．液位上升到50%左右，開FV1201，開始A進(jìn)料。6．當(dāng)液位上升到60%，將FIC1201和LIC1201投入自動(dòng)模式，打開閥門FV1202。7.打開攪拌開關(guān)HS1101。8.打開熱水加熱開關(guān)HS1102，誘發(fā)反應(yīng)。9.打開催化劑閥門FV1104。10.當(dāng)溫度TI1201大于40℃時(shí)，關(guān)閉熱水加熱開關(guān)。11.如果溫度繼續(xù)上升則反應(yīng)誘發(fā)成功，調(diào)節(jié)冷卻水進(jìn)料反應(yīng)器溫度緩慢上升，不大于0.1℃/秒，直到到達(dá)70℃將TIC1201投入自動(dòng)。12.將所有的PID都投入自動(dòng)模式。5.2監(jiān)控畫面（包括流程畫面、趨勢畫面、報(bào)警畫面、操作畫面等）六、經(jīng)濟(jì)效益分析6.1.經(jīng)濟(jì)分析生產(chǎn)規(guī)模預(yù)測根據(jù)公司的發(fā)展規(guī)劃，項(xiàng)目從2014年11月開始實(shí)施，項(xiàng)目總投資720萬元（其中研發(fā)費(fèi)用260萬元）。項(xiàng)目建設(shè)期1年，從2015年10月開始投產(chǎn),隨著項(xiàng)目的技術(shù)及生產(chǎn)工藝的成熟,預(yù)計(jì)在2015年達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。項(xiàng)目產(chǎn)品生產(chǎn)年份的達(dá)產(chǎn)系數(shù)分別為30％、80％、100％。產(chǎn)品生產(chǎn)方案具體詳見下圖。6.2項(xiàng)目成本、經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測分析6.2.1成本預(yù)測分析（2015年）原輔材料采購費(fèi):本項(xiàng)目主要原輔材料采購費(fèi)按消耗定額和預(yù)測市場價(jià)格確定，到達(dá)產(chǎn)年生產(chǎn)能力，預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)年原輔材料采購費(fèi)用為550萬元。燃動(dòng)消耗費(fèi):本項(xiàng)目主要燃料動(dòng)力為水、電消耗。燃動(dòng)費(fèi)根據(jù)消耗定額及現(xiàn)行價(jià)格計(jì)算，預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)年燃料動(dòng)力采購費(fèi)用為65萬元。人工及福利費(fèi):本項(xiàng)目人員配置主要為生產(chǎn)人員、管理人員和銷售人員,年福利費(fèi)用按工資總額的14％計(jì)取。預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)年項(xiàng)目員工合計(jì)50人,預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)年工資福利總額為97.5萬元。各項(xiàng)費(fèi)用:各項(xiàng)費(fèi)用參考同行業(yè)企業(yè)的費(fèi)用水平進(jìn)行測算。制造費(fèi)用：修理費(fèi)用（含物料消耗）按折舊額的40%估算，折舊費(fèi)中建筑物、構(gòu)筑物折舊期限為20年，機(jī)器設(shè)備年折舊期限為10年，電子設(shè)備年折舊期限為5年，折舊方法采用平均年限法，殘值率按5％計(jì)算，其它費(fèi)用按預(yù)計(jì)發(fā)生額進(jìn)行估算。預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)年制造費(fèi)用為93.04萬元。管理費(fèi)用：工會(huì)經(jīng)費(fèi)和職工培訓(xùn)費(fèi)分別按