过程控制工程课程设计

过程控制工程课程设计任务书设计名称：扬子烯烃厂丁二烯装置控制模拟设计设计时间：2006.2.20~2006.3.10姓名：毛磊班级：自动化0201学号：05号南京工业大学自动化学院2006年3月1.课程设计内容：学习《过程控制工程》课程和下厂毕业实习2周后，在对扬子烯烃厂丁二烯装置的实际过程控制策略、实习环节的控制系统以及相应的组态软件有一定的认识和了解的基础上，针对扬子烯烃厂丁二烯装置，设计一个复杂控制系统（至少包含一个复杂回路和3-5个简单回路），并利用组态软件进行动态仿真设计，调节系统控制参数，使控制系统达到要求的控制效果。

1)独立完成设计任务，每个人根据下厂具体实习装置，确定自己的课程设计题目，每1-3人/组；2)选用一种组态软件（例如：采用力控组态软件）绘制系统工艺流程图；3)绘制控制系统原有的控制回路；4)利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软件，对控制系统进行组态；5)改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态；6)调节控制参数，使性能指标达到要求；7)写出设计工作小结。

对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出说明，并对所完成的设计做出评价，对自己整个设计工作中经验教训，总结收获。

2. 进度安排（时间3周）1)第1周选用一种组态软件绘制系统工艺流程图；绘制控制系统原有的控制回路；2)第2周利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软件，对控制系统进行组态；3)第3周(1-3) 改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态；调节控制参数，使性能指标达到要求；4)第3周(4) 书写课程设计说明书5)第3周(5) 演示、答辩过程控制工程课程设计报告书课程设计名称：扬子烯烃厂丁二烯装置控制模拟设计设计时间：2006.2.20~2006.3.10姓名：毛磊班级：自动化0201学号：05号南京工业大学自动化学院2006年3月四、课程设计内容（包括：现场的实际过程控制策略、以及相应的组态软件介绍，针对具体被控对象，设计4-5个简单回路和至少包含一个复杂控制系统的控制策略，并利用组态软件进行动态仿真设计，调节系统控制参数，使控制系统达到要求的控制效果，写出设计说明书。

设计说明书包括：设计思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等步骤做出说明，并对所完成的设计做出评价，总结整个设计工作中经验教训和收获。

）过程控制工程课程设计报告书“过程控制工程课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分，通过对扬子石化实际丁二烯车间生产流程的认识、控制方案的选择以及现场工程图纸的绘制等基础设计的学习，培养了自己理论与实践相结合能力、工程设计能力和创新能力。

过程控制系统设计是为实现生产过程自动化，应用图纸资料和文字资料来表达设计思想和工程实现方法。

设计大致可以分为两个阶段：设计前期工作和设计工作。

在设计前期工作中，要查阅一些现场生产技术资料，这主要以我们在扬子石化生产实习时所搜集的一些资料为主，同时还要根据具体情况确定自己想要实现的自动控制范围，进而再对被控对象动态特性进行分析，确定控制系统的被调量和调节量，确定控制质量指标和报警设限，最后根据对现场安全等方面因素的考虑，提出仪表选型原则，包括现场测量、检测变送、调节以及执行仪表的选型。

在第二阶段也就是设计工作中，要根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，完成控制系统原理图，根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，利用组态软件（力控软件、MCGS组态软件等）完成控制系统工艺流程图，然后根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表型号，再对所设计的系统进行仿真试验，并进行PID调节器参数整定，调试出比较理想的过程控制实时曲线图。

一、丁二烯车间DA-107的现场实际过程控制策略DA-107是第二精馏塔，它的作用是脱除第一精馏塔塔釜液中的高沸物，例如顺丁烯-2、丁二烯-1，2、乙基乙炔和碳五等等，该塔一共有85块塔板，其中第30块塔板为进料塔板。

DA-106釜液去DA-107的流量由LICA-119控制，产品丁二烯在丁二烯产品冷却器冷至40℃以下，并送入丁二烯产品检验槽，EA-129出口管线及DA-107塔顶馏出管线分别连续地加入TBC。

DA-107的塔顶操作压力为0.43±0.03MPaG，该压力是由PICA-120调节EA-118冷却水流量来控制。

在回流方面，工艺设计的回流量为28.08t/h；实际操作的回流量=采出量×（4.0～5.0）。

釜液流量的设计值为230kg/h，此值随DA-107进料中高沸物如顺丁烯-2、丁二烯-1，2、乙基乙炔和碳五的含量而变化，丁二烯-1，3维持在0.15kg/kg以下，釜液中丁二烯-1，2的含量可以有一定压力下的釜温来估算。

当产品丁二烯-1，3中杂质顺丁烯-2含量超过允许限度时，不管需要的回流量供给多少，也要增大塔釜液的排放。

DA-107的釜温设计值为62.5℃，实际操作温度为52-66℃，而该温度随塔釜组分和操作压力而变化，原料中高沸物含量增加，则釜温会略有上升。

再沸器EA-119和EA-120系立式热虹吸型再沸器，分别以循环正气冷凝液、循环热溶剂作热源，通过LICA-122调节蒸气冷凝液的流量来控制DA-107塔釜液位。

产品丁二烯中丁二烯-1，3的纯度应维持在0.98kg/kg以上，产品丁二烯中丁二烯-1，3和顺丁烯-2含量通过取样分析检测，产品丁二烯中杂质如羟基化合物、二聚物、过氧化物等也通过取样分析检验。

来自各再沸器和热交换器的所有蒸汽冷凝液（STC）全部送入蒸汽冷凝液罐（FA-113）。

而FA-113中的STC则由蒸汽冷凝液泵（GA-118A/B）送入EA-119（第二精馏塔蒸汽冷凝再沸器），向再沸器提供热量。

再沸器出口（EEA-119）的大部分STC送入EA-105（第一汽提塔冷凝器）；一部分经二甲胺萃取塔水进料泵（GA-130A/B）升压后送入DA-109作为二甲胺萃取剂用；一小部分STC送出界区，其流量由LICA-121控制，在EA-105中，STC被第一汽提塔馏出气的潜热和显热加热，然后返回FA-113。

二、力控2.6版组态软件简介在此次课程设计的第二阶段设计工作中，要根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，完成控制系统原理图，并利用组态软件完成简单的控制系统工艺流程图，我选择使用的是力控2.6版组态软件。

力控2.6版是一个面向方案的HMI/SCADA平台软件。

它基于流行的32位Windows平台，丰富的I/O驱动能够连接到各种现场设备。

分布式实时数据库系统，可提供访问工厂和企业系统数据的一个公共入口。

内置TCP/IP协议的网络服务程序可以使用户充分利用Intranet或Internet的网络资源。

重新设计的实时数据库管理器，全屏浏览编辑，组态过程更加方便、灵活、高效。

新增内置数据表，具备标准关系数据库所具有的基本特征和功能，免去在向管理信息系统延伸时必须捆绑各种关系数据库所带来的烦恼。

最值得一提的是其中的控制策略生成器，力控的新一代产品--控制策略生成器（Strategy Builder）是优异的自动化控制解决方案。

与传统的DCS、PLC控制系统相比，它充分体现了控制功能丰富、系统组建灵活、扩展方便的特点。

力控控制策略生成器是一个既可以运行在Windows98/2000/NT环境，又可以运行于Windows CE、DOS等嵌入式环境的控制功能软件模块。

它采用功能框图的方式为用户提供组态界面，具备与实时数据库、图形界面系统通讯的功能。

在力控的控制策略生成器中，一个应用程序中可以有很多控制策略，但只能有一个主策略。

主策略首先被执行，主策略可以调用其他策略。

策略嵌套最多为4级，即0~3级，在这4级中，0级最高，3级最低。

高级策略可以调用低级策略，而低级策略不可以调用高级策略。

除3级最多可以有127个策略外，其他3个级别分别最多可以有255个策略。

控制策略由一些基本功能块组成，一个功能块代表一种操作、算法或变量。

功能块是策略的基本执行元素，类似一个集成电路块，有若干个输入和输出，每一个输入和输出管脚都有唯一的名称。

力控的控制策略是在控制策略生成器中编辑生成的，在控制策略存盘时自动对策略进行编译，同时检查语法错误，编译也可以手动进行。

控制策略生成器采用符合IEC1131-3标准的图形化编程方式，其基本功能块分为5类：变量功能块、数学运算功能块、程序控制功能块、逻辑功能块和控制算法功能块。

变量功能块用来为其他功能块提供初始操作数、最终运算结果的变量连接。

在每一个变量功能块的属性框中都可以选择变量数据源/目的名称及其参数名称。

共有常数、输入变量、输出变量、系统变量、全局输入变量和全局输出变量等6个变量功能块。

数学运算功能块可完成变量的计算处理。

共有加法、减法、乘法、除法、乘方、取余、绝对值、正弦、余弦、正切、反正弦、反余弦、反正切、自然底幂数、平方根、常用对数、自然对数和取整等18个数学运算功能块。

逻辑功能块根据所选的算法执行逻辑功能，每个逻辑块最多有4个输入，并产生单一布尔输出。

功能块可以要求实型输入或布尔型输入。

实型输入可以是外部输入、内部输入和逻辑模块的输出。

共有与、或、异或、非、与非、或非、2个输入ON限定或门、3个输入ON限定或门、3个变量一致性检查、选择开关、定长脉冲、最大时限脉冲、最小时限脉冲、延时、开延时、关延时、看门狗、RS触发器、变化检测、带死区的等于比较、带死区的不等于比较、带死区的大于比较、带死区的大于等于比较、带死区的小于比较、带死区的小于等于比较、选通器等26个逻辑功能块。

程序控制功能块用于不同控制策略之间的嵌套。

共有跳转、调用子策略、返回和注释等4个功能块。

控制算法功能块主要用于完成各种模拟型的控制策略。

共有纯滞后补偿、滤波器、一阶传递函数、模拟输入、模拟输出、数字输入、数字输出、计时器、计数器、PID控制器、线性变换、开关控制器51、开关控制器13、三者取中、限值器、累计器、比例器、温压补偿、高低选和平均、通用线性化、比值控制器、斜坡控制器、数字组合点、计算器、条件动作表、加权平均等近30个功能块。

同时提供开放的算法接口，可以嵌入用户自己的控制程序。

另外，控制策略生成器与力控的其它程序组件可以无缝连接。

丰富的I/O设备驱动支持，能够连接到各种现场设备。

增强的I/O框架，增加了I/O冗余，更好的开放性和灵活性；同时提供开放式的I/O开发SDK及源码。

力控2.6版组态软件还全面支持OLE、ActiveX、DDE,完整的OPC Client，标准的SQL/ODBC API接口；精确的内部时钟系统，调度周期可精确至1毫秒；更快的网络通信速度，以满足构建大型、复杂SCADA系统的需求。