專業(yè)綜合課程設(shè)計間歇式反應(yīng)器自控設(shè)計

1、專業(yè)綜合設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目：間歇式反應(yīng)器自控設(shè)計二、設(shè)計目的1、進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的自動化專業(yè)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計、計算、繪圖、計算機(jī)應(yīng)用、文獻(xiàn)查閱和報告撰寫等基本技能；2、熟練掌握工業(yè)過程控制系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計過程，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力及獨(dú)立分析和解決工程實(shí)際問題的能力；3、熟練運(yùn)用autocad等繪圖工具制圖；4、培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神、創(chuàng)新意識、嚴(yán)肅認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)。三、設(shè)計任務(wù)及要求1、熟悉工藝流程；根據(jù)工藝要求，確定自控方案；用autocad繪制工藝管道及控制流程圖；2、儀表選型及調(diào)節(jié)閥和節(jié)流裝置的計算；3、繪制施工圖，編制自控設(shè)備表相應(yīng)表格。四、設(shè)計時間及進(jìn)

2、度安排設(shè)計時間共四周（2010.11.12010.11.19）,具體安排如下表：周安排設(shè) 計 內(nèi) 容設(shè)計時間第一周熟悉工藝流程，查找相關(guān)資料，根據(jù)工藝要求，確定自控方案；繪制工藝控制流程圖。2010.11.12010.11.4第二周進(jìn)行儀表選型及調(diào)節(jié)閥計算；繪制單回路圖。繪制儀表接線端子圖；供電系統(tǒng)圖，填寫自控設(shè)備相應(yīng)表格。2010.11.52010.11.14第三周完成并提交課程設(shè)計說明書及相關(guān)電子文檔。課程設(shè)計答辯。2010.11.152010.11.19五、指導(dǎo)教師評語及學(xué)生成績指導(dǎo)教師評語:年 月 日成績指導(dǎo)教師(簽字):- i -目 錄專業(yè)綜合設(shè)計任務(wù)書i第1章 工藝流程簡介11.1

3、工藝流程介紹11.2有關(guān)數(shù)據(jù)和已知條件11.3 控制方案的確立21.3.1 串級控制回路21.3.2 單回路控制31.4 帶控制方案的工藝流程3第2章 儀表選型52.1 i/o點(diǎn)表52.2 儀表選型62.3 安全柵的選取72.4 現(xiàn)場儀表的選取7第3章 硬件配置11第4章 盤柜設(shè)計12收獲和體會18參考文獻(xiàn)19- 21 -第1章 工藝流程簡介1.1工藝流程介紹圖1-1 間歇式化學(xué)反應(yīng)器工藝流程圖間歇式化學(xué)反應(yīng)器是生產(chǎn)苯酚過程中不可缺少的磺化工段的主要設(shè)備。其工藝流程如圖1-1所示。首先把硫酸罐（高位槽）中的濃硫酸定量放進(jìn)反應(yīng)釜里，然后連續(xù)注入苯汽，其最大流量可達(dá)2500立升/小時，用加熱油（變

4、壓器油）連續(xù)加熱4小時左右，其反應(yīng)溫度為120，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)方程式如下：c6h6 + h2so4 = c6h5so3h + h2o (吸熱反應(yīng))最后產(chǎn)品c6h5so3h(苯磺酸)由反應(yīng)器底部放料，未反應(yīng)完的苯汽，通過分層分離器以后回收再使用。主要控制指標(biāo)是反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，但是現(xiàn)在無法直接測量。1.2有關(guān)數(shù)據(jù)和已知條件 反應(yīng)器動態(tài)特性可以近似的看成一階慣性環(huán)節(jié)，其放大倍數(shù)kp= 0.8，時間常數(shù)tp=1.5分。 硫酸加入量2噸。 苯最大流量2500立升/小時。 變壓器油溫度200，最大流量5噸/小時。 反應(yīng)器規(guī)定值為120。 反應(yīng)所需時間約4小時。 加熱油管內(nèi)徑25。 苯流量（回流管）管內(nèi)徑20

5、。 加熱蒸汽管內(nèi)徑50。 加熱蒸汽最大流量500m3 /h，壓力6/ m3。1.3 控制方案的確立根據(jù)工藝過程的簡述，以及性能指標(biāo)的要求，確定使用的控制方案是一個串級控制和一些簡單回路控制。采用串級控制系統(tǒng)的部分是對反應(yīng)釜內(nèi)溫度和加熱油流量的控制。因?yàn)椴捎脝位芈返目刂葡到y(tǒng)雖然簡單但對于加熱油所受的外部擾動作用小，如加熱油控制閥閥前溫度的變化，系統(tǒng)的抗擾動能力弱，都可能影響控制系統(tǒng)的品質(zhì)。為此我們采用串級控制系統(tǒng)，在串級回路中，主控對象是反應(yīng)釜內(nèi)的溫度，其輸出作為加熱油流量控制的給定值，所以加熱油的流量是被調(diào)參數(shù)，反應(yīng)釜內(nèi)的溫度是調(diào)節(jié)參數(shù)。這樣可以大大提供控制品質(zhì)。1.3.1 串級控制回路1、串

6、級控制串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調(diào)節(jié)器，前一個調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。 前一個調(diào)節(jié)器稱為主調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數(shù)），即工藝控制指標(biāo)；后一個調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數(shù)），是為了穩(wěn)定主變量而引入的輔助變量。 整個系統(tǒng)包括兩個控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成。 一次擾動：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。二次擾動：作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內(nèi)

7、的擾動。 2、串級控制系統(tǒng)的設(shè)計1） 主回路的設(shè)計 串級控制系統(tǒng)的主回路是定值控制，其設(shè)計單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計類似，設(shè)計過程可以按照簡單控制系統(tǒng)設(shè)計原則進(jìn)行。這里主要解決串級控制系統(tǒng)中兩個回路的協(xié)調(diào)工作問題。主要包括如何選取被控參數(shù)、確定主、副回路的原則等問題。 2） 副回路的設(shè)計 由于副回路是隨動系統(tǒng)， 對包含在其中的二次擾動具有很強(qiáng)的抑制能力和自適應(yīng)能力，二次擾動通過主、副回路的調(diào)節(jié)對主被控量的影響很小，因此在選擇副回路時應(yīng)盡可能把被控過程中變化劇烈、頻繁、幅度大的主要擾動包括在副回路中，此外要盡可能包含較多的擾動。 歸納如下1） 在設(shè)計中要將主要擾動包括在副回路中。 2） 將更多的擾動包

8、括在副回路中。 3） 副被控過程的滯后不能太大，以保持副回路的快速相應(yīng)特性。 4） 要將被控對象具有明顯非線性或時變特性的一部分歸于副對象中。 5） 在需要以流量實(shí)現(xiàn)精確跟蹤時，可選流量為副被控量。 在這里要注意(2)和(3)存在明顯的矛盾，將更多的擾動包括在副回路中有可能導(dǎo)致副回路的滯后過大，這就會影響到副回路的快速控制作用的發(fā)揮，因此，在實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計中要兼顧(2)和(3)的綜合。 3、串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用1）用于克服被控過程較大的容量滯后 在過程控制系統(tǒng)中，被控過程的容量滯后較大，特別是一些被控量是溫度等參數(shù)時，控制要求較高，如果采用單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)工藝的要求。利用串級控

9、制系統(tǒng)存在二次回路而改善過程動態(tài)特性，提高系統(tǒng)工作頻率，合理構(gòu)造二次回路，減小容量滯后對過程的影響，加快響應(yīng)速度。在構(gòu)造二次回路時，應(yīng)該選擇一個滯后較小的副回路，保證快速動作的副回路。 2）用于克服被控過程的純滯后 被控過程中存在純滯后會嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，使控制系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)工藝的要求。使用串級控制系統(tǒng)，在距離調(diào)節(jié)閥較近、純滯后較小的位置構(gòu)成副回路，把主要擾動包含在副回路中，提高副回路對系統(tǒng)的控制能力，可以減小純滯后對主被控量的影響。改善控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。 3）用于抑制變化劇烈幅度較大的擾動 串級控制系統(tǒng)的副回路對于回路內(nèi)的擾動具有很強(qiáng)的抑制能力。只要在設(shè)計時把變化劇烈幅度大的擾

10、動包含在副回路中，即可以大大削弱其對主被控量的影響。 4）用于克服被控過程的非線性 在過程控制中，一般的被控過程都存在著一定的非線性。這會導(dǎo)致當(dāng)負(fù)載變化時整個系統(tǒng)的特性發(fā)生變化，影響控制系統(tǒng)的動態(tài)特性。單回路系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)工藝的要求，由于串級控制系統(tǒng)的副回路是隨動控制系統(tǒng)，具有一定的自適應(yīng)性，在一定程度上可以補(bǔ)償非線性對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。1.3.2 單回路控制單回路控制回路又稱單回路反饋控制。由于在所有反饋控制中，單回路反饋控制是最基本、結(jié)構(gòu)做簡單的一種，因此，它又被稱之為簡單控制。 單回路反饋控制由四個基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象（簡稱對象）或被控過程（簡稱過程）、測量變送裝置、控制器和

11、控制閥。 所謂控制系統(tǒng)的整定，就是對于一個已經(jīng)設(shè)計并安裝就緒的控制系統(tǒng)，通過控制器參數(shù)的調(diào)整，使得系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。1.4 帶控制方案的工藝流程根據(jù)工藝過程的簡述，以及性能指標(biāo)的要求，可得出帶控制方案的流程圖如圖1-2。圖1-2 間歇式化學(xué)反應(yīng)器帶控制方案工藝流程圖第2章 儀表選型2.1 i/o點(diǎn)表根據(jù)工藝流程圖，共包含數(shù)字量輸入控制點(diǎn)2個，數(shù)字量輸出控制點(diǎn)4個模擬量輸入控制點(diǎn)12個，模擬量輸出控制點(diǎn)4個，。結(jié)合實(shí)際，i/o點(diǎn)表如表2-1所示：序號位號描述點(diǎn)類型電信號類型工程量程1p101run泵101運(yùn)行狀態(tài)di2p101gz泵101故障狀態(tài)di3p101qt泵101

12、啟動停止按鈕do4fv102硫酸罐出料電動控制閥do4-20ma0-100%5fv103苯汽進(jìn)料電動控制閥do4-20ma0-100%6fv104出料口電動控制閥do4-20ma0-100%7ti101反應(yīng)釜上層溫度顯示aipt1000-2008ti102反應(yīng)釜下層溫度顯示aipt1000-2009ti103回油管中溫度顯示aipt1000-20010ti104加熱油進(jìn)料溫度顯示aipt1000-35011fiq101苯進(jìn)料流量累積顯示ai4-20ma0-4000l/h12fiq102硫酸進(jìn)料流量累積顯示ai4-20ma0-3.5t13li101反應(yīng)釜中液位顯示ai4-20ma0-10014p

13、ic101反應(yīng)釜中壓力顯示控制ai4-20ma0-10015fv101加熱油進(jìn)料控制閥ao4-20ma0-100%16lic102分層器中液位顯示控制ai4-20ma0-1t17tic101反應(yīng)釜中溫度顯示控制ai4-20ma0-20018fic101加熱油進(jìn)料流量顯示控制ai4-20ma0-8t/h19pv101反應(yīng)釜回收料控制閥ao4-20ma0-100%20lv101硫酸罐進(jìn)料控制閥ao4-20ma0-100%21lv102分層器出料控制閥ao4-20ma0-100%表2-1 i/o點(diǎn)表合計：di=21個di8do=41個do8ai=112個ai8ao=41個ao8表2-2 板卡數(shù)2.2

14、 儀表選型基于以上i/o點(diǎn)表，根據(jù)各點(diǎn)類型、量程及安裝方式，進(jìn)行儀表選型如表2-3。儀表名稱型號技術(shù)參數(shù)量程（mpa）數(shù)量壓力變送器stg944-eig-00000-s2住型號：stg944（量程0-140）-316l不銹鋼、硅油dc200、1/4“npt內(nèi)螺紋00.4mpa1溫度變送器stt2sm-0-tns-00-c主型號：stt2sm-現(xiàn)場安裝316不銹鋼表殼、1/2“npt電氣接口、數(shù)顯表頭-漢語說明書02001雙金屬溫度計wssf-481表盤直徑：100mm；外殼材質(zhì)：304ss；精度：1.0%；防護(hù)等級：ip65；表玻璃材質(zhì)：儀表玻璃；保護(hù)管材質(zhì)：304ss；保護(hù)管尺寸：8mm；可

15、動外螺紋連接；連接尺寸：m272m；帶不銹鋼位號牌；帶法蘭護(hù)套；整體鉆孔，直形套管；護(hù)套套管及法蘭材質(zhì)：304ss；套管內(nèi)徑-外徑：10mm-16mm；儀表接口：m272f；過程接口：hg 20592-97 dn25 pn6.3mpa；035010-2003電磁流量計ldg-s成套精度：口徑10250 0.5；1.0口徑：300-1200 1.0；1.5輸出信號：0-10ma dc 420ma dc01khz(配ldz-5型轉(zhuǎn)換器)最大工作溫度：口徑10-200 80、120、150三種 口徑250-1200 20scm成套精度：口徑10250 0.5；1.0口徑：300-1200 1.0；1

16、.5輸出信號：0-10ma dc420ma dc01khz(配ldz-5型轉(zhuǎn)換器)最大工作溫度：口徑10-200 80、120、150三種口徑250-1200 80最大工作壓力：口徑10-50 4.0mpa口徑65125 1.6mpa口徑150-1000 1.0mpa口徑1200 o.6mpa工作電流：0.5a(配ldz-4b型) 0.2a (配ldz-5型)防護(hù)等級：標(biāo)準(zhǔn)型ip65(防噴水型)特殊型ip67(防浸水型)ip68(潛水型)電 源：傳感器由轉(zhuǎn)換器供電 轉(zhuǎn)換器電源220v 50hz連接法蘭：機(jī)標(biāo)jbt8194；國標(biāo)gb911988或按用戶需2、壓力變送器：yszk型 擴(kuò)散硅壓力變送

17、器yszk硅壓力變送器主要用于在各種工業(yè)過程中連續(xù)測量各類液體、氣體、蒸汽的壓力，將被測信號轉(zhuǎn)換成420ma. dc信號輸出，可與其他單元組合儀表或dcs系統(tǒng)組成檢測、記錄、控制等工業(yè)自動化系統(tǒng)。本系統(tǒng)防爆型產(chǎn)品，經(jīng)國家儀器儀表防爆安全監(jiān)督檢驗(yàn)站檢驗(yàn)認(rèn)可，符合國家防爆標(biāo)準(zhǔn)gb3836的有關(guān)規(guī)定。 用途：yszk硅壓力變送器采用標(biāo)準(zhǔn)的二線制，420ma.dc 輸出，與介質(zhì)接觸部分為不銹鋼或哈氏合金等耐腐蝕材料，量程調(diào)節(jié)和零點(diǎn)遷移范圍寬并可直接安裝在測量管道上，使用極其方便。廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、水力電力、食品醫(yī)藥、環(huán)境控制等行業(yè)的過程控制和壓力、液位的測量。主要特點(diǎn)(1) 體積小，重量輕，

18、可直接安裝于檢測點(diǎn)的管壁或容器壁上，也可通過安裝支架安裝；(2) 精度高，由于敏感芯片輸出電信號于壓力有著良好的線性關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)對壓力的準(zhǔn)確測量；(3) 可動件少，電子元器件經(jīng)過嚴(yán)格老化篩選，可靠性好；(4) 量程可調(diào)范圍大，量程可調(diào)范圍大于6：1，遷移方便；(5) 并可選擇配用lcd指示表，作現(xiàn)場指示用。（非防爆型）(6) 型號、規(guī)格與主要技術(shù)性能 主要技術(shù)指標(biāo)(1) 輸出信號、負(fù)載阻抗、傳輸形式和電源電壓(2) 輸出信號：420ma dc(3) 電源電壓：12-36v dc （防爆型變送器為24v dc）(4) 傳輸形式：二線制(5) 負(fù)載特性：與供電電源vs有關(guān)，按關(guān)系式rl50（vs

19、-12）基本誤差(1) 基本誤差小于：0.2%； 0.3%； 0.5%(2) 溫度影響：在100kpa60mpa范圍內(nèi)溫度影響：0.2%量程上限/10(3) 對外接口尺寸1/2npt；m20x1.5的內(nèi)外螺紋(4) 相對濕度95%(5) 遷移范圍：測量范圍上限值與測量量程之差(6) 量程比： 一般量程比為6：1，最大量程比為10：1(7) 隔離膜片材料：316不銹鋼、 哈氏合金b、鉑、鉭，防爆等級（不帶顯示）(8) 隔爆型 exdiibt4 防爆合格證號gyb00298(9) 本質(zhì)安全型 exiaiict4 防爆合格證號gyb00299(10) 重量約0.9kg（不帶支架）。(11) 正常工作

20、條件(12) 環(huán)境溫度 -20 +80 （防爆型為-20 +60）(13) 工作介質(zhì)溫度 -40 +120 3、溫度變送器sbwz-2480 一體化溫度變送器sbw系列熱電偶、熱電阻溫度變送器是ddz-s系列儀表中的現(xiàn)場安裝式溫度變送器單元。它采用二線制傳送方式（兩根導(dǎo)線作為電源輸入，信號輸出的公用傳輸線）。將熱電偶、熱電阻信號變換成與輸入信號或與溫度信號成線性的420ma的輸出信號。變送器可以安裝于熱電偶、熱電阻的接線盒內(nèi)與之形成一體化結(jié)構(gòu)。它作為新一代測溫儀表可廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、電力、輕工、紡織、食品、國防以及科研等工業(yè)部門。產(chǎn)品特點(diǎn)采用硅橡膠密封結(jié)構(gòu)、因此耐震，耐濕、適合在惡劣

21、現(xiàn)場環(huán)境中安裝使用?，F(xiàn)場安裝于熱電偶、熱電阻的接線盒內(nèi)，直接輸出420ma，這樣既省去昂貴的補(bǔ)償導(dǎo)線費(fèi)用，又提高了信號長距離傳送過程中的抗干擾能力。變送器具有輸入端開路指示功能，熱電偶溫度變送器具有冷端溫度自動補(bǔ)償功能。精度高、功耗低，使用環(huán)境溫度范圍寬，工作穩(wěn)定可靠。應(yīng)用面廣，既可與熱電偶、熱電阻形成一體化現(xiàn)場安裝結(jié)構(gòu)，也可作為功能模塊安裝在檢測設(shè)備中。智能型溫度變送器可使用zbt通訊設(shè)備、一臺386或更高級的pc機(jī)，設(shè)置變送器的型號、分度號及被測溫度的量程范圍。數(shù)顯型溫度變送器可按用戶實(shí)際需要調(diào)整變送器顯示屏的顯示方向。 輸入：熱電偶 k型、e型、b型、s型、t型、j型、n型熱電阻 pt1

22、00 cu100 cu50(三線制或四線制)輸出：在量程范圍內(nèi)輸出420ma直流信號。與熱電偶輸入的毫伏信號成線性;與熱電阻的輸入電阻信號成線性。或與溫度信號成線性。隔離溫度變送器，輸入與輸出相隔離，隔離電壓為0.5kv增加抗共模干擾能力，更適合計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)使用。基本誤差：*0.5%fs傳送方式：二線制顯示方式：（數(shù)顯型）lcd四位顯示，熱電偶開路時顯示e標(biāo)志且輸出大于20ma。工作電源：變送器工作電源電壓最低12v，最高35v，額定工作電壓24v。負(fù)載：極限負(fù)載電阻按下式計算：rl(max)=50(vmin-12)（即24v時，負(fù)載電阻可在0600范圍內(nèi)選擇用）額定負(fù)載250）正常工作環(huán)境：a

23、)環(huán)境溫度2580（常溫型）2070（數(shù)顯型）b)相對濕度5%95%c)機(jī)械振動f50hz，振幅0.15mmd) 周圍空氣中不含有對鉻、鎳鍍層、有色金屬及其它合金起腐蝕作用的介質(zhì)。環(huán)境溫度影響：0.05/1第3章 硬件配置間歇式化學(xué)反應(yīng)器是以模擬量控制為主，帶有部分?jǐn)?shù)字量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，包括工業(yè)生產(chǎn)中的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，根據(jù)表2-2，故選用帶有a/d轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶有d/a轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應(yīng)的傳感器、變送器和驅(qū)動裝置。選擇運(yùn)算功能較強(qiáng)的中小型plc（如西門子公司的s7-300系列plc）。具體配置如表4-1所示：序號型號及規(guī)格注釋數(shù)量16es7 307-

24、1ea00-0aa0電源模塊(5a)126es7 315-2ag10-0ab0cpu315-2dp, 128k內(nèi)存136es7 323-1bh01-0aa0數(shù)字量8點(diǎn)輸入/8點(diǎn)輸出模塊（24vdc）146es7 321-1ff01-0aa0模擬量輸入模塊(8路 13bit)256es7 332-5hf01-0ab0模擬量輸出模塊(8路 13bit)166es7 390-1af30-0aa0導(dǎo)軌(530mm)17hr-wp6047/6035-dl-exa安全柵168my-2nj中間繼電器8表4-1 plc模塊選取第4章 盤柜設(shè)計圖4-1 模塊配置圖圖4-2 盤柜布置圖圖4-3 配電圖圖4-4 數(shù)字量模塊接線圖圖4-5 模擬量輸入模塊接線圖圖4-6 模擬量輸出模塊接線圖 收獲和體會間歇式反應(yīng)器自控設(shè)計是我們第一次綜合性專業(yè)設(shè)計訓(xùn)練，它是我們第一次接觸的自控系統(tǒng)工程實(shí)踐任務(wù)。這次設(shè)計對于即將從事工業(yè)過程設(shè)計的學(xué)生，是一次比較完整、比較綜合性的系統(tǒng)演練。通過本次練習(xí)，可鞏固和深化學(xué)生所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決工程實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)的控制理論、自動化儀表、控制工程等知識進(jìn)行工程設(shè)計的能力，提高計算、視圖、制圖和使用相關(guān)工程技術(shù)資料的能力。我們充分認(rèn)識到工程實(shí)際問題的解決方法