过程控制工程设计

过程控制工程设计200KW螺旋桨模拟负载装置2过程控制系统设计的主要内容过程控制系统设计包括方案设计、工程化设计、仪表调校、工程安装、调节器参数整定等几个主要部分。（1）控制方案设计是系统设计的核心。如果控制方案设计不合理，则无论选用何种先进的仪表，都不能发挥其应有作用。不合理的控制方案不仅会使系统的性能指标得不到满足，甚至会使系统无法运行。（2）工程设计是在控制方案确定的基础上进行的。它包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统的设计、信号联锁、系统保护等等。过程控制系统的正确安装是保证系统正常运行的前提。系统安装前后，要对各个控制检测仪表进行调校和对整个控制回路进行联调，以保证系统的正常运行。3先修课程《自动控制原理》《检测技术及仪表》《过程控制系统》《电器控制与PLC技术》《集散控制系统》等。4绪论任何一项建设工程首先要经过工程设计。自控工程设计的定义把生产过程自动化的各种控制方案，用图纸资料和文字资料的形式表达出来的全部工作。对于自动化专业的本科学生，在学习各专业课程后，进行一次自控工程设计的实践是十分必要的。51学习自控工程设计的重要性（1）工程设计是工程建设过程中一个很重要的环节，对整个工程项目起着指导作用。从事自控工程设计将是毕业后工作任务中的一项重要内容。因此，在校学习阶段能掌握工程设计的基本程序和方法，并进行一次基本训练的实践是十分必要的。（2）学习工程设计也是工科专业学生加强工程实际观念、进行专业知识全面综合运行的一个极好的过程。6自控工程设计是运用《过程控制工程》的知识，针对某生产工艺流程，实施自控方案的具体体现。完成自控工程设计:1）要掌握控制理论及控制工程的基本理论;2）要熟悉自动化技术工具（控制及检测仪表）的使用方法及型号、规格、价格等信息;3）要学习本专业的有关工程实际知识，如工程设计的程序和方法、仪表安装方式及常用设备材料的规格、型号等。72掌握自控工程设计的方法自控工程设计需要大量的专业知识，需要了解和掌握工程设计的程序和方法、有关的规程和规定。这些必须通过亲自实践，才能逐步掌握。（1）要独立完成一项工程的自控设计，需懂得设计工作的程序。（2）要用图纸、文字资料来表达设计意图，使别人能清楚地看懂自己的设计图纸，并能按图纸进行施工，就要熟悉有关的设计规范。所以，整个工程设计的学习，最好的方法是边干边学。8（3）要求：在进行自控工程设计的模拟设计时：①要大量查阅设计规程和规定，体会并掌握正确的设计表达方法。②广泛了解仪表、设备、材料等的有关信息中，学会收集设计资料的方法和途径。③编制众多的自控设计图纸资料过程中，训练、提高工程设计图纸资料的编制能力。93自控工程设计的发展概况近几十年来，随着自动化技术工具的发展以及新型过程控制系统的出现，设计工作的内容、程序和方法有了较大的变化。尤其当进入20世纪80年代以后，微电子技术推动了计算机的迅猛发展，使得过程控制所采用的仪表、设备等发生了根本性的改变。这些更促使自控工程设计工作进行全面的调整。（1）在20世纪50、60年代，大量使用气动仪表，以满足防爆的要求。常用的控制系统——单回路反馈控制系统或少量的串级、均匀和比值控制系统。特点：设计工作简单。10（2）随着电动单元组合仪表的出现，一直到DDZ-III型仪表问世，本质安全防爆的性能，根本上满足了工业过程的防爆要求。于是，在自控工程设计中，电动仪表逐步取代气动仪表。然而，无论是气动仪表或是电动仪表，都属于常规仪表。因此，在自控工程设计，基本的程序和方法内容是相似的。中国在70、80、90年代分别制定了有关自控工程设计的施工图内容深度规定，作为自控专业使用常规仪表进行工程设计的指导性文件。（3）20世纪80年代中期，分散控制系统（DistributedControlSystem，也称集散控制系统）开始在工业过程中得到了应用。因此，在进入21世纪前，总结了国内外自控工程设计的经验，开始推行国际通用设计体制和方法，使得自控工程设计工作更为规范有序。114学习本课程的目的（1）能较快地了解自控工程设计的全貌，并针对某一工艺流程，进行一次自控工程设计的基本训练。（2）熟练掌握AutoCAD软件，并应用其进行工程设计。12实际工程举例----模拟仿真螺旋桨负载装置13研制意义在船舶轮机动态问题的研究中，其中很主要的应用方面为电力推进。电力推进装置主要部件的基本特性，包括螺旋桨特性，柴油机特性，直流发电机和电动机的基本公式、基本特性，以及柴油机直接带动螺旋桨时的工作特性等。尤其是，螺旋桨负载的复杂特性对电力推进电动机机械特性的要求，对于我们深入认识电力推进装置的特点有很重要的意义。14工作原理该装置采用直流发电机模拟螺旋桨负载特性。为了准确获得系统的输出转矩和转速值，在直流电机轴上安装了转矩转速传感器。通过数据采集系统和工业控制计算机，利用螺旋桨动态仿真数据库，将采集的转速信号变成相应的转矩给定信号，来控制变流装置的输出电压大小，从而控制直流发电机的电枢电流大小。使直流发电机输出的转矩转速特性与实际的螺旋桨特性相接近。15系统组成•硬件组成由直流发电机组、工业控制计算机、转矩转速传感器、数据采集卡、转矩转速测量仪、直流电机变流装置、故障报警和冷却系统组成。•软件组成由螺旋桨动态模型数据库、功能设置、故障诊断、检测、通信、显示、存储和帮助等模块组成。16硬件系统组成图控制柜仿真负载其它计算机计数A/D转换D/A转换工作状态输入控制及报警信号输出串行口输入输出工业控制计算机转矩/速度传感器电压、电流、功率和温度传感器可控硅控制装置Uφ、Ia推进装置直流发电机主控电路三相交流电冷却系统逆变/整流变压器17软件系统组成图18系统功能1.控制功能可根据选择对各种负载的转矩特性进行自动模拟控制，也可手动控制。2.显示功能显示系统运行时的各种参数值，显示控制系统的结构及设置，显示动态过程曲线，显示报警3.故障诊断功能该装置的故障诊断完全实现计算机化，自动显示。4.记录功能5.监控系统自诊断19技术指标1.能实现螺旋桨转矩—转速特性，输出转矩最大100N.m，转速0～1500转，可正、反转。2.有适当的转动惯量，转矩控制系统有适当的通带宽度，可仿真不同惯性的大小船舶。3.实现全数字化计算机控制，可手、自动控制，具有故障自动诊断、报警、曲线设置、保存、帮助和通信等功能。20应用前景该装置是一种能对直流电机进行四象限驱动，具有控制、监测、保护和串行通信功能的全微机化装置，不仅能模拟船舶在各种运行状况下螺旋桨所表现出来的各种复杂特性，还可以模拟多种工程需要的力或力矩载荷（如位能性、反抗性负载，风机类负载等），既可以对工作系统进行模拟加载，为有关装置提供一套满意的施力系统，因此该装置也可以称为“电力通用施力装置”。该装置不仅适用于所有需要考虑载荷变化影响的各种实验研究系统，也可以单独做直流电动机使用，另外该装置的特有的通信功能为整个系统的集中控制提供了保证。总之，做为国内首台的全数字化动仿真螺旋桨负载模拟装置，其应用前景应该是广阔的。21200KW螺旋桨负载模拟装置帆船模拟训练装置过程控制工程设计第一章自控工程设计的任务和方法步骤23§1自控工程设计的任务和方法步骤§1-1自控工程设计的任务§1-2自控工程设计的体制§1-3自控工程设计的阶段划分和设计内容§1-4自控工程设计的方法和程序§1-5自控专业与其他专业的协作关系§1-6自控专业工程设计中常用规定和标准24§1-1自控工程设计的任务基本任务：负责工艺生产装置与公用工程、辅助工程系统的控制设计，检测仪表、在线分析仪表和控制及管理用计算机等系统的设计以及有关的程序控制、信号报警和联锁系统的设计。在完成这些基本任务中，尚需考虑自控所用的辅助设备及附件、电气设备材料、安装材料的选型设计；自控的安全技术措施和防干扰、安全设施的设计；以及控制室、仪表车间与分析器室的设计。251.自控工程设计的基本任务是：从我国的实际情况出发，结合本厂的特点，确定生产过程自动化水平。根据工艺要求，确定各种检测参数。主要控制参数的控制系统的设计。工艺生产过程必要的信号报警和联锁保护设计。控制室、仪表盘的设计。仪表车间的设计。作为一般的老厂技术改造，以上设计已能达到要求；若作为新厂或老厂配套设计，还需进行有关的辅助设计，如控制室、配电、气源、水、蒸汽、原料、成品计量等的设计。26在当前实施的设计“新体制”中，列出自控工程设计的八项任务：（1）负责生产装置、辅助工程和公用工程系统的检测、控制、报警、联锁／停车和监控／管理计算机系统的设计；（2）负责检测仪表、控制系统及其辅助设备和安装材料的选型设计；（3）负责检测仪表和控制系统的安装设计；（4）负责DCS、PLC和上位计算机（监控、管理）的系统配置、功能要求和设备选型，并负责或参加软件的编制工作;（5）负责现场仪表的环境防护措施的设计；（6）接受工艺、系统和其他主导专业的设计条件，提出设备、管道、电气、土建、暖通和给排水等专业的设计条件；（7）负责控制室、分析器室以及仪表车间的设计；（8）负责工厂生产过程计量系统的设计。272.工程设计任务的类别:一般有新建项目的工程设计，老厂的改造扩建工程设计，国外项目的工程设计和引进项目的配套工程设计等几类，此外还有工程开发设计和有关试验装置的设计。应当根据不同的设计任务类别，区别对待。总的说来，工程设计的宗旨应该是：切合实际，技术上先进，安全可靠，经济投入／效益比要小。283.对自控工程设计人员的要求：在工厂建设中，要求设计人员综合地考虑某项工程的经济性、安全性、耐久性和企业的特点，消除公害的措施，与各部门的相互配合等等，制订出合理的计划。对设计人员提出以下要求：（1）接到设计任务书后，要认真领会设计任务书的要求，并严格地贯彻执行一系列技术条例和规定。（2）按照任务书的要求，从实践中取得第一手资料，作出合理的设计，使设计建立在可靠和落实的基础上，决不能闭门造车。29（3）在设计中要加强经济观点，注意经济效益。对自动化水平的确定要适合国情，对仪表的投资要进行经济概算。（4）自控设计是整个工程设计的一部分，与工艺、化工设备、电气、土建等其它专业都有联系。（5）现代生产中由于电子计算机及分析仪表的在线控制，设计人员要高度的重视：微弱信号的传递，取样管的安装，配线施工中的干扰问题。（6）现代工业生产中，对于特殊工艺条件下的检测和控制技术要求比较高，仪表本身的质量固然重要，但施工方法不能忽视。设计人员不仅要熟悉常规的自动化仪表的各种安装规范，对于特殊的检测和控制也要推荐一定的施工方法。304.自控工程设计的方法：（1）常用的方法：由工艺专业提出条件，自控与工艺专业一起讨论确定控制方案，确定必要的中间贮槽及其容量，确定合适的设备余量，确定开、停车以及紧急事故处理方案等等。这种设计方法对合理确定控制方案，充分发挥自控专业的主观能动性是有益的。（2）但在实际设计过程中，尤其对一些新工艺，有时主要是由工艺专业提出条件并确定控制方案，自控专业进行设计，某些国外的公司就采用这种做法。31§1-2自控工程设计的体制20世纪70年代，当时的燃料化学工业部，曾颁布了一个自控工程设计施工图深度规定，作为自控工程设计的行业标准。到了80年代，原化学工业部颁发了《化工工厂自控设计施工图内容深度统一规定》（CD50A2-84），这个国家行业标准一直沿用了十来年。(CD原化学工业部基本建设局标准)90年代原化学工业部在修改补充这个深度统一规定的基础上，重新颁布了新的行业标准《自控专业施工图设计内容深度规定》（HG20506-92）。(HG（HG/T）化学工业部行业标准)以上这些规定统称为老设计体制，它们规定的内容和深度，仅适用于采用常规仪表的化工等生产过程的施工图设计。32为满足90年代国内大量使用DCS系统，原化学工业部在1995年发布了《分散型控制系统工程设计规定》(HG/T20573-95)，作为化工自控工程设计采用分散型控制系统（DCS）的技术规定。1998年国家石油和化学工业局发布了《化工装置自控工程设计规定》