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1、过程控制工程课程设计目 录绪论3第一章 自控工程设计概述41.1自控设计的任务41.2自控设计的内容41.3自控设计的方法51.4自控设计的意义6第二章 工艺介绍及控制方案选择62.1脱硫工艺简介62.1.1工艺原理和工艺流程72.1.2HPF法脱硫操作条件82.1.3主要工艺操作控制指标92.2管道仪表流程图102.2.1主要控制回路和方案102.2.2管道仪表流程图的绘制16第三章 自控设备的选型163.1控制装置的选择163.1.1PLC控制系统的组成163.1.2DCS控制系统的组成173.1.3PLC与DCS的比较173.1.4结论183.2PLC的硬件选型183.2.1PLC选型注
2、意事项183.2.2PLC 的组成193.3图例符号的统一规定203.4检测仪表的选型243.4.1温度测量仪表的选型243.4.2压力测量仪表的选型253.4.3流量测量仪表的选型25第四章 控制室设计264.1设计要求264.1.1位置选择264.1.2尺寸设计264.1.3控制室的采光264.1.4控制室的供电及安全274.2根据要求结合工程特点设计274.3其他补充说明27第五章 仪表连接275.1系统的整体连接275.1.1仪表回路接线/接管图285.1.2仪表盘端子图/仪表盘穿板接头图285.2设计仪表端子图29第六章 供电296.1仪表供电系统设计296.1.1供电系统设计内容2
3、96.1.2仪表供电要求296.1.3对供电交变类型和电压的等级要求306.1.4对供电质量的要求306.2仪表供电配电设计306.2.1供电回路分组306.2.2配电方式31第七章 信号报警及连锁31第八章 安全保护及信息接地328.1仪表防爆设计328.1.1防爆设计的重要性328.1.2危险环境的分类328.2仪表接地设计338.2.1接地作用和要求338.2.2接地系统的设计原则与方法34第九章 施工试验及验收349.1自控工程的施工359.1.1施工工作内容359.2自控工程的试运行和验收359.2.1仪表的调校359.2.2仪表的试运行359.2.3仪表的交工验收36第十章 设计心
4、得36参考文献38绪论1.学习自控工程设计的重要性本课程设计主要是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。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。作为过程装备与控制工程专业的学生，从事控制工程设计将是毕业后工作任务中的一项主要内容。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。在老师的指
5、导下，通过控制工程设计的训练，学生毕业后走上工作岗位，一旦要做控制工程设计方面的一些工作，可大大缩短熟悉的过程。可以说控制工程设计是自动化专业学生的一项基本功，今后无论从事本学科领域的哪方面工作，都是极为有用的。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。控制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，实施控制方案的具体体现。完成控制工程设计，既要掌握控制理论及控制工程的基本理论，又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，而且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
6、的规格、型号等。在经过一次控制工程设汁的全面训练后将使学生深深体会到各专业课程所学知识的有机结合和综合应用的重要性。2.掌握控制工程设计的方法控制工程设计需要大量的专业知识，这些基本上在相关课程的教学中已学习过了。与此同时，尚需了解和掌握工程设计的程序和方法、合关的规程和规定。这些必须通过亲自实践，才能逐步掌握。要独立完成项工程的控制设计，需懂得设计工作的程序。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。这一过程涉及到查阅各种设计资料的能力培养。由于涉及面广，也难以通过几节课讲述清楚的。所以，整个工程设计的学习，最好的方法是边
7、干边学。在进行控制工程设计的模拟设计时，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。同时，在广泛了解仪表、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。另外，在编制众多的控制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。3.控制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。这些更促使控制工程设计工作进行全曲的调整。在20世纪50、60年代，当时在工业过程中，尤其在石油
8、、化工生产过程中，大量使用气动仪表，以满足防爆的要求。而常用的控制系统仅仅是单回路反馈控制系统(简单调节系统)或少量的串级、均匀和比值控制系统。因此控制工程设计工作相对来说较为简单。随着电动单元组合仪表的出现，一直到DDZ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，在控制工程设计中，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，在控制工程设计，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控制工程设计的施工图内容深度规定，作为控制专业使用常规仪表进行工程设计的指导性文件。20世纪80年代中期，分散控制系统(D
9、istributed Control System , DCS也称集散控制系统)开始在工业过程中得到了应用。分散控制系统与传统常规仪表的控制有着决然不同的方式与内涵，控制工程设计工作也发生了很大的变化。为适应改革、开放的经济政策，我国的工程设计必须与国际接轨。因此，在进入21世纪前，总结了国内外控制工程设计的经验，开始推行国际通用设计体制和方法，使得控制工程设计工作更为规范有序。第一章 自控工程设计概述1.1自控设计的任务自控工程设计的基本任务是负责工艺生产装置于公用工程、辅助工程系统的控制，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顺序控制、信号报警和联锁系统、安全仪表
10、系统（SIS）和紧急停车系统（ESI）的设计。完成这些基本任务时，还要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。1.2自控设计的内容按照当前实施的设计“新体制”的要求，自控工程设计阶段的工作可归纳为以下六个方面的内容： 根据工艺专业提出的监控条件绘制工艺控制图（PCD: Process Control Drawing）; 配合系统专业绘制各版管道仪表流程图（P&ID: Piping and Instrumentation Drawing）； 征集研究用户对P&ID及仪表设计规定的意见； 编制
11、仪表请购单，配合采购部门开展仪表和材料的采购工作； 确定仪表制造上的有关图纸，按仪表制造商返回的技术文件，提交仪表接口条件，并开展有关设计工作； 编（绘）制最终自控工程设计文件。在设计工作中，必须严格的贯彻执行一系列技术标准和规定，根据现有同类型工厂或实验装置的生产经验及技术资料，使设计建立在可靠的基础上。在设计过程中，应对工程的情况、国内外自动化水平、自动化技术工具的制造质量和供应情况，以及当前生产中的一些新技术发展的情况进行深入调查研究，才能有一个正确的判断，做出合理的设计。设计中还应加强经济观念，注意提高经济效益。自控工程设计常用的方法是有工艺专业提条件，而自控与工艺专业一起讨论确定控制
12、方案，确定必要的中间储槽及其容量，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。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。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确定控制方案，自控专业进行设计，在某些国外的公司就采用这种做法。1.3自控设计的方法在接到一个工程项目后，进行自控工程设计时，按照什么样的方法来完成这些内容呢？本节介绍完成这些内容的先后顺序和它们之间相互关系。熟悉工艺流程这是自控设计的第一步。一个成功的自控设计，自控设计人员对工艺熟悉和了解的深度将是重要的因素。在这阶段还需要收集工艺中有关的物性参数和重要数据。确定自控方
13、案，完成工艺控制流程图（PCD）了解工艺流程，并在和工艺人员充分协商后，定出各监测点、控制系统，确定全工艺流程的自控方案，在此基础上可画出工艺控制流程图（PCD）,并配合工艺系统专业完成各版管道仪表流程图（P&ID）。仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件在仪表选型中，首先要确定的是采用常规仪表还是DCS系统。然后，以确定的控制方案和所有的监测点，按照工艺提供的数据及仪表选型的原则，查阅有关部门汇编的产品目录和厂家的产品样本与说明书，调研产品的性能、质量和价格，选定检测、变送、显示、控制等各类仪表的规格、型号。并编制出自控设备或仪表数据表等有关的信息的设计文件。控制室的设计自控方案的确定，仪表选
14、型后，根据工艺特点，可进行控制室的设计。对采用常规仪表时，首先考虑仪表盘的正面布置，画出仪表盘布置图有关的图纸。然后均需画出控制室布置图及控制室与现场信号连接的有关设计文件，如仪表回路图、端子配线图等。在进行控制室设计中，还应向土建、暖通、电气等专业提出有关的设计条件。节流装置和调节阀的计算控制方案已定，所需的节流装置、调节阀的位置和数量也都已确定，根据工艺数据和有关计算翻番进行计算，分别列出仪表数据表中调节阀及节流装置计算数据表与结果。并将有关条件提供给管道专业，供管道设计之用。仪表供电、供气系统的设计自控系统的实践不仅需要供电，还需要供气（压缩空气作为启动仪表的气源，对于电动仪表及DCS系
15、统，由于目前还大量使用气动调节阀，所以气源是不可少的）。为此需按照仪表的供电、供气负荷大小及配置方式，画出仪表供电系统图、仪表空气管道平面图（或系统图）等设计文件。依据施工现场的田间，完成控制室与现场联系的相关设计文件按照现场的仪表设备的方位、控制室与现场的相对位置及系统的联系要求，进行仪表管线的配置工作。在此基础上可列出有关的表格和绘制相关的图纸，如列出电缆表（管缆）及桥架布置图、现场仪表配线图等。根据自控专业有关的其他设备、材料的选用等情况，完成有关的设计文件自控专业除了进行仪表设备的选用外，这些仪表设备在安装过程中，还需要选用一些有关的其他设备材料。对这些设备材料需根据施工要求，进行数量统计，编制仪表安装材料表。设计工作基本完成后，编写设计文件目录等文件在设计开始时，先初定应完成的设计内容，待整个工程设计工作基本完成后，要对所有的设计文件进行整理，并编制设计文件目录、仪表设计规定、仪表施工安装要求等工程设计文件
