第一章 概述一、专业技术实习的目的和要求传感器技术、数据采集与接口技术、PLC控制技术、监控组态设计技术、系统仿真技术是测控技术与仪器专业非常重要的专业技术随着计算机技术的普及和提高，用计算机进行自动检测、自动控制技术已是从事仪器仪表应用和测控技术的工程技术人员必不可少的专业技术通过专业技术实习，要求学生掌握测控技术与仪器专业的基本技能，掌握自动检测、自动控制技术，应能加强学生如下能力的培养：（1）独立工作能力和创造力；（2）综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；（3）查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；（4）工程绘图的能力；（5）编写技术报告和编制技术资料的能力二、专业技术实习的形式和方法要求每一位同学独立查阅资料，完成专业技术实习任务；完成专业技术实习报告三、专业技术实习的任务学习专业技术课程后，在对现场的实际过程控制策略、控制系统有一定的认识和了解的基础上，针对某种被控对象（控制装置），设计一个复杂控制系统（至少包含1个复杂回路和3～4个简单回路），使控制系统达到要求的控制效果1．每人一组，独立完成设计任务，通过查阅资料，确定自己的设计题目；2．认真复习教材，阅读有关规范、设计手册等资料，独立按时完成任务；2．熟悉系统的工艺流程；3．确定系统的控制方案；4．写出设计报告。
对设计过程中的有关步骤进行说明，并对所完成的设计作出评价，对自己在整个设计工作中的经验教训进行总结四、专业技术实习的要求1．XX控制系统设计（1）系统工艺流程和控制要求的简单说明；（2）完整的方案设计，包括：设计思想；系统总控制流程图；各控制回路中的控制方案（被控参数、控制参数等的选择，仪表选型及相关参数的计算，控制回路的结构图，控制回路的流程图等），并对各控制回路的工作原理和重要控制策略进行简介；（3）参数整定的方法和步骤2．监控组态软件设计利用力控组态软件完成XX控制系统的组态设计，主要包括：控制系统控制界面与动画设计；控制参数设置；具有显示被控变量实时曲线与历史曲线等功能3．PLC控制技术研究以PLC作为XX控制系统的控制器，使用计算机将控制参数通过RS-485通信标准传递给PLC以实现各种控制利用PLC实验系统，在计算机上利用梯形图编程实现XX控制系统中的关键控制技术4．控制系统仿真研究利用MATLAB，对XX控制系统进行仿真研究，主要包括：被控对象建模；控制系统建模；PID控制仿真获得最优控制参数等五、专业技术实习的报告格式1．封面：专业技术实习报告XX控制系统设计专业年级姓名学号指导教师报告日期2．内容：（1）XX控制系统背景及设计思想（2）XX控制系统总体设计（3）XX控制系统硬件设计（包含仪表选型与硬件连接图）（4）XX控制系统软件设计 a、控制参数PID仿真 b、现场监控软件设计（组态软件） c、PLC控制器程序设计（5）结论（6）收获和体会参考文献第二章 控制工程设计控制工程设计是密切结合过程工业实际的实践环节之一，是为了实现生产过程的自动化，用图纸资料和文字资料的形式表达出来的全部工作。
对于测控技术与仪器专业的本科学生，在学习各专业课程后，进行一次控制工程设计的实践，进行全面的综合练习是十分必要的通过控制工程设计，加深对过程控制工程设计思想的理解，掌握过程控制领域常用和有效的控制方案和控制系统，掌握过程工业典型操作单元的控制方案和系统特点；并接受严格和系统的实验操作训练，从而为以后的工作和担负实际工程任务打下良好和坚实的基础第一节 控制工程设计的方法在接到一个工程项目后，进行控制工程设计时，按照什么样的方法来完成这些内容呢？1．熟悉工艺流程这是控制设计的第一步控制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收集工艺中有关的物性参数和重要数据2．确定控制方案，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，定出各检测点、控制系统，确定全工艺流程的控制方案，在此基础上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)3．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检测点，根据工艺提供的数据及仪表选型的原则，查问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，并编制出控制设备表或仪表数据表等有关仪表信息的设计文件。
4．控制室设计控制方案确定，仪表选型后，根据工艺特点，可进行控制室的设计采用常规仪表时，首先考虑仪表盘的正面布置，画出仪表盘布置图等有关图纸然后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设计条件5．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方法进行计算，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6．仪表供电、供气系统的设计控制系统的实现不仅需要供电，还需要供气(压缩空气作为气动仪表的气源，对于电动仪表及DCS系统，由于目前还大量使用气动调节阀，所以气源也是不可少的)为此需按照仪表的供电、供气负荷大小及配制方式，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7．依据施工现场的条件，完成控制室与现场间联系的相关设计文件土建、管道等专业的工程设计深入开展后，控制专业的现场条件也就清楚了此时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、管缆表、仪表伴热绝热表等，画出仪表位置图、仪表电缆桥架布置总图、仪表电统(管缆)及桥架布置图、现场仪表配线图等8．根据控制专业有关的其它设备、材料的选用等情况，完成有关的设计文件控制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它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9．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10．管道仪表流程图管道仪表流程图(P&ID)的绘制是控制工程设计的核心内容，虽然在设计新体制中，各管道仪表流程图(P&ID)并不归在控制专业工程设计的设计文件内，但它仍是整个控制设计的龙头所以，控制设计人员必须认真仔细地配合工艺、系统设计人员完成管道仪表流程图第二节 控制方案的确定要进行生产过程的控制设计，必须先要了解生产过程的构成及特点以化工生产过程为例来说明化工生产过程的构成可如图2-1所示图2-1 化工生产过程的构成化工生产过程的主体一般是化学反应过程，化学反应过程中所需的化工原料，首先送入输人设备。
然后将原料送入前处理过程，对原料进行分离或精制，使它符合化学反应对原料提出的要求和规格化学反应后的生成物进入后处理过程，在此将半成品提纯为合格的产品并回收未反应的原料和副产品，然后进人输出设备中贮存同时为了化学反应及前、后处理过程的需要，还有从外部提供必要的水、电、汽以及冷量等能源的公用工程有时，还有能量回收和三废处理系统等附加部分化工生产过程的特点是产品从原料加工到产品完成，流程都较长而复杂，并伴有副反应工艺内部各变量间关系复杂，操作要求高关键设备停车会影响全厂生产大多数物料是以液体状态或气体状态，在密闭的管道、反应器塔与热交换器等内部进行各种反应、传热、传质等过程这些过程经常在高温、高压、易燃、易爆、有毒、有腐蚀、有刺激性臭味等条件下进行控制方案的正确确定应当在与工艺人员共同研究的基础上进行要把控制设计提到一个较高的水平，控制设计人员必须熟悉工艺，这包括了解生产过程的机理，掌握工艺的操作条件和物料的性质等然后，应用控制理论与过程控制工程的知识和实际经验，结合工艺情况确定所需的控制点，并决定整个工艺流程的控制方案控制方案的确定主要包括以下几方面的内容：（1）正确选定所需的检测点及其安装位置；（2）合理设计各控制系统，选择必要的被控变量和恰当的操纵变量；（3）生产安全保护系统的建立。
包括声、光信息报警系统、联锁系统及其它保护性系统的设计在控制方案的确定中还应处理好以下几个关系1．可靠性与先进性的关系在控制方案确定时，首先应考虑到它的可靠性，否则设计的控制方案不能被投运，付之实践，将会造成很大的损失在设计过程中，将会有两类情况出现：一类是设计的工艺过程已有相同或类似的装置在生产运转中此时，设计人员只要深入生产现场进行调查研究，吸收现场成功的经验与原设计中不足的教训，其设计的可靠性是较易保证的另一类是设计新的生产工艺，则必须熟悉工艺，掌握控制对象，分析扰动因素，并在与工艺人员密切配合下，确定合理的控制方案可靠性是一个设计成败的关链因素但是从发展的眼光看，要推动生产过程自动化水平不断提高，使生产过程处在最佳状态下运行，获取最大的经济效益，先进性将是衡量设计水平的另一个重要标准随着计算机技术成功地应用于生产过程的控制后，除了常规的单回路、串级、比值、均匀、前馈、选择性等控制系统已广泛应用外，一些先进的控制算法如纯滞后补偿、解耦、推断、预测、自适应、最优等也能借助于计算机的灵活、丰富的功能，较为容易地在过程控制中实现况且，近年来人们对生产过程的认识逐步深化，人工智能的研究卓有成效，这些都为自动化水平的进一步提高创造了有利条件。
所以，在考虑控制方案时，必须处理好可靠性与先进性之间的关系一般来说，可以采用以下两种方法：一种是留有余地，为下步的提高水平创造好条件也就是在眼前设计时要为将来的提高工作留出后路，不要造成困难另一种是做出几种设计方案，可以先投运简单方案，再投运下一步的方案采用DCS等计算机控制系统后，完全可以通过软件来改变方案，这为方案的改变提供了有利的条件2．控制与工艺、设备的关系要使控制方案切实可行，控制设计人员熟悉工艺，并与工艺人员密切配合是必不可少的然而，目前大多数是先定工艺，再确定设备，最后再配控制系统由工艺方面来决定控制方案，而自动化方面的考虑不能影响到工艺设计的做法是较为普遍的状况从发展的观点来看，控制人员长期处于被动状态并不是正常的现象工艺、设备与控制三者的整体化将是现代工程设计的标志3．技术与经济的关系设计工作除了要在技术上可靠、先进外，还必须考虑到经济上的合理性过程中应在深入实际调查研究的基础上，进行方案的技术、经济性的比较处理好技术与经济的关系，控制水平的提高将会增加仪表等软、硬件的投资，但可能从改变操作、节省设备投资或提高生产效益、节省能源等方面得到补偿当然，盲目追求而无实效的做法，并不代表技术的先进，而只能造成经济上的损失。
此外，自动化水平的高低也应从工程实际出发，对于不同规模和类型的工程，做出相应的选择，使技术和经济得到辨证的统一第三节 图例符号的统一规定在控制工程设计的图纸上，按设计标准，均有统一规定的图例、符号在本节把行业标准《过程检测和控制系统用文字代号和图形符号》中的一些主要内容作简要介绍，这些文字代号和图形符号主要用于工艺控制流程图、管道仪表流程图的应用一、仪表位号在。