带搅拌釜式反应装置.doc

DCS补考试卷
一、带夹套釜式反应器控制系统综合设计（提供草图如下）

1、 创新设计（可奇思妙想！建议必须包括如下主要部分： A、B物料采用双闭环控制系统；自来水和蒸汽采用分程控制；釜内液位和A、B物料要联合控制；釜内压力、液位以及各液体流量、压力监视等）；
在本系统中要使带夹套釜式反应器内的温度达到生产所需的要求，升温时采用蒸汽流量调节夹套内的温度，降温时采用常温自来水调节夹套内的温度，通过传热量终使反应器内的温度满足化工生产要求。在大型化工生产过程中，反应物往往要在一定的温度、压力下才能正常进行，对大型生产企业而言，由于反应釜容量大，温度滞后相当严重，单一简单控制很难使温度达到控制的要求，为了提高控制精度的速度，可以设计以釜温----夹套温度串级控制为主的控制系统来保障生产对控制的要求。
控制回路的设计
（1）串级控制：串级控制回路采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的给定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器为主调节器，后一个调节器为副调节器。
(2) 分程控制：分程控制系统是将一个控制器的输出分成若干个信号范围，由各个信号段去控制相应的控制阀，从而实现了一个控制器对多个控制阀的控制，有效的提高了过程控制系统的控制能力。分程调节系统是一个调节器同时控制两个或两个以上的调节阀，每个调节阀根据生产工艺的要求在调节器输出的一段信号范围内动作。设置分程调节系统的主要目的是满足特殊调节系统的要求。本系统主要调节自来水和蒸汽两种介质流量大小，具体实施时采用硬件加设备组态来实现。
2、 说明设计的理由（控制方式和控制算法等，最好采用现代控制理论中的一种），优缺点分析；
反应温度与夹套温度构成串级控制系统，反应温度为主被控变量，夹套温度为副被控变量，反应温度控制器的输出作为夹套温度控制的设定值，此时串级控制系统的具体工作构成为：当工况稳定时，物料的流量和温度不变，如果自来水的压力和温度保持稳定，反应器内的温度和夹套水温度均处于相对平衡状态，调节阀保持一定开度，也稳定在设定值上，如果工况平衡被破坏，一方面自来水干扰会影响夹套水的温度，副控制器动作，控制调节阀改变自来水流量。
（1）调节阀的气开气关选择：
从工艺生产的安全角度、保证产品质量、经济损失最小的角度考虑。当事故发生时，尽量减少原料及动力消耗，但要保证产品质量。主要考虑当失气（气源供气中断）或控制阀出现故障时，应避免损坏设备和伤害人员。事故情况下，控制阀处于关闭位置危害性小，则应选气开阀；A阀应选气关阀。B阀一般选气开阀，以保证在控制阀失气时能处于全关状态切断进炉燃料，从而避免温度过高造成事故。
（2）调节器的正反作用确定
对于一个闭环控制系统来说，若要使系统稳定，系统应采用负反馈。在实际系统分析时，为了保证能构成负反馈控制系统，主要考虑控制器、控制阀、被控对象、测量变送器各个环节放大系数Kc、Kv、Ko、Km的符号联乘为负。只要事先知道了对象、控制阀和测量变送器放大系数的正负，再根据系统各个环节的放大系数符号乘积必须为负的要求，就可以很容易的确定出控制器的正反作用方式。
液位控制器作用方式的判断：当进料阀开大时，液位升高，则为正；控制阀为气开阀，则为正；所以液位控制器为负，反作用方式。
进料控制器作用方式的判断：当进料阀开大时，流量增大，则为正；控制阀为气开阀，则为正；所以进料控制器为负，反作用方式。
（3）控制器的参数整定：
一个控制系统的过渡过程或者控制质量，与被控对象特性，干扰的形式与大小、控制方案的确定及控制器参数的整定有着密切的关系。在控制方案、广义对象的特性、干扰位置、控制规律都已经确定的情况下，系统的控制质量主要取决于控制系统的参数整定。所谓控制器参数的整定，就是对于一个已经设计并安装就绪的控制系统，通过控制器参数的调整，使得系统的过渡过程达到最为满意的质量指标要求。
3、 采用PLC、DCS、FCS其中一种作为整个控制平台，从自动化程度、安全性、可操作性等分析其优越性；
现场控制站FCS是整个CS3000的控制核心，用于过程I/O信号输入/输出及处理，完成连续控制、顺序控制、实时运算等实施控制功能。FCS所有的模件都采用集成度高，散热量低的固态电路及表面封装技术，防尘、抗干扰能力强，适合各种恶劣的运行环境。模件的编址与物理位置的对应关系简单明了，容易掌握。模件带电插拔不会引起本模件故障，也不会影响其他模件的正常工作。模件插拔都有导轨和连锁装置，防止损坏或引起故障。模件通用性强，种类规格少，有效的减少了备品、备件的费用支出。与以往的CENTUM系列控制系统相比，具有一些新的特点：1）系统性能更加增强；2）网络结构更加开放；3）可靠性进一步增强；4）控制总线通信速率进一步提高；5）控制站的功能更加增强；6）输入/输出接口类型更加丰富；7）工程效率高效；8）扩展性更强；9）兼容性更高。
FCS是由DCS与PLC发展而来，FCS不仅具备DCS与PLC的特点，而且跨出了革命性的一步。而目前，新型的DCS与新型的PLC，都有向对方靠拢的趋势。新型的DCS已有很强的顺序控制功能；而新型的PLC，在处理闭环控制方面也不差，并且两者都能组成大型网络，DCS与PLC的适用范围，已有很大的交叉。DCS系统的关键是通信。也可以说数据公路是分散控制系统DCS的脊柱。由于它的任务是为系统所有部件之间提供通信网络，因此，数据公路自身的设计就决定了总体的灵活性和安全性、可靠性。数据公路的媒体可以是：一对绞线、同轴电缆或光纤电缆。通过数据公路的设计参数，基本上可以了解一个特定DCS系统的相对优点与弱点。为保证通信的完整，大部分DCS厂家都能提供冗余数据公路。为了保证系统的安全性，使用了复杂的通信规约和检错技术。所谓通信规约就是一组规则，用以保证所传输的数据被接收，并且被理解得和发送的数据一样。目前在DCS系统中一般使用两类通信手段，即同步的和异步的，同步通信依靠一个时钟信号来调节数据的传输和接收，异步网络采用没有时钟的报告系统。
通过使用现场总线，用户可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，不同制造厂生产的装置间可以完全互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。传统的过程控制仪表系统每个现场装置到控制室都需使用一对专用的双绞线，以传送4~20mA信号，现场总线系统中，每个现场装置到接线盒的双绞线仍然可以使用，但是从现场接线盒到中央控制室仅用一根双绞线完成数字通信。
现场总线的优点
（1）现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域
（2）一对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用和维护开销
（3）提高了系统的可靠性
（4）为用户提供了更为灵活的系统集成主动权
人员操作简单方便安全
（1）正常操作简单方便，各种控制信息全部集中在操作屏幕上，提供鼠标操作，工作人员可任意调阅，简单方便；
（2）报警系统完善。为防止夹套反应器的过程变量进入危险工作区或处于不正常工况，在控制系统中设置了相应的参数。在反应器内如温度、压力、反应器物位过高或过低时系统将发出报警信号，采用灯光和声音的方式来提醒操作人员的注意，此时生产过程已处于临界状态或者危险状态，通过报警系统的报警显示提醒，操作人员将自动控制状态切换到手动控制状态，然后用鼠标和键盘对相应参数值调整，使系统由不稳定状态向稳定状态过度，待系统稳定后，然后再切换到自动控制状态；
（3）紧急不可预知情况下可人工现场操作，通过手动遥控控制阀，使工况趋于稳定以后，控制器就可以有手动切换到自动，实现自动控制。
（4）整个控制系统中增加了ESD系统，在重大危险情况下能实现安全停车，减少人员伤亡和设备损坏。
（5）该系统采用FCS控制平台，综合运用串级、分程等先进控制策略，为化工生产建设提供先进技术，提高了企业的效益和市场竞争力。
4、简述从系统到控制模块组态操作的详细内容和过程（正常包括八个方面，建议采用组态王、MCGS或（PLC、DCS、FCS其中一种系统）进行系统组态）
浙大中控DCS组态
1.工程设计
工程设计包括测点清单设计、常规（或复杂）对象控制方案设计、系统控制方案设计、报表设计以及相关设计文档。工程设计完成后，应形成包括《测点清单》、《系统配置清册》、《控制柜布置图》、《控制方案》、《I/O卡件布置图》等技术文件。工程设计是系统组态的依据，只有在完成工程设计之后，才动手进行系统的组态。
2.用户授权管理
3.系统总统组态
系统总统组态根据《系统配置清册》确定系统的控制站与操作站
4.操作小组设置

对各操作站的小组进行配置，不同的操作小组可观察、设置、修改不同的标准画面、流程图、报表、自定义键等。操作小组的划分有利于划分操作员的职责，简化操作人员的操作，突出监控重点。
5.数据组设置
完成数据组（区）的建立工作，为I/O组态时位号的分组分区做好准备。
6.控制站I/O组态
根据《I/O卡件布置图》及《测点清单》的设计要求完成I/O卡件及I/O点的组态
7.控制站自定义变量组态
定义上下位机间交流所需要的变量及自定义控制方案中所需的回路
8.常规控制方案组态
对控制回路的输入输出只是AI和AO的典型控制方案进行组态
9.自定义控制方案组态
10.二次计算组态

目的是在DCS中实现二次计算功能、优化操作站的管理、提供更丰富的报警内容、支持数据的输入输出。把控制站的一部风任务由上位机来做，既提高了控制站的工作速度和效率，又提高了系统的稳定性。
二次组态包括：光字牌设置、网络策略设置、报警文件设置、趋势文件设置、任务文件设置、事件设置、提取任务设置、提取输出设置等。
11.操作站标准画面组态
包括总貌画面、趋势、控制分组、数据一览等四个操作画面组态
12．流程图制作
是指绘制控制系统中最重要的监控操作界面，用于显示生产工艺及被控设置对象的工作状况，并操作相关数据量。
13.报表制作
14.系统组态保存于编译
15.系统组态传送与下载
5、画出整个系统的控制流程图（在草图的基础上将所有的控制系统画出来，布局合理，美观大方）