第7章过程控制工程设计 7.1过程控制工程设计概述 7.4.1仪表选型 7.4.2控制阀的选型 1.过程控制工程设计的基本任务 2.过程控制工程设计的基本程序 7.5微机控制系统设计步骤 72信号联锁系统的设计 1.系统分析设计图 1.信号联锁系统设计的原则 2.总体方案设计 2.信号联锁系统的基本组成环节 3.硬件设计 7.3过程控制系统的设计 4.软件设计 5.系统联调 7.3.1过程控制系统方案的确定 7.3.2过程控制系统设计中的注意事项 7.6DCS及FCSI1,21 7.3.3单回路控制系统的设计原则 7.6.1基本概念 7.3.4单回路控制系统设计举例 7.6.2用Field Point组成的FCS系统 7.4自动化装置的选型 7.6.3工业自动化组态软件L0 okout
第7章 过程控制工程设计 7.1 过程控制工程设计概述 1. 过程控制工程设计的基本任务 2. 过程控制工程设计的基本程序 7.2 信号联锁系统的设计 1. 信号联锁系统设计的原则 2. 信号联锁系统的基本组成环节 7.3 过程控制系统的设计 7.3.1 过程控制系统方案的确定 7.3.2 过程控制系统设计中的注意事项 7.3.3 单回路控制系统的设计原则 7.3.4 单回路控制系统设计举例 7.4 自动化装置的选型 7.4.1 仪表选型 7.4.2 控制阀的选型 7.5 微机控制系统设计步骤 1. 系统分析设计图 2. 总体方案设计 3. 硬件设计 4. 软件设计 5. 系统联调 7.6 DCS及FCS[11，12] 7.6.1 基本概念 7.6.2 用Field Point组成的FCS系统 7.6.3 工业自动化组态软件Lookout
7.1过程控制工程设计概述 1.过程控制工程设计的基本任务 过程控制工程设计是把实现生产过程自动化的各种方案，用文字资料和图 纸资料表达出来的全部工作过程。这两种资料一方面可以提供给上级机关，对 该建设项目进行审批；另一方面是作为施工建设单位进行施工安装和生产的依据。 过程控制工程设计一般应包括以下六部分内容： 确定自动化水平 确定各种检测参数， 主要参数控制方案的设计， 信号联锁系统的设计， 控制室、仪表盘的设计， 节流装置、调节阀的计算。 在述行被计时， 首先要认真领会设计任务书的要求，严格贯彻一系列技术条例和规定。 必须加强经济观念，对自动化仪表（包括计算机）的投资进行经济核算， 认真进行技术经济分析，比较各种方案的经济效果
7.1 过程控制工程设计概述 1. 过程控制工程设计的基本任务 过程控制工程设计是把实现生产过程自动化的各种方案，用文字资料和图 纸资料表达出来的全部工作过程。这两种资料一方面可以提供给上级机关，对 该建设项目进行审批；另一方面是作为施工建设单位进行施工安装和生产的依据。 过程控制工程设计一般应包括以下六部分内容： 确定自动化水平， 确定各种检测参数， 主要参数控制方案的设计， 信号联锁系统的设计， 控制室、仪表盘的设计， 节流装置、调节阀的计算。 在进行设计时， 首先要认真领会设计任务书的要求，严格贯彻一系列技术条例和规定。 必须加强经济观念，对自动化仪表（包括计算机）的投资进行经济核算， 认真进行技术经济分析，比较各种方案的经济效果
2.过程控制工程设计的基本程序 般工程建设项目按两个阶段进行设计 初步设计，确定控制方案，正确选择仪表和其他自动化 技术工具，进行主要材料的选型，确定中央控制室设 置的水平、动力供应、环境特性，找出存在问题并提 出试验项目。 施工图设计是进行施工用的技术文件，是在初步设计完 成以后，经过审批，再进一步编制的图纸资料。因此， 必须从施工的角度出发解决设计中的细节问题。在施 工图设计完成后，不应再留下技术上未解决的问题
2. 过程控制工程设计的基本程序 一般工程建设项目按两个阶段进行设计 初步设计，确定控制方案，正确选择仪表和其他自动化 技术工具，进行主要材料的选型，确定中央控制室设 置的水平、动力供应、环境特性，找出存在问题并提 出试验项目。 施工图设计是进行施工用的技术文件，是在初步设计完 成以后，经过审批，再进一步编制的图纸资料。因此， 必须从施工的角度出发解决设计中的细节问题。在施 工图设计完成后，不应再留下技术上未解决的问题
7.2信号联锁系统的设计 1.信号联锁系统设计的原则 信号联锁系统是为了满足生产过程对工艺参数超限报警或联锁保护 而设计的。为了确保生产安全，对重要的工艺参数选用信号报警， 报警接点可利用仪表的内部接点。 当发生事故时，操作人员有可能来不及处理或对生产过程有严 重危险的场合，可考虑采用自动联锁保护装置。在重要的场合， 联锁接点可与信号接点分开而独立设置。 在信号联锁象统设计时，要防止两种不良倾向。 一种是到处使用信号联锁系统，这一方面使设计投资增加，另 方面会给工艺开车和正常生产带来不少困难，经常出现动辄停车 的现象； 另一种是对信号联锁系统不重视，认为可有可无，结果会造成严 重的生产事故或人身伤亡事故
7.2 信号联锁系统的设计 1. 信号联锁系统设计的原则 信号联锁系统是为了满足生产过程对工艺参数超限报警或联锁保护 而设计的。为了确保生产安全，对重要的工艺参数选用信号报警， 报警接点可利用仪表的内部接点。 当发生事故时，操作人员有可能来不及处理或对生产过程有严 重危险的场合，可考虑采用自动联锁保护装置。在重要的场合， 联锁接点可与信号接点分开而独立设置。 在信号联锁系统设计时，要防止两种不良倾向。 一种是到处使用信号联锁系统，这一方面使设计投资增加，另一 方面会给工艺开车和正常生产带来不少困难，经常出现动辄停车 的现象； 另一种是对信号联锁系统不重视，认为可有可无，结果会造成严 重的生产事故或人身伤亡事故
2,信号联锁系统的基本组成环节 。 信号联锁系统按其构成的元件不同，可分成 接点式和无接点式两类（或是混合式） 无接点式或无触点式可用晶体管或软、硬件逻辑元组成。 以继电器组成的接点式线路为例介绍它们的 基本组成环节。其基本组成环节大致可分为： 信号接受环节、 光显示环节、 音响环节、 记忆环节、 切换环节、 互锁环节、 执行环节等几种 (见图、切换)
2. 信号联锁系统的基本组成环节 • 信号联锁系统按其构成的元件不同，可分成 接点式和无接点式两类（或是混合式）。 无接点式或无触点式可用晶体管或软、硬件逻辑元组成。 • 以继电器组成的接点式线路为例介绍它们的 基本组成环节。其基本组成环节大致可分为： • 信号接受环节、 光显示环节、 • 音响环节、 记忆环节、 • 切换环节、 互锁环节、 • 执行环节等几种． (见图、切换)
7.3过程控制系统的设计 过程控制系统的设计是工程设计的一个重要环节，该 设计的正确与否将直接影响到项目建成后能否投入正常运行。 因此要求过程控制专业人员必须根据 生产过程的特点、 ● 工艺对象的特性和生产操作的规律， 正确运用 过程控制理论、 ● 合理选用自动化技术工具， 才能做出 技术先进、经济合理、符合生产需要的控制系统的设计
7.3 过程控制系统的设计 • 过程控制系统的设计是工程设计的一个重要环节，该 设计的正确与否将直接影响到项目建成后能否投入正常运行。 • 因此要求过程控制专业人员必须根据 • 生产过程的特点、 • 工艺对象的特性和生产操作的规律， • 正确运用 • 过程控制理论、 • 合理选用自动化技术工具， • 才能做出 • 技术先进、经济合理、符合生产需要的控制系统的设计
7.3过程控制系统的设计 73.1过程控制豪统方素的确定 1.过程工艺分析 控制系统的设计与工艺流程设计， 工艺设备设计以及机泵设备选型等都 有密切的关系。过程控制设计人员 必须学习了解国内外有关的生产工艺 和技术资料，熟悉生产工艺流程、操 作条件、设备性能、产品质量指标、 操作岗位分布、定员和投资等，并与 工艺人员一起研究各操作单元的特点、 它们之间的相互联系和影响以及整个 生产装置工艺流程的特性，以便确定 保证产品质量和生产安全的关键参数。 控制和工艺设计人员应密切配合，使 设计做到能提高产量，保证质量，节 省投资，降低消耗指标
7.3 过程控制系统的设计 7.3.1过程控制系统方案的确定 1. 过程工艺分析 • 控制系统的设计与工艺流程设计， 工艺设备设计以及机泵设备选型等都 有密切的关系。 过程控制设计人员 必须学习了解国内外有关的生产工艺 和技术资料，熟悉生产工艺流程、操 作条件、设备性能、产品质量指标、 操作岗位分布、定员和投资等，并与 工艺人员一起研究各操作单元的特点、 它们之间的相互联系和影响以及整个 生产装置工艺流程的特性，以便确定 保证产品质量和生产安全的关键参数。 控制和工艺设计人员应密切配合，使 设计做到能提高产量，保证质量，节 省投资，降低消耗指标
1.过程工艺分析 2.过程控制分析 经过工艺分析后，就可根据工艺流程制订各种控制系统方案。控 制方案就是用自动化技术工具代替人工禄作的方素，保证整个生产 过程在预先规定的一定状况下操作或使整个装置在操作过程中将一 系列参数保持在界限内的一整套办法。在确定控制系统方案时，有两种 情况； 一种是现场已有相同的控制对象，其控制系统是行之有效 的。 另一种是新的生产过程和新的控制对象。必需熟悉工艺，掌握 对象特性，正确地选择被控变量和操纵变量，分析各种干扰因素， 分析负荷变化和滞后对控制系统的影响，选择合适的自动化技术工 具，规定合理的控制方案。 装置日趋大型化、复杂化。在确定控制方案时，必须对 过程对象的静态和动态特性作分析研究
1. 过程工艺分析 2. 过程控制分析 经过工艺分析后，就可根据工艺流程制订各种控制系统方案。控 制方案就是用自动化技术工具代替人工操作的方案，保证整个生产 过程在预先规定的一定状况下操作或使整个装置在操作过程中将一 系列参数保持在界限内的一整套办法。在确定控制系统方案时，有两种 情况； 一种是现场已有相同的控制对象，其控制系统是行之有效 的。 另一种是新的生产过程和新的控制对象。必需熟悉工艺，掌握 对象特性，正确地选择被控变量和操纵变量，分析各种干扰因素， 分析负荷变化和滞后对控制系统的影响，选择合适的自动化技术工 具，规定合理的控制方案。 • 装置日趋大型化、复杂化。在确定控制方案时，必须对 过程对象的静态和动态特性作分析研究
7.3.2过程控制系统设计中的注意事项 1.确定安全措施 各种生产过程在正常操作遭到破坏时，轻则会使产品质量不合格，重则 会造成设备损坏，甚至引起火灾、爆炸或人身事故。尤其对于一些在高温、 高压下操作，原料、中间体、产品有善、多燃、多煤的生产过程，在控 制系统设计中，对于安全措施应给予充分的重视。 为了保证安全生产，需设置必要的自动联锁停机系统，以保护局部装置 的安全。但是对于这类系统的设计要作慎重考虑，因为这种硬保护系统若 设置得过多，表面上看局部虽然“安全”了，而对整个生产过程来说却又造 成了不安全，有可能出现动辄停车，以致整个装置无法投入正常运行。 在短期内生产不太正常的情况，可设计选择性控制系统即软保护系统。 这种控制系统是把由工艺生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到 正常的自动控制系统中去。当生产操作趋向限值条件时，一个用于不安全情 况下的控制系统将自动取代正常情况下工作的控制系统，以达到既能起自 动保护作用，又不造成停车事故。 2.控制方案的经济性比较 衡量一个控制系统设计方案好坏的标准是要看该方案在戴术上是香光证， 可靠，而具在会济上是香合理
7.3.2过程控制系统设计中的注意事项 1. 确定安全措施 • 各种生产过程在正常操作遭到破坏时，轻则会使产品质量不合格，重则 会造成设备损坏，甚至引起火灾、爆炸或人身事故。尤其对于一些在高温、 高压下操作，原料、中间体、产品有毒、易燃、易爆的生产过程，在控 制系统设计中，对于安全措施应给予充分的重视。 • 为了保证安全生产，需设置必要的自动联锁停机系统，以保护局部装置 的安全。但是对于这类系统的设计要作慎重考虑，因为这种硬保护系统若 设置得过多，表面上看局部虽然“安全”了，而对整个生产过程来说却又造 成了不安全，有可能出现动辄停车，以致整个装置无法投入正常运行。 • 在短期内生产不太正常的情况，可设计选择性控制系统即软保护系统。 这种控制系统是把由工艺生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到 正常的自动控制系统中去。当生产操作趋向限值条件时，一个用于不安全情 况下的控制系统将自动取代正常情况下工作的控制系统，以达到既能起自 动保护作用，又不造成停车事故。 2. 控制方案的经济性比较 • 衡量一个控制系统设计方案好坏的标准是要看该方案在技术上是否先进、 可靠，而且在经济上是否合理
7.3.3单回路控制系统的设计原则 给尼 调节器 控制阀 控制对单 制量，变送元件 图7.6单回路控制系统方块图 单回路控制象统是指由控制对象、测量变送元件、调节器和调节阀等 四部分所组成的单回路反馈控制系统，它是实现过程控制的最基本的自 动化单元。其方块图如图7.6所示。 。 在单回路控制系统中，由于调节器可以实现比例、比例积分、比例积分微分 三种控制规律，调节阀特性有线性、等百分比、快开和抛物线等型式，对 于不同的控制对象，为了达到控制目的，只要选择合适的控制规律、阀门 特性、测量变送元件和操作参数，采用单回路控制系统，其被控变量一般 可以得到较好的控制质量，因此目前在过程控制设计中所占比例很高
7.3.3单回路控制系统的设计原则 • 单回路控制系统是指由控制对象、测量变送元件、调节器和调节阀等 四部分所组成的单回路反馈控制系统，它是实现过程控制的最基本的自 动化单元。其方块图如图.7.6所示。 • 在单回路控制系统中，由于调节器可以实现比例、比例积分、比例积分微分 三种控制规律，调节阀特性有线性、等百分比、快开和抛物线等型式，对 于不同的控制对象，为了达到控制目的，只要选择合适的控制规律、阀门 特性、测量变送元件和操作参数，采用单回路控制系统，其被控变量一般 可以得到较好的控制质量，因此目前在过程控制设计中所占比例很高
