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第三篇 全仿真过程控制系统实训 （PID 参数整定实训） 实习平台： 北京化工大学 MPCE-1000 过程控制系统设计仿真系统 76 第一部分 测试基本操作单元 本测试基本操作单元是用于自动化系统工程师资格认定（Automation System Engineer Accreditation ，以下简称ASEA ）控制技能测试的专用设备。控制技能测试基本操作单元是 一种多功能过程与控制仿真实验系统，该系统以模块化方式运行，能够任意组合多种控制方 法和控制方案，并针对多种不同动态特性的过程对象进行操作与控制实验。本测试系统，通 过将小型半实物过程系统、微机控制系统与全数字仿真技术结合，实现了集多种实验功能于 一身、真实感强、一机多用、既可以进行初级与中等复杂程度的过程与控制实验、也可以进 行高级复杂的过程与控制实验,达到了使用方便、维修简单、节能、安全、环保等理想实验 系统的要求，被誉为“绿色实验系统”。 本测试基本操作单元主要面向过程控制，即从事过程工业自动化领域工程师的技能测 试。过程工业（process industry）又称流程工业，过程工业覆盖的工业领域很广,例如, 石油炼制、石油化工、天然气加工、化学工业、煤气工业、冶金焦化、污水处理、火力发电、 核动力发电、造纸工业、建材水泥、化纤工业、食品加工、制药与生物化工等。过程工业在 国民经济中占有极其重要的地位。 过程工业的著特点是由一系列定型单元操作设备通过管道而组合成复杂系统，原料经 一定工艺流程输出最终产品，它们具有连续运行的特征和工艺、设备、控制、操作、管理等 多方面的共同规律，也是易燃、易爆、有毒和易发生事故的工业系统。常见的单元操作有： 离心泵、蒸汽轮机、透平压缩机、往复压缩机、储罐、热交换器、加热炉、间歇反应器、连 续反应器、过滤器、蒸发器、干燥器、精馏塔、吸收塔等。常见的过程控制系统部件有：控 制阀、变送器、检测单元、可编程序控制器（PLC）或集散型控制系统（DCS）等。 随着过程工业的大型化、现代化水平的提高，对自动化系统工程师的专业技术水平的 要求也越来越高，工程师所作的设计或所负责运行的整个生产过程控制系统，必须是安全的、 稳定的；同时应当使得操作状态达到和保持生产成本最低、利润最大等最优工况；此外还应 考虑节能和环境保护等要求。 ASEA 实践技能测试环节，主要是考核工程师的基本技能是否达到。过程控制的基本 技能包括如下方面。 （1） 在熟悉流程、熟悉操作规程的前提下，能够较准确地识别过程系统的动态特性，主 要是识别流量、物位（液位）、压力、温度和成分五种变量的动态特性。动态特性以 测定时间常数、获取阶跃响应曲线、分析响应曲线为主。 （2 ） 在了解系统特性的基础上，能够快速掌握DCS 模式组态方法，采用控制系统软件组 态技术，设计合理的控制系统，判明正确的控制规律。控制方法以简单控制、常用 复杂控制为主。 （3 ） 在具有对控制系统和过程系统综合仿真功能的装置上（由于不可能也不允许在真实 工厂试验）正确地调试和投运所设计的控制系统。控制系统调试以常用 PID 参数整 定方法为主。 （4 ） 能够用简明的方法验证控制方案的可行性和有效性。 第一单元 控制技能测试系统 ASEA 控制技能测试专用实验系统由小型流程设备盘台、数字式软仪表与接口硬件、系 统监控软件及过程模型软件四部分组成。四部分通过小型实时数据库、实时数字通信协调运 行，完成复杂的过程与控制模拟实验。 77 一、小型流程设备盘台 见图 1-1 所示，在钢结构的盘台上安装着由不锈钢制的比例缩小的流程设备模型。主设 备包括：一台卧式储罐、两台高位计量罐、一台带搅拌器的釜式反应器、一台列管式热交换 器、三台离心泵、十个手动/ 自动双效阀门和若干管路系统。在垂直的仪表盘面上分布有压 力（P ）、流量（F ）、温度（T ）、物位（L ）、功率（N ）、组成（A ）和阀位（V ）等传