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队伍编号: 10 2007 年西门子杯全国大学生过程控制技能 挑战赛 初赛方案 1 目录 1. 被控对象和控制要求3 1.1 被控对象的工艺流程3 1.2 工艺过程简介4 1.3 控制要求5 2 ．控制方案设计6 2.1 反应升温速率控制与保温控制6 2.1.1 温度控制系统任务综述6 2.1.2 温度控制器结构设计7 2.1.3 控制算法设计9 2.2 反应器压力安全控制13 2.3 升温、保温、出料、清洗顺序控制13 2.4 阀门特性选择16 3. 控制方案实施19 3.1 基于SIMATIC PCS7 搭建自动控制系统 19 3.1.1 硬件配置和网络层次设计19 3.1.2 输入输出组态20 3.2 安全连锁保护系统(SIS系统) 21 3.2.1 硬件配置和网络层次设计21 3.2.2 标准过程控制与SIS系统的集成23 4.总结23 2 1. 被控对象和控制要求 1.1 被控对象的工艺流程 本次比赛的题目是，对带搅拌的釜式反应器中的间歇式反应全过程进行控 制。其工艺流程图如图1所示： 图 1 间歇式反应工艺流程图 工艺设备包括：工艺设备包括：两台高位计量罐，其中A物料计量罐液位L2， 入口阀 V3，出口阀 V4，A 物料泵及泵电机开关 S4；B 物料计量罐液位 L3，入口 阀 V2，出口阀 V5，B 物料泵及泵电机开关 S2。C 物料下料流量 F6，C 物料下料 3 阀 V6。带搅拌器的釜式反应器，反应器内主产物浓度 A，反应温度 T1，液位 L4， 反应物出口流量 F9，出口阀 V9，出口泵及出口泵开关 S5（开关）。反应器蛇管 冷却水入口流量F7，蛇管冷却水阀V7；反应器夹套冷却水入口流量F8，夹套冷 却水阀 V8；反应器夹套加热蒸汽阀 S6（开关）。反应器放空阀 V5，反应器搅拌 电机开关S8，高压冷却水阀V10。 1.2 工艺过程简介 本间歇反应过程的开车包括如下主要步骤： 1. 备料工序 备料工序包括A、B、C三种物料的计量。 （1） A 物料计量。A 物料易燃易爆，不溶于水，密度大于水。因此，可 以采用水封隔绝空气保障安全。同时还能利用水压将储罐中的A物 料压至高位槽。高位槽具有夹套水冷系统。 （2） B物料计量。B物料熔点为31.5℃，不溶于水，常温下呈固体状态。 为了便于管道输送和计量，必须将其熔化，并保存于具有夹套蒸汽 加热的储罐中。 （3） C物料计量是在反应釜中加入A物料和B物料后，通过离心泵打入， 控制物料总液位（1370mm）的方法实现。 2. 缩合反应工序 缩合工序历经下料、升温、保温、出料及反应釜清洗阶段。用料量见表1。 A、B、C 三种物料在反应釜中经夹套蒸汽加入适度的热量后，将发生复杂的 化学反应，产生反应最终