2018西门子杯过程控制赛项项目内容及总结报告

③压力传感器用三个压力传感器分别测量冷凝罐压力、反应器压力、闪蒸罐压力。4.1.3IO模块配置（1）模拟量输出列表序号位号说明单位地址1FI1106产品D混合物料流量kg/sIW+02FI1101原料A流量kg/sIW+23FI1102原料B流量kg/sIW+44FI1103原料混合进料流量kg/sIW+65FI1104催化剂C流量kg/sIW+86FI1105反应生成液流量kg/sIW+107FI1107闪蒸罐顶部物料出口流量kg/sIW+128FI1201反应器R101夹套循环上水流量kg/sIW+149FI1202反应器R101夹套循环回水至预热器流量kg/sIW+1610FI1203反应器R101夹套循环回水至界区流量kg/sIW+1811LI1101混合罐V101液位%IW+2012LI1102反应器R101液位%IW+2213LI1201闪蒸罐V102液位%IW+2414TI1101混合罐V101温度℃IW+2615TI1102原料混合进料出预热器E101温度℃IW+2816TI1103反应器R101温度℃IW+3017TI1104闪蒸罐V102温度℃IW+3218TI1105反应器R101夹套循环回水温度℃IW+3419TI1201反应器R101夹套循环回水出预热器温度℃IW+3620TI1202循环物料出冷凝器温度℃IW+3821PI1101冷凝罐压力KPaIW+4022PI1102反应器压力KPaIW+4223PI1103闪蒸罐压力KPaIW+4424FI1108循环物料流量kg/sIW+4625LI1202冷凝罐V103液位%IW+4826TI1203冷凝罐V103温度℃IW+5027AI1101产物中产品D含量%IW+52表4-1.2模拟量输出列表（2）模拟量输入列表序号位号说明地址1FV1106闪蒸罐V102底部产品D管线阀门QW+02PV1101闪蒸罐V102顶部循环原料A管线阀门QW+23FV1101原料A管线阀门QW+44FV1102原料B管线阀门QW+65FV1103混合罐V101底部混合进料管线阀门QW+86FV1104催化剂C管线阀门QW+107S1101变频真空泵频率QW+128FV1105反应器R101底部反应生成液管线阀门QW+149PV1102闪蒸罐顶抽真空阀门QW+1610FV1108循环物料管线阀门QW+1811FV1204冷凝器E102冷却水阀门QW+2012FV1201反应器R101夹套循环上水管线阀门QW+2213FV1202反应器R101夹套循环回水至预热器管线阀门QW+2414FV1203反应器R101夹套循环回水至界区管线阀门QW+26表4-1.3模拟量输入列表（3）数字量输入列表序号位号说明地址1XV1101抑制剂管线阀门Q+2.12HS1101A进料泵P101开关Q+2.53HS1102B进料泵P102开关Q+2.64HS1103催化剂输送泵P103开关Q+2.75HS1104真空泵P104开关Q+3.06HS1105D输送泵P105开关Q+2.27HS1106循环泵开关Q+2.08XV1102冷凝罐排气阀Q+2.3表4-1.4数字量输入列表4.1.4配电装置：加热炉装置属于一级一类负荷。为此，必须用紧急电源为本加热炉控制系统供电，同时，紧急电源需要由两个相互独立的电源提供电力。两个电源中一个为工作电源，一个为后备电源。

按照国家标准中划分的用电负荷等级的规定，本系统仪表用电负荷属于有特殊供电要求的负荷，这类负荷在电源中断后会打乱生产过程，造成设备损坏和人员伤害以及经济损失，因此仪表工作电源必须是不间断电源，同时还需要设置紧急电源。

表加热炉自控系统各部件的耗电量，需要为自控系统提供两种电源：220V

交流电源和24V

直流电源。交流电源需提供约2.6kVA容量；直流电源需提供约238VA

容量。仪表电源容量应按仪表耗电量总和的1.2-1.5

倍计算；用于DCS、PLC、SIS

等系统的不间断电源容量可按各系统用电量总和的1.2-1.25

倍计算。这里按照1.5

倍计算，最后确定需为仪表提供交流电源容量4kVA；直流电源容量0.4kVA。

电源的质量指标要求如下：对于交流电源为电压220V±5%，频率50Hz±0.5Hz，波形失真率<5%。；对于直流电源为电压24V±0.3V，纹波电压<0.2%，交流分量有效值<40mV。允许电源瞬断时间≤3ms，电压瞬间跌落<10%AASPM125IM153DI/DOAI/AOLNDC24VAC220V隔离变压器ET200MDC24VAC220V6图4-1.5配电装置4.2系统连接图4-2.1系统连接图1图4-2.2系统连接图2

五、实施效果5.1操作说明PCS7程序在编译下载后，在WINCC运行画面里开车，SFC会按照下列程序步骤运行。开车顺序控制的好坏关系到系统能否快速稳定。如果开车顺序控制不好，很可能造成前期产品的产量下降，组分不达标等问题。开车开始阶段，提前通过真空泵P104与阀门PV1102，将闪蒸罐内压力降到大气压下使得反应器内底部液体混合物进入闪蒸罐即可发生反应。对于反应物，物料A与物料B应同时开启，并报保持比例。为加快反应进程，应待混合罐内累积一定的液位混合物后，开启阀门FV1103,并开启催化剂进入输送泵的阀门。具体开车步骤如下：初始化检查，系统处于开车前状态，确认所有阀门处于关闭状态。打开PV1102开度全开，并打开HS1104，S1101以50%开度运行，降低闪蒸罐内压力。当PI1103小于等于30Kpa时，打开P101与P102，同时使FV1101为90%，FV1102开度为30%，关闭PV1102与HS1104。当混合罐液位LI1101达到60%时，使FV1103开度为50%。当反应器液位LI1102达到30%或温度TI1103达到40℃时，催化剂输送泵P103打开，并使阀门FV1104开度为10%，诱发反应，与此同时使冷却循环水阀门FV1201开度为10%，FV1203开度为50%当闪蒸罐内温度TI1104达到65℃或液位LI1201达到40%时，开启HS1104，使PV1101开度为50%、SI101为50%，D输送泵P105开启，阀门FV1106开度为30%，同时阀门PV1204开度为60%。当冷凝管液位LI1202大于50%时，P106开启，使物料A循环。5.2监控画面图5-2.1wincc监控画面六、赛项总结赛项总结“西门子杯”中国智能制造挑战赛是在教育部与西门子公司战略合作框架下的一项国家级A类赛事。这次比赛准备过程历时近三个月，从设计控制方案、建立组态、画CFC、SFC图，之后去湖北三峡大学调试，从刚开始的懵懂到后来得心应手，但是由于经验不足，在前往三峡大学前没有接触过设备，对赛项的理解一直处于理论知识研究阶段，在三峡大学练习时对于设备的使用不熟练，期间耽误了很多宝贵时间。继而，我们发现在准备过程中走了一些弯路。而在三峡大学，我们争取到了数天设备的练习时间，每日每夜研究赛题，在这数天的练习中我们积累了大量经验，优化了控制方案，改进后系统明显变得稳定，液位压强温度保持恒定，产物体浓度稳定在81%以上，积累量为8000左右，没有出现爆罐过压现象，系统统评分为97分，在比赛中取得了较好的成绩。本赛项涉及SMPT-1000平台的使用及其PCS7控制。包括基于PID控制的物料输送控制系统、反映温度控制系统、反映体系压力与温度的检测与控制、反应物浓度的控制、闪蒸罐压强和液位的控制、冷凝罐温度的控制以及操作员监视控制系统的设计等等。在系统的稳定和安全方面，需要对压力进行安全控制系统的设计。要求反应器在系统开、停车全过程中压力不超过130KPa，反应器压力报警上限组态值为100KPa。闪蒸罐：压力范围为20~130KPa，为了安全，要求闪蒸罐在系统开、停车全过程中压力不超过120KPa，反应器压力报警上限组态值为120KPa。同时反应器及闪蒸罐的压力稳定在合适范围，在保持系统稳定的情况下，提高反应速率。如果反应器压力过高，立即加入抑制剂，有效保证系统安全。关于本赛项的系统设计，我们从实际需求出发，