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蒸发器E1201系统控制方案.doc
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蒸发器E1201系统控制方案.doc
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蒸发器 E1201 系统控制方案
—2012 年“西门子杯”全国大学生工业自动化挑战赛
大赛主题: 绿色与安全
建筑大学广思源队
2012 年 7 月 8 日
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方案设计依据、围与相关标准
1.设计依据
(1)2012 年西门子杯全国大学生自动化挑战赛设计开发型竞赛组分赛区考题与其初赛评分细则。
(2)新一代高级多功能过程控制实训系统(SMPT-1000)说明。
(3)SIMATIC PCS7 使用手册与产品目录。
2.设计围
本设计包括基础过程控制系统(BPCS)方案设计、安全相关系统(SRS)方案设计、自控设备的选
型以与仪表电源供给方案设计。
3.设计遵循的标准和规
(1) HG/T 20636-1998 《自控专业设计管理规定》
(2) HG/T 20637-1998 《自控专业工程设计文件的编制规定》
(3) HG/T 20638-1998 《自控专业工程设计文件深度的规定》
(4) HG/T 20639-1998 《自控专业工程设计用典型图表与标准目录》
(5) HG 20505-2000 《过程检测和控制系统用文字代号和图形符号》
(6) HG/T 20507-2000 《自动化仪表选型设计规定》
(7) HG/T 20509-2000 《仪表供电设计规定》
(8) HG 20512-1992 《仪表配管、配线设计规定》
(9) HG/T 20519-1992 《化工工艺设计施工图容和深度统一规定》
(10)HG 20556-1993 《化工厂控制室建筑设计规定》
(11)HG 20559-1993 《管道仪表流程图设计规定》
(12)GB/T 21109-2007 《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》
(13)IEC61882 《危险与可操作性分析应用指南》
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序 言
针对本次西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛设计开发型的被控装置——蒸发
器 E1201,本参赛队按照自控系统设计规,进行了工程方案的设计。
自控工程设计常用的方法是由工艺专业提条件,自控与工艺专业一起讨论确
定控制方案,确定开、停车以与紧急事故处理方案等。本次工程设计的主要任务
包括:
(1)接受工艺等专业的设计条件,提出设备、管道、电气等专业的设计条件;
(2)负责生产装置的检测、控制、报警、联锁/停车和监控/管理计算机系统的
设计;
(3)负责检测仪表、控制系统与其辅助设备和安装材料的选型设计;
(4)负责PLC、ESD和上位计算机(监控、管理)的系统设置、功能要求和设
备选型,并参加软件的编制工作;
(5)负责控制室、仪表车间的设计。
大赛要求以一个实用的控制工程项目为背景,大赛组委会作为甲方发布工程
项目的控制需求,各参赛队伍以乙方身份,根据甲方对于安全、稳定、绿色生产
的要求,完成工程方案设计,并进入现场实施工程项目。
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目录
第一章 蒸发器 E1201 对象分析.........................................................................................................................................7
1.1 蒸发器 E1201 对象描述.........................................................................................................................................7
1.1.1 蒸发器工艺流程的描述..............................................................................................................................7
1.1.2 蒸发器 E1201 对象工艺过程简介..............................................................................................................9
1.2 蒸发器控制任务描述.............................................................................................................................................9
1.3 蒸发器特性分析...................................................................................................................................................10
1.3.1 状态图描述................................................................................................................................................10
1.3.2 蒸发器特性分析........................................................................................................................................12
1.3.3 被控参数特性分析....................................................................................................................................13
第二章 蒸发器控制方案设计............................................................................................................................................15
2.1 总体方案设计原则...............................................................................................................................................15
2.2 基础过程控制系统(BPCS)..................................................................................................................................16
2.2.1 基础过程控制系统设计原则....................................................................................................................16
2.2.3 蒸发器温度-蒸汽流量串级控制..............................................................................................................21
2.2.4 蒸发器液位-稀液流量串级控制..............................................................................................................23
2.2.5 蒸发器蒸发系统综合控制方案表............................................................................................................25
2.2.6 开车顺序控制............................................................................................................................................26
2.2.7 正常停车顺序控制....................................................................................................................................26
2.3 蒸发器控制节能减排...........................................................................................................................................27
2.3.1 蒸发器开车过程中的节能........................................................................................................................28
2.3.2 蒸发器控制方案设计中的节能减排.......................................................................................................28
2.4 安全相关系统(SRS)........................................................................................................................................28
2.4.1 安全相关系统设计原则............................................................................................................................28
2.4.2 安全相关系统设计步骤............................................................................................................................29
2.4.3 蒸发器安全分析与保护层设计................................................................................................................30
2.4.4 安全相关系统设计....................................................................................................................................41
2.5 蒸发器系统动态模型的建立...............................................................................................................................44
2.5.1 基本原理....................................................................................................................................................44
+ = ++ ................................................................................................................................................................................45
I= C(T - 273).......................................................................................................................................................................45
+ = .....................................................................................................................................................................................45
2.5.2 模型建立....................................................................................................................................................46
Y=CX+DU..........................................................................................................................................................................46
2.6 蒸发器仪表流程图(P&ID).............................................................................................................................46
第三章 自控设备的选择....................................................................................................................................................48
3.1 控制装置的选择...........................................................................................................................................................48
3.1.1 DCS/SIS 选型............................................................................................................................................48
3.1.2 系统输入输出模块配置............................................................................................................................49
3.1.3 系统软件配置............................................................................................................................................56
3.2 检测仪表和执行机构的选择...............................................................................................................................57
3.3 系统配置...............................................................................................................................................................59
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3.3.1 系统配置图................................................................................................................................................60
3.3.2 仪表回路图................................................................................................................................................63
第四章 仪表供电系统设计................................................................................................................................................65
4.1 仪表供电要求.......................................................................................................................................................65
4.2 仪表供电配电设计...............................................................................................................................................66
4.3 系统连接...............................................................................................................................................................71
第五章 控制方案实施........................................................................................................................................................72
5.1 通信网络实施.......................................................................................................................................................72
5.2 控制功能实施.......................................................................................................................................................72
第六章 经济效益分析........................................................................................................................................................77
6.1、经济分析............................................................................................................................................................77
6.1.1 生产规模预测............................................................................................................................................77
6.2 项目成本、经济效益预测分析...........................................................................................................................78
6.2.1 成本预测分析(2012 年).......................................................................................................................78
原辅材料采购费:本项目主要原辅材料采购费按消耗定额和预测市场价格确定,到达产年生产能力,预计达产
年原辅材料采购费用为 550 万元。.................................................................................................................................78
燃动消耗费:本项目主要燃料动力为水、电消耗。燃动费根据消耗定额与现行价格计算,预计达产年燃料动力
采购费用为 65 万元。.......................................................................................................................................................78
人工与福利费:本项目人员配置主要为生产人员、管理人员和销售人员,年福利费用按工资总额的 14%计取。预
计达产年项目员工合计 50 人,预计达产年工资福利总额为 97.5 万元。.....................................................................78
各项费用:各项费用参考同行业企业的费用水平进行测算。.......................................................................................78
6.2.2 经济效益预测分析(2012 年)...............................................................................................................79
6.2.3 投资利润率................................................................................................................................................80
6.2.4 投资利税率................................................................................................................................................80
6.2.5 销售净利润率............................................................................................................................................80
6.2.6 盈亏平衡分析............................................................................................................................................80
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