过程控制理论与实际的结合0316

1、过程控制理论与实际的结合过程控制理论与实际的结合 过程控制中的工艺流程、过程控制中的工艺流程、SMPT-1000SMPT-1000使用方法使用方法 李峰李峰 目 录 1、过程控制、DCS理论知识简述 2、认识SMPT-1000工艺流程 3、SMPT-1000软硬件部分 4、SMPT ProfibusAgent使用说明 1、过程控制、DCS理论知识简述 1、过程控制：对生产过程所进行的控制，称为过程控制。过程控 制一般是指工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程 的自动控制。 在对工业过程进行控制系统设计时，请大家分析以下内容： a、被控对象的特性分析 b、操控变量 c、控制规律的选择与效

2、果分析 如锅炉给水举例：给水控制：设计中要求需要与蒸汽产量匹配， 以控制锅炉汽包内水的储量。所以应该满足与蒸汽量匹配，所以 将锅炉的负荷作为输入量，将汽包水位作为被控量。故采用串级 三冲量来控制。 被控变量为：汽包水位； 操控变量为：给水流量； 控制规律：串级控制系统； 顺序逻辑：输入量为D（锅炉负荷）、H（汽包水位）、W（给水 流量），主调节器的输入为水位信号，一般采用PI控制，保证 水位无静差。D作为扰动与W一起作为前馈，及时消除扰动，主 调节器的输出值作为副调节的给定值。 1、过程控制、DCS理论知识简述 1、过程控制、DCS理论知识简述 集散控制系统是以微处理器为基础的 对生产进行集中

3、监视、操作、管理和 集散控制的综合性控制系统 5 v DCS就是集散控制系统的简称 4C技术，即计算机Computer、控 制Control、通信 Communication和 CRT显示技术。 工厂 管理级 过程 管理级 过程 控制级 现场 控制级 ERP（企 业资源计 划系统） 来实现的， 是一个为 企业决策 层及员工 提供决策 运行手段 的管理平 台 更多的由MES （制造 执行系统）来 实现，它是通 过信息传递对 从订单下达到 产品完成的整 个生产过程进 行优化管理。 而DCS主要肩 负着过程控制 系统（Process ControlSystem， PCS）的任务， 对应着你说的 过程

4、控制级和 现场控制级 现场控制级 是直接和工 业现场设备 （小锅身上 那些测量变 送器、执行 器）打交道 的。 1、过程控制、DCS理论知识简述 1、过程控制、DCS理论知识简述 无论何种品牌的无论何种品牌的 DCS，其硬件的核，其硬件的核 心构成部分都是：心构成部分都是： 现场控制级：分现场控制级：分 散的过程控制装置散的过程控制装置 （现场控制站）（现场控制站） 过程控制级：操过程控制级：操 作管理装置（包括作管理装置（包括 工程师站、操作员工程师站、操作员 站、服务器、打印站、服务器、打印 机等）机等） 现场控制级和过现场控制级和过 程控制级之间的数程控制级之间的数 据通信系统据通信系统

5、 1、过程控制、DCS理论知识简述 DCS组态三部曲 实现现场设备和现场控制级的通信 实现对整个控制系统的监控 实现现场控制级的控制任务 2、认识SMPT-1000工艺流程 SMPT-1000是一款将全数字仿真技术与实物外观模拟装置相 结合，集多种实验功能于一体的仿真实验装置。 SMPT-1000模拟由锅炉和蒸发器组成的水汽热能全流程，可 拆分成非线性储罐与离心泵单元、动力除氧单元、高阶换热单 元、加热炉单元、锅炉单元、蒸发器单元，提供由简到难的各 个层次的过程控制被控对象。 我们来看看今年赛题的过程控制被控对象。 某反应工艺过程如下图所示： 该反应过程是原料A与原料B，在催化剂C的作用下，生

6、成主 产物D和副产物E的过程。反应方程式如下所示： 主反应：2A + B D 副反应： A + B E 9 2、认识SMPT-1000工艺流程 其中，主反应生成物D是所需产品，而副反应生成物E是杂质。主副反应均 为强放热反应。为了获得较高转化率，采用A物料过量的工艺。成品转化率 计算公式为D / B * 100%。 正常工况时的工艺过程如下： 物料A与物料B分别由A进料泵、B进料泵输送进入混合罐V101（立式圆 罐）内混合。混合物料经预热器E101升温后，进入反应器R101进行反应， 反应所需的催化剂C由催化剂输送泵P103从反应器顶部加入。在反应过程中， 反应放热强烈，因此R101需要使用夹

7、套用冷却水进行冷却。反应温度、停 留时间、反应物料浓度及混合配比最终影响产品D的转化率。反应体系气相 压力对温度敏感，在冷却失效产生的高温条件下，过高的气相压力将使反 应器有爆炸的风险。因此，在反应器顶部设一路抑制剂。当反应压力过高 危及安全时，通入抑制剂F。该抑制剂会使催化剂C迅速中毒失活，从而迅 速中止反应。冷却水被反应器加热后形成的热水通往E101预热器对进料进 行预热,回收一部分热量，多余的热水通往公用工程。 R101反应器底部出口物料含有产品D、杂质E，催化剂C、以及未反应的 原料A和少量原料B。为了回收原料A，在反应器下游设置闪蒸罐V102，将混 合物中过量的原料A分离提纯，并循环

8、使用，闪蒸罐V102底部产品D混合物 料由D输送泵加压送入下游分离工序进行提纯精制。 2、认识SMPT-1000工艺流程 3、SMPT-1000软硬件部分 SMPT-1000硬 件主要包括： 设备盘台 数字式软仪表 接口硬件 嵌入式工控机 辅助操作台 I/O系统 运行指示灯 报警蜂鸣指示 灯 触摸屏 立体流程 设备盘台 钢制盘台 立体流程设备盘台 按比例缩小的流程设备模型 卧式除氧器、盘管式省煤器、加热炉、汽包、列管式换热器、蒸发器、离心泵、鼓 风机、手操/自控双效阀、开关阀、炉膛着火指示灯以及若干管路系统 数字式软仪表 流量（9个），液位（3个），压力（5个），温度（4个），组分（1个）。

9、触摸屏 可进行人机交互、完成实验项目管理、组态等 运行指示灯 & 报警蜂鸣指示灯 钢制盘台 嵌入式工控机 运行仿真软件、管理实验项目、完成控制系统实验 辅助操作台 报警灯、报警确认开关、电机启动开关、点火开关、风机调速旋钮、烟道挡板开度、 联锁保护切换开关、紧急停车按钮、蒸汽指示灯 标准I/O系统 8路12位模拟量输入/输出、16路数字量干点输入/输出 ProfibusDP通信接口 3、SMPT-1000软硬件部分 SMPT-1000软件系统主要包括 上位机软件SMPTLAB、 实时仿真引擎软件SMPTRuntime 其他软、硬件接口软件。 3、SMPT-1000软硬件部分 主工具栏上的按钮

10、新建按钮 ：新建实验工程。 打开按钮 ：打开已存在的实验工程。 保存按钮 ：保存正在运行的实验工程，同时保存 当前的工况。 运行按钮 ：启动当前的实验工程。 停止按钮 ：完全中止实验，流程盘台上设备失活 ，允许包括数据点、流程图及控制系统组态在内的 所有窗口的修改。 3、SMPT-1000软硬件部分 3、SMPT-1000软硬件部分 数据点定义画面切换按钮 ：显示/激活/切换到数据点定义画面。 v 流程图画面切换按钮 ：显示/激活/切换到流程图画面。 v 控制组态画面切换按钮 ：显示/激活/切换到控制组态画面。 v 报警组画面切换按钮 ：显示/激活/切换到报警组画面。 v 新建趋势曲线按钮 ：

11、在工程中没有趋势曲线画面时，新建趋势曲 线画面。 vSMPT-1000SMPT-1000监控画面主要由三部分组成监控画面主要由三部分组成: : v 流程图窗口，趋势窗口和控制组态窗口流程图窗口，趋势窗口和控制组态窗口 3、SMPT-1000软硬件部分 3、SMPT-1000软硬件部分 v 点击工具栏中的点击工具栏中的 按钮，切换当前窗口至流程图窗口按钮，切换当前窗口至流程图窗口 流程图窗口显示了当前实验内容中所涉及的工艺流程，并能在运 行时实时观察各个工艺变量以及数据点的实时数据。 点击流程图画面下面的画面，切换当前窗口至趋势画面。趋 势画面在软件运行时记录实时数据，并以运行时间为X轴绘出 曲

12、线。 3、SMPT-1000软硬件部分 在工具栏中点击 按钮，可将当前窗口切换到控 制系统组态窗口。控制系统组态窗口主要通过模块对象 的可视化图形搭接，完成控制方案与控制器的配置，实 现控制方案实施、控制参数整定等功能。 3、SMPT-1000软硬件部分 点击工具栏中的 按钮，切换当前窗口至流程图窗口。 在流程图窗口找到任意一个双效阀，双击鼠标，将打开阀门 /挡板类设备属性对话框。 3、SMPT-1000软硬件部分 ProfibusDP Agent是由北京化工大学安全科学与监控工程中心设计，用于先进化工实训装置-高级多功能 过程控制实训系统（SMPT-1000）的Profibus从站通讯和监视

13、软件。 一、系统要求 操作系统：Windows XP、串行端口：1个（COM1） 二、硬件设置 Profibus-DP从站通讯模块使用的是泗博PM-125，如图1中所示。 图1 PM-125模块 4、SMPT ProfibusAgent使用说明 要对其在Profibus总线上的地址进行设置，用螺丝刀拧掉两 侧螺丝，打开上盖，即可看到内部的地址拨盘，对其进行设置即 可，一般选择设置为7。该模块有四个指示灯，分别为 PBFSTATXRX。指示灯状态及含义如下表1所示。 表1 PM-125指示灯状态及含义 4、SMPT ProfibusAgent使用说明 指示灯状态含义 STA 绿灯闪烁 Profi

14、Bus-DP总线上有数据通讯 总线上有数据通讯 绿灯灭无数据通讯 PBF 红灯常亮 ProfiBus-DP总线数据通讯失败 总线数据通讯失败 红灯灭数据通讯正常 RX 绿灯闪烁串口接收有数据 绿灯灭串口无接收数据 TX 绿灯闪烁串口发送有数据 绿灯灭串口无发送数据 1、嵌入式系统部分 ProfibusDP Agent主要有三个功能，通讯连接情况诊断、数据实时监视、数据接收和 发送。操作界面主要有两个，主界面如图2所示，串口配置界面如图3所示。 4、SMPT ProfibusAgent使用说明 ProfibusDP Agent主界面 主 界 面 中 ， 绿 色 的 指 示 灯 ， 表 示 与 硬 件 设 备 及 SMPTLab的连接状态。如果所有设备都连接正常，那么指 示灯变为绿色，只要有一个设备连接异常，就会显示为红 灯。点击该指示灯，就会看到各个设备当前的连接状态。 绿色指示灯右边的按钮，表征的是当前软件的运行状 态，点击可以操作运行和停止。紫色表示程序正在运行， 灰色表示程序已停止。 串口配置界面 实时数据显示栏显示的是通过Profibus总线传递的数据值。分为 To PLC by Profibus (PV)和From PLC by Profibus (MV)两种，点击 不同的按钮显示不同的值。