流程工业过程控制综合实验装置系统方案.docx

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流程工业过程控制综合实验装置系统方案

流程工业过程控制综合实验装置系统方案

流程工业过程控制综合

实验（装置）系统

设

计

方

案

安徽工业大学

杭州电子科技大学

流程工业过程控制综合实验系统

1、典型化工流程过程控制综合实验系统的组成

典型化工流程过程控制综合实验系统由：

（1）、典型化工流程过程控制综合实验对象系统；

（2）、典型化工流程过程控制综合实验系统检测传感执行装置；（3）、智能仪表及电器控制屏台；（4）、典型化工流程过程控制综合实验DCS控制系统组成。

（1）典型化工流程过程控制综合实验对象

系统结构图见化工过程控制实验装置系统结构图。

典型化工流程过程控制综合实验对象系统采用化工釜式反应系统的工艺控制流程且结构为开放式，学生可进入系统操作。

对象系统由：

实验控制对象仿工业设备结构。

具有较强现场设备感；具有较丰富的设备种类，包括：

●框架系统：

3000X2000X2800mm;（100×50×4mm方钢管，50×5角铁，60×6槽钢，扶手护栏：

1寸及4分钢管）。

防锈红丹底漆，喷烤漆处理。

●反应器：

采用蒸馏反应釜：

不锈钢，高径比分别为1:

2（内胆配置冷却盘管、耐压0.6MPa、夹套加热方式为热水加热），带搅拌电机及及浆叶式搅拌浆）

●液位容器：

采用￠377X800，及￠300X800不锈钢密闭容器作为两个高位槽储罐.

●加热容器：

￠377X800加热炉（外带不锈钢包裹的硅酸铝保温棉）；

●压力容器：

采用工业￠300X1000的工业压力储罐做为压力容器，安全且储气容量大，易做压力控制实验：

●换热器：

采用￠1597X1000工业标准列管换热器，换热效果明显；

●滞后盘管：

温度滞后控制实验用（滞后时间15秒）

●管道及阀门：

DN25和DN20工业不锈钢管道；永德信铜球阀及闸阀阀门。

（2）典型化工流程过程控制综合实验对象系统工艺流程

系统结构图见化工过程控制实验装置控制系统流程图

储水箱——变频调速原料泵P101—孔板流量计（带3151电容式差压变送器）—文丘里流量计（带3151电容式差压变送器）—高位储罐（带扩散硅压力/液位变送器）—转子流量计--反应釜内胆（带电远传磁翻转液位传感器）—列管换热器—电动调节阀--储水箱

储水箱——变频调速原料泵P102—涡轮流量计—高位储罐—（带扩散硅压力/液位变送器）—转子流量计--反应釜内胆（带电远传磁翻转液位传感器）—列管换热器—气动调节阀--储水箱

储水箱——变频调速给水泵P103—涡轮流量计—加热炉（带扩散硅压力/液位变送器）—滞后盘管--储水箱

储水箱——变频调速给水泵P103—涡轮流量计—反应釜内胆（冷却盘管）--储水箱

加热炉——变频调速热水水泵P104—涡轮流量计—反应釜加热夹套--加热炉

静音空压机——压力储罐（空压机自带）——压力储罐（实验用）——电动调节阀——放空

静音空压机——压力储罐（空压机自带）——压力储罐（实验用）——电动调节阀——反应釜内胆

2、典型化工流程过程控制综合实验系统管线敷设

系统中的控制信号管线敷设采用易于拆装式，与现场仪表装置、控制台（柜）接点均采用接线端子连接。

现场信号线采用桥架引线，控制台（柜）采用地沟引线方式。

系统方便学生进行线路连接和敷设实验。

3、检测和控制方案说明

（1）检测和控制点列表

序号

位号名称

测量/控制方式

说明

1

FIC101

孔板流量计

泵1出口流量1

2

FIC102

电磁流量计

泵2出口流量

3

FIC103

涡轮流量计

泵3出口流量

4

FIC104

孔板流量计

泵4出口流量

5

FI105

转子流量计

储罐V103－反应釜流量

6

FI106

转子流量计

储罐V104－反应釜流量

7

PI101

扩散硅压力变送器

反应釜内胆压力

8

PI102

扩散硅压力变送器

储气缓冲罐压力

9

PI101

孔板流量计压差测量

泵1出口管路差压1

10

PI102

文丘里流量计压差测量

泵1出口管路差压2

11

LIC101

扩散硅压力液位变送器

储罐V103液位

13

LIC102

扩散硅压力液位变送器

储罐V104液位

14

LIC103

电远传磁翻转液位传感器

储罐V105液位

15

LIC104

扩散硅压力液位变送器

反应釜V107液位

16

LIC105

扩散硅压力液位变送器

加热罐V106液位

17

TI101

PT100（三线制）

反应釜内胆温度

18

TI102

PT100（三线制）

反应釜夹层温度测量

19

TI103

PT100（三线制）

换热器管程出口温度

20

TI104

PT100（三线制）

换热器可程出口温度

21

TI105

PT100（三线制）

加热罐温度

22

TI106

PT100（三线制）

盘管出口温度

23

FV101

电动调节阀

储罐－储罐流量调节

24

FV102

电动调节阀

储罐－反应釜流量调节

25

AV101

双位双通电磁阀

储罐－储罐通路

26

AV102

双位双通电磁阀

储罐－反应釜通路

27

P101

变频器

泵3出口流量调节

28

P102

变频器

泵4出口流量调节

29

LS101

液位开关

反应釜下液位开关

30

LS102

液位开关

储罐V106上液位开关

（2）控制方案说明

系统能够实现多种过程控制类型，覆盖液位、流量、压力、温度等单回路控制、串级控制、选择性控制、均匀控制、比值控制以及纯滞后控制等等，并且系统还具有大量的安全联锁保护控制。

通过系统阀门的切换，能够满足三个以上的独立控制系统同时运行而互不影响。

1、单回路控制方案说明

（1）V103罐液位控制

采用变频泵P101控制储罐V103的液位。

相关设备状态：

打开HV101、HV107、HV108（适度），关闭AV101，启动P101（变频）

测量值：

液位传感器LIC101

执行器：

变频泵P101

控制器：

智能仪表，PLC，DCS

（2）V104罐液位控制

采用变频泵P103控制储罐V104的液位。

相关设备状态：

打开HV103、HV109、HV110（适度），关闭AV102，启动P103（变频）

传感器：

液位传感器LIC102

执行器：

变频泵P103

控制器：

智能仪表，PLC，DCS

（3）反应釜液位控制

采用FV101控制反应釜中液位。

相关设备状态：

打开HV102、HV114、HV106、FV101，关闭HV112、HV113，启动P102（定频率）

传感器：

液位传感器LIC104

执行器：

气动调节器FV101

控制器：

智能仪表，PLC，DCS

（4）泵一线流量控制

采用调节阀FV101控制泵一管线中的流量。

相关设备状态：

打开HV101、HV107、HV108，关闭AV101，启动P101

传感器：

孔板流量计FIC101或文丘里流量计FIC102

执行器：

调节阀FV101

控制器：

智能仪表，PLC，DCS

（5）泵二线流量控制

采用调节阀FV102控制泵二管线中的流量。

相关设备状态：

打开HV102、HV114、HV106、FV101，关闭HV112、HV113，启动P102

传感器：

涡轮流量计FIC103

执行器：

调节阀FV102

控制器：

智能仪表，PLC，DCS

（6）泵三线流量控制

采用变频泵P103控制泵三管线中的流量。

相关设备状态：

打开HV103、HV109、HV110，关闭AV102，启动P103（变频）

传感器：

涡轮流量计FIC104

执行器：

变频泵P103

控制器：

智能仪表，PLC，DCS

（7）泵四线流量控制

采用变频泵P104控制泵四管线中的流量。

相关设备状态：

打开HV104、HV111，启动P104（变频）

传感器：

涡轮流量计FIC105

执行器：

变频泵P104

控制器：

智能仪表，PLC，DCS

（8）反应釜内部温度控制

采用变频泵P104控制反应釜内部反应温度。

相关设备状态：

打开HV104、HV111，关闭HV115，启动变频泵P104（变频）

传感器：

温度传感器TIC101

执行器：

变频泵P104

控制器：

智能仪表，PLC，DCS

（9）加热罐温度控制

采用加热器控制加热罐中的温度。

相关设备状态：

启动加热器

传感器：

温度传感器TIC105

执行器：

加热器

控制器：

智能仪表，PLC，DCS

（10）换热器出口温度控制

采用气动调节阀控制换热器出口温度。

相关设备状态：

打开HV106、HV102、HV113、打开变频泵P104

传感器：

TIC104

执行器：

变频泵P104

控制器：

智能仪表，PLC，DCS

2、串级控制方案说明

（1）温度TI104---流量FI103串级控制回路

以换热器E101可程出口温度TI104为控制目标，利用离心泵P102调节换热器管程进口流量FI103，从而实现控制目标。

（2）温度TI102---流量F105串级控制回路

以反应釜D104夹层温度TI102为控制目标，利用离心泵P104调节加热罐出口热水流量FI105，从而实现控制目标。

3、选择控制方案说明

以反应釜内胆温度控制器TIC101和夹层温度控制器TIC102输出作为选择器HS的输入，通过离心泵P104调节反应釜进口热水流量以控制内胆温度TI101和夹层温度TI102。

4、均匀控制方案说明

液位LI101---流量FI102双冲量均匀控制回路：

以保证液位LI101均匀变化为控制目标，利用液位LI101和流量FI102构成双冲量均匀控制回路。

5、比值控制方案说明

上储罐D101进水流量FI101与上储罐D102进水流量FI104比值控制回路：

通过离心泵P103调节上储罐D102进水流量FI104，其设定值由FI101确定。

6、联锁控制说明

（1）加热罐低液位LIC104控制联锁

要求加热罐液位LIC104低于某限值时，加热罐停止加热。

（2）储罐V103高液位LIC101控制联锁

要求上储罐液位LIC101高于某限值时，离心泵P101必须停止。

（3）储罐V103低液位LIC101控制联锁

要求上储罐液位LIC101低于某限值时，出口阀门AV101必须关闭。

（4）加热罐高液位LIC104控制联锁

要求加热罐液位LIC104高于某限值时，离心泵P102必须停止。

（5）储罐V104高液位LIC102控制联锁

要求上储罐液位LIC102高于某限值时，离心泵P103必须停止。

（6）储罐V104低液位LIC102控制联锁

要求上储罐液位LIC102低于某限值时，出口阀门AV102必须关闭。

（7）反应釜高液位LIC103控制联锁

要求反应釜液位LIC103高于某限值时，进料阀门AV101、AV102必须关闭。

（8）反应釜低液位LIC103控制联锁

要求反应釜液位LIC103低于某限值时，加热回路离心泵P104必须停止。

1.

4、过程控制综合实验装置系统配置清单

序号

设备及材料名称

规格型号

数量

产地

简要说明

一、过程控制实验装置对象系统

1套

1

离心泵

CHL2-20/功率0.37KW/流量2M3/H

4台

南方泵业

2

原料液储水箱

不锈钢（500×1000×550）

1台

杭州言实

3

有机玻璃三容水箱

不锈钢φ300×800mm

3台

杭州言实

4

框架

喷漆40×40mm；38×25mm

40米

杭州言实

5

有机玻璃复合加热水箱

Φ300×300，吊挂单相1.5KW电加热管。

可方便安装PT100/CU50热电阻温度传感器，铜－康铜热电偶。

1台

杭州言实

6

不锈钢反应釜

带夹套、加热管、内胆冷却盘管、搅拌电机、液位计等

1台

杭州言实

7

电器控制箱及强电控制面板

铝板喷塑烂字（内安装漏电保护空气开关、电流型漏电保护器充分考虑人身安全保护；配置带钥匙的电源启动控制回路和多组保险丝，同时每一组强电输出都有旋钮开，关控制，保证设备安全，操作控制便捷；装有分相电压表、指示灯，开关电源等。

1套

杭州言实

8

变频器/可控控硅移相调压器安装面板

安装变频器及可控控硅移相调压器。

1套

杭州言实

9

网孔板

安装在对象的电器控制箱上部，分有电源区、隔离及多路变送模块区、执行器区、接线区，每区上部安装有端子排及铝合金走线槽；可方便学生将对象的一次检测传感器的供电及信号传输自行连接接线，测试无误后，作为一个转接区同上位控制柜二次控制仪表或控制器相连。

1套

杭州言实

控制对象上安装网孔安装板，安装板上安装有电源及信号接线端子及铝合金走线槽。

方便学员自行对一次检测传感装置接线。

10

不锈钢球阀

DN15，1.0MPa

若干

永德信

DN25，1.0MPa

永德信

11

不锈钢闸阀

DN15，1.0MPa

永德信

DN25，1.0MPa

永德信

12

不锈钢法兰

不锈钢304；DN25，1.0MPa

长城机电

13

不锈钢法兰

不锈钢304；DN25，1.0MPa

长城机电

14

不锈钢工业管

不锈钢304；DN15，1.0MPa

长城机电

15

不锈钢工业管

不锈钢304；DN25，1.0MPa

长城机电

16

不锈钢焊接三通

不锈钢304；DN15，1.0MPa

长城机电

不锈钢304；DN25，1.0MPa

长城机电

17

不锈钢焊接弯头

不锈钢304；DN15，1.0MPa

长城机电

不锈钢304；DN25，1.0MPa

长城机电

二、过程控制综合实验装置智能仪表、电器标准工业控制柜

1套

1

标准工业控制柜

采用标准工业控制柜，上置大功率通风扇，下有防水进风凹槽，前置高强度透明玻璃，其整体做前门，在不用打开柜门的情况下即可观看整柜仪表运行情况，前后门均加工业控制柜专业用锁，整柜体内外全喷塑防触电结构，另有接地装置，控制系统在控制柜中可分层摆挂，前置模块化各类二次控制面板安装板及各种标准件及控制仪表模块等。

1套

宁波兰贝

各类二次仪表的安装、调试、检修、接线。

2

强电控制面板

铝板喷塑烂字（内安装漏电保护空气开关、电流型漏电保护器充分考虑人身安全保护；配置多组保险丝，同时每一组强电输出都有旋钮开，关控制，保证设备安全，操作控制便捷；装有分相电压表、指示灯，开关电源等。

1套

杭州言实

3

智能仪表控制模块安装板

铝板喷塑烂字（带智能仪表I/0端子接线排）；上安装厦门宇电AI519A及AI719A智能调节仪2块；智能流量积算仪2块；三路无纸记录仪1块

2套

杭州言实

仪表全部24V供电，学生接线安全。

AI519A智能光柱数显调节仪（24V供电）

1块

厦门宇电

AI719A智能调节仪（24V供电）

1块

厦门宇电

AI708H智能流量积算仪（24V供电）

1块

厦门宇电

AI704A智能巡检仪

1块

厦门宇电

5

I/0接口转切换板

过程控制综合实验装置对象系统一次检测装置总进、出线端子排；智能仪表I/0端子接线排

1套

杭州言实

6

其它

线缆/接插头/继电器/安装走线排等

若干

杭州言实

三、现场一次检测传感装置（安装在对象上）

1套

（一）、流量仪表

1

孔板流量计

不锈钢，角接取压（DN32-19）;法兰焊接式安装（带电容式差压变送器）

1套

济南中自

一台设备孔板流量计

（带数字液晶就地显示表头及就地数字键盘量程和零点一键调整功能；安装方式：

水平台式安装，与带三阀组体统一一体化安装；精度：

达0.075%

供电电源:

24VDV；输出信号:

4-20mA（可输出开放信号）与HART协议兼容的数字信号

传感器：

单晶硅谐振传感器

过程介质：

压缩空气或水

单向过压能力，优异完善的自诊断功能

量程：

1-100（KPa），最大工作压力：

16（MPa）;接口规格为M20×1.5标准螺纹；可通过BRAIN协议由BT200手持编程终端设定。

内置液晶数字显示表带测量范围设置钮；防爆结构型：

ExiaIICT6IP67。

附件：

配三阀组、直通终端接头、安装套件。

1-100KPa

1套

上海仪川

一台设备孔板流量计

2

文丘里流量计

不锈钢（DN32-喉径19）;法兰焊接式安装（带电容式差压变送器）

1套

济南中自

一台设备文丘里流量计

带数字液晶就地显示表头及就地数字键盘量程和零点一键调整功能；安装方式：

水平台式安装，与带三阀组体统一一体化安装；精度：

达0.075%

供电电源:

24VDV；输出信号:

4-20mA（可输出开放信号）与HART协议兼容的数字信号

传感器：

单晶硅谐振传感器

过程介质：

压缩空气或水

单向过压能力，优异完善的自诊断功能

量程：

1-100（KPa），最大工作压力：

16（MPa）;接口规格为M20×1.5标准螺纹；可通过BRAIN协议由BT200手持编程终端设定。

内置液晶数字显示表带测量范围设置钮；防爆结构型：

ExiaIICT6IP67。

附件：

配三阀组、直通终端接头、安装套件。

1-100KPa

1套

上海仪川

一台设备文丘里流量计

3

涡轮流量计

公称口径：

DN10；精度等级：

±0.5％；连接方式：

法兰连接

等；介质温度：

-20℃～120℃；公称压力：

1.6Mpa；显示方式：

4－20mA标准信号；供电电源：

5～24VDC、24VDC

3套

上海虹益

4

电磁流量计

精度等级：

±0.5％；衬里材质：

聚氨脂；电极材质：

不锈钢；

连接方式：

法兰夹装；介质温度：

0℃～70℃；公称压力：

1.6Mpa；

防护等级：

IP65、；防爆标志：

ExibⅡCT6；工作电压：

220VAC

口径：

DN20；一体化4-20mA信号输出。

1套

上海仪川

防爆标志：

ExibⅡCT6

（二）、温度仪表

1

PT1OO热电阻

WZP-231装配式

1套

天津中环

2

铜-康铜热电偶

铜-康铜热电偶（WRET-33）

1套

天津中环

3

镍铬-镍硅热电偶

镍铬-镍硅热电偶（WREK-33）

1套

天津中环

（三）、压力仪表

1

压力储罐压力变送器

扩散硅压力变送器

1套

杭州西勒

2

普通压力表

0-0.25Mpa；精度：

1.5%

2套

杭州鹳山

普通压力表

0-0.6Mpa；精度：

1.5%

1套

杭州鹳山

普通压力表

-0.1-0Mpa；精度：

1.5%

2套

杭州鹳山

（四）、液位/物位仪表

1

电远传磁翻板液位传感器

JYUHZ-517C100-600mm（带4-20mA变送输出及高底限报警功能）

1套

上海仪川

2

扩散硅压力/液位变送器

扩散硅压力变送器

3套

杭州西勒

（五）、执行装置

1

变频调速器

施耐德0.37KW

2套

施耐德

2

电动调节阀

QS-16KDN32-dg25

1套

上海万讯

3

气动调节阀

CV3000系列HTS单座调节阀，DN20，PN1.6；上阀盖：

常温型（P）；阀体材质：

ZG230-45；压盖型式：

螺栓压紧式；阀芯型式：

单座柱塞型阀芯；阀芯材质：

SUS304；法兰标准：

JB/T79.1-94。

执行机构：

HA2多弹簧薄膜执行机构；弹簧范围：

20～100kPa。

1套

川仪

电气阀门定位器：

（与HTS单座调节阀配套）；技术要求：

型号HEP-16；输入信号：

4-20mA；作用方式：

双作用，可方便进行正反作用的切换。

1套

川仪

4

可控硅移相调压器

STY380-35（带4-20MA变送）

2套

=

5

压力定值调节阀及减压过滤器

0-0.8MPa

1套

台湾亚德克

6

电磁阀ZQDF

ZQDF-15内螺纹活塞电磁阀；1/2

1台

浙江余姚

四、隔离、变送及其他设备

1套

1

静音空压机

0－0.8Mpa，排气量0－0.012M3/min,功率0.37KW

1台

2

温度变送/隔离器（铜-康铜热电偶/镍铬-镍硅热电偶）

导轨式安装AI7021D5双路可编程温度变送器（24V供电）

1套

厦门宇电

3

外接手持式编程器

AI7021D5-E8

1套

厦门宇电

五、工具、配件

1套

1

万用表

胜利VC9801A；三位半（31/2）。

1

胜利

2

24件组合式工具

1

3

电烙铁

1

5

焊锡丝

进口（日本）

1

6

压线钳

1

7

剥线钳

1

8

实验连接导线

各种颜色的导线若干，线径：

0.3、0.5两种；线头：

与两种线型配套的线头若干

100

9

实验装置所需带接线端连接导线

若干

10

气压所需导压管、三通、终端接头若干

若干

11

元器件盒

1

12

元器件（接线端子，接线插头等）

若干

六、智能仪表控制系统软件

1套

1

MCGS组态软件

MCGS5.5

1套

北京昆仑通泰

2

过程控制综合实验软件

1套

杭州言实

3

实验指导书（电子版）

1套

杭州言实

七、其它

1

预留同西门子控制系统相连接口