黃山學院間歇式反應器自控設計院 系： 機電工程學院班級： 11自動化卓越班姓名： 學號：指導教師： 施云貴教授 成績：

小組成員及任務分配序號成員任務分配1CAD繪制工藝流程圖2儀表選型3儀表選型4確定控制方案5確定控制方案6設計報告書7CAD繪制工藝流程圖8小組組長，主要分配協調組員工作專業綜合設計任務書一、 設計題目間歇式反應器自控設計二、 設計目的本設計是學生第一次進行的綜合性專業訓練是自動化專業的一個重要教學環節其設計目的是進一步鞏固和加深對所學理論知識的理解培養學生獨立分析和解決工程實際問題的能力使學生對自控設計有較完整的概念，培養學生綜合運用所學的控制理論、儀表、控制工程等知識進行工程設計的能力，進一步提高設計計算、制圖、視圖、編寫技術文件，查閱參考文獻與資料、儀表類型選擇的能力。通過此次設計，培養學生樹立為社會主義建設服務的觀念設計者應該有敢于創新和勇于負責的精神，從投入施工的角度來嚴肅對待自己的設計使自己的設計能最大限度滿足生產實際需要，既經濟，又可靠。要善于利用書本知識，而又不迷信書本，要善于獨立思考，反對粗心大意，草率從事以及不負責的態度;設計中應善于全面綜合的考慮各項復雜因素有選擇性吸收前人的成果，發揮主觀能動性，大膽提出創造性的設計方案。三、 設計任務及要求在設計內容選擇上要結合具體的生產實際題目要有一定的實際意義，做到理論聯系實際。自控設備設計要求采用計算機控制系統（如CS、PLC、FCS等）。本設計應當在教師指導下，由學生獨立完成下面內容：10設計說明書：包括設計指導思想和設計依據，自動化水平和控制方案的確定，設計計算，儀表選型，以及采用新技術新產品的依據，安全技術措施，重要的復雜調節系統的說明，設計中存在的問題等等；20填寫表格：如自控設備匯總表、調節閥計算數據表、綜合材料表等。設計要求方案合理、計算數據準確、圖面圖形和標注符合國家標準和有關技術規范要求說明書編寫符合指導書規定要求。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"專業綜合設計任務書 I\o"CurrentDocument"第1章工藝流程 1\o"CurrentDocument"1.1工藝流程簡要說明 1\o"CurrentDocument"1.2工藝控制要求 1\o"CurrentDocument"1.3確定控制方案 2.\o"CurrentDocument"1.4帶控制點的工藝流程圖 2\o"CurrentDocument"1.4.1控制回路方框圖 3.\o"CurrentDocument"第2章調節閥確立 6\o"CurrentDocument"第3章控制點與儀表選擇 7\o"CurrentDocument"3.1I/O點表確立 7.\o"CurrentDocument"3.2安全柵型號選擇與安裝方式 8\o"CurrentDocument"3.3儀表型號選擇 9\o"CurrentDocument"3.3.1現場表的選取 10\o"CurrentDocument"收獲和體會 13第1章工藝流程1.1工藝流程簡要說明加熱蒸汽加熱蒸汽間歇式化學反應器是生產苯酚過程中不可缺少的磺化工段的主要設備其工藝流程如圖1-1所示。首先把硫酸罐（高位槽）中的濃硫酸定量放進反應釜里，然后連續注入苯汽，其最大流量可達2500立升/小時，用加熱油（變壓器油）連續加熱小時左右，其反應溫度為120°C，進行化學反應方程式如下：C6H6+H2SO4=C6H5SO3H+H2O吸熱反應）最后產品C6H5SO3H苯磺酸）由反應器底部放料，未反應完的苯汽，通過分層分離器以后回收再使用。主要控制指標是反應物的轉化率，但是現在無法直接測量。1.2工藝控制要求反應器動態特性可以近似的看成一階慣性環節，其放大倍腳二0.8,時間常數Tp=1.5分。硫酸加入量2噸。苯最大流量2500立升/小時。變壓器油溫度200C，最大流量5噸/小時。反應器規定值為120°C。反應所需時間約4小時。加熱油管內徑25啞。苯流量（回流管）管內徑20啞。加熱蒸汽管內徑50啞。加熱蒸汽最大流量500m3/h，壓力6kg/m3。1.3確定控制方案根據工藝過程的簡述，以及性能指標的要求，確定使用的控制方案是一個串級控制和一些簡單回路控制。采用串級控制系統的部分是對反應釜內溫度和加熱油流量的控制因為采用單回路的控制系統雖然簡單但對于加熱油所受的外部擾動作用小如加熱油控制閥閥前溫度的變化，系統的抗擾動能力弱，都可能影響控制系統的品質。為此我們采用串級控制系統，在串級回路中，主控對象是反應釜內的溫度，其輸出作為加熱油流量控制的給定值所以加熱油的流量是被調參數，反應釜內的溫度是調節參數。這樣可以大大提供控制品質。1.4帶控制點的工藝流程圖根據工藝過程的簡述，以及性能指標的要求，可得出帶控制方案的流程圖如圖2。圖1-2間歇式化學反應器帶控制方案工藝流程圖1.4.1控制回路方框圖1、加熱裝置串級控制方框圖在設計工藝過程要求保證生產產品的質量，所以需要檢測生產產品質量，若直接檢測生產產品質量所需要設備十分昂貴，因此采用間接地方式去檢測產品質量再次選擇了與產品有直接關系的溫度控制檢測來代替直接檢測產品質量在控制過程中由于加熱油的流量有浮動所以對加熱的溫度產生了一定的擾動，所以為了提高對加熱溫度的更精確地檢測與控制所以引入了串級控制方案與分層控制方案。串級控制的基本概念與結構：串級控制系統采用兩套檢測變送器和兩個調節器，前一個調節器的輸出作為后一個調節器的設定，后一個調節器的輸出送往調節閥。前一個調節器稱為主調節器，它所檢測和控制的變量稱主變量（主被控參數），即工藝控制指標；后一個調節器稱為副調節器，它所檢測和控制的變量稱副變量（副被控參數），是為了穩定主變量而引入的輔助變量。整個系統包括兩個控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測變送、副調節器、調節閥和副過程構成；主回路由主變量檢測變送、主調節器、副調節器、調節閥、副過程和主過程構成。一次擾動：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內的擾動。二次擾動：作用在副被控過程上的，即包括在副回路范圍內的擾動。分層控制的基本概念與結構：在反饋控制系統中，通常是臺調節器的輸出控制1臺調節閥，然而在分程控制系統中1臺調節器的輸出可以同時控制兩臺甚至兩臺以上的調節閥調節器的輸出信號被分割成若干段，每一段信號去控制臺調節閥。分程控制系統中調節器的輸出信號的分段，一般是由附設在調節閥上的閥門定位器來實現的閥門定位器相當于一個可改變放大倍數且零點可調整的放大器。采用分程控制系統的主要目的有兩個其一是擴大調節閥的可調范圍，以便改變控制系統品質，使系統更為合理可靠;其二是為了滿足某些工藝操作的特殊要求在本體法聚丙烯裝置中，聚合反應的全過程可大致分為加熱升溫階段、溫控制階段、回收控制階段等幾個控制階段。串級控制與分層控制進行對比，串級控制適用于容量滯后較大、擾動變化激烈而且幅度大、參數互相關聯、非線性過程中。而分層控制對調節閥有很高要求，對系統的調節品質有直接的影響，要選用泄漏量小、流通特性為等百分比特性的調節閥在本次設計中關系到產品品質的直接因素為溫度，而溫度被控過程的容量滯后較大所以利用串級控制系統存在二次回路而改善過程動態特性，提高系統工作頻率，合理構造二次回路，減小容量滯后對過程的影響，加快響應速度。所以經過上述分析可以看到：在串級控制系統中，由于引入了一個副回路，不僅能及早克服進入副回路的擾動，而且又能改善過程特性。副調節器具有“粗調”的作用，主調節器具有“細調”的作用，從而使其控制品質得到進一步提高最終確定了選定以反應釜中部溫度為一次干擾的主回路，加熱油流量為二次干擾副回路的串級控制。

二次干擾一次干擾R(s)二次干擾一次干擾R(s)圖1-3加熱裝置串級控制回路方框圖2、硫酸罐液位單回路控制方框圖硫酸在本生產過程中作為原料輸送到反應釜內部為了生產產品的質量，在輸入硫酸過程中需要控制硫酸的進料量，要保持硫酸罐內硫酸在生產過程中處于充足狀態所以在硫酸罐的設計中加入了液位檢測裝置并利用硫酸罐內的液位來控制硫酸罐進料閥門的開度來保證硫酸罐內液位的穩定。初步選定為硫酸罐內液位檢測單回路控制。在此引入單回路控制定義：單回路控制又稱單回路反饋控制。由于在所有反饋控制單，回路反饋控制是最基本、結構最簡單的一種，因此，它又被稱之為簡單控制。單回路反饋控制由四個基本環節組成，即被控對象（簡稱對象）或被控過程（簡稱過程）、測量變送裝置、控制器和控制閥。所以經過框圖與控制要求，最終選定為以硫酸罐內液位為控制回路的單回路控制方案。圖1-4硫酸罐液位單回路控制方框圖

3、分層器液位單回路控制方框圖分層器作為原料苯氣的一個回收裝置同樣需要保證分層器液位的穩潮以同硫酸罐內液位控制采用同一控制方案，以分層器內液位為控制要求的單回路控制方案。圖1-5分層器液位單回路控制方框圖4、反應塔頂壓力單回路控制方框圖本次設計的工藝過程控制生產產品質量為重點由于檢測質量的難度問題而采用與產品質量有直接關系的溫度來控制生產產品的質量再此對產品生產過程中質量進行監測因為溫度與壓力成線性關系，所以在監測產品質量過程中利用反應釜中塔頂壓力來進行監測產品質量艮據壓力檢測控制的基本環節決定了最終采用了以壓力作為檢測目的的單回路控制方案。圖1-6苯氣流量單回路控制方框圖第2章調節閥確立調節閥接受控制器來的信號，通過改變閥的開度來達到控制的目的因為它處于最終執行控制任務的地位，所以又稱末級控制元件。調節閥直接與介質接觸，當使用在高壓、高溫、深冷、強腐蝕、高粘度、易結品、閃蒸、氣蝕等各種惡劣條件下工作時，調解閥選擇的重要性就顯得更為突出不論是簡單控制系統，還是復雜控制系統，調解閥都是系統中不可缺少的組成部分。經驗表明，控制系統中，每個環節的好壞，都對系統質量有直接影響，但使控制系統不能正常運行的原因，多數發生在控制閥上。所以對控制閥這個環節必須高度重視。在設計時，必須根據應用場合的實際情況，選擇好閥的類型一包括執行機構和閥體結構類型。從保證控制質量的角度，除了選擇閥的類型外，在設計中還包括以下兩個內容。閥口徑選擇：調解閥的口徑必須很好選擇，在正常工況下，閥門開度處于1%?85%之間?？趶竭x擇過小，當經受較大擾動時，閥門很可能運行到全開時的飽和非線性工作狀態使系統處于暫時失控情況。口徑過大，閥門經常處于小開度。這時，流體對閥芯、閥座的沖蝕嚴重。而且在小開度時，閥芯由于受不平衡力的作用，容易產生震蕩現象，這就更加重了閥芯和閥座的損壞，甚至造成控制失靈。確定氣開與氣關。當選用氣動閥時，須確定閥的氣開與氣關。在本次設計要求中沒有提及到水及其他化學藥劑在穩定后需要達到什么流量，要在仿真模擬調節過程中，得出達到穩定時候的各個化學藥劑及水的流量。第3章控制點與儀表選擇3.1I/O點表確立根據工藝流程圖，共包含數字量輸入控制點2個，數字量輸出控制點4個模擬量輸入控制點12個，模擬量輸出控制點4個。結合實際，I/O點表如表3-1所示：序號位號描述點類型電信號類型工程量程1FV102硫酸罐出料電動控制閥DO4-20MA0-100%2FV103苯汽進料電動控制閥DO4-20MA0-100%3FV104出料口電動控制閥DO4-20MA0-100%4TI101反應釜上層溫度顯示AIPT1000-200°C5TI102反應釜下層溫度顯示AIPT1000-200°C6TI103回油管中溫度顯示AIPT1000-200C7TI104加熱油進料溫度顯示AIPT1000-350C8FIQ101苯進料流量累積顯示AI4-20MA0-4000L/h9FIQ102硫酸進料流量累積顯示AI4-20MA0-3.5t10LI101反應釜中液位顯示AI4-20MA0-10011PIC101反應釜中壓力顯示控制AI4-20MA0-10012LIC101硫酸罐中液位顯示控制AI4-20MA0-4t13LIC102分層器中液位顯示控制AI4-20MA0-1t14TIC101反應釜中溫度顯示控制AI4-20MA0-200C15FIC101加熱油進料流量顯示控制AI4-20MA0-8t/h16PV101反應釜回收料控制閥AO4-20MA0-100%17LV101硫酸罐進料控制閥AO4-20MA0-100%18LV102分層器出料控制閥AO4-20MA0-100%19FV101加熱油進料控制閥AO4-20MA0-100%表3-1I/O點表合計：DI=21個DI8DO=41個DO8AI=122個AI8AO=41個AO8表3-2板卡數3.2安全柵型號選擇與安裝方式我們采用的產品是HR-WP6047/6035-DL-EXA系列變送器檢測端隔離式安全柵不僅完全實現了輸入、輸出、電源的三端隔離，而且具備配電輸出功能，可直接與二、三線制變送器連接。該系列產品不僅能與各種4-20mA標準信號的壓力、流量、液位等變送器，電一氣轉換器、電一氣閥門定位器等儀表配套構成本質安全防爆系統還能與熱電阻、熱電偶、開關及脈沖量儀表配套構成本質安全防爆系統。本產品無需齊納式安全柵那樣復雜嚴格的接地。主要技術性能：防爆標志：Ex（ia）IIC傳輸精度：±0.2%XF.S危險區允許輸入信號：直流電流：0-10mA、4-20mA輸入阻抗：100歐姆供電電壓：空載不高于28V，滿載不低于22V。向安全區輸出信號：直流電流：0-10mA、4-20mA、0-20mA直流電壓：0-5V、1-5V、0-10V。電源：24V.DC±10%功耗：約1.3w（單路20mA輸出，24VDC供電）；2.4W（雙路20mA輸出，24VDC供電）外形尺寸：寬X高X深22.5X100X115）mm國家電儀器儀表防爆安全監督檢驗站NEPSI）認證參數：（9、11端子）Uo=28.4V，Isc=88mA,Co=0.055|iF，La=32mH，Um250V,PO=0.624W（1011端子間）：Uo=10.5V，Co=1.7|iF安裝方式：35mm導軌式安裝，安裝時請注意卡位穩定、牢固。

3.3儀表型號選擇基于以上I/O點表，根據各點類型、量程及安裝方式，進行儀表選型如表3。儀表名稱型號技術參數量程(Mpa)數量壓力變送器YSZK住型號：STG944（量程0-140）-316L不銹鋼、硅油DC200、1/4“NPT內螺紋0 ?0.4Mpa1溫度變送器SBWZ-2480主型號：STT2SM-現場安裝316不銹鋼表殼、1/2“NPT電氣接口、數顯表頭漢語說明書0?200°C1雙金屬溫度計WSSF-481表盤直徑：中100mm；外殼材質：304ss；精度：±1.0%；防護等級：IP65；表玻璃材質：儀表玻璃；保護管材質：304SS；保護管尺寸：◎8mm；可動外螺紋連接；連接尺寸:M27X2M；帶不銹鋼位號牌；帶法蘭護套；整體鉆孔，直形套管；護套套管及法蘭材質：304SS；套管內徑■外徑：中10mm-（p16mm；儀表接口：M27X2F；過程接口：HG20592-97DN25PN6.3MP；a0?350°C10-200C3電磁流量計LDG-S介質電導率：〉20^S/cm；成套精度：口徑中10?中250土0.5%；±1.0%；輸出信號：4?20mADC3表3-3儀表選型3.3.1現場表的選取1、電磁流量計：LDG-S電磁流量計LDG-S系列電磁流量計口徑從10mm至2000mm,主要用于化工、鋼鐵、煤炭、給排水、造紙、食品、紡織印染和化纖等工業領域。測量酸堿鹽等強腐蝕性及液固兩相流體的體積流量?？膳c顯示、記錄儀表、積算器或調節器配套，對流量進行測量、積算、調節和控制，并可實現信號的遠距離傳送。傳感器采用整體焊接結構，密封性好；結構簡單可靠，內部無活動部件，幾乎無壓力損失；測量精度不受被測介質壓力、溫度、密度包括液固比）、粘度等物理參數變化的影響；精度對流速分布除旋渦場外）的變化不敏感；采用低頻三值矩形波勵磁及采樣放大技術，抗于擾能力強，零點穩定，工作可靠：工作原理傳感器是根據法拉弟電磁感應原理工作的在與測量管軸線和磁場磁力線相互垂直的管壁上安裝了一對檢測電極，當導電液體沿測量管在與交變磁場中磁力線成垂直方向運動時導電液體切割磁力線產生感應電勢，此感應電勢由測量管上兩個檢測電極檢出，數值大小用下式表示：e==kbvd式中：E-感應電勢；D-電極間距離；B-磁感應強度；V-導電液體平均流速；K-與磁場分布及軸向長度有關的系數。介質電導率：>20pS/cm成套精度：口徑*10?^250 ±0.5%；±1.0%口徑：^300-中1200±1.0%；±1.5%輸出信號：0-10mADC4?20mADC0-1kHz（配LDZ-5型轉換器）最大工作溫度：口誨10?20080、120、150°C三種口徑中250-中1200 <80C最大工作壓力：口誨10?504.0MPa口徑中65?中125 1.6MPa口徑中150-司1000 1.0MPa口徑中1200 O.6MPa工作電流：^0.5A（配LDZ-4B型）^0.2A（配LDZ-5型）防護等級：標準型IP65（防噴水型）特殊型IP67（防浸水型）IP68（潛水型）電 源：傳感器由轉換器供電轉換器電源220V50Hz連接法蘭：機標JB/T81—94；國標GB9119—88或按用戶需2、壓力變送器：YSZK型擴散硅壓力變送器YSZK硅壓力變送器主要用于在各種工業過程中連續測量各類液體、氣體、蒸汽的壓力，將被測信號轉換成4?20mA.DC信號輸出，可與其他單元組合儀表或)。$系統組成檢測、記錄、控制等工業自動化系統。本系統防爆型產品，經國家儀器儀表防爆安全監督檢驗站檢驗認可符合國家防爆標準GB3836的有關規定。用途：YSZK硅壓力變送器采用標準的二線制,4?20mA.DC輸出，與介質接觸部分為不銹鋼或哈氏合金等耐腐蝕材料量程調節和零點遷移范圍寬并可直接安裝在測量管道上使用極其方便。廣泛應用于石油、化工、冶金、水力電力、食品醫藥、環境控制等行業的過程控制和壓力、液位的測量。主要特點體積小，重量輕，可直接安裝于檢測點的管壁或容器壁上，也可通過安裝支架安裝；精度高，由于敏感芯片輸出電信號于壓力有著良好的線性關系，可以實現對壓力的準確測量；可動件少，電子元器件經過嚴格老化篩選，可靠性好；量程可調范圍大，量程可調范圍大書：1，遷移方便；并可選擇配用LCD指示表，作現場指示用。(非防爆型)型號、規格與主要技術性能主要技術指標輸出信號、負載阻抗、傳輸形式和電源電壓輸出信號：4?20mADC電源電壓：12-36VDC(防爆型變送器為24VDC)傳輸形式：二線制負載特性：與供電電^s有關，按關系式RL^50(Vs-12)基本誤差基本誤差小于：±0.2%；±0.3%；±0.5%溫度影響：在100kPr60Mpa范圍內溫度影響：@±).2%量程上隅10°C對外接口尺寸1/2NPT；M20X1.5的內外螺紋相對濕度＜95%遷移范圍：忍測量范圍上限值與測量量程之差量程比：一般量程比為6：1，最大量程比為10：1隔離膜片材料：316不銹鋼、哈氏合金B、鉑、鉭，防爆等級(不帶顯示)隔爆型 ExDIIBT4 防爆合格證號GYB00298本質安全型ExiaIICT4 防爆合格證號GYB00299重量約0.9kg(不帶支架)。正常工作條件（12） 環境溫度-20°C?+80°C（防爆型為20°C?+60°C）（13） 工作介質溫度-40C?+120C3、溫度變送器SBWZ-2480一體化溫度變送器SBW系列熱電偶、熱電阻溫度變送器是DDZ-S系列儀表中的現場安裝式溫度變送器單元它采用二線制傳送方式（兩根導線作為電源輸入，信號輸出的公用傳輸線）。將熱電偶、熱電阻信號變換成與輸入信號或與溫度信號成線性的?20mA的輸出信號。變送器可以安裝于熱電偶、熱電阻的接線盒內與之形成一體化結構它作為新一代測溫儀表可廣泛應用于冶金、石油、化工、電力、輕工、紡織、食品、國防以及科研等工業部門。產品特點采用硅橡膠密封結構、因此耐震，耐濕、適合在惡劣現場環境中安裝使用。現場安裝于熱電偶、熱電阻的接線盒內，直接輸曲?20mA，這樣既省去昂貴的補償導線費用，又提高了信號長距離傳送過程中的抗干擾能力。變送器具有輸入端開路指示功能，熱電偶溫度變送器具有冷端溫度自動補償功能。精度高、功耗低，使用環境溫度范圍寬，工作穩定可靠。應用面廣，既可與熱電偶、熱電阻形成一體化現場安裝結構，也可作為功能模塊安裝在檢測設備中。智能型溫度變送器可使應8丁通訊設備、一臺386或更高級的PC機，設置變送器的型號、分度號及被測溫度的量程范圍。數顯型溫度變送器可按用戶實際需要調整變送器顯示屏的顯示方向。輸入：熱電偶K型、E型、B型、S型、T型、J型、N型熱電阻Pt100Cu100Cu50（三線制或四線制輸出：在量程范圍內輸出4?20mA直流信號。與熱電偶輸入的毫伏信號成線性與熱電阻的輸入電阻信號成線性?；蚺c溫度信號成線性。隔離溫度變送器，輸入與輸出相隔離，隔離電壓為.5KV增加抗共模干擾能力，更適合計算機聯網使用?；菊`差：*±0.5%FS傳送方式：二線制顯示方式：（數顯型）LCD四位顯示，熱電偶開路時顯T……標志