1、I目 录1 设计目的、内容及安排 11.1 设计目的和任务 11.2 设计要求 11.3 设计内容及时间安排 11.4 考核方法 22 设计题目 32.1 丁辛醇精制自控设计 32.1.1 工艺流程及简要说明 32.1.2 有关数据和已知条件 .42.2 聚合釜反应器自控设计 52.2.1 工艺流程及简要说明 .52.2.1 有关数据和已知条件 .52.3 盐水冷冻器自控设计 62.3.1 工艺流程及简要说明 .62.3.2 主要控制指标及已知条件 .72.4 锅炉汽包水位自控设计 82.4.1 工艺流程及简要说明 .82.4.2 有关数据和已知条件 .82.5 间歇式反应器自控设计 92.5
2、.1 工艺流程及简要说明 .92.5.2 有关数据和已知条件 .92.6 列管式换热器自控设计 102.6.1 工艺流程及简要说明 .102.6.2 有关数据和已知条件 .102.7 油水分离器自控设计 112.7.1 工艺流程及简要说明 .112.7.2 有关数据和已知条件 .123 部分图形符号表 .1321 设计目的、内容及安排1.1 设计目的和任务本设计是学生第一次进行的综合性专业训练，是自动化专业的一个重要教学环节，其设计目的是进一步巩固和加深对所学理论知识的理解，培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力，使学生对自控设计有较完整的概念，培养学生综合运用所学的控制理论、仪表、控制工程
3、等知识进行工程设计的能力，进一步提高设计计算、制图、视图、编写技术文件，查阅参考文献与资料、仪表类型选择的能力。通过此次设计，培养学生树立为社会主义建设服务的观念。设计者应该有敢于创新和勇于负责的精神，从投入施工的角度来严肃对待自己的设计，使自己的设计能最大限度满足生产实际需要，既经济，又可靠。要善于利用书本知识，而又不迷信书本，要善于独立思考，反对粗心大意，草率从事以及不负责的态度；设计中应善于全面综合的考虑各项复杂因素，有选择性吸收前人的成果，发挥主观能动性，大胆提出创造性的设计方案。1.2 设计要求在设计内容选择上要结合具体的生产实际，题目要有一定的实际意义，做到理论联系实际。自控设备设
4、计要求采用计算机控制系统（如 DCS、PLC、FCS 等）。本设计应当在教师指导下，由学生独立完成下面内容：（1）设计说明书：包括设计指导思想和设计依据，自动化水平和控制方案的确定，设计计算，仪表选型，以及采用新技术新产品的依据，安全技术措施，重要的复杂调节系统的说明，动力供应需要的容量，设计中存在的问题等等；（2）设计图纸：用 AutoCAD 绘制带控制点的工艺流程图、控制系统回路图、系统接线端子图、系统供电图；（3）填写表格：如自控设备汇总表、节流装置计算数据表、调节阀计算数据表、综合材料表等。设计要求方案合理、计算数据准确、图面图形和标注符合国家标准和有关技术规范要求，说明书编写符合指导
5、书规定要求。1.3 设计内容及时间安排(1) 设计动员。指导教师讲解设计要求、规程、部分相关国家标准及有关技术规范、参考资料等事项。（1 天）(2) 结合设计题目熟悉工艺流程。（1 天）(3) 在熟悉工艺流程的基础上，分析各种控制的优缺点，确定自动控制方案。（1 天）(4) 针对典型控制回路进行扰动分析。（1 天）3(5) 进行调节阀选型，采用调节阀计算软件包进行口径计算，填写调节阀计算数据表（Access 表格）。（1 天）(6) 进行仪表选型。根据需要进行相应计算，填写仪表规格数据表（Access 表格）。（2 天）(7) 控制设备选型（PLC、DCS 、FCS 等），填写控制设备规模表（
6、包括信号类型、规模及 I/O 表）（Access 表格）。（1 天）(8) 绘制仪表回路图（计算机 CAD 辅助设计）。（2 天）(9) 结合自控系统进行仪表盘柜（系统接线图和平面布置图）设计（计算机 CAD 辅 助设计）。（2 天）(10) 绘制仪表供电系统图（计算机 CAD 辅助设计）。（1 天）(11) 撰写设计说明书及答辩。（2 天）注：以上设计内容及时间安排可根据不同题目及具体情况适当调整。1.4 考核方法指导教师要根据学生在课程设计期间的设计态度和表现，独立完成课题设计的能力，设计说明书、图纸的内容及质量，以及平时考查，口头答辩等相结合的灵活方式，按优、良、中、及格、不及格五级分制
7、给予成绩。42 设计题目2.1 丁辛醇精制自控设计2.1.1 工艺流程及简要说明图 2.1 丁辛醇精制工艺流程图丁辛醇精制工艺流程图如图 2.1 所示。精 制 塔 （ KA802） 在 2-EH 生 产 时 ， 在 真 空 条 件下 操 作 ； BuOH 生 产 时 ， 在 略 高 于 常 压 下 操 作 ， 将 重 组 份 从 产 品 醇 中 脱 除 。预 馏 塔 塔 底 物 料 由 预 馏 塔 塔 底 泵 （ PA802A/B） 输 送 进 入 KA802。 在 2-EH 生 产 时 ， 用 精 制 塔 塔 底 泵 （ PA805A/B） 从 塔 底 将 物 料 送 到 VPH 汽 化 器
8、（ BA701） 中 部 ； 在 BuOH 生 产 时 ， 它 们 被 送 到 氢 气 汽 提 塔 （ KA701） 。KA802 塔 顶 物 料 经 精 馏 塔 冷 凝 器 （ WA803） 冷 凝 后 进 入 到 精 馏 塔 收 集 槽 （ BA802） 中 。在 2-EH 情 况 时 ， 塔 顶 物 料 在 精 制 塔 放 空 冷 凝 器 （ WA804） 中 进 一 步 冷 凝 。塔 回 流 经 精 制 塔 回 流 泵 （ PA804A/B） 返 回 塔 顶 ， 余 量 在 FIC0809 控 制 循 环 回 预 馏 塔 。醇 产 品 从 KA802 塔 的 上 段 侧 线 采 出 送
9、 到 醇 产 品 槽 （ BA803） 中 ， 在 2-EH 生 产 时 ， 经 精 馏 塔 产品 泵 （ PA806A/B） 送 到 LPH 交 换 器 （ WA706） 中 与 粗 辛 醇 换 热 后 再 经 产 品 冷 却 器 （ WA806）5进 一 步 冷 却 ， 在 BuOH 生 产 时 ， 产 品 由 PA806A/B 直 接 送 到 产 品 冷 却 器 （ WA806） 冷 却 ， 最 后送 到 醇 的 切 换 贮 槽 （ BA1305A/B/C） 中 送 出 界 区 。2.1.2 有关数据和已知条件序 号 名 称 取 样 点 号 单 位 控 制 指 标1K801 塔 顶 回
10、流 泵 出 口 油相 （ 干 基 ）辛 醇丁 醇其 它K801 塔 顶 回 流 泵 出 口 油相 水 份 含 量Q801%（ W）%（ W）%（ W）%（ W） 15 55 30 12.42K801 塔 底 产 品辛 烯 醛辛 醇低 沸 物水Q802%（ W）%（ W）%（ W）%（ W） 0.01 97.1 0.2 3.73K801 塔 顶 采 出正 丁 醇水其 它Q803%（ W）%（ W）%（ W） 48.5 44.1 7.44K802 塔 底 采 出辛 醇残 液Q804 %（ W）%（ W） 70.2 29.85K802 塔 顶 产 品辛 醇色 度密 度 20酸 值 （ 以 乙 酸 计
11、 ） 羰 基 化 合 物 （ 以 辛 醛 计 ）硫 酸 显 色 试 验水 份Q805%（ W）铂 -钴 号g/cm3mg/g%（ W）铂 -钴 号% 99.5 10#0.831-0.833 0.01 0.05 25 0.16K803 塔 底 采 出辛 醇残 液Q825 %（ W）%（ W） 5其 余7K803 塔 顶 采 出辛 醇残 液Q826 %（ W）%（ W） 99其 余62.2 聚合釜反应器自控设计2.2.1 工艺流程及简要说明图.2.2 聚合釜反应器工艺流程图聚合釜反应器工艺流程图如图 2.2 所示。聚丙烯由计量罐计量后投入聚合釜 R101E，活化剂用氮气压入加料斗，再经丙烯冲入釜内
12、，催化剂加入加料斗，也经丙烯冲入釜内。然后用热水泵把热水罐 V216 内热水送入聚合釜 R101E 夹套给聚合釜升温。当釜压升至2.5Mpa 时停止加热水，改线将聚合釜夹套改为循环冷水，将釜压恒在 3.5Mpa，时间为2.55 小时。待反应结束，将未反应的丙烯经冷凝器回收。当聚合釜压降至 1.5Mpa 时，将釜内粉料喷入闪蒸釜，闪蒸搅拌后放料装袋。2.2.1 有关数据和已知条件序号 设备名称 项目 单位 控制指标1 聚合釜 操作压力 MPa 3.303.652 聚合釜 操作温度 74793 聚合釜 升温时间 min 20304 聚合釜 反应时间 h 365 聚合釜 升温速度 /min 10/8
13、1072.3 盐水冷冻器自控设计2.3.1 工艺流程及简要说明图 2.3 盐水冷冻器工艺流程图盐水冷冻站是某厂水汽车间的一个工段，它由盐水泵，立式氨蒸发器氨气压缩机（8AS17 型）, 液氨分离器，氨气冷凝器，氨储存器等主要设备组成。其工艺流程如图 2.3所示。氨气经过氨压缩机加压后，进入冷凝器用工业用水冷凝变成液体氨。在冷凝器底部输送到氨储槽，液氨靠自身压力送到立式蒸发器里边的蛇形管，蛇形管中的液氨蒸发时吸收大量的热量而使盐水（氯化钙溶液）的温度冷冻为-13 17，则液氨变成为气氨，气氨中混有液氨通过液氨分离器，其中液氨又回到蛇形管里继续蒸发，而气体氨进入氨压缩机压缩之后进行循环使用，氨气漏
14、损以后补充液氨，以保证盐水正常冷冻。冷冻的盐水用盐水泵（8SH9）输送给用户。2.3.2 主要控制指标及已知条件 氨蒸发器调节通道的动特性可以近似的看成一节惯性环节和纯滞后环节相串联的对象。设其放大倍数 Kp=0.6,T=0.8 分，t=5 秒8 盐水流量 Q=200m /h，密度 =1.211.24g/cm , Q =288m /h 3 3max3压力 P=4.5kpf/cm ,温度 T=-13-17。2 液氨流量 Q=200m /h,密度 =0.98,压力 P=12.7 kpf/cm3 2 冷凝器冷却水的流量 Q =150m /h,压力 P=6 kpf/cm ，温度 T=10max3工艺上
15、要求就地指示盐水泵出口压力及氨储槽液面。要求记录盐水泵出口压力变化，温度变化，盐水流量；蒸发器中盐水液面及盐水出口温度变化；压缩机入口出口压力变化及温度变化；氨冷凝器出口温度及冷却水的流量。要求控制蒸发器蛇形管中液氨的液面。设计尺寸：液氨分离器 =1m，H=1m冷凝器 =1.3m,H=6m立式蒸发器 2mx5mx1.5m(高度)除了盐水泵和压缩机以外其他放在室外平台上，在设计过程中除了上述的已知数据和要求，其他问题可以自己设定。2.4 锅炉汽包水位自控设计2.4.1 工艺流程及简要说明图 2.4 锅炉汽包水位工艺流程图9锅炉汽包水位工艺流程图如图 2.4 所示，燃料和空气按一定的比例进入燃烧室
16、燃烧，生成的热量传给了蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，然后经过热器，形成一定气温的过热蒸汽，汇集至蒸汽母管。有一定压力的过热蒸汽，经过调节阀供给负荷设备。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，还作为省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经过引风机送往烟囱排入大气。锅炉的给水来自除氧器，除氧器的作用是滤除来自软水罐中的氧份，防止锅炉里产生水垢。2.4.2 有关数据和已知条件主被控变量为汽包水位（LICA-101），其测量范围为 0 400mm，差压变送器检测（采用负迁移：测量范围为-4.9 1.3kPa），工艺要求汽包正常水位保持在中心线下 100 毫米高度（即 200mm 高度，其中 H050mm
17、）；给水流量（FIRQ-102）的量程范围为 050 m3/h，工作流量 37 m3/h，采用电磁流量计检测；蒸汽流量（ FIRQ-103）的量程范围为050 t/h，工作流量 35 t/h，其中饱和蒸汽密度受压力影响较大，需进行压力（PIC-102）补偿，压力变送器量程范围为 01.6Mpa 。2.5 间歇式反应器自控设计2.5.1 工艺流程及简要说明图 2.5 间歇式化学反应器工艺流程图10间歇式化学反应器是生产苯酚过程中不可缺少的磺化工段的主要设备。其工艺流程如图 2.5 所示。首先把硫酸罐（高位槽）中的浓硫酸定量放进反应釜里，然后连续注入苯汽，其最大流量可达 2500 立升/小时，用加
18、热油（变压器油）连续加热 4 小时左右，其反应温度为120，进行化学反应方程式如下：C6H6 + H2SO4 = C6H5SO3H + H2O (吸热反应)最后产品 C6H5SO3H(苯磺酸)由反应器底部放料，未反应完的苯汽，通过分层分离器以后回收再使用。主要控制指标是反应物的转化率，但是现在无法直接测量。2.5.2 有关数据和已知条件 反应器动态特性可以近似的看成一阶惯性环节，其放大倍数 Kp= 0.8，时间常数Tp=1.5 分。 硫酸加入量 2 吨。 苯最大流量 2500 立升/小时。 变压器油温度 200，最大流量 5 吨/小时。 反应器规定值为 120。 反应所需时间约 4 小时。 加
19、热油管内径 25。 苯流量（回流管）管内径 20。 加热蒸汽管内径 50。 加热蒸汽最大流量 500m3 /h，压力 6/ m 3。2.6 列管式换热器自控设计2.6.1 工艺流程及简要说明列管式换热器是某煤油厂的一个装置，其工艺流程如 2.7 图所示。将原油储罐的原油用泵打入列管式换热器，经列管式换热器将其加热到 T=1502,进入后的原油进入下一工段加工。载热体为 250的饱和蒸汽。11图 2.7 列管式换热器工艺流程图2.6.2 有关数据和已知条件 换热器出口温度的调节通道动态特性，可以近似看成一阶惯性环节的对象。设其放大倍数 KP=0.6 TP=1.2 分。 饱和蒸汽：Q max=36
20、0m3/h，Q C=280m3/h，P=40kgf/cm 2,T=250。 原油：Q max=50m3/h，Q=39m 3/h，P=7kgf/cm 2, T=10, =0.9g/cm3 。 加热后的原油温度 T=1502。 工艺上要求在仪表盘上记录原油流量、加热原油温度、饱和蒸汽流量。 工艺上要求就地指示原油泵后压力、温度、加热原油出口温度。 要求控制换热器原油出口温度。 设计尺寸：如下图所示在设计过程中除了上述的已知数据和要求，其它问题可以自己设定。2.7 油水分离器自控设计2.7.1 工艺流程及简要说明油水分离器是吉化炼油厂催化裂化车间的一个装置，其工艺流程如图 2.8 所示。12油水分离
21、器的进料来自催化工段分馏塔（T2003）的反应油气，进入油水分离器后，反应油气分出三种物料，即富气（气体）、粗汽油（液体）、水。而粗汽油的密度小于水，且粗汽油不溶于水，在油水分离器中分成两层，上层为汽油，下层为水。水则由油水分离器底部管线 W-03 放掉；粗汽油则从管线 W-06 出料，然后分成两部分，一部分作为冷回流，一部分作为产品去下一工段；富气则从分离器顶部管线 W-04 被富气压缩机抽掉。附图 油水分离器工艺流程图2.7.2 有关数据和已知条件 油水分离器液面调节通道的动态特性可以近似地看成一阶惯性环节的对象。设其放大倍数 KP=0.8,T=0.7 分。 粗汽油：流量 Qmax=60m
22、3/h, QC=48m3/h，压力 P=12kpf/cm2,T=70。 分离水：流量 Qmax=15m3/h，压力 P=2kpf/cm2, T=70。 粗汽油密度 =0.8/cm3 本装置在室内安装，要求用就地仪表盘。 要求记录粗汽油量、反应来油气温度、油水分界面高度、粗汽油液面。 泵后要求现场指示压力。 要求控制粗汽油液面、油水界面、粗汽油流量不能变化太大。 设计尺寸如下图所示。13在设计过程中，除上述已知数据和要求，其它问题可以自己设定。3 部分图形符号表14专业综合设计课题 1：基于 FPGA 的汽车尾灯控制器设计设计目的：熟悉 FPGA 的基本工作原理；熟悉 QUARTUS II 集成
23、开发环境；使所学理论知识和实践相结合，提高科研动手能力。设计内容：假设汽车尾灯两侧各有 3 盏指示灯（用发光二极管模拟）设计其控制功能如下：1.汽车正常行驶时指示灯都不亮；2.汽车右转弯时，右侧一盏指示灯闪亮；3.汽车左转弯时，左侧一盏指示灯闪亮；4.汽车刹车时，左右两侧刹车指示灯同时亮；5.汽车夜间行驶时，左右两侧的一盏指示灯同时亮，以供照明。6.左右转向灯不允许出现同时亮的情况。设计要求1.系统的硬件原理图设计2.系统的软件流程图及程序设计3.给出设计报告，包括以下主要内容：1）封面：题目、专业、班级、姓名、学号、指导教师、成绩2）目录3）设计方案介绍、系统原理说明154）硬件设计5）软件
24、设计6）结果调试7）设计的收获体会专业综合设计课题 2：基于 FPGA 的交通灯控制器设计设计目的：熟悉 FPGA 的基本工作原理；熟悉 QUARTUS II 集成开发环境；使所学理论知识和实践相结合，提高科研动手能力。设计内容：设计一个十字路口交通信号灯的控制电路，具体要求：1.主支干道交替通行，主干道每次放行 20S，支干道每次放行 12S，每次绿灯变红灯前黄灯亮 4S，此时另一干道上红灯不亮；2.主干道绿灯和黄灯亮的时间等于支干道红灯亮的时间，支干道绿灯和黄灯亮的时间等于主干道红灯亮的时间；3.主干道黄灯亮时，支干道红灯以 1HZ 的频率闪烁，支干道黄灯亮时，主干道红灯以 1HZ 的频率闪烁；4.主支干道信号灯亮时，需配合有时间显示；设计要求1.系统的硬件原理图设计162.系统的软件流程图及程序设计3.给出设计报告，包括以下主要内容：1）封面：题目、专业、班级、姓名、学号、指导教师、成绩2）目录3）设计方案介绍、系统原理说明4）硬件设计5）软件设计6）结果调试7）设计的收获体会
