西門子杯中國智能制造挑戰(zhàn)賽原全國大學(xué)生工業(yè)自動化挑戰(zhàn)賽連續(xù)過程設(shè)計開發(fā)賽項樣題

1、2018年“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽（原全國大學(xué)生工業(yè)自動化挑戰(zhàn)賽）連續(xù)過程 設(shè)計開發(fā)賽項 【樣題】本樣題是為了讓參賽隊伍了解2018年連續(xù)過程設(shè)計開發(fā)賽項的工藝對象及控制要求。參賽隊伍根據(jù)本樣題的要求進行開車步驟、儀表及控制系統(tǒng)的初步設(shè)計。在仿真對象發(fā)布后，具體物性參數(shù)、工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)將給出，再進行詳細設(shè)計，并提供上機練習(xí)調(diào)試。在完成基本控制設(shè)計的基礎(chǔ)上，提倡從先進控制、生產(chǎn)優(yōu)化、節(jié)能、安全等多角度進行方案設(shè)計與實施。在正式比賽時，將得到一份正式賽題。正式賽題與樣題在物性參數(shù)、工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、對象特性、控制要求、評分考查點及擾動類型等方面會有10-30%的差異。一、工藝描述某反應(yīng)

2、工藝過程如下圖所示：該放熱反應(yīng)過程在催化劑C的作用下，原料A與原料B反應(yīng)生成主產(chǎn)物D和副產(chǎn)物E，反應(yīng)方程式如下：主反應(yīng)： 2A + B D副反應(yīng)： A + B E其中，主生成物D是所需產(chǎn)品，副生成物E是雜質(zhì)，主、副反應(yīng)均為強放熱反應(yīng)。為了獲得較高的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，采用原料A過量的工藝。正常工況下工藝過程如下：原料A與原料B分別由原料A進料泵、原料B進料泵輸送進入混合罐V101（立式圓罐）內(nèi)混合，混合物料經(jīng)預(yù)熱器E101升溫后，進入放熱反應(yīng)器R101進行反應(yīng)，反應(yīng)所需的催化劑C，由催化劑C輸送泵P103從反應(yīng)器頂部加入。在反應(yīng)過程中，反應(yīng)放熱強烈，因此反應(yīng)器R101采用夾套式水冷卻。反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)

3、溫度、停留時間、反應(yīng)物料濃度及混合配比有關(guān)，反應(yīng)體系氣相壓力對溫度敏感，在冷卻失效產(chǎn)生的高溫條件下，過高的氣相壓力使反應(yīng)器有爆炸的風(fēng)險。在反應(yīng)器頂部設(shè)一路抑制劑，當(dāng)反應(yīng)壓力過高危及安全時，通入抑制劑F，使催化劑C迅速中毒失活，從而中止反應(yīng)。冷卻水吸收反應(yīng)器的放熱量形成熱水，熱水通往E101預(yù)熱器對進料進行預(yù)熱，以回收一部分熱量，多余的熱水通往公用工程。反應(yīng)器R101底部出口生成物含有產(chǎn)品D、雜質(zhì)E，催化劑C、以及未反應(yīng)的原料A和少量原料B，為了回收原料A，在反應(yīng)器下游設(shè)置閃蒸罐V102，將混合生成物（D+E+C+A+B）中過量的原料A分離提純。閃蒸罐V102頂部采出混合物（D+E+C+A+B）

4、為氣相，首先進入冷凝器E102與冷卻水進行換熱冷凝，冷凝后的混合物進入冷凝罐V103,通過循環(huán)泵P106再送入混合罐V101循環(huán)利用。閃蒸罐V102底部的混合生成物（D+E+C+A+B）經(jīng)輸送泵加壓，送到下游分離工序，進行提純精制，以分離出產(chǎn)品D。仿真對象說明：（1）參賽隊員在SMPT-1000軟件平臺上，根據(jù)所提供的變量儀表，自行選擇系統(tǒng)設(shè)計所需的儀表。（2）工藝過程圖管線上均可根據(jù)方案的需要設(shè)置閥門，閥門的流通能力不能隨意改變。參賽隊員可根據(jù)需要自行選擇閥門的特性（線性、等百分比、快開）和閥門類型（手操閥、調(diào)節(jié)閥），其中調(diào)節(jié)閥門用于控制回路。（3）工藝過程的設(shè)備參數(shù)由全國競賽專家組設(shè)置，參

5、賽隊員不可自行變動。二、初賽任務(wù)針對以上工藝過程，參賽隊需要完成開車步驟設(shè)計、控制算法設(shè)計、控制方案設(shè)計、實施、調(diào)試、投運，包括從冷態(tài)到穩(wěn)態(tài)的自動開車過程和開車結(jié)束后的工藝過程控制。甲方需求：（1）產(chǎn)物達到規(guī)定濃度要求的前提下，產(chǎn)量越多越好（流量*產(chǎn)物濃度值的累積量）。（2）不能出現(xiàn)安全事故。根據(jù)工藝過程及甲方需求，參賽隊伍完成：（1）項目的方案設(shè)計，包括對象特性及控制需求分析、開車步驟設(shè)計、過程儀表選型、控制回路設(shè)計及控制算法研究，以及相關(guān)硬件的選型、系統(tǒng)設(shè)計和電氣設(shè)計等。（2）控制系統(tǒng)方案在西門子控制系統(tǒng)上實施（控制器硬件型號不限，推薦控制器為PCS7 412-H)并調(diào)試，完成從冷態(tài)開車至

6、穩(wěn)態(tài)的自動順序控制。評分依據(jù)甲方需求，在開車過程結(jié)束時，以達到要求的產(chǎn)物D的累積量為評分依據(jù)?？鄯猪棸ǎ幌抻谝韵虑闆r（依順序扣分增大）：（1）生產(chǎn)過程中，加抑制劑中止反應(yīng)（造成廢料增加，后處理困難）；（2）混合罐、反應(yīng)器、閃蒸罐、冷凝罐等罐式設(shè)備出現(xiàn)抽空或滿罐現(xiàn)象（生產(chǎn)事故）；（3）反應(yīng)器超壓爆炸（嚴重生產(chǎn)事故）。三、決賽任務(wù)完成：（1）現(xiàn)場接線。（2）決賽對象從冷態(tài)到穩(wěn)態(tài)的開車過程順序控制。（3）從開車到穩(wěn)定目標(biāo)工況的自動切換。（4）克服系統(tǒng)可能存在的干擾，或?qū)崿F(xiàn)自動的負荷升降。與初賽相同，參賽隊員在SMPT-1000軟件平臺上，根據(jù)所提供的變量儀表，自行選擇系統(tǒng)設(shè)計所需的儀表。甲方需

7、求：（1）產(chǎn)物達到規(guī)定濃度要求的前提下，產(chǎn)量越多越好（流量*產(chǎn)物濃度值的累積量）。（2）不能出現(xiàn)安全事故。（3）生產(chǎn)原料循環(huán)使用越多越好，體系能量利用越高效越好，公用工程消耗越低越好（自行根據(jù)工藝過程分析）。根據(jù)工藝過程及甲方需求，參賽隊伍完成：（1）現(xiàn)場接線。（2）在初賽基礎(chǔ)上進行方案改進和完善，包括對象特性及控制需求分析、開車步驟設(shè)計、過程儀表選型、控制回路設(shè)計及控制算法研究，以及相關(guān)硬件的選型、系統(tǒng)設(shè)計和電氣設(shè)計等。（3）控制系統(tǒng)方案在西門子控制系統(tǒng)上實施（控制器硬件型號不限，推薦控制器為PCS7 412-H)并調(diào)試，完成自動開車順序控制及正常工況的控制系統(tǒng)投用。（4）在負荷改變或干擾產(chǎn)生時，實現(xiàn)穩(wěn)定控制。 評分依據(jù)甲方需求，在比賽結(jié)束時，以達到要求的產(chǎn)物D的累積量、控制效果、原料循環(huán)利用、能源利用效率、公用工程消耗等指標(biāo)進行綜合評