2017連續(xù)過(guò)程 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)賽項(xiàng)

2017年“西門(mén)子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽（原全國(guó)大學(xué)生工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽）連續(xù)過(guò)程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)賽項(xiàng)【樣題】本樣題是為了讓參賽隊(duì)伍了解2017年連續(xù)過(guò)程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)賽項(xiàng)的工藝對(duì)象及控制要求。參賽隊(duì)伍根據(jù)本樣題的要求進(jìn)行開(kāi)車(chē)步驟、儀表及控制系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)。在仿真對(duì)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(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，并提供上機(jī)練習(xí)調(diào)試。在完成基本控制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提倡從先進(jìn)控制、生產(chǎn)優(yōu)化、節(jié)能、安全等多角度進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與實(shí)施。在正式比賽時(shí)，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(duì)象特性、控制要求、評(píng)分考查點(diǎn)及擾動(dòng)類(lèi)型等方面會(huì)有10-30%的差異。一、工藝描述某反應(yīng)工藝過(guò)程如下圖所示：昶童血昶童血1I1QIa3WI稽出1rnoi3SHi4noe5HDIASMSE7nra8nw韋円直該放熱反應(yīng)過(guò)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(qiáng)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(guò)量的工藝。正常工況下工藝過(guò)程如下：原料A與原料B分別由原料A進(jìn)料泵、原料B進(jìn)料泵輸送進(jìn)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(jìn)入放熱反應(yīng)器R101進(jìn)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(guò)程中，反應(yīng)放熱強(qiáng)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)溫度、停留時(shí)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(duì)溫度敏感，在冷卻失效產(chǎn)生的高溫條件下，過(guò)高的氣相壓力使反應(yīng)器有爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。在反應(yīng)器頂部設(shè)一路抑制劑，當(dāng)反應(yīng)壓力過(guò)高危及安全時(shí)，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(duì)進(jìn)料進(jìn)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(guò)量的原料A分離提純，以備循環(huán)使用。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(jìn)行提純精制，以分離出產(chǎn)品D。仿真對(duì)象說(shuō)明：參賽隊(duì)員在SMPT-1000軟件平臺(tái)上，根據(jù)所提供的變量?jī)x表，自行選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的儀表。工藝過(guò)程圖管線上均可根據(jù)方案的需要設(shè)置閥門(mén)，閥門(mén)的流通能力不能隨意改變。參賽隊(duì)員可根據(jù)需要自行選擇閥門(mén)的特性(線性、等百分比、快開(kāi))和閥門(mén)類(lèi)型(手操閥、調(diào)節(jié)閥)，其中調(diào)節(jié)閥門(mén)用于控制回路。工藝過(guò)程的設(shè)備參數(shù)由全國(guó)競(jìng)賽專(zhuān)家組設(shè)置，參賽隊(duì)員不可自行變動(dòng)。二、初賽任務(wù)針對(duì)以上工藝過(guò)程，參賽隊(duì)需要完成開(kāi)車(chē)步驟設(shè)計(jì)、控制算法設(shè)計(jì)、控制方案設(shè)計(jì)、實(shí)施、調(diào)試、投運(yùn)，包括從冷態(tài)到穩(wěn)態(tài)的自動(dòng)開(kāi)車(chē)過(guò)程和開(kāi)車(chē)結(jié)束后的工藝過(guò)程控制。甲方需求：產(chǎn)物達(dá)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(guò)程及甲方需求，參賽隊(duì)伍完成：項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)，包括對(duì)象特性及控制需求分析、開(kāi)車(chē)步驟設(shè)計(jì)、過(guò)程儀表選型、控制回路設(shè)計(jì)及控制算法研究，以及相關(guān)硬件的選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)等?？刂葡到y(tǒng)方案在西門(mén)子控制系統(tǒng)上實(shí)施(控制器硬件型號(hào)不限，推薦控制器為PCS7412-H)并調(diào)試，完成從冷態(tài)開(kāi)車(chē)至穩(wěn)態(tài)的自動(dòng)順序控制。評(píng)分依據(jù)甲方需求，在開(kāi)車(chē)過(guò)程結(jié)束時(shí)，以達(dá)到要求的產(chǎn)物D的累積量為評(píng)分依據(jù)?？鄯猪?xiàng)包括，但不限于以下情況(依順序扣分增大)：生產(chǎn)過(guò)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(yán)重生產(chǎn)事故）。三、決賽任務(wù)完成：（1）現(xiàn)場(chǎng)接線。（2） 決賽對(duì)象從冷態(tài)到穩(wěn)態(tài)的開(kāi)車(chē)過(guò)程順序控制。（3） 從開(kāi)車(chē)到穩(wěn)定目標(biāo)工況的自動(dòng)切換。（4） 克服系統(tǒng)可能存在的干擾，或?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)的負(fù)荷升降。與初賽相同，參賽隊(duì)員在SMPT-1000軟件平臺(tái)上，根據(jù)所提供的變量?jī)x表，自行選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的儀表。甲方需求：（1）產(chǎn)物達(dá)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） 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(guò)程分析）。根據(jù)工藝過(guò)程及甲方需求，參賽隊(duì)伍完成：（1）現(xiàn)場(chǎng)接線。（2）在初賽基礎(chǔ)上進(jìn)行方案改進(jìn)和完善，包括對(duì)象特性及控制需求分析、開(kāi)車(chē)步驟設(shè)計(jì)、過(guò)程儀表選型、控制回路設(shè)計(jì)及控制算法研究，以及相關(guān)硬件的選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)等。（3）控制系統(tǒng)方案在西門(mén)子控制系統(tǒng)上實(shí)施（控制器硬件型號(hào)不限，推薦控制器為PCS7412-H）并調(diào)試，完成自動(dòng)開(kāi)車(chē)順序控制及正常工況的控制系統(tǒng)投用。（4） 在負(fù)荷改變或干擾產(chǎn)生時(shí)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。評(píng)分依據(jù)甲方需求，在比賽結(jié)束時(shí)，以達(dá)到要求的產(chǎn)物D的累積量、控制效果、能源利用效率、公用工程消耗等指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)