1、2015年西門子杯全國大學(xué)生工業(yè)自動化挑戰(zhàn)賽ITEM1設(shè)計(jì)開發(fā)賽項(xiàng)樣題（版本2.0）賽題一一連續(xù)反應(yīng)器控制。要求根據(jù)所提供的工藝對象，通過分析其對象動態(tài)特性，設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制方案，現(xiàn)場實(shí)施并投入運(yùn)行。、被控對象描述工藝流程所選被控對象為過程工業(yè)常見的連續(xù)反應(yīng)器。反應(yīng)過程為反應(yīng)物A、反應(yīng)物B以及催化劑C發(fā)生反應(yīng)，生成產(chǎn)物D。反應(yīng)由熱水加熱誘發(fā)，由冷卻水進(jìn)行冷卻。其工藝流程圖如下：FV1203TI1201AI1201PI1201HS1102FV1203TI1201AI1201PI1201HS1102該連續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)以反應(yīng)物A、反應(yīng)物B以及催化劑C，在反應(yīng)溫度70.0C下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物為D。反應(yīng)設(shè)備

2、包括：反應(yīng)器，反應(yīng)器耐壓約1.5MPa。為了安全，要求反應(yīng)器在系統(tǒng)開、停車全過程中壓力 不超過1.2 MPa。反應(yīng)過程主要有三股連續(xù)進(jìn)料。第一股是反應(yīng)物A，F(xiàn)I1201為進(jìn)料流量，F(xiàn)V1201是進(jìn)料閥；第二股是 反應(yīng)物B，F(xiàn)I1203為進(jìn)料流量，F(xiàn)V1203是進(jìn)料閥；第三股為催化劑C，F(xiàn)I1104為進(jìn)料流量，F(xiàn)V1104為進(jìn) 料閥門；HS1101為攪拌開關(guān)；HS1102為熱水加熱開關(guān)，熱水用來誘發(fā)反應(yīng)。反應(yīng)器內(nèi)主產(chǎn)物D重量百分比濃度在圖中指示為AI1201，反應(yīng)溫度為TI1201，液位為LI1201。反應(yīng) 器出口流量為FI1202，由出口閥FV1202控制其流量。反應(yīng)器出口為混合液，由產(chǎn)物D與

3、未反應(yīng)的A、B、 C組成。反應(yīng)器冷卻水入口流量為FI1105，由閥FV1105控制流量。開車步驟初始化檢查，系統(tǒng)處于開車前狀態(tài)，確認(rèn)所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。開FV1203，開始B進(jìn)料，液位上升。3 .液位上升到50%左右，開FV1201，開始A進(jìn)料。當(dāng)液位上升到60%，打開閥門FV1202。打開攪拌開關(guān)HS1101。打開熱水加熱開關(guān)HS1102，誘發(fā)反應(yīng)。打開催化劑閥門FV1104。當(dāng)溫度TI1201大于40C時，關(guān)閉熱水加熱開關(guān)。如果溫度繼續(xù)上升則反應(yīng)誘發(fā)成功，調(diào)節(jié)冷卻水進(jìn)料反應(yīng)器溫度緩慢上升，不大于0 JC/秒，直到 到達(dá)70Co反應(yīng)器正常運(yùn)行時，確保反應(yīng)器溫度、壓力、液位、產(chǎn)品組份和出口流

4、量均維持在工藝要求范圍 內(nèi)。同時，確保反應(yīng)器處在安全、穩(wěn)定的生產(chǎn)工況。二、控制任務(wù)1、進(jìn)料流量及比例控制反應(yīng)器共有三股連續(xù)進(jìn)料。要求選手設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)克服每股進(jìn)料的流量擾動。同時，需要保證三股物 料以一定比例進(jìn)料。2、反應(yīng)器液位控制要求選手設(shè)計(jì)液位控制系統(tǒng)，保證液位處于60%，以獲得較大的反應(yīng)停留時間，保證反應(yīng)充分進(jìn)行。3、反應(yīng)器壓力安全控制為保證反應(yīng)安全，需要對壓力進(jìn)行安全控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。4、反應(yīng)器組份控制為得到一定的轉(zhuǎn)化率的產(chǎn)品，要求選手對反應(yīng)器最終產(chǎn)物的組份進(jìn)行控制。5、反應(yīng)器溫度控制為保證反應(yīng)的進(jìn)行，需要對溫度進(jìn)行控制。6、產(chǎn)物流量控制為保證產(chǎn)量，需要對產(chǎn)物流量進(jìn)行控制。7、節(jié)能環(huán)保指標(biāo)

5、控制出于對效能、環(huán)境等因素的考慮，要求在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施中對冷卻水用量等能耗指標(biāo)予以充分考 慮。8、開車步驟順序控制從生產(chǎn)單元冷態(tài)起，自動開車，按照開車步驟依次將控制回路投用，保證開車穩(wěn)步進(jìn)行，保證系統(tǒng)無 擾投運(yùn)。三、比賽要求大賽以一個實(shí)用的控制工程項(xiàng)目為背景，大賽組委會作為甲方發(fā)布工程項(xiàng)目的控制需求，各參賽隊(duì)伍 以乙方身份，根據(jù)甲方對于安全、穩(wěn)定、綠色生產(chǎn)的要求，完成工程方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)入現(xiàn)場實(shí)施工程項(xiàng)目。 大賽將綜合考察參賽選手的系統(tǒng)分析能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和系統(tǒng)實(shí)施能力。參賽選手在理解被控對象的基礎(chǔ)上，完成：工程方案設(shè)計(jì)參賽隊(duì)伍向大賽組委會提交工程方案設(shè)計(jì)文件后方可參加初賽。工程方案設(shè)計(jì)主

6、要內(nèi)容包括：（1）系統(tǒng)分析（包括控制需求分析、對象特性分析、工藝流程分析、系統(tǒng)安全要求等）。（2）基礎(chǔ)控制系統(tǒng)及開車順序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（包括控制回路、控制算法、被控變量、操縱變量、控 制規(guī)律、閥門特性、順序邏輯、安全保障等功能設(shè)計(jì)，并說明設(shè)計(jì)理由）。（3）安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（包括聲光報(bào)警、安全聯(lián)鎖、緊急停車、安全儀表等功能設(shè)計(jì)，并說明設(shè)計(jì)理由）。（4）系統(tǒng)設(shè)備選擇（包括控制器、測量變送裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，DCS規(guī)模、IO模塊配置、儀表盤、控 制柜、配電裝置等）與系統(tǒng)連接，用工程語言進(jìn)行明確闡述。（5）工程方案實(shí)施（包括控制方案組態(tài)及仿真測試、監(jiān)控環(huán)境組態(tài)、監(jiān)控系統(tǒng)操作說明、響應(yīng)曲線及 性能分析等）。（

7、6）經(jīng)濟(jì)效益分析。工程設(shè)計(jì)文件模板參見附件12015年西門子杯全國大學(xué)生工業(yè)自動化挑戰(zhàn)賽設(shè)計(jì)開發(fā)型賽項(xiàng)工程設(shè) 計(jì)文件。2.工程現(xiàn)場實(shí)施工程現(xiàn)場實(shí)施包括以下4部分內(nèi)容：（1）系統(tǒng)連 一完成集散控制系統(tǒng)與鍋爐之間的信號連接。（2）控制組 在SIMATIC PCS 7上完成DCS應(yīng)用組態(tài)，包括控制算法組態(tài)和監(jiān)控界面組態(tài)。（3）系統(tǒng)調(diào)試完成控制系統(tǒng)調(diào)試、投運(yùn)，包括控制器的參數(shù)整定。（4）系統(tǒng)交工驗(yàn)收一向甲方提交已實(shí)施的方案，接受甲方對系統(tǒng)性能的評估。參賽隊(duì)伍按照控制任務(wù)要求，控制系統(tǒng)平穩(wěn)投運(yùn)后，大賽組委會組織現(xiàn)場評判，評判標(biāo)準(zhǔn)參見2015 年西門子杯全國大學(xué)生工業(yè)自動化挑戰(zhàn)賽設(shè)計(jì)開發(fā)型賽項(xiàng)初賽評分規(guī)則。四、其他賽題無標(biāo)準(zhǔn)答案，鼓勵各參賽隊(duì)在滿足賽題基本要求的前提下創(chuàng)新。大賽過程中發(fā)現(xiàn)賽題存在技術(shù)問題時，經(jīng)專家組討論，提出適當(dāng)?shù)膹浹a(bǔ)措施。各參賽隊(duì)對賽題有技術(shù)疑問時，在不影響公開、公正、公平原則的基礎(chǔ)上，大賽組委會秘書處負(fù)責(zé)解釋。賽題公布之前，任何人不能以任何方式泄露本文件的內(nèi)容。比賽設(shè)備：組委會將在競賽現(xiàn)場提供半實(shí)物仿真設(shè)備作為被控對象，所有IO通過4-20mA及PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò) 與西門子控制器進(jìn)行通訊?？刂破鳂?biāo)準(zhǔn)配置為西門子DCS系統(tǒng)SIMATIC PCS7,本賽項(xiàng)允許