2015年全国大学生西门子杯工业自动化挑战赛设计开发型赛项初赛赛题.doc

2015 年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛设计开发型赛项初赛赛题 1 2015 年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛 设计开发型赛项初赛赛题 赛题——反应器控制 要求根据所提供的工艺对象，通过分析其对象动态特性，设计系统控制方案，现场实施并投入运行 一、被控对象描述 1. 工艺流程 所选被控对象为过程工业常见的反应器系统，属于连续反应过程反应过程为反应物 A 与反应物 B 发生反应，生成产物 C 反应开始后由冷却水进行冷却其工艺流程图如下： 冷却水 物料A 冷 却水 产物C 反 应 器 1201 物料B FV1203 FI1203 PI1201 TI1201 FV1201 FI1201 AI1201 FV1105 FI1105 LI1201 FI1202 FV1202 该连续反应系统以反应物 A 与反应物 B ，在反应温度 70.0℃下进行反应，反应的产物为 C 反应设备包括：反应器，反应器耐压约 2.5MPa为了安全，要求反应器在系统开、停车全过程中压 力不超过 1.5 MPa反应器压力报警上限组态值为 1.2 MPa 反应过程主要有两股连续进料第一股是反应物 A ，FI1201 为进料流量，FV1201 是进料阀；第二股2015 年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛设计开发型赛项初赛赛题 2 是反应物 B，FI1203 为进料流量，FV1203 是进料阀；反应器内主产物 C 重量百分比浓度在图中指示为 AI1201，反应温度为 TI1201，液位为 LI1201 。

反应器出口流量为 FI1202，由出口阀 FV1202 控制其流量 反应器出口为混合液，由产物 C 与未反应的 A、B 组成反应器冷却水入口流量为 FI1105，由阀 FV1105 控制流量 2. 开车步骤 1． 初始化检查，系统处于开车前状态，确认所有阀门处于关闭状态 2． 开 FV1201 约 50% ，开始进料 3． 开 FV1203 约 50% ，开始进料 4． 液位 LI1201 上升，物料开始反应，当反应器温度达到 45℃ 时，调节冷却水进料确保反应器温度 缓慢上升 5． 当液位上升至 80% 左右，打开出口阀门 FV1202 6. 反应器正常运行时，确保反应器温度、压力、液位、产品组份和出口流量均维持在工艺要求范围 内同时，确保反应器处在安全、稳定的生产工况 二、控制任务 1、进料流量及比例控制 反应器共有两股连续进料要求选手设计控制系统克服每股进料的流量扰动同时，需要保证两股物 料以一定比例进料 2、反应器液位控制 要求选手设计液位控制系统，保证液位处于 80％，以获得较大的反应停留时间，保证反应充分进行 3、反应器压力安全控制 为保证反应安全，需要对压力进行安全控制系统的设计。

4、反应器组份控制 为得到一定的转化率的产品，要求选手对反应器最终产物的组份进行控制 5、反应器温度控制 为保证反应的进行，需要对温度进行控制 6、产物流量控制 为保证产量，需要对产物流量进行控制 7、节能环保指标控制2015 年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛设计开发型赛项初赛赛题 3 出于对效能、环境等因素的考虑，要求在控制系统设计和实施中对冷却水用量等能耗指标予以充分考 虑 8、开车步骤顺序控制 从生产单元冷态起，自动开车，按照开车步骤依次将控制回路投用，保证开车稳步进行，保证系统无 扰投运 三、比赛要求 大赛以一个实用的控制工程项目为背景，大赛组委会作为甲方发布工程项目的控制需求，各参赛队伍 以乙方身份，根据甲方对于安全、稳定、绿色生产的要求，完成工程方案设计，并进入现场实施工程项目 大赛将综合考察参赛选手的系统分析能力、系统设计能力和系统实施能力 参赛选手在理解被控对象的基础上，完成： 1. 工程方案设计 参赛队伍向大赛组委会提交工程方案设计文件后方可参加初赛 工程方案设计主要内容包括： （1）系统分析（包括控制需求分析、对象特性分析、工艺流程分析、系统安全要求等） （2）基础控制系统及开车顺序控制系统的设计（包括控制回路、控制算法、被控变量、操纵变量、 控制规律、阀门特性、顺序逻辑、安全保障等功能设计，并说明设计理由）。

（3）安全系统的设计（包括声光报警、安全联锁、紧急停车、安全仪表等功能设计，并说明设计理 由） （4）系统设备选择（包括控制器、测量变送装置、执行机构，DCS 规模、IO 模块配置、仪表盘、控 制柜、配电装置等）与系统连接，用工程语言进行明确阐述 （5）工程方案实施（包括控制方案组态及仿真测试、监控环境组态、监控系统操作说明、响应曲线 及性能分析等） （6）经济效益分析 工程设计文件模板参见附件 1 《2015 年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛设计开发型赛项工程设 计文件》 2. 工程现场实施 工程现场实施包括以下 4 部分内容： （1）系统连接——完成集散控制系统与锅炉之间的信号连接2015 年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛设计开发型赛项初赛赛题 4 （2）控制组态——在 SIMATIC PCS 7 上完成 DCS 应用组态，包括控制算法组态和监控界面组态 （3）系统调试——完成控制系统调试、投运，包括控制器的参数整定 （4）系统交工验收——向甲方提交已实施的方案，接受甲方对系统性能的评估 参赛队伍按照控制任务要求，控制系统平稳投运后，大赛组委会组织现场评判 四、其他 1. 赛题无标准答案，鼓励各参赛队在满足赛题基本要求的前提下创新。

2. 大赛过程中发现赛题存在技术问题时，经专家组讨论，提出适当的弥补措施 3. 各参赛队对赛题有技术疑问时，在不影响公开、公正、公平原则的基础上，大赛组委会秘书处负责解释 4. 赛题公布之前，任何人不能以任何方式泄露本文件的内容。