流程工业过程控制综合实验（装置）系统设计方案工业大学电子科技大学流程工业过程控制综合实验系统1、典型化工流程过程控制综合实验系统的组成典型化工流程过程控制综合实验系统由：（1）、典型化工流程过程控制综合实验对象系统；（2）、 典型化工流程过程控制综合实验系统检测传感执行装置；（3）、智能仪表及电器控制屏台；（4）、典 型化工流程过程控制综合实验DCS控制系统组成1） 典型化工流程过程控制综合实验对象系统结构图见化工过程控制实验装置系统结构图典型化工流程过程控制综合实验对象系统采用化工釜式反应系统的工艺控制流程且结构为开放 式，学生可进入系统操作对象系统由：实验控制对象仿工业设备结构具有较强现场设备感；具有较丰富的设备种类， 包括：• 框架系统：3000X2000X2800mm; （100X50X4mm方钢管，50X5角铁，60X6槽钢，扶手护 栏：1寸及4分钢管）防锈红丹底漆，喷烤漆处理• 反应器：采用蒸馏反应釜：不锈钢，高径比分别为1: 2 （胆配置冷却盘管、耐压0.6MPa、 夹套加热方式为热水加热），带搅拌电机及及浆叶式搅拌浆）• 液位容器：采用0377X800，及C300X800不锈钢密闭容器作为两个高位槽储罐.• 加热容器：0377X800加热炉（外带不锈钢包裹的硅酸铝保温棉）；• 压力容器：采用工业0300X1000的工业压力储罐做为压力容器，安全且储气容量大，易做 压力控制实验：• 换热器：采用01597X1000工业标准列管换热器，换热效果明显；• 滞后盘管：温度滞后控制实验用（滞后时间15秒）• 管道及阀门：DN25和DN20工业不锈钢管道；永德信铜球阀及闸阀阀门。
2） 典型化工流程过程控制综合实验对象系统工艺流程系统结构图见化工过程控制实验装置控制系统流程图储水箱——变频调速原料泵P101—孔板流量计（带3151电容式差压变送器）一文丘里流量计 （带3151电容式差压变送器）一高位储罐（带扩散硅压力/液位变送器）一转子流量计--反应釜胆 （带电远传磁翻转液位传感器）一列管换热器一电动调节阀--储水箱储水箱 变频调速原料泵P102—涡轮流量计一高位储罐一（带扩散硅压力/液位变送器）一转子流量计一反应釜胆（带电远传磁翻转液位传感器）一列管换热器一气动调节阀--储水箱储水箱——变频调速给水泵P103—涡轮流量计一加热炉（带扩散硅压力/液位变送器）一滞后 盘管--储水箱储水箱 变频调速给水泵P103—涡轮流量计一反应釜胆（冷却盘管）--储水箱加热炉 变频调速热水水泵P104—涡轮流量计一反应釜加热夹—加热炉静音空压机——压力储罐（空压机自带）——压力储罐（实验用）——电动调节阀——放空电动调节阀——反应釜静音空压机一一压力储罐（空压机自带）一一压力储罐（实验用） 胆2、典型化工流程过程控制综合实验系统管线敷设系统中的控制信号管线敷设采用易于拆装式，与现场仪表装置、控制台（柜）接点均采用接线 端子连接。
现场信号线采用桥架引线，控制台（柜）采用地沟引线方式系统方便学生进行线路连 接和敷设实验A-A披木说乳■岬号XUt：*状存.株幕W*H£H--P1*rcfc*杭拇吉实科技4才旅泰（方整端头,时恭若圣用埔冥西的启n（封口一占注*在的、瓦 世岬帔斐粘t砌血 艄林就怕始凯 瞒墓平尤无*JL孔 繇的责口曾慵、誓威■计皆略、丈E单就H♦峪为emrd%电而不衲费.空任揖月低蝙至 锦冲**目腐牧费尊总屈ii单闩彰+单与砧橘常壬同幢埋为心.5检酥臻朝节，度自加6水 ffiO.ORSfllltPVCff,其独麻府均宕wow身麻-节葛专室:翘说，在柄苴ft此他t度宾支*-4 觥上闻醇牵舫明丽门版I用复令H用尚1土弟却4甬由故曹《（认立群用为生-rr mt 套u 蒯4s 障―_g率国—A— 1&低情阍—EQ3 ―=*i—H AH―m_R H—BKI—跳=咕・——iffil——岫孚日rlriAN一n-"，擘ML丑个瞄<4L#R—<5■—被《M■ 一 一・Eg tfJhWftftff.1t：-ifa —|TB=1—ST■捧域小■tr^L^nM—K^J-MFt 与起 戴K *宅 #Pl.丁兰H倬titri推L.更％1LH、q_■a_LE.RH*H丘*1YJ.HMD■，r?K膏姓呻iy亨i-TftIWg营寿字k尊0 *« ■ID4 WFTS .■fft•I'.ttft■TMl*瞄5T■BE#聘（1）检测和控制点列表序号位号名称测量/控制方式说明1FIC101孔板流量计泵1出口流量12FIC102电磁流量计泵2出口流量3FIC103涡轮流量计泵3出口流量4FIC104孔板流量计泵4出口流量5FI105转子流量计储罐V103 —反应釜流量6FI106转子流量计储罐V104—反应釜流量7PI101扩散硅压力变送器反应釜胆压力8PI102扩散硅压力变送器储气缓冲罐压力9PI101孔板流量计压差测量泵1出口管路差压110PI102文丘里流量计压差测量泵1出口管路差压211LIC101扩散硅压力液位变送器储罐V103液位13LIC102扩散硅压力液位变送器储罐V104液位14LIC103电远传磁翻转液位传感 器储罐V105液位15LIC104扩散硅压力液位变送器反应釜V107液位16LIC105扩散硅压力液位变送器加热罐V106液位17TI101PT100 （三线制）反应釜胆温度18TI102PT100 （三线制）反应釜夹层温度测量19TI103PT100 （三线制）换热器管程出口温度20TI104PT100 （三线制）换热器可程出口温度21TI105PT100 （三线制）加热罐温度22TI106PT100 （三线制）盘管出口温度23FV101电动调节阀储罐一储罐流量调节24FV102电动调节阀储罐一反应釜流量调节25AV101双位双通电磁阀储罐一储罐通路26AV102双位双通电磁阀储罐一反应釜通路27P101变频器泵3出口流量调节28P102变频器泵4出口流量调节29LS101液位开关反应釜下液位开关30LS102液位开关储罐V106上液位开关（2）控制方案说明系统能够实现多种过程控制类型，覆盖液位、流量、压力、温度等单回路控制、串级控 制、选择性控制、均匀控制、比值控制以及纯滞后控制等等，并且系统还具有大量的安全联 锁保护控制。
通过系统阀门的切换，能够满足三个以上的独立控制系统同时运行而互不影响1、单回路控制方案说明（1） V103罐液位控制采用变频泵P101控制储罐V103的液位相关设备状态：打开HV101、HV107、HV108 （适度），关闭AV101，启动P101 （变频）测量值：液位传感器LIC101执行器：变频泵P101控制器：智能仪表，PLC，DCS（2） V104罐液位控制采用变频泵P103控制储罐V104的液位相关设备状态：打开HV103、HV109、HV110 （适度），关闭AV102，启动P103 （变频）传感器：液位传感器LIC102执行器：变频泵P103控制器：智能仪表，PLC，DCS（3） 反应釜液位控制采用FV101控制反应釜中液位相关设备状态：打开 HV102、HV114、HV106、FV101，关闭 HV112、HV113,启动 P102 （定频率）传感器：液位传感器LIC104执行器：气动调节器FV101控制器：智能仪表，PLC，DCS（4） 泵一线流量控制采用调节阀FV101控制泵一管线中的流量相关设备状态：打开HV101、HV107、HV108，关闭AV101，启动P101传感器：孔板流量计FIC101或文丘里流量计FIC102执行器：调节阀FV101控制器：智能仪表，PLC，DCS（5）泵二线流量控制采用调节阀FV102控制泵二管线中的流量。
相关设备状态：打开 HV102、HV114、HV106、FV101，关闭 HV112、HV113，启动 P102传感器：涡轮流量计FIC103执行器：调节阀FV102控制器：智能仪表，PLC，DCS（6） 泵三线流量控制采用变频泵P103控制泵三管线中的流量相关设备状态：打开HV103、HV109、HV110，关闭AV102，启动P103 （变频）传感器：涡轮流量计FIC104执行器：变频泵P103控制器：智能仪表，PLC，DCS（7） 泵四线流量控制采用变频泵P104控制泵四管线中的流量相关设备状态：打开HV104、HV111，启动P104 （变频）传感器：涡轮流量计FIC105执行器：变频泵P104控制器：智能仪表，PLC，DCS（8） 反应釜部温度控制采用变频泵P104控制反应釜部反应温度相关设备状态：打开HV104、HV111，关闭HV115，启动变频泵P104 （变频）传感器：温度传感器TIC101执行器：变频泵P104控制器：智能仪表，PLC，DCS（9） 加热罐温度控制采用加热器控制加热罐中的温度相关设备状态：启动加热器传感器：温度传感器TIC105执行器：加热器控制器：智能仪表，PLC, DCS（10）换热器出口温度控制采用气动调节阀控制换热器出口温度。
相关设备状态：打开HV106、HV102、HV113、打开变频泵P104传感器：TIC104执行器：变频泵P104控制器：智能仪表，PLC，DCS2、串级控制方案说明（1）温度TI104---流量FI103串级控制回路以换热器E101可程出口温度TI104为控制目标，利用离心泵P102调节换热器管程进口 流量FI103，从而实现控制目标温度检测TIC104（2）温度TI102---流量F105串级控制回路以反应釜D104夹层温度TI102为控制目标，利用离心泵P104调节加热罐出口热水流量FI105，从而实现控制目标温度设定〃、流量设定k-TC TC.• 流量检测" 宇 FIC105 :J＜：：l——I I 』右广筌 夹层温度反应釜 P104 温度检测TIC1023、选择控制方案说明以反应釜胆温度控制器TIC101和夹层温度控制器TIC102输出作为选择器HS的输入，通过离心泵P104调节反应釜进口热水流量以控制胆温度TI101和夹层温度TI102上储罐D104温度检测TIC102温度检测TIC101P1044、均匀控制方案说明液位LI101 ---流量FI102双冲量均匀控制回路：以保证液位LI101均匀变化为控制目标，利用液位LI101和流量FI102构成双冲量均匀控制回路。
5、比值控制方案说明上储罐D101进水流量FI101与上储罐D102进水流量FI104比值控制回路：通过离心泵P103调节上储罐D102进水流量FI104，其设定值由FI101确定P103流量检测 FIC104流量检测FIC1016、联锁控制说明（1） 加热罐低液位LIC104控制联锁要求加热罐液位LIC104低于某限值时，加热罐停止加热2） 储罐V103高液位LIC101控制联锁要求上储罐液位LIC101高于某限值时，离心泵P101必须停止3） 储罐V103低液位LIC101控制联锁要求上储罐液位LIC101低于某限值时，出口阀门AV101必须关闭4） 加热罐高液位LIC104控制联锁要求加热罐液位LIC104高于某限值时，离心泵P102必须停止5） 储罐V104高液位LIC102控制联锁要求上储罐液位LIC102高于某限值时，离心泵P103必须停止6） 储罐V104低液位LIC102控制联锁要求上储罐液位LIC102低于某限值时，出口阀门AV102必须关闭7） 反应釜高液位LIC103控制联锁要求反应釜液位LIC103高于某限值时，进料阀门AV101、AV102必须关闭8） 反应釜低液位LIC103控制联锁要求反应釜液位LIC103低于某限值时，加热回路离心泵P104必须停止。
1.4、过程控制综合实验装置系统配置清单序 号设备及材料名称规格型号数量产地简要说明一、过程控制实验装置对象系统1套1离心泵CHL2-20/功率 0.37KW/流量 2MVH4台南方泵业2原料液储水箱不锈钢(500X1000X550)1台言实3有机玻璃三容水箱不锈钢 4)300 X 800mm3台言实4框架喷漆 40X40mm; 38 X 25mm40米言实5有机玻璃复合加热 水箱①300X300,吊挂单相1.5KW电加 热管可方便安装PT100/CU50热电 阻温度传感器，铜一康铜热电偶1台言实6不锈钢反应釜带夹套、加热管、胆冷却盘管、搅 拌电机、液位计等1台言实7电器控制箱及强电 控制面板铝板喷塑烂字（安装漏电保护空气 开关、电流型漏电保护器充分考虑 人身安全保护；配置带钥匙的电源 启动控制回路和多组保险丝，同时 每一组强电输出都有旋钮开，关控 制，保证设备安全，操作控制便捷； 装有分相电压表、指示灯，开关电 源等1套言实8变频器/可控控硅 移相调压器安装面 板安装变频器及可控控硅移相调压 器1套言实9网孔板安装在对象的电器控制箱上部，分 有电源区、隔离及多路变送模块区、 执行器区、接线区，每区上部安装 有端子排及铝合金走线槽；可方便 学生将对象的一次检测传感器的供 电及信号传输自行连接接线，测试 无误后，作为一个转接区同上位控 制柜二次控制仪表或控制器相连。
1套言实控制对象上安装网 孔安装板，安装板 上安装有电源及信 号接线端子及铝合 金走线槽方便学 员自行对一次检测 传感装置接线10不锈钢球阀DN15， 1.0MPa若干永德信DN25， 1.0MPa永德信11不锈钢闸阀DN15， 1.0MPa永德信DN25， 1.0MPa永德信12不锈钢法兰不锈钢 304； DN25，1.0MPa长城机电13不锈钢法兰不锈钢 304； DN25，1.0MPa长城机电14不锈钢工业管不锈钢 304； DN15，1.0MPa长城机电15不锈钢工业管不锈钢 304； DN25，1.0MPa长城机电16不锈钢焊接三通不锈钢 304； DN15，1.0MPa长城机电不锈钢 304； DN25，1.0MPa长城机电17不锈钢焊接弯头不锈钢 304； DN15，1.0MPa长城机电不锈钢 304； DN25，1.0MPa长城机电二、过程控制综合实验装置智能仪表、电器标准工业控制柜1套1标准工业控制柜采用标准工业控制柜，上置大功率 通风扇，下有防水进风凹槽，前置1套兰贝各类二次仪表的安 装、调试、检修、高强度透明玻璃，其整体做前门， 在不用打开柜门的情况下即可观看 整柜仪表运行情况，前后门均加工 业控制柜专业用锁，整柜体外全喷 塑防触电结构，另有接地装置，控 制系统在控制柜中可分层摆挂，前 置模块化各类二次控制面板安装板 及各种标准件及控制仪表模块等。
接线2强电控制面板铝板喷塑烂字（安装漏电保护空气 开关、电流型漏电保护器充分考虑 人身安全保护；配置多组保险丝， 同时每一组强电输出都有旋钮开， 关控制，保证设备安全，操作控制 便捷；装有分相电压表、指示灯， 开关电源等1套言实3智能仪表控制模块 安装板铝板喷塑烂字（带智能仪表I/0端 子接线排）；上安装宇电AI519A及 AI719A智能调节仪2块；智能流量 积算仪2块；三路无纸记录仪1块2套言实仪表全部24V供电， 学生接线安全AI519A智能光柱数显调节仪（24V 供电）1块宇电AI719A智能调节仪（24V供电）1块宇电AI708H智能流量积算仪（24V供电）1块宇电AI704A智能巡检仪1块宇电5I/0接口转切换板过程控制综合实验装置对象系统一 次检测装置总进、出线端子排；智 能仪表I/0端子接线排1套言实6其它线缆/接插头/继电器/安装走线排 等若干言实三、现场一次检测传感装置（安装在对象上）1套（一）、流量仪表1孔板流量计不锈钢，角接取压（DN 32-19）;法 兰焊接式安装（带电容式差压变送 器）1套中自一台设备孔板流量 计（带数字液晶就地显示表头及就地 数字键盘量程和零点一键调整功 能；安装方式：水平台式安装，与 带三阀组体统一一体化安装；精度： 达0.075%供电电源：24VDV ；输出信号： 4-20mA（可输出开放信号）与HART 协议兼容的数字信号传感器：单晶硅谐振传感器 过程介质：压缩空气或水1套仪川一台设备孔板流量 计单向过压能力，优异完善的自诊断 功能量程：1-100 (KPa)，最大工作压力： 16 (MPa);接口规格为M20X1.5标准 螺纹；可通过BRAIN协议由BT200 手持编程终端设定。
置液晶数字显示表带测量围设置 钮；防爆结构型：ExiaIICT6IP67 附件：配三阀组、直通终端接头、 安装套件1-100KPa2文丘里流量计不锈钢(DN32-喉径19);法兰焊接 式安装(带电容式差压变送器)1套中自一台设备文丘里流 量计带数字液晶就地显示表头及就地数 字键盘量程和零点一键调整功能； 安装方式：水平台式安装，与带三 阀组体统一一体化安装；精度：达 0.075%供电电源：24VDV ；输出信号： 4-20mA(可输出开放信号)与HART 协议兼容的数字信号传感器：单晶硅谐振传感器 过程介质：压缩空气或水 单向过压能力，优异完善的自诊断 功能量程：1-100 (KPa)，最大工作压力： 16 (MPa);接口规格为M20X1.5标准 螺纹；可通过BRAIN协议由BT200 手持编程终端设定置液晶数字显示表带测量围设置 钮；防爆结构型：ExiaIICT6IP67 附件：配三阀组、直通终端接头、 安装套件1-100KPa1套仪川一台设备文丘里流 量计3涡轮流量计公称口径：DN10；精度等级：土 0.5% ；连接方式：法兰连接 等；介质温度：-20°C〜120°C ；公 称压力：1.6Mpa；显示方式：4 — 20mA标准信号；供电电源： 5〜24VDC、 24VDC3套虹益4电磁流量计精度等级：±0.5% ；衬里材质：聚 氨脂；电极材质：不锈钢； 连接方式：法兰夹装；介质温度： 0C〜70C ；公称压力:1.6Mpa； 防护等级：IP65、；防爆标志：Exib IICT6 ；工作电压：220VAC1套仪川防爆标志：Exib ICT6口径：DN20； —体化4-20mA信号输 出。
二）、温度仪表1PT1OO热电阻WZP-231装配式1套中环2铜-康铜热电偶铜-康铜热电偶（WRET-33）1套中环3镍铬-镍硅热电偶镍铬-镍硅热电偶（WREK-33）1套中环（三）、压力仪表1压力储罐压力变送 器扩散硅压力变送器1套西勒2普通压力表0-0.25Mpa；精度：1.5%2套鹳山普通压力表0-0.6Mpa ；精度：1.5%1套鹳山普通压力表-0.1-0 Mpa ；精度：1.5%2套鹳山（四）、液位/物位仪表1电远传磁翻板液位 传感器JYUHZ-517C10 0-600mm （带 4-20mA 变送输出及高底限报警功能）1套仪川2扩散硅压力/液位 变送器扩散硅压力变送器3套西勒（五）、执行装置1变频调速器施耐德0.37KW2套施耐德2电动调节阀QS-16KDN32-dg251套万讯3气动调节阀CV3000系列HTS单座调节阀，DN20， PN1.6； 上阀盖：常温型（P）；阀体 材质：ZG230-45 ；压盖型式：螺栓 压紧式；阀芯型式：单座柱塞型阀 芯；阀芯材质：SUS304；法兰标准： /T79.1-94执行机构：HA2多弹簧 薄膜执行机构；弹簧围：20〜 100kPa1套川仪电气阀门定位器：（与HTS单座调节 阀配套）；技术要求：型号HEP-16； 输入信号：4-20mA；作用方式：双 作用，可方便进行正反作用的切换。
1套川仪4可控硅移相调压器STY380-35 （带 4-20MA 变送）2套=5压力定值调节阀及 减压过滤器0-0.8 MPa1套亚德克6电磁阀ZQDFZQDF-15螺纹活塞电磁阀；1/21台余四、隔离、变送及其他设备1套1静音空压机0 — 0.8Mpa ,排气量 0 —0.012M3/min,功率 0.37KW1台2温度变送/隔离器（铜-康铜热电偶/ 镍铬-镍硅热电偶）导轨式安装AI7021D5双路可编程温 度变送器（24V供电）1套宇电3外接手持式编程器 AI7021D5-E81套宇电五、工具、配件1套1万用表胜利VC9801A；三位半（31/2）1胜利224件组合式 工具13电烙铁15焊锡丝进口（日本）16压线钳17剥线钳18实验连接导 线各种颜色的导线若干，线径：0.3、0.5 两种；线头：与两种线型配套的线头若干1009实验装置所 需带接线端 连接导线若干10气压所需导 压管、三通、 终端接头若 干若干11元器件盒112元器件（接线 端子，接线插 头等）若干六、智能仪表控制系统软件1套1MCGS组态软 件MCGS5.51套昆仑通泰2过程控制综 合实验软件1套言实3实验指导书（电子版）1套言实七、其它1预留同西门子控制系统相连接口。