2018年西门子杯中国智能制造挑战赛原全国大学生工业自动化挑战赛连续过程设计开发赛项-样题

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1、2018年“西门子杯”中国智能制造挑战赛（原全国大学生工业自动化挑战赛）连续过程设计开发赛项【样题】本样题是为了让参赛队伍了解2018年连续过程设计开发赛项的工艺对象及控制要求。参赛队伍根据本样题的要求进行开车步骤、仪表及控制系统的初步设计。在仿真对象发布后，具体物性参数、工艺参数、设备参数将给出，再进行详细设计，并提供上机练习调试。在完成基本控制设计的基础上，提倡从先进控制、生产优化、节能、安全等多角度进行方案设计与实施。在正式比赛时，将得到一份正式赛题。正式赛题与样题在物性参数、工艺参数、设备参数、对象特性、控制要求、评分考查点及扰动类型等方面会有10-30%的差异。一、工艺描述某反应工艺

2、过程如下图所示:该放热反应过程在催化剂C的作用下，原料A与原料B反应生成主产物D和副产物E,反应方程式如下：主反应：2A+BD副反应：A+B-E其中，主生成物D是所需产品，副生成物E是杂质，主、副反应均为强放热反应。为了获得较高的反应转化率，采用原料A过量的工艺。正常工况下工艺过程如下：原料A与原料B分别由原料A进料泵、原料B进料泵输送进入混合罐V101(立式圆罐)内混合，混合物料经预热器E101升温后，进入放热反应器R101进行反应，反应所需的催化剂C,由催化剂C输送泵P103从反应器顶部加入。在反应过程中，反应放热强烈，因此反应器R101采用夹套式水冷却。反应转化率与反应温度、停留时间、反

3、应物料浓度及混合配比有关，反应体系气相压力对温度敏感，在冷却失效产生的高温条件下，过高的气相压力使反应器有爆炸的风险。在反应器顶部设一路抑制剂，当反应压力过高危及安全时，通入抑制剂F,使催化剂C迅速中毒失活，从而中止反应。冷却水吸收反应器的放热量形成热水，热水通往E101预热器对进料进行预热，以回收一部分热量，多余的热水通往公用工程。反应器R101底部出口生成物含有产品D、杂质E,催化剂C、以及未反应的原料A和少量原料B,为了回收原料A,在反应器下游设置闪蒸罐V102,将混合生成物(D+E+C+A+B)中过量的原料A分离提纯。闪蒸罐V102顶部采出?!合物(D+E+C+A+B)为气相，首先进入

4、冷凝器E102与冷却水进行换热冷凝，冷凝后的混合物进入冷凝罐V103,通过循环泵P106再送入混合罐V101循环利用。闪蒸罐V102底部的混合生成物(D+E+C+A+B)经输送泵加压，送到下游分离工序，进行提纯精制，以分离出产品Do仿真对象说明：(1)参赛队员在SMPT-1000软件平台上，根据所提供的变量仪表，自行选择系统设计所需的仪表。根据需要自行选择阀门的特性(线性、等百分比、快开)和阀门类型(手操阀、调节阀)，其中调节阀门用于控制回路。(3)工艺过程的设备参数由全国竞赛专家组设置，参赛队员不可自行变动。二、初赛任务针对以上工艺过程，参赛队需要完成开车步骤设计、控制算法设计、控制方案设计

5、、实施、调试、投运，包括从冷态到稳态的自动开车过程和开车结束后的工艺过程控制。甲方需求：(1)产物达到规定浓度要求的前提下，产量越多越好(流量*产物浓度值的累积量)。(2)不能出现安全事故。根据工艺过程及甲方需求，参赛队伍完成：(1)项目的方案设计，包括对象特性及控制需求分析、开车步骤设计、过程仪表选型、控制回路设计及控制算法研究，以及相关硬件的选型、系统设计和电气设计等。(2)控制系统方案在西门子控制系统上实施(控制器硬件型号不限，推荐控制器为PCS7412-H)并调试，完成从冷态开车至稳态的自动顺序控制。评分依据甲方需求，在开车过程结束时，以达到要求的产物D的累积量为评分依据。扣分项包括，

6、但不限于以下情况(依顺序扣分增大)：(1)生产过程中，加抑制剂中止反应(造成废料增加，后处理困难)；(2)混合罐、反应器、闪蒸罐、冷凝罐等罐式设备出现抽空或满罐现象(生产事故)；(3)反应器超压爆炸(严重生产事故)。三、决赛任务完成：(1)现场接线。(2)决赛对象从冷态到稳态的开车过程顺序控制。(3)从开车到稳定目标工况的自动切换。(4)克服系统可能存在的干扰，或实现自动的负荷升降。与初赛相同，参赛队员在SMPT-1000软件平台上，根据所提供的变量仪表，自行选择系统设计所需(2)工艺过程图管线上均可根据方案的需要设置阀门,阀门的流通能力不能随意改变。参赛队员可的仪表。甲方需求：(1)产物达到

7、规定浓度要求的前提下，产量越多越好(流量*产物浓度值的累积量)。(2)不能出现安全事故。(3)生产原料循环使用越多越好，体系能量利用越高效越好，公用工程消耗越低越好(自行根据工艺过程分析)。根据工艺过程及甲方需求，参赛队伍完成：(1)现场接线。(2)在初赛基础上进行方案改进和完善，包括对象特性及控制需求分析、开车步骤设计、过程仪表选型、控制回路设计及控制算法研究，以及相关硬件的选型、系统设计和电气设计等。(3)控制系统方案在西门子控制系统上实施(控制器硬件型号不限，推荐控制器为PCS7412-H)并调试，完成自动开车顺序控制及正常工况的控制系统投用。(4)在负荷改变或干扰产生时，实现稳定控制。评分依据甲方需求，在比赛结束时，以达到要求的产物D的累积量、控制效果、原料循环利用、能源利用效率、公用工程消耗等指标进行综合评价。扣分项包括，但不限于以下情况(依顺序扣分增大)：(1)生产过程中，加抑制剂中止反应(造成废料增加，后处理困难)；(2)混合罐、反应器、闪蒸罐、冷凝罐等设备出现抽空或满罐现象(生产事故)；(3)反应器超压爆炸(严重生产事故)。WelcomeToDownload!欢迎您的下载，资料仅供参考！