過程自動化工程設計

學習情境一 檢測及反饋控制系統(tǒng)設計

【學習目標】

【項目描述】萬噸/年PVC精餾裝置過程自動化工程設計

【基礎理論】過程自動化工程設計任務、方法和程序

【知識拓展】集散控制系統(tǒng)工程設計程序

【評價與反饋】

【工作任務一】確定自動控制裝置

【基礎理論】自動控制裝置的選擇

【設計步驟】

【知識拓展】PLC、DCS、FCS三大控制系統(tǒng)的特點和差異

【評價與反饋】

【工作任務二】繪制管道及儀表流程圖

【基礎理論】管道及儀表流程圖

【設計步驟】

【知識拓展】儀表功能和字母代號

【評價與反饋】35

【工作任務三】確定控制方案和儀表回路圖設計35

【基礎理論】控制方案和儀表回路圖35

【設計步驟】39

【知識拓展】先進控制系統(tǒng)44

【評價與反饋】46

【工作任務四】檢測儀表、執(zhí)行機構和輔助儀表的選型46

【基礎理論】如何選擇檢測儀表和調(diào)節(jié)閥46

【設計步驟】67

【知識拓展】控制閥Cv計算79

【評價與反饋】82

【工作任務五】DCS系統(tǒng)圖和DCS I/O表設計82

【基礎理論】DCS系統(tǒng)結構和選型82

【設計步驟】85

【知識拓展】國內(nèi)外主要DCS供應商和機型86

【評價與反饋】88

【工作任務六】DCS控制室的設計89

【基礎理論】控制室的功能和設計要求89

【設計步驟】92

【知識拓展】自控專業(yè)用英語詞匯93

【評價與反饋】94

【工作任務七】儀表柜布置圖和接線圖的設計95

【基礎理論】儀表柜布置圖和接線圖設計要求95

【設計步驟】96

【知識拓展】儀表防爆設計97

【評價與反饋】103

【工作任務八】電纜敷設設計104

【基礎理論】電纜敷設設計104

【設計步驟】106

【知識拓展】儀表防護設計107

【評價與反饋】110

【工作任務九】儀表供電供氣系統(tǒng)設計111

【基礎理論】儀表供電和供氣系統(tǒng)設計要求111

【設計步驟】118

【知識拓展】儀表接地設計規(guī)范119

【評價與反饋】124

【工作任務十】其他自控圖紙設計124

【基礎理論】其他自控圖紙說明124

【材料統(tǒng)計】130

【知識拓展】主要自控設計標準132

【評價與反饋】134

學習情境二信號報警系統(tǒng)的設計136

【設計任務】溫度上下限報警系統(tǒng)設計136

【基礎理論】信號報警及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設計136

【設計步驟】141

【知識拓展】安全聯(lián)鎖系統(tǒng)141

【評價與反饋】145

學習情境三順序控制系統(tǒng)的邏輯功能設計146

【基礎理論】順序控制系統(tǒng)設計原則146

【案例一】順序功能圖(SFC)實現(xiàn)聚合釜加料順序控制149

【案例二】基于順序控制表改進干布袋順序控制的案例152

【知識拓展】生產(chǎn)過程自動化專業(yè)畢業(yè)設計153

【評價與反饋】158

附錄一10萬噸/年PVC精餾裝置管道及儀表流程圖159

附錄二10萬噸/年PVC精餾裝置自動控制工藝條件表160

附錄三集散控制系統(tǒng)I/O表163

附錄四集散控制系統(tǒng)控制室布置圖164

附錄五外部電纜連接系統(tǒng)圖165

附錄六電纜橋架布置總圖166

附錄七儀表位置圖168

附錄八儀表供電系統(tǒng)圖169

附錄九儀表供氣系統(tǒng)圖170

附錄十儀表柜接線圖171

參考文獻172 2100433B

本書是基于工作過程的項目引領教材，由三個獨立的學習情境構成。學習情境一是檢測及反饋控制系統(tǒng)設計，以10萬噸/年聚氯乙烯精餾裝置的集散控制系統(tǒng)自控設計項目為載體，將整個項目分解成十個任務，并以任務為核心搭建相關專業(yè)理論知識。理論知識內(nèi)容涉及自動控制裝置的確定、繪制管道及儀表流程圖、確定控制方案和儀表回路圖設計、檢測儀表、執(zhí)行機構和輔助儀表的選型、DCS系統(tǒng)圖和DCS I/O表設計、DCS控制室的設計、儀表柜布置圖和接線圖的設計、儀表供電供氣系統(tǒng)設計等。

學習情境二是信號報警系統(tǒng)的設計，以常規(guī)儀表實現(xiàn)溫度上下限報警系統(tǒng)設計為載體，將信號報警及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設計的理論知識和設計步驟有機融合。學習情境三是順序控制系統(tǒng)的邏輯功能設計，以典型的工程案例來敘述順序功能圖（SFC）和順控表如何實現(xiàn)順序控制功能。

本書是一本自動化控制工程設計的入門教材。在學習檢測儀表技術、控制工程技術、集散控制系統(tǒng)組態(tài)調(diào)試與維護之后，通過本書的學習，可獲得一些基本的過程自動化工程設計的知識。

本書可作為高職高專院校生產(chǎn)過程自動化技術、工業(yè)自動化等相關專業(yè)的教材，也可供中等職業(yè)學校相關專業(yè)選作教材和有關技術人員參考。

機械裝備自動化方案的工程化設計與實現(xiàn)涉及的知識面很寬，《裝備自動化工程設計與實踐》以提高工業(yè)自動化工程師的工程化設計能力及專業(yè)技能為目標，針對現(xiàn)代機械制造業(yè)的實際需求，以機電軟一體化為核心，結合工程實際案例，將進行這一過程的所需知識貫穿起來，闡述機械裝備自動化方案設計的方法與步驟?！堆b備自動化工程設計與實踐》內(nèi)容包含系統(tǒng)技術構成、設計準則、關鍵技術、項目管理、模塊化設計、系統(tǒng)集成等，從工程實用化設計的角度出發(fā)，完整地對系統(tǒng)方案設計、硬件配置、自動化方案的開發(fā)工具與現(xiàn)代設計方法、控制軟件工程化設計、仿真與控制系統(tǒng)無縫集成、控制網(wǎng)絡等內(nèi)容進行了系統(tǒng)闡述，對多種設計方案進行比較分析，使讀者能夠在一個高的技術水平起點掌握系統(tǒng)設計、工程實現(xiàn)、項目管理的方法。

《裝備自動化工程設計與實踐》可作為工科院校自動化、電氣工程、機械制造專業(yè)的本科生和研究生的參考教材，也可作為機電一體化系統(tǒng)制造和銷售工程師的培訓教材。

前言

第1章 概述

1.1 過程工業(yè)的特點

1.1.1 連續(xù)性

1.1.2 變化不可見性

1.1.3 強關聯(lián)性

1.1.4 物料流體形態(tài)

1.1.5 生產(chǎn)過程多樣性

1.1.6 生產(chǎn)的高危險性

1.2 過程自動化工程的特點

1.2.1 連續(xù)控制與邏輯控制

1.2.2 安全與防爆

1.2.3 集中控制方式與就地控制方式

1.3 項目實施過程

第2章 自動化工程設計的任務與方法

2.1 自動化工程設計任務

2.1.1 自動化工程設計的基本任務

2.1.2 自動化工程設計的工作內(nèi)容

2.2 自動化工程階段劃分與內(nèi)容

2.2.1 自動化工程設計完成內(nèi)容

2.2.2 完成設計文件深度說明

2.3 工程實施程序

2.4 自控專業(yè)與其他專業(yè)的關系

2.4.1 自控專業(yè)與工藝專業(yè)的設計條件關系

2.4.2 自控專業(yè)與系統(tǒng)專業(yè)的設計條件關系

2.4.3 自控專業(yè)與管道專業(yè)的設計分工

2.4.4 自控專業(yè)與電氣專業(yè)的設計分工

2.4.5 自控專業(yè)與電信、機泵及安全(消防)專業(yè)的設計分工

2.5 自動化工程常用標準規(guī)范

第3章 方案設計

3.1 控制方案的確定

3.1.1 可靠性與先進性的關系

3.1.2 自控與工藝、設備的關系

3.1.3 技術與經(jīng)濟的關系

3.2 管道儀表流程圖的繪制

3.2.1 管道儀表流程圖繪制的基本原則

第4章 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)

4.1 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的功能和要求

4.1.1 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的基本功能和要求

4.1.2 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的附加功能

4.2 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設計原則

4.2.1 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設計的基本原則

4.2.2 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)組成元件的設計原則

4.2.3 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)安全等級的確定

4.3 安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的邏輯設計及表達

4.3.1 邏輯表達符號

4.3.2 聯(lián)鎖系統(tǒng)邏輯圖

第5章 自動化工具的選擇

5.1 控制裝置的選擇

5.1.1 控制裝置的類型和特點

5.1.2 控制裝置的選擇

5.1.3 技術規(guī)格書

5.1.4 系統(tǒng)配置圖

5.2 檢測儀表(元件)及控制閥的選擇

5.2.1 溫度測量儀表的選型

5.2.2 壓力測量儀表的選型

5.2.3 流量測量儀表的選型

5.2.4 物位測量儀表的選型

5.2.5 成分分析儀表的選型

5.2.6 控制閥的選型

5.3 自動化工具工程描述

5.3.1 自控設備表

5.3.2 儀表數(shù)據(jù)表

5.3.3 監(jiān)控數(shù)據(jù)表

5.3.4 I/0一覽表

第6章 軟件設計

6.1 硬件定義

6.2 地址定義

6.3 控制策略組態(tài)

第7章 人機界面設計

7.1 HMI總體設計

7.1.1 HMI的基本功能

7.1.2 HMI軟件設計

7.2 圖形畫面

7.2.1 總貌畫面

7.2.2 分組畫面

7.2.3 單點畫面

7.3 數(shù)據(jù)記錄與趨勢視圖

7.4 報警畫面

7.5 報表系統(tǒng)

7.6 用戶管理

7.7 通信系統(tǒng)

第8章 中央控制室設計

8.1 位置、布局及面積要求

8.1.1 位置選擇

8.1.2 布局和面積

8.2 室內(nèi)工作環(huán)境要求

8.3 其他要求

8.4 建筑要求

8.5 中央控制室平面布置圖

第9章 系統(tǒng)連接

9.1 控制系統(tǒng)的整體連接

9.1.1 回路接線圖

9.1.2 端子柜與端子配線圖

9.1.3 儀表盤背面電氣接線圖

9.2 電纜的連接與敷設

9.2.1 電纜的連接

9.2.2 電纜的敷設

9.3 控制室內(nèi)電纜連接

9.4 防爆系統(tǒng)

9.4.1 安全柵

9.4.2 其他防爆系統(tǒng)

第10章 儀表安裝與系統(tǒng)設計

10.1 儀表的安裝

10.1.1 控制室內(nèi)儀表的安裝

10.1.2 現(xiàn)場儀表的安裝

10.2 儀表供電系統(tǒng)的設計

10.2.1 儀表的供電要求

10.2.2 儀表供電配電設計

10.2.3 儀表供電系統(tǒng)的工程表達

10.2.4 工程中自動化與電氣專業(yè)的設計分界

10.2.5 電器選擇

10.3 接地系統(tǒng)的設計

10.3.1 接地的用途

10.3.2 現(xiàn)場設備

10.3.3 接地的結構細節(jié)

第11章 節(jié)流裝置、調(diào)節(jié)閥與差壓液位計

11.1 節(jié)流裝置計算的基本公式及取壓方法

11.1.1 節(jié)流裝置的原理和基本公式

11.1.2 常用取壓方法

11.1.3 計算中有關參數(shù)的確定

11.2 控制閥的選擇及計算

11.2.1 調(diào)節(jié)閥C值計算公式的推導

11.2.2 調(diào)節(jié)閥C值的計算

11.2.3 調(diào)節(jié)閥C的具體計算公式

11.3 差壓式液位計的計算

第12章 自動化工程的安全及防護措施

12.1 自動化丁程防爆設計

12.1.1 防爆設計的重要性

12.1.2 危險環(huán)境的分類

12.1.3 防爆電氣設備的類型及標志

12.1.4 電氣設備防護等級

12.2 儀表及測量管線保溫

12.2.1 保溫設計的目的

12.2.2 保溫對象

12.2.3 保溫方法

12.2.4 設計中需注意的問題

12.3 儀表的隔離與吹洗設計

12.3.1 隔離

12.3.2 吹洗

第13章 工程施工、試運行及驗收

13.1 自動化工程的施丁

13.1.1 施工條件

13.1.2 施工工作內(nèi)容及相互關系

13.2 自動化工程的試運行及驗收

13.2.1 儀表的調(diào)校

13.2.2 儀表系統(tǒng)的試運行

13.2.3 儀表工程的交工驗收

附錄

附錄ADCS技術規(guī)格書編制大綱

附錄B安全儀表系統(tǒng)(SIS、ESD)規(guī)格書編制提綱

參考文獻2100433B

過程質量是指過程滿足明確和隱含需要的能力的特性之總和。既然過程的基本功能是將輸入轉化為輸出，那么過程質量一方面可以通過構成過程的要素(如投入的資源)和相關活動滿足明確和隱含需要的程度來考慮，另一方面也可以通過過程輸出(如產(chǎn)品和勞務等有形或無形產(chǎn)品)的質量好壞來間接地反映。即：

·過程必須是一種增值的轉換。

·每一過程還會與其他過程有著相互關系。

·所有工作通過過程來完成。

制造業(yè)過程質量中的過程不是指廣義的過程，它所指的是產(chǎn)品、零部件制造過程的基本環(huán)節(jié)，即工序。過程(工序)質量的高低主要反映在過程輸出的合格率、廢品率或返修率的高低上。