《过程控制工程》课程设计指导书
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《过程控制工程》课程设计指导书
“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。通过实际题目、控制方案的选择、工程图纸的绘制等基础设计和设计的学习，培养学生理论与实践相结合能力、工程设计能力、创新能力，完成工程师基本技能训练。
一、过程控制系统设计及其主要内容
过程控制系统设计是为实现生产过程自动化，应用图纸资料和文字资料来表达设计思想和工程实现方法。设计分为两个阶段：
（一）设计前期工作
主要内容：
1． 查阅资料，对被控对象动态特性进行分析，确定控制系统的被调量和调节量；
2． 确定自动化水平，包括确定自动控制范围、控制质量指标、报警设限及手自动切换水平；
3． 提出仪表选型原则，包括测量、变送、调节及执行仪表的选型。
（二） 设计工作
主要内容：
1． 根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，完成控制系统原理图；
2． 根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，完成控制系统工艺流程图（PID图）；
3． 根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图（包括系统功能图和系统逻辑图）；
4． 对所设计的系统进行仿真试验，并进行调节器参数整定；
5． 编写设计说明书：
（1） 提出控制系统的基本任务和要求；
（2） 被控对象动态特性分析；
（3） 选择控制系统控制结构，画控制原理图；
（4） 选择测点和调节机构画控制系统工艺流程图；
（5） 选择控制仪表，画SAMA图（标出调节器作用方向）；
（6） 根据控制原理图，进行控制系统仿真实验，控制器参数整定；
（7） 设计总结。
二、绘制设计图
（一） 系统控制原理图
控制原理图应反映控制系统的结构。
（二） 管道及仪表流程（PID）（工艺控制流程图）
管道仪表流程图画法规定
1． 管道及仪表流程图适用于生产工艺装置，是用图示的方法把工艺流程所需的全部设备、机器、管道及管件和仪表表示出来。它是设计和施工的依据，也是运行和检修的指南。
2．管道及仪表流程图安装比例。
1） 一般设备（机器）图只取相对比例。
2） 实际尺寸大设备（机器），适用缩小。
3） 实际尺寸过小适当放大。
4） 可相对示意出各设备位置的高低。
5） 整个图面要协调、美观。
3． 图线：
（1） 工艺物料线用粗实线。
（2） 设备、阀门用细实线。
（3） 其余用细实线。
4． 绘出和标注全部有关的检测点，调节系统。
5 。符号、代号、表示方法符合自控专业要求。（过程检测、控制流程图、图形符号和文字代号）。
火电厂热工控制常用热工量字母代号
字母 信号 字母 信号
PT 主汽压力 FF 燃料量
P1 汽机第一级压力 HR 热量
PS 压力给定值 n 转速
MW 功率 BD 功率
Pd 汽包压力 TD 汽机指令
TSH 过热汽温 Pf 炉膛负压
TRH 再热汽温 O2 氧量
H 水位 AF 送风量
HS 水位给定值
FW 给水流量
D 蒸汽流量
（三） 系统SAMA图
SAMA(美国科学仪器制造协会)图是包括所有控制设备的控制系统结构图，SAMA图例易于理解，能清楚地表示系统功能，反映控制系统的全部控制功能和信号处理功能，反应设计者的设计思想。
在组成系统时，首先要根据控制过程的要求，并按照SAMA图例绘制过程控制的原理框图。然后根据该框图选择相应的架装仪表和盘装仪表。
SAMA功能图例外形分四类，每一种形状都有明确的含意。 ① ○ 测量或信号读出功能。
② 自动信号处理，一般表示控制柜中仪表的功能。
③ ◇ 手动信号处理，一般表示在操作器的功能。
④ 执行机构。
用SAMA图例表达控制系统方框图时，常将一些符号画在一起，表示一个具体的模块（仪表）具有哪些功能，这样在控制系统方框图主框图中又清楚地表达了使用多少具体模块（仪表）。
SAMA图应表达如下的基本功能：
1． 信号处理
1） 现场信号和控制室信号进行转换；
2） 对信号的质量进行检验，检验其是否在有效的范围之内；
3） 重要参数应采用多点测量，综合处理；
4） 对测量信号补偿处理。
2． 自动控制
1） 反映控制原理图的控制结构；
2） 反映控制器的动态规律；
3） 反映控制器作用方向；
4） 在系统手动时，调节器应具备跟踪功能，以使系统实现无扰切换。
3． 控制系统手/自动切换和手动操作
1） 在控制系统中一般每一个执行器应配一个操作器；操作器可根据系统需要手/自动切换、手动操作及阀位显示、定值和测量值显示；
2） 控制系统手/自动切换的基本原则：
系统正常时，由操作员在操作器上通过按自动按键使系统投入自动状态；而在系统有故障或控制系统控制品质差时，控制系统应由自动状态自动地切换到手动状态。
在系统手动时，控制系统的输出由操作员在操作器上通过↑、↓按键操作输出。
一般操作器在下列情况应切至手动：
① 操作器的输入和输出方向有信号异常，则操作器应切换到手动；
② 操作员在操作器面板上按手动按键；
③ 调节器的入口偏差过大或测量值越限；
④ 阀位和控制输出偏差大或阀位达限值；
3）调节器输出对应的操作器切至手动时，对应调节器的输出应切至跟踪状态，以使系统实现无扰切换。
4． 信号报警
对于关键参数，应根据工艺要求规定其高低报警值：通常设计的信号报警信号有：
① 测量值越限；
② 调节器的入口偏差过大；
③ 阀位和控制输出偏差；
④ 测量质量差；
⑤ 阀位达限值。
5． 连锁保护
连锁保护系统是指当生产出现严重故障时，为保证设备、人身的安全，使各个设备按一定的顺序紧急停止运转或运转在某个特定的状态。
TRK≯≮△∑∫TRK≯≮△∫TTR△∫SR△QC∫Kf(x)×T∑≮≯ANDORNOTH//LH//LXORH/L△△H//LTDOFFPID1PID2平衡器乘法开方切换除法不小于不大于比较求和函数比例积分d微分报警质量检测异或非下电延时脉冲RS触发或与
TDONV≯速率限制上电延时f(t)动态补偿SAMA图例一<>大选小选
±M/ATTRIAT1819IAT1819±M/AT≯≮±M/ATTRIAT1819±M/AT≯≮IAT1819TEPTLTnZTITAA操作员给定操作员切换操作员操作图内引用（圆内为字母）图内引用（圆内为数字）转速液位位置温度压力f(x)DODI218ABI/PAOAI模拟输入模拟输出电气转换页间连接数字输出数字输入输出逻辑注释引入逻辑注释操作员操作注释调节阀执行器逻辑标号SAMA图例二操作器ABCABCABC连续信号线逻辑信号线
