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过程控制工程设计 过程控制工程设计 管道仪表流程图（PID）的绘制是自控工程设计的核心内容，虽然在设计新体制中，各版管道仪表流程图（PID）并不归在自控专业工程设计的设计文件内，但它仍是整个自控设计的龙头。 所以，自控设计人员必须认真仔细地配合工艺、系统设计人员完成管道仪表流程图（ PID）。 §2-1 控制方案的确定 要进行生产过程的自控设计，必须先要了解生产过程的构成及特点。 现以化工生产过程为例来说明。 化工生产过程的构成可由图2-1表示。 1 主体——化学反应过程。 2 化学反应过程中所需的化工原料，首先送入输入设备。然后将原料送入前处理过程，对原料进行分离或精制，使它符合化学反应对原料提出的要求和规格。 3 化学反应后的生成物进入后处理过程，在此将半成品提纯为合格的产品并回收未反应的原料和副产品，然后进入输出设备中贮存。 4 同时为了化学反应及前、后处理过程的需要，还有从外部提供必要的水、电、汽以及能量等能源的公用工程。有时，还有能量回收和三废处理系统等附加部分。 化工生产过程的特点： （1） 产品从原料加工到产品完成，流程都较长而复杂，并伴有副反应。 （2）工艺内部各变量间关系复杂，操作要求高。 （3）关键设备停车会影响全厂生产。 （4）大多数物料是以液体或气体状态，在密闭的管道、反应器、塔与热交换器等内部进行各种反应、传热、传质等过程。 这些过程经常在高温、高压、易燃、易爆、有毒、有腐蚀、有刺激性臭味等条件下进行。 控制方案的正确确定应当在与工艺人员共同研究的基础上进行。要把自控设计提到一个较高的水平，自控设计人员必须： 一、熟悉工艺，这包括了解生产过程的机理，掌握工艺的操作条件和物料的性质等。 二、应用控制理论与过程控制工程的知识和实际经验，结合工艺情况确定所需的控制点，并决定整个工艺流程的控制方案。 控制方案的确定主要包括以下几方面的内容： (1) 正确选定所需的检测点及其安装位置； (2) 合理设计各控制系统，选择必要的被控变量和恰当的操纵变量； (3) 生产安全保护系统的建立，包括声、光信号报警系统、联锁系统及其他保护性系统的设计。 在控制方案的确定中还应处理好以下几个关系。 1．可靠性与先进性的关系 在控制方案确定时，首先应考虑到它的可靠性，否则设计的控制方案不能被投运、付之实践，将会造成很大的损失。 在设计过程中，将会有两类情况出现，一类是设计的工艺过程已有相同或类似的装置在生产运转中。此时，设计人员只要深入生产现场进行调查研究，吸收现场成功的经验与原设计中不足的教训，其设计的可靠性是较易保证的。 另一类是设计新的生产工艺，则必须熟悉工艺，掌握控制对象，分析扰动因素，并在与工艺人员密切配合下，确定合理的控制方案。 可靠性是一个设计成败的关键因素，但是从发展的眼光看，要推动生产过程自功化水平不断提高，使生产过程处在最佳状态下运行，获取最大的经济效益，先进性将是衡量设计水平的另一个重要标准。 随着计算机技术成功地应用于生产过程的控制后，除了常规的单回路、串级、比值、均匀、前馈、选择性等控制系统已广泛应用外， 一些先进的控制算法，如纯滞后补偿、解耦、推断、预测、自适应、最优等也能借助于计算机的灵活、丰富的功能，较为容易地在过程控制中实现。 况且，近年来人们对生产过程的认识逐步深化，人工智能的研究卓有成效，这些都为自动化水平的进一步提高创造了有利条件。所以，在考虑自控方案时，必须处理好可靠性与先进性之间的关系，一般来说，可以采用以下两种方法： 一种是留有余地，为下步的提高水平创造好条件。也就是在眼前设计时要为将来的提高工作留出后路，不要造成困难。 另一种是做出几种设计方案，可以先投运简单方案，再投运下一步的方案。采用DCS等计算机控制系统后，完全可以通过软件来改变方案，这为方案的改变提供了有利的条件。 2．自控与工艺、设备的关系 要使自控方案切实可行，自控设计人员熟悉工艺，并与工艺人员密切配合是必不可少的。 然而，目前大多数是先定工艺，再确定设备，最后再配自控系统。由工艺方面来决定自控方案，而自动化方面的考虑不能影响到工艺设计的做法是较为普遍的状况。从发展的观点来看，自控人员长期