水泵流量控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)---好的.doc

武漢理工大學(xué)儀表與過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書學(xué) 號(hào)：課 程 設(shè) 計(jì)題 目水泵流量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)皇馬姓 名皇馬指導(dǎo)教師2013年1月15日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目: 水泵流量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 初始條件：1. 課程設(shè)計(jì)輔導(dǎo)資料：“過程控制系統(tǒng)和應(yīng)用”、“過程控制系統(tǒng)與儀表”、“過程控制儀表及控制系統(tǒng)”、“過程控制系統(tǒng)及儀表”等；2. 先修課程：儀表與過程控制系統(tǒng)等。3. 主要涉及的知識(shí)點(diǎn)： 過程控制儀表、控制系統(tǒng)、被控過程等要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1. 課程設(shè)計(jì)時(shí)間：1.5周；2. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)指導(dǎo)老師給定的題目，按規(guī)定選擇其中1套完成； 本課程設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)要求：研讀輔導(dǎo)資料對(duì)應(yīng)章節(jié)，對(duì)選定的設(shè)計(jì)題目所涉及的生產(chǎn)工藝和控制原理進(jìn)行介紹，針對(duì)具體設(shè)計(jì)選擇相應(yīng)的控制參數(shù)、被控參數(shù)以及過程檢測(cè)控制儀表，并畫出控制流程圖及控制系統(tǒng)方框圖。3. 課程設(shè)計(jì)說明書按學(xué)校“課程設(shè)計(jì)工作規(guī)范”中的“統(tǒng)一書寫格式”撰寫，具體包括： 目錄； 摘要； 生產(chǎn)工藝和控制原理介紹； 控制參數(shù)和被控參數(shù)選擇； 控制儀表及技術(shù)參數(shù)； 控制流程圖及控制系統(tǒng)方框圖； 總結(jié)與展望；（設(shè)計(jì)過程的總結(jié)，還有沒有改進(jìn)和完善的地方）； 課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)（至少500字）； 參考文獻(xiàn)（不少于5篇）； 其它必要內(nèi)容等。時(shí)間安排：具體時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容1月2日指導(dǎo)老師就課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要求、進(jìn)度安排、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)等做具體介紹。學(xué)生確定選題，明確設(shè)計(jì)要求1月3日開始查閱資料，了解系統(tǒng)生產(chǎn)工藝和控制原理。1月4日確定系統(tǒng)所需檢測(cè)元件、執(zhí)行元件、調(diào)節(jié)儀表技術(shù)參數(shù)1月7日1月8日確定控制流程圖及控制系統(tǒng)方框圖1月9日1月10日撰寫課程設(shè)計(jì)說明書1月11日答辯并上交課程設(shè)計(jì)說明書指導(dǎo)教師簽名： 2012 年 12 月 27 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要51 設(shè)計(jì)目的與要求61.1 設(shè)計(jì)目的61.2 設(shè)計(jì)的意義61.3 要求完成的主要任務(wù)72 自來水廠生產(chǎn)工藝72.1 生產(chǎn)工藝72.2 生產(chǎn)工藝流程圖83 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93.1 控制方案93.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)94被控變量與控制變量選擇104.1被控變量選擇原則104.2控制變量選擇原則104.3本系統(tǒng)被控變量與控制變量的選擇115檢測(cè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)115.1檢測(cè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)原則115.2本系統(tǒng)檢測(cè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)126執(zhí)行器設(shè)計(jì)136.1執(zhí)行器設(shè)計(jì)原則136.2本系統(tǒng)執(zhí)行器設(shè)計(jì)147調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)147.1調(diào)節(jié)器正反作用選取147.2調(diào)節(jié)器規(guī)律的選擇147.3調(diào)節(jié)器參數(shù)整定17總結(jié)與展望19課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)21參考文獻(xiàn)22摘要隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，科技及人們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮著重要的作用。過程控制通常是指連續(xù)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，是自動(dòng)化技術(shù)最重要的組成部分之一。其應(yīng)用范圍覆蓋石油、化工、制藥、生物、醫(yī)療、水利、電力、冶金、輕工、紡織、建材、核能、環(huán)境等許多領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要事務(wù)地位。過程控制的主要任務(wù)是對(duì)生產(chǎn)過程的有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行控制。使其保持恒定或按一定規(guī)律變化，在保證總質(zhì)量和生產(chǎn)的前提下，使連續(xù)型生產(chǎn)過程自動(dòng)地進(jìn)行下去。連續(xù)生產(chǎn)過程中，流量是一個(gè)很重要的參數(shù)。 在連續(xù)生產(chǎn)過程中，有各種物料在工藝設(shè)備間傳送。為了有效地進(jìn)行生產(chǎn)操作和工藝控制，經(jīng)常需要測(cè)量介質(zhì)（液體、氣體和蒸汽等）的流量。同時(shí)，為了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，也需要知道在一段時(shí)間內(nèi)流過的介質(zhì)總量。所以，流量監(jiān)測(cè)是控制生產(chǎn)和進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個(gè)重要手段。按照控制任務(wù)要求，流量控制系統(tǒng)一般是定值的，根據(jù)較快較準(zhǔn)較穩(wěn)得性能要求，采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制規(guī)律是PID控制規(guī)律。閉環(huán)相比開環(huán)可以減小誤差，滿足需要。流量控制系統(tǒng)一般有四部分組成，控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象以及流量檢測(cè)傳感變送器。控制器的輸入由給定與反饋的偏差決定，控制器的輸出控制調(diào)節(jié)閥，從而控制被控對(duì)象。傳感變送器將被控變量檢測(cè)并變送到輸入端與給定進(jìn)行比較，得到的偏差作為控制器的輸入，閉環(huán)控制系統(tǒng)是按偏差控制的，因而性能比較優(yōu)越。我本次進(jìn)行的課程設(shè)計(jì)是儀表與過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，題目是水泵流量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一個(gè)閉環(huán)流量控制系統(tǒng)，使流量能滿足要求，從而保證總質(zhì)量和生產(chǎn)的前提下，使連續(xù)型生產(chǎn)過程自動(dòng)地進(jìn)行下去。關(guān)鍵詞：過程控制 流量控制 閉環(huán)控制系統(tǒng)水泵流量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)目的與要求1.1 設(shè)計(jì)目的給定量Qs偏差Qi調(diào)節(jié)器D/A電子閥流量對(duì)象內(nèi)容器擾動(dòng)f流量變送器無紙記錄儀A/D反饋Qf-+ 圖1 水泵流量控制系統(tǒng)原理圖PID智能調(diào)節(jié)器本次課程設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)來分析和解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生通過自己動(dòng)手對(duì)一個(gè)工業(yè)過程控制對(duì)象進(jìn)行儀表設(shè)計(jì)與選型，使學(xué)生加深對(duì)儀表控制及其理論與設(shè)計(jì)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)過程經(jīng)常遇到的壓力、流量、液位及溫度控制系統(tǒng)，使學(xué)生將理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，有效的鞏固與提高理論教學(xué)效果。如圖1所示，這是一個(gè)流量控制系統(tǒng)原理圖，按照生產(chǎn)的要求，一般設(shè)計(jì)成定值控制系統(tǒng)，要求流量穩(wěn)定在某個(gè)值，根據(jù)較快較穩(wěn)較準(zhǔn)和抗干擾的性能要求下，采用單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和PID控制規(guī)律，閉環(huán)控制系統(tǒng)相比開環(huán)系統(tǒng)，性能更加優(yōu)越。對(duì)自來水廠用泵將水打入水槽（泵1和泵2同時(shí)用），以備下一道工藝生產(chǎn)需要，進(jìn)行設(shè)計(jì)將流量控制在5003立方米/小時(shí)，以滿足生產(chǎn)要求。1.2 設(shè)計(jì)的意義本次課程設(shè)計(jì)是為過程控制儀表課程而開設(shè)的綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)以前學(xué)的傳感與檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制原理、儀表與過程控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等前期課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的綜合應(yīng)用，使學(xué)生加深對(duì)過去已修課程知識(shí)的理解，運(yùn)用本課程所學(xué)的基本理論和方法，同時(shí)綜合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，傳感與檢測(cè)技術(shù)，解決生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域的實(shí)際問題，為學(xué)生今后從事過程控制領(lǐng)域的工和學(xué)習(xí)作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。，它能使我們更可能早的接觸到生產(chǎn)過程領(lǐng)域的知識(shí)，因此本次此課程在教學(xué)計(jì)劃中具有重要的地位和作用。1.3 要求完成的主要任務(wù) （1）、了解被控對(duì)象及自來水廠的生產(chǎn)工藝（2）、繪制水泵流量控制系統(tǒng)方案圖（3）、確定系統(tǒng)所需檢測(cè)元件、執(zhí)行元件、調(diào)節(jié)儀表技術(shù)參數(shù)（4）、撰寫系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理及調(diào)節(jié)過程說明書2 自來水廠生產(chǎn)工藝2.1 生產(chǎn)工藝 眾所周知，由于自然因素和人為因素，原水里含有各種各樣的雜質(zhì)。從給水處理角度考慮，這些雜質(zhì)可分為懸浮物、膠體、溶解物三大類。城市水廠凈水處理的目的就是去除原水中這些會(huì)給人類健康和工業(yè)生產(chǎn)帶來危害的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、細(xì)菌及其他有害成分，使凈化后的水能滿足生活飲用及工業(yè)生產(chǎn)的需要。市自來水總公司水廠采用常規(guī)水處理工藝，它包括混合、反應(yīng)、沉淀、過濾及消毒幾個(gè)過程。 （1）混凝反應(yīng)處理 原水經(jīng)取水泵房提升后，首先經(jīng)過混凝工藝處理，即： 原水 + 水處理劑 混合 反應(yīng) 礬花水 自藥劑與水均勻混合起直到大顆粒絮凝體形成為止，整個(gè)稱混凝過程。常用的水處理劑有聚合氯化鋁、硫酸鋁、三氯化鐵等。汕頭市使用的是堿式氯化鋁。根據(jù)鋁元素的化學(xué)性質(zhì)可知，投入藥劑后水中存在電離出來的鋁離子，它與水分子存在以下的可逆反應(yīng)： Al3+ + 3H2O Al(OH)3 + 3H+ 氫氧化鋁具有吸附作用，可把水中不易沉淀的膠粒及微小懸浮物脫穩(wěn)、相互聚結(jié)，再被吸附架橋，從而形成較大的絮粒，以利于從水中分離、沉降下來。 混合過程要求在加藥后迅速完成?；旌系哪康氖峭ㄟ^水力、機(jī)械的劇烈攪拌，使藥劑迅速均勻地散于水中。 經(jīng)混凝反應(yīng)處理過的水通過道管流入沉淀池，進(jìn)入凈水第二階段。 （2）沉淀處理 混凝階段形成的絮狀體依靠重力作用從水中分離出來的過程稱為沉淀，這個(gè)過程在沉淀池中進(jìn)行。水流入沉淀區(qū)后，沿水區(qū)整個(gè)截面進(jìn)行分配，進(jìn)入沉淀區(qū)，然后緩慢地流向出口區(qū)。水中的顆粒沉于池底，污泥不斷堆積并濃縮，定期排出池外。 （3）過濾處理 過濾一般是指以石英砂等有空隙的粒狀濾料層通過黏附作用截留水中懸浮顆粒，從而進(jìn)一步除去水中細(xì)小懸浮雜質(zhì)、有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等，使水澄清的過程。 （4）濾后消毒處理 水經(jīng)過濾后，濁度進(jìn)一步降低，同時(shí)亦使殘留細(xì)菌、病毒等失去渾濁物保護(hù)或依附，為濾后消毒創(chuàng)造良好條件。消毒并非把微生物全部消滅，只要求消滅致病微生物。雖然水經(jīng)混凝、沉淀和過濾，可以除去大多數(shù)細(xì)菌和病毒，但消毒則起了保證飲用達(dá)到飲用水細(xì)菌學(xué)指標(biāo)的作用，同時(shí)它使城市水管末梢保持一定余氯量，以控制細(xì)菌繁殖且預(yù)防污染。消毒的加氯量（液氯）在1.0-2.5g/m3之間。主要是通過氯與水反應(yīng)生成的次氯酸在細(xì)菌內(nèi)部起氧化作用，破壞細(xì)菌的酶系統(tǒng)而使細(xì)菌死亡。消毒后的水由清水池經(jīng)送水泵房提升達(dá)到一定的水壓，在通過輸、配水管網(wǎng)送給千家萬戶。 2.2 生產(chǎn)工藝流程圖首先從泵房將水打到水池，經(jīng)初濾，再加水沉淀劑聚合、過濾得到清水，加氯氣消毒（小水廠加二氧化氯），將水儲(chǔ)入清水池備用，再經(jīng)高壓泵壓出供水。流程圖如圖2-1所示。進(jìn)水泵-蓄水池-澄清池-過濾池-加藥池-過濾池-澄清池-出水泵圖2-1 自來水廠生產(chǎn)工藝流程圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 控制方案 整個(gè)過程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測(cè)量變送、被控對(duì)象四部分組成。在本次過程控制系統(tǒng)中控制器為計(jì)算機(jī)，采用的算法為PID控制規(guī)律，調(diào)節(jié)器為電磁閥，測(cè)量變送為HB、FT兩個(gè)組成，被控對(duì)象為流量PV。結(jié)構(gòu)組成如下圖3-1所示。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，水泵開始抽水，通過管道將水送到水箱，由HB返回信號(hào)，判斷是加大調(diào)節(jié)閥流量還是減小調(diào)節(jié)閥流量。若需要加大（即水位過低），則通過電磁閥控制流量的大小，加大流量，從而保證流量控制在5003立方米/小時(shí)；若不需要，則通過電磁閥使流量保持或減小。3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過程控制系統(tǒng)由四大部分組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器、被控對(duì)象、測(cè)量變送。本次設(shè)計(jì)為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖3-1。 圖3-1 流量單回路控制系統(tǒng)框圖4被控變量與控制變量選擇4.1被控變量選擇原則根據(jù)被控參數(shù)的選擇與生產(chǎn)工藝密切相關(guān)，被控參數(shù)的選擇通常有兩種方法。一種是選擇能直接反映生產(chǎn)過程中產(chǎn)量和質(zhì)量，又易于測(cè)量的參數(shù)作為被控參數(shù)，稱為直接參數(shù)法。如果生產(chǎn)過程是按質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行控制，按理應(yīng)以直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控參數(shù)，但有時(shí)由于缺乏檢測(cè)直接反映產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)的有效手段，無法對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行直接檢測(cè)；雖能檢測(cè)，但檢測(cè)信號(hào)很微弱或滯后很大，直接參數(shù)檢測(cè)不能及時(shí)、正確地反映生產(chǎn)過程的實(shí)際情況。這時(shí)可以選擇與質(zhì)量指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系、易于測(cè)量的變量作為被控參數(shù)，簡(jiǎn)介反映產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)過程的實(shí)際情況。在選擇被控參數(shù)時(shí)，還要求所選參數(shù)有足夠的靈敏度。選取被控參數(shù)的基本原則是首先考慮選擇對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)具有決定性作用、可直接測(cè)量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)；當(dāng)直接參數(shù)不易測(cè)量，或其測(cè)量之后很大時(shí)，應(yīng)選擇一個(gè)易于測(cè)量，與直接參數(shù)有單值關(guān)系的簡(jiǎn)接參數(shù)作為被控參數(shù)；同時(shí)兼顧工藝上的合理性和所用儀表的性能及經(jīng)濟(jì)性。4.2控制變量選擇原則設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)時(shí)，選擇控制變量的原則可歸納為以下幾條：1)控制變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。2)控制變量一般應(yīng)比其他干擾對(duì)被控參數(shù)的影響靈敏。為此，應(yīng)通過合理選擇控制變量，使控制通道的放大系數(shù)大、時(shí)間常數(shù)小、純滯后時(shí)間越小越好。3)為使干擾對(duì)被控參數(shù)的影響小，應(yīng)使干擾通道的放大系數(shù)盡可能小、時(shí)間常數(shù)盡可能大。擾動(dòng)引入系統(tǒng)(控制通道)的位置要遠(yuǎn)離被控參數(shù)，盡可能靠近調(diào)節(jié)閥(控制器)。4)被控過程存在多個(gè)時(shí)間常數(shù)，在選擇設(shè)備及控制參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量使時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開，使其中一個(gè)時(shí)間常數(shù)比其他時(shí)間常數(shù)大很多，同時(shí)注意減小其他時(shí)間常數(shù)。這一原則同樣適用于控制器、調(diào)節(jié)閥和測(cè)量變送器時(shí)間常數(shù)的選擇。控制器、調(diào)節(jié)閥和測(cè)量變送器(三者均為系統(tǒng)控制通道中的環(huán)節(jié))的時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于被控過程中最大的時(shí)間常數(shù)(這個(gè)時(shí)間常數(shù)一般難以改變)。5)在選擇控制變量時(shí)，除了從提高控制品質(zhì)的角度考慮外，還要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)效率及生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)性。一般不宜選擇生產(chǎn)負(fù)荷作為控制變量，因?yàn)樯a(chǎn)負(fù)荷直接關(guān)系到產(chǎn)品的產(chǎn)量或者用戶的需求，不允許控制。另外，從經(jīng)濟(jì)性考慮，應(yīng)盡可能地降低物料與能量的消耗。4.3本系統(tǒng)被控變量與控制變量的選擇由設(shè)計(jì)任務(wù)和以上分析可知，本系統(tǒng)要求維持出口水流量恒定，并且出口流量也是易于檢測(cè)的，所以選擇出口水流量作為該系統(tǒng)的被控變量。在選擇控制變量時(shí)，要從所有允許控制的變量中盡可能地選擇一個(gè)對(duì)被控參數(shù)影響顯著、控制性能好的輸入變量作為控制變量。水的流量是較易于控制的，通過調(diào)節(jié)閥就可以控制住，所以選擇水的流量作為本系統(tǒng)的控制變量。5檢測(cè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)5.1檢測(cè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)原則過程控制系統(tǒng)中的檢測(cè)元件指的是用于參數(shù)檢測(cè)的傳感器、變送器。傳感器、變送器完成對(duì)被控參數(shù)以及其他一些參數(shù)、變量的檢測(cè)，并將測(cè)量信號(hào)傳送至控制器。測(cè)量信號(hào)是調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制的基本依據(jù)，被控參數(shù)迅速、準(zhǔn)確地測(cè)量是實(shí)現(xiàn)高性能控制的重要條件。下面介紹傳感器、變送器選擇的一些原則及使用中應(yīng)注意的一些事項(xiàng)。(1)傳感器、變送器測(cè)量范圍與精度等級(jí)的選擇在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)要檢測(cè)的參數(shù)和變量都有明確的測(cè)量精度要求，參數(shù)與變量可能的變化范圍一般都是已知的。因此，在傳感器與變送器的選擇時(shí)，應(yīng)按照生產(chǎn)過程的工藝要求，首先確定傳感器與變送器合適的測(cè)量范圍與精度等級(jí)。(2)盡可能選擇時(shí)間常數(shù)小的傳感器、變送器傳感器、變送器都有一定的響應(yīng)時(shí)間，特別是測(cè)溫元件。這些時(shí)間和純滯后必然造成測(cè)量滯后；對(duì)于氣動(dòng)儀表，由于現(xiàn)場(chǎng)傳感器與控制室儀表間的信號(hào)通過管道傳遞，還存在一定的傳送滯后。因此，控制系統(tǒng)中測(cè)量環(huán)節(jié)的常數(shù)不能太大，最好選用惰性小的快速測(cè)量元件。必要時(shí)，可以在測(cè)量元件之后引入微分環(huán)節(jié)，利用它的超前作用來補(bǔ)償測(cè)量元件引起的動(dòng)態(tài)誤差。對(duì)于傳送滯后較大的氣動(dòng)信號(hào)，一般氣壓信號(hào)管路不能超過300m，直徑不能小于6mm，或者用閥門定位器、氣動(dòng)放大器增大輸出功率，以減小傳送滯后。在可能的情況下，現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間的信號(hào)盡量采用電信號(hào)傳遞，必要時(shí)可用氣-電轉(zhuǎn)換器將氣信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以減小傳送滯后。(3)合理選擇檢測(cè)點(diǎn)，減小測(cè)量純滯后要合理地選擇測(cè)量信號(hào)的檢測(cè)點(diǎn)，避免由于傳感器安裝位置不合適引起的純滯后。純滯后使測(cè)量信號(hào)不能及時(shí)反映被控變量的變化，從而使控制品質(zhì)降低，所以在選定測(cè)量傳感器的安裝位置時(shí)，一定要注意盡量減小純滯后。另外，檢測(cè)位置的選擇還要使檢測(cè)參數(shù)能夠真實(shí)反映生產(chǎn)過程的狀態(tài)，因此，盡量將傳感器安裝在能夠直接代表生產(chǎn)過程狀態(tài)的位置。(4)測(cè)量信號(hào)的處理1)測(cè)量信號(hào)校正與補(bǔ)償。測(cè)量某些參數(shù)時(shí)，測(cè)量值要受到其他參數(shù)的影響，為了保證測(cè)量精度，需要進(jìn)行校正與補(bǔ)償處理。2)測(cè)量噪聲的抑制。在測(cè)量某些過程參數(shù)時(shí)，由于其本身特點(diǎn)和環(huán)境干擾的存在，測(cè)量信號(hào)中含有干擾噪聲，如不采用措施，將會(huì)影響系統(tǒng)控制等質(zhì)量。3)測(cè)量信號(hào)的線性化處理。一些檢測(cè)傳感器的非線性，使傳感器的檢測(cè)信號(hào)與被測(cè)參數(shù)間呈非線性關(guān)系。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況確定是否進(jìn)行線性化處理。5.2本系統(tǒng)檢測(cè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)流量傳感器用來對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)本試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)，采用工業(yè)用的LDS-10S型電磁流量傳感器，公稱直徑10mm，流量0.03m3/h,壓力1.6Mpmax,4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出?？膳c顯示，記錄儀表，積算器或調(diào)節(jié)器配套。避免了渦輪流量計(jì)非線性與死區(qū)大的致命缺點(diǎn)，確保實(shí)驗(yàn)效果能達(dá)到教學(xué)要求。主要優(yōu)點(diǎn)：(1)采用整體焊接結(jié)構(gòu)，密封性好；(2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，內(nèi)部無活動(dòng)部件，幾乎無壓力損失；(3)采用低頻矩形波勵(lì)磁，抗干擾性能好，零點(diǎn)穩(wěn)定；(4)儀表反映靈敏，輸出信號(hào)與流量呈線性關(guān)系,量程比寬；(5)流量轉(zhuǎn)換器采用LDZ-4型電磁流量傳感器配套使用，輸入信號(hào)：00.4mV輸出信號(hào)：420mA DC, 許負(fù)載電阻為0750歐姆，基本誤差：輸出信號(hào)量程的0.5%。6執(zhí)行器設(shè)計(jì)6.1執(zhí)行器設(shè)計(jì)原則過程控制使用最多的是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥組成的執(zhí)行器。從提高系統(tǒng)控制品質(zhì)、增強(qiáng)生產(chǎn)系統(tǒng)及設(shè)備安全性的角度，對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有關(guān)執(zhí)行器選型需要關(guān)注的問題進(jìn)行簡(jiǎn)單的說明。(1)調(diào)節(jié)閥工作區(qū)間的選擇。在過程控制過程中，確定控制閥的口徑尺寸是選擇控制閥的重要內(nèi)容之一，在正常工況下要求調(diào)節(jié)閥的開度在15%85%之間。如果調(diào)節(jié)閥口徑選得過小，當(dāng)系統(tǒng)受到較大的擾動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)閥工作在全開或全關(guān)的飽和狀態(tài)，使系統(tǒng)暫時(shí)處于失控工況，這對(duì)擾動(dòng)偏差的消除不利；同樣，調(diào)節(jié)閥口徑選得過大，閥門長(zhǎng)時(shí)間處于小開度工作狀態(tài)，閥門的不平衡力較大，閥門調(diào)節(jié)靈敏度低，工作特性差，甚至?xí)a(chǎn)生振蕩或調(diào)節(jié)失靈的情況。因此，調(diào)節(jié)閥口徑選擇一定要合適。(2)調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇。調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇一般分兩步進(jìn)行。首先要根據(jù)生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)和對(duì)控制系統(tǒng)的工藝要求，確定工作流量特性，然后根據(jù)工作流量特性相對(duì)于理想流量特性的畸變關(guān)系，求出對(duì)應(yīng)的理想流量特性，確定閥門的選型。(3)調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)作用方式選擇。調(diào)節(jié)閥開、關(guān)作用方式的選擇主要以不同生產(chǎn)工藝條件下，人員安全、生產(chǎn)安全、系統(tǒng)及設(shè)備安全的需要為首要依據(jù)。6.2本系統(tǒng)執(zhí)行器設(shè)計(jì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)控制回路流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用德國(guó)PSL202型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，無需配伺服放大器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用高性能稀土磁性材料制造的同步電機(jī)，運(yùn)行平穩(wěn)，體積小，力矩大，抗堵轉(zhuǎn)，控制精度高。控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化，可靠性高，操作方便，并可與計(jì)算機(jī)配套使用，組成最佳調(diào)節(jié)回路。有輸入控制信號(hào)4-20mA及單相電源即可控制與轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力流量溫度壓力等參數(shù)的調(diào)節(jié)，具有體積小，重量輕，連線簡(jiǎn)單，泄漏量少的優(yōu)點(diǎn)。采用PS電子式直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)，4-20mA閥位反饋信號(hào)輸出雙導(dǎo)向單座柱塞式閥芯，流量具有等百分比特性，直線特性和快開特性，閥門采用彈簧連接，可預(yù)置閥門關(guān)斷力，保證閥門的可靠關(guān)斷，防止泄露。性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。7調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)7.1調(diào)節(jié)器正反作用選取調(diào)節(jié)器的輸出決定于被控參數(shù)的測(cè)量值與設(shè)定值之差，被控參數(shù)的測(cè)量值與設(shè)定值變化，對(duì)輸出的作用方向是相反的。當(dāng)設(shè)定值不變時(shí)，隨著測(cè)量值的增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，則稱為“正作用”方式；同樣，當(dāng)測(cè)量值不變，設(shè)定值減小時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出增加，稱為“反作用”方式。反之，如果測(cè)量值增加或設(shè)定值減小時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出減小，則稱為“反作用”方式。調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇是在調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)方式確定之后進(jìn)行的，其確定原則是使整個(gè)單回路構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)。在傳感器、被控過程、執(zhí)行器(調(diào)節(jié)閥)的符號(hào)已確定的條件下，為了保證單回路控制系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器的符號(hào)(“正”、“反”作用)選擇應(yīng)滿足單回路各環(huán)節(jié)符號(hào)的乘積必須為“-”。在一般情況下，過程控制系統(tǒng)中變送器的符號(hào)都認(rèn)為是“+”，簡(jiǎn)化后，即調(diào)節(jié)器符號(hào)為被控過程的符號(hào)與執(zhí)行器(調(diào)節(jié)閥)符號(hào)乘積的相反值。由此可知，當(dāng)控制閥與被控過程符號(hào)相同時(shí)，控制器應(yīng)選擇“反作用”方式；反之，則選擇“正作用”方式。7.2調(diào)節(jié)器規(guī)律的選擇采用P控制規(guī)律能較快地克服擾動(dòng)的影響，它的作用于輸出值較快，但不能很好穩(wěn)定在一個(gè)理想的數(shù)值，不良的結(jié)果是雖較能有效的克服擾動(dòng)的影響，但有余差出現(xiàn)。它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場(chǎng)合。如：金彪公用工程部下設(shè)的水泵房冷、熱水池水位控制；油泵房中間油罐油位控制等。比例(P)控制器: (7-1)積分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是沒有靜差。它的動(dòng)態(tài)偏差最大、調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，只能用于有自衡特性的簡(jiǎn)單對(duì)象，很少單獨(dú)使用。比例積分調(diào)節(jié)既能消除靜差，又能產(chǎn)生較積分調(diào)節(jié)快得多的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。對(duì)于一些調(diào)節(jié)通道容量滯后較小、負(fù)荷變化不大的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，比例積分調(diào)節(jié)可以取得很好的效果。比例積分調(diào)節(jié)是使用最多的調(diào)節(jié)器。比例積分控制器: (7-2)在工程中比例積分控制規(guī)律是應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。積分能在比例的基礎(chǔ)上消除余差，它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控參數(shù)不允許有余差的場(chǎng)合。如：在主線窯頭重油換向室中F1401到F1419號(hào)槍的重油流量控制系統(tǒng)；油泵房供油管流量控制系統(tǒng)；退火窯各區(qū)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等微分作用提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)比例系數(shù)增大，加快調(diào)節(jié)過程，減小動(dòng)態(tài)偏差和靜差。在有高頻干擾的場(chǎng)合，由于系統(tǒng)對(duì)高頻干擾特別敏感，不能太大，否則會(huì)影響系統(tǒng)正常工作。在高頻干擾頻繁或存在周期性干擾的場(chǎng)合，不能使用微分調(diào)節(jié)。PID調(diào)節(jié)器是常規(guī)調(diào)節(jié)中性能最好的一種調(diào)節(jié)器，它綜合了各種調(diào)節(jié)規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，既能改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又可以消除靜差。對(duì)于符合變化大、容易滯后大、控制品質(zhì)要求高的控制對(duì)象均能適應(yīng)。但對(duì)于對(duì)象滯后很大，負(fù)荷變化劇烈、頻繁的被控過程，采用PID調(diào)節(jié)還達(dá)不到工藝要求的控制品質(zhì)時(shí)，則應(yīng)選用串級(jí)控制、前饋控制等復(fù)雜控制系統(tǒng)。比例積分微分控制器: (7-3)PID參數(shù)對(duì)于調(diào)節(jié)過程的影響比例控制系數(shù)Kp對(duì)控制性能的影響：（1）對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響：比例控制Kp加大，使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏速度加快，Kp偏大，振蕩次數(shù)增多，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。當(dāng)Kp太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。若Kp太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。（2）對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響：加大比例控制Kp，在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差ess，提高控制精度，但是加大Kp只是減小ess，卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分控制Ti對(duì)控制性能的影響：積分控制通常與比例控制或者微分控制聯(lián)合作用，構(gòu)成PI控制或PID控制。（1）對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響積分控制Ti通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。Ti太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定。Ti偏小，振蕩次數(shù)較多。Ti太大，對(duì)系統(tǒng)性能的影響減小。當(dāng)Ti合適時(shí)，過渡特性會(huì)比較理想。（2）對(duì)穩(wěn)態(tài)特性的影響：積分控制Ti能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。但是若Ti太大時(shí)，積分作用太弱，以至不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。微分控制Td對(duì)控制性能的影響：微分控制經(jīng)常與比例控制或積分控制聯(lián)合作用，構(gòu)成PID控制或PD控制。微分控制可以改善動(dòng)態(tài)性能，如超調(diào)量減小，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度。當(dāng)Td偏大時(shí)，超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)Td偏小時(shí)，超調(diào)量也較大，調(diào)節(jié)時(shí)間也較長(zhǎng)。只有合適時(shí)才能得到比較滿意的過渡過程。總之，控制規(guī)律的選用要根據(jù)過程特性和工藝要求來選取，決不是說PID控制規(guī)律在任何情況下都具有較好的控制性能，不分場(chǎng)合都采用是不明智的。如果這樣做，只會(huì)給其它工作增加復(fù)雜性，并給參數(shù)整定帶來困難。當(dāng)采用PID控制器還達(dá)不到工藝要求，則需要考慮其它的控制方案。如串級(jí)控制、前饋控制、大滯后控制等。 計(jì)算Pd(k)=Kd*e(k)-2*e(k)+e（k-2）取采樣轉(zhuǎn)換值NX 計(jì)算P(k)=Pp(k)+Pi(k)+Pd(k)取設(shè)定初值將NX和初值轉(zhuǎn)化為雙字節(jié)整數(shù)P(k)=P(k)+P（k-1）計(jì)算e(k)=ui(k)-ure(k-2)e(k-1)計(jì)算Pp=Kp*e(k)-e(k-1)e(k-1)e(k)返回計(jì)算Pi(k)=Ki*e（k） 圖7-1PID 算法流程圖另外，如果廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)可用下式近似時(shí)： (7-4) 則可根據(jù)來選擇調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律：時(shí)，選擇比例(P)或者比例積分(PI)調(diào)節(jié)規(guī)律；時(shí)，選擇比例微分(PD)或比例積分微(PID)調(diào)節(jié)規(guī)律；時(shí)，采用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)往往難以滿足工藝要求，應(yīng)采用串級(jí)、前饋等復(fù)雜控制系統(tǒng)。7.3調(diào)節(jié)器參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法有穩(wěn)定邊界法、衰減曲線法、響應(yīng)曲線法和經(jīng)驗(yàn)法。這四種整定方法都是以衰減比為4:1(衰減曲線法也考慮了衰減比為10:1的情況)作為最佳指標(biāo)進(jìn)行參數(shù)整定。對(duì)多數(shù)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)來說，這樣的整定結(jié)果能滿足工藝要求。下面對(duì)幾種方法作簡(jiǎn)單比較。響應(yīng)曲線法只適用于允許被控參數(shù)變化范圍較大的生產(chǎn)過程。反應(yīng)曲線法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)方法比穩(wěn)定邊界法和衰減曲線法的實(shí)驗(yàn)容易掌握，實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間比其他方法短。穩(wěn)定邊界法適用于一般的流量、壓力、液位和溫度控制系統(tǒng)，但不適用于比例度特別小的過程。對(duì)于單容或雙容對(duì)象，無論比例度多小，調(diào)節(jié)過程都是穩(wěn)定的，達(dá)不到穩(wěn)定邊界，不適用此法。衰減曲線法也是在調(diào)節(jié)器投入運(yùn)行的情況下進(jìn)行，不需要系統(tǒng)在穩(wěn)定邊界(臨界狀態(tài))運(yùn)行，比較安全，而且容易掌握，能適用于各類控制系統(tǒng)。它的缺點(diǎn)是對(duì)于過度過程比較快的系統(tǒng)，衰減比和振蕩周期難以準(zhǔn)確檢測(cè)。經(jīng)驗(yàn)法的優(yōu)點(diǎn)是不需要進(jìn)行專門的實(shí)驗(yàn)、對(duì)生產(chǎn)過程影響小；缺點(diǎn)是沒有相應(yīng)的計(jì)算公式可借鑒，初始參數(shù)的選擇完全依賴經(jīng)驗(yàn)、有一定的盲目性。本系統(tǒng)可以選擇以上四種中的任意一種工程整定方法進(jìn)行調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。總結(jié)與展望隨著時(shí)間將近過去了一個(gè)多星期，課程設(shè)計(jì)也接近了尾聲。經(jīng)過一周半周的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做這次課程設(shè)計(jì)以前覺得這設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過這次做設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過程，無論是在以后的工作還是生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。同時(shí)也明白了人生不可能存在一帆風(fēng)順的事，只有自己勇敢地面對(duì)人生中的每一個(gè)挫折和失敗，才能通往自己的羅馬大道。在課程設(shè)計(jì)的過程中我總會(huì)遇到這樣那樣的問題，我有失落過，煩惱過，悲傷過，但我明白這又是我人生中的一大挑戰(zhàn)，角色的轉(zhuǎn)換，這除了有較強(qiáng)的適應(yīng)力和樂觀的生活態(tài)度外，更重要的是得益于兩年的學(xué)習(xí)積累和技能的培養(yǎng)。在這里我知道我的將來會(huì)有光輝燦爛的一天。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)里，給我僅是初步的經(jīng)驗(yàn)積累，對(duì)于邁向社會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我必須做出更大的努力。雖然在完成本次課程設(shè)計(jì)的過程中有過失落，有過煩惱，有過悲傷，但在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)間的關(guān)系更進(jìn)一步，在此期間同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，一起討論，聽聽不同的看法不同的意見，這使我們能更好的理解知識(shí)，透徹知識(shí)，運(yùn)用知識(shí)，因此在這里我要非常感謝幫助我的同學(xué)，謝謝你們的幫助，謝謝你們！在課程設(shè)計(jì)完成的過程里，我更明白了要做好人生規(guī)劃的重要性，在此我要有以下幾點(diǎn)規(guī)劃：1、 繼續(xù)學(xué)習(xí)，雖然我們即將步入社會(huì)，但我們絕不能忘記學(xué)習(xí)，不僅僅要學(xué)習(xí)知識(shí)，學(xué)習(xí)技能，還要學(xué)習(xí)如何與人相處，即將步入社會(huì)的我們光有知識(shí)技能是不能在這樣充滿競(jìng)爭(zhēng)的社會(huì)好好發(fā)展我們的未來的了，所以我們要學(xué)習(xí)與人相處，與人共事。2、 也許我們有知識(shí)，有技術(shù)，但我們?nèi)鄙俚氖墙?jīng)驗(yàn)，實(shí)際動(dòng)手的經(jīng)驗(yàn)，所以我們步入社會(huì)后，要不斷的積累經(jīng)驗(yàn)，不斷的實(shí)踐，只有這樣我才能在掌握知識(shí)的同時(shí)把握更多的技術(shù)，這樣我們才能有更好的發(fā)展空間。3、 學(xué)校到社會(huì)是一個(gè)角色轉(zhuǎn)變的過程，我們是否做好這個(gè)心理準(zhǔn)備呢？但不管我們是否做好準(zhǔn)備我們都將要面對(duì)現(xiàn)實(shí)，所以我們不僅在思想上認(rèn)識(shí)到我們即將步入社會(huì)，即將加入到人與人之間的競(jìng)爭(zhēng)中去，還要在行為行動(dòng)上做好步入社會(huì)的準(zhǔn)備，學(xué)校生活注定只是安逸的，學(xué)校里我們只是學(xué)習(xí)為主，而社會(huì)呢？我們是為了生存而工作，我們必須隨時(shí)做好角色轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)備！課程設(shè)計(jì)終于完成了，這讓我不由有一種如釋重負(fù)的感覺，總之我明白了：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值!有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。在此要感謝我的指導(dǎo)老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不