過程自動化及儀表-課程設計

1、過程自動化及儀表課程設計在某生產過程中， 通過加熱爐對冷物料進行加熱。 熱物料溫度必須滿足生產 工藝要求 (300 ± 2) . ，故設計如圖所示的溫度控制系統(tǒng)1. 試畫出控制系統(tǒng)的組成框圖。2. 選擇自動化儀表給出各儀表的型號。3. 確定調節(jié)閥的氣開、 氣關形式，選擇調 節(jié)間的理想流量特性。4. 確定調節(jié)器的正，反作用和控制規(guī)律。5. 畫出系統(tǒng)接線圖。目錄前言 錯誤 !未定義書簽1、方塊圖 錯誤!未定義書簽2、儀表和符號 錯誤 !未定義書簽3、確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式 錯誤 !未定義書簽4、選擇調節(jié)閥的理想流量特性 錯誤 !未定義書簽5、調節(jié)閥的正、反作用 錯誤 !未定義書簽6、

2、控制規(guī)律 錯誤 !未定義書簽前言本加熱爐溫度控制系統(tǒng)采用單回路控制方案， 即可實現(xiàn)控制要求。 在運行過 程中，當物料出口溫度受干擾影響改變時， 溫度檢測元件測得的模擬信號也會發(fā) 生對應的改變， 該信號經(jīng)過變送器轉換后變成調節(jié)器可分析的數(shù)字信號， 進入調 節(jié)器，將變動后的信號再與給定相比較， 得出對應偏差信號， 經(jīng) PID 算法計算后 輸出，通過執(zhí)行器調節(jié)燃料流量， 不斷重復以上過程， 直至物料出口溫度接近給 定，處于允許范圍內，且達到穩(wěn)定。由此消除干擾的影響， 實現(xiàn)溫度的控制要求。工業(yè)過程的控制系統(tǒng)中輸入變量有兩類 : 控制變量和擾動變量。其中，干擾 時客觀存在的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的因素，

3、而操縱變量是克服干擾的影響， 使控制系統(tǒng)重新穩(wěn)定運行的因素?？刂茀?shù)選擇的基本原則 :1、擇對所選定的被控變量影響較大的輸入變量作為控制參數(shù) ;2、在以上前提下，選擇變化范圍較大的輸入變量作為控制參數(shù)，以便易于 控制;3、在 1 的基礎上選擇對被控變量作用效應較快的輸入變量作為控制參數(shù)， 使控制系統(tǒng)響應較快 ;綜合以上原則，本系統(tǒng)選擇燃料的流量作為控制參數(shù)。 被控參數(shù)選擇的基本原則 :1、盡量選擇能直接反應控制目的的參數(shù)為被控參數(shù)2、選擇與控制目的有某種單值對應關系的間接單數(shù)作為被控參數(shù)3、所選的被控參數(shù)必須有足夠的變化靈敏度。綜合以上原則，本系統(tǒng)中選擇物料的出口溫度作為被控參數(shù)。1、方塊圖2

4、、儀表和符號總體的設計方案思路是 : 利用對燃料量的控制最終實現(xiàn)對冷物料的控制。本 次設計采用簡單控制系統(tǒng)對加熱爐溫度進行控制。 系統(tǒng)由過程檢測、 變送和控制 儀表、執(zhí)行裝置等組成， 通過各種類型的儀表完成對過程變量的檢測、 變送和控 制，并經(jīng)執(zhí)行裝置作用于生產過程。由于被控溫度在 600 度以下，可選用熱電阻作為測溫元件并配用溫度變送器， 溫度變送器選用 STT3000智能溫度變送器。為了減少滯后，控制器選用 PID控制。 根據(jù)系統(tǒng)流程和工藝需求，選定系統(tǒng)儀表為 DDZ-III 型儀表。3、確定調節(jié)閥的氣開、氣關形式對于選擇調節(jié)閥的開、關形式，需要考慮到以下幾種因素 : 生產安全角度 : 當

5、氣源供氣中斷，或調節(jié)閥出故障而無輸出等情況下，應 該確保生產工藝設備的安全，不至發(fā)生事故 ; 保證產品質量 : 當發(fā)生控制閥處于無源狀態(tài)而恢復到初始位置時，產品的 質量不應降低 ; 盡可能的降低原料、產品、動力損耗 ; 從介質的特點考慮。 故當系統(tǒng)失氣時要保證加熱爐不工作，即沒有燃料燃燒，失氣時閥門關閉， 故采用氣開閥。4、選擇調節(jié)閥的理想流量特性對于調節(jié)閥理想流量特性的選擇在生產中常用的理想流量特性是線性、 對數(shù)和快開特性， 而快開特性主要用 于雙位控制及程序控制， 因此控制閥流量特性的選擇通常是指如何合理選擇線性 和對數(shù)流量特性。正確的選擇步驟是 :根據(jù)過程特性，選擇閥的工作特性 ;根據(jù)配

6、管情況，從所需的工作特性出發(fā)，推斷理想流量特性。常規(guī)控制器的控制規(guī)律是線性的，控制器參數(shù)整定后希望能適應 - 定的工作 范圍，不需要經(jīng)常調整。這就要求廣義對象是線性的，即在遇到負荷、閥前的壓 力變化或設定值變動時， 廣義對象特性基本保持不變。 因此從自動控制系統(tǒng)角度 看，要求控制閥工作特性的選取原則是： 使整個廣義對象具有線性特性。 由題意 知，當熱物料溫度過高或過低是調節(jié)閥關下或開大這是一個線性的過程， 故在此 可以選擇線性流量特性。5、調節(jié)閥的正、反作用負反饋是一個過程控制系統(tǒng)正常工作的必要前提保證， 因而調節(jié)閥作用方式 的確定原則是保證反饋回路為負反饋。 溫度控制過程中， 加熱爐溫度升高

7、， 物料 溫度也升高； 為保證回路為負反饋， 各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為正， 所以調節(jié)閥 的作用方式為反作用方式。即選用氣開閥后有 Kv > 0 ，燃料流量變大時，對象增益，即 K0 > 0 ，則檢 測變送變大，即 Km > 0 ，由于 K= Kv * K0 * Km * Kc ，要保證系統(tǒng)的負反饋就 要 K > 0 ，由此得到 Kc > 0 ，故采用反作用調節(jié)閥。6、控制規(guī)律本加熱爐溫度控制系統(tǒng)較為簡單， 故采用數(shù)字 PID 算法作為系統(tǒng)的控制算法。 采用 PID 調節(jié)器組成的 PID自動控制系統(tǒng)調節(jié)爐溫。 PID 調節(jié)器的比例調節(jié)，可 產生強大的穩(wěn)定作用 ;積分調節(jié)可消除靜差值 ;微分調節(jié)可加速過濾過程， 克服因 積分作用而引起的滯后?？刂葡到y(tǒng)通過溫度檢測元件不斷的讀取物料出口溫度， 經(jīng)過溫度變送器轉換后接入調節(jié)器， 調節(jié)器將給定溫度與測得的溫度進行比較得 出偏差值， 然后經(jīng) PID算法給出輸出信號， 執(zhí)行器接收調節(jié)器發(fā)來的信號后， 根 據(jù)信號調