過程控制系統(tǒng)課設

1、課程設計報告 6 月 20 日至 6 月 26 日共 1 周 指導教師(簽字) 目錄摘要1前言2內容3第一章 干燥器溫度控制系統(tǒng)概述31.1工藝過程描述31.2設計要求4第二章 干燥器溫度控制系統(tǒng)設計方案42.1 蒸汽壓力波動是主要干擾42.2 冷水流量波動是主要干擾62.3 冷水流量和蒸汽壓力均波動明顯7 2.4 冷水流量、蒸汽壓力以及進料壓力波動均為主要干擾82.5儀表的選型以及結構、特點說明92.6感想與體會132.7參考文獻13摘要本次課程設計通過一個干燥器溫度控制系統(tǒng)方案設計，旨在讓學生將過程控制與檢測技術這門課程的精髓學以致用。隨著工業(yè)生產自動化的不斷發(fā)展，單回路控制系統(tǒng)僅適用于較

2、簡單的單輸出生產的控制，不能解決多輸出過程的控制問題。因此我們可以采用復雜過程控制系統(tǒng)，本課程設計中就用到串級控制，前饋控制等復雜控制過程。關鍵字：干燥器溫度控制、多輸出過程、串級控制、前饋控制AbstractThis course is designed through a dryer temperature control system design, designed to allow students to apply what they have learned the essence of the course of process control and detection te

3、chnology. With the continuous development of industrial production automation, the single loop control system is only applicable to a simple single output control, can not solve the control problem of multiple output process. So we can use the complex process control system, the course design is use

4、d in cascade control, feed for ward control and other complex control process.Keywords: dryer temperature control, multiple output process, cascade control, feed forward control前言隨著人們物質生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈，產品的質量和功能也向更高的檔次發(fā)展，制造產品的工藝過程變得越來越復雜，為滿足優(yōu)質、高產、低消耗，以及安全生產、保護環(huán)境等要求，做為工業(yè)自動化重要分支的過程控制的任務也愈來愈繁重。在現(xiàn)代工業(yè)控制

5、中,過程控制技術是一歷史較為久遠的分支。過程控制系統(tǒng)在本世紀30年代就已有應用。過程控制技術發(fā)展至今天,在控制方式上經歷了從人工控制到自動控制兩個發(fā)展時期。 目前，過程控制正朝高級階段發(fā)展，不論是從過程控制的歷史和現(xiàn)狀看，還是從過程控制發(fā)展的必要性、可能性來看，過程控制是朝綜合化、智能化方向發(fā)展，即計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)：以智能控制理論為基礎，以計算機及網絡為主要手段，對企業(yè)的經營、計劃、調度、管理和控制全面綜合，實現(xiàn)從原料進庫到產品出廠的自動化、整個生產系統(tǒng)信息管理的最優(yōu)化。 第一章 干燥器溫度控制系統(tǒng)概述1.1工藝過程描述 某干燥器的流程所示。 干燥器采用夾套加熱和真空抽吸并行的方

6、式來干燥物料。夾套內通入的是經列管式加熱器加熱后的熱水，而加熱介質采用的是飽和蒸汽。為了提高干燥速度，應有較高的干燥溫度，但過高會使物料的物性發(fā)生變化，這是不允許的，因此要求對干燥器溫度進行嚴格控制。 二、設計要求 燥器的流程示意圖1.2 設計要求分別針對以下情況： 蒸汽壓力波動是主要干擾； 冷水流量波動是主要干擾； 冷水流量和蒸汽壓力均波動明顯； 冷水流量、蒸汽壓力以及進料壓力波動均為主要干擾。有以下要求：1、確定控制方案，說明理論依據，畫出控制工藝流程圖。2、畫出控制系統(tǒng)原理方框圖。3、確定調節(jié)器正反作用，闡述系統(tǒng)工作過程。4、對設計中用到的儀表的結構、特點進行說明。第二章 干燥器溫度控制

7、系統(tǒng)設計方案2.1蒸汽壓力波動是主要干擾1）控制方案、理論依據系統(tǒng)應采用干燥溫度與蒸汽壓力的串級控制系統(tǒng)如圖所示，這時選擇蒸汽壓力作為副變量。一旦蒸汽壓力有所波動，引起蒸汽流量變化，馬上由副回路可以及時得到克服，以減少或消除蒸汽壓力波動對主變量的影響，提高控制質量。以熱水溫度為為副變量,干燥器的溫度為主變量串級系統(tǒng)。蒸汽壓力波動這一主要干擾包含在副回路中, 利用副回路的快速有效克服干擾作用抑制蒸汽壓力波動對干燥器出口的溫度的影響.2）系統(tǒng)工藝流程圖和系統(tǒng)原理方框圖 蒸汽壓力波動為主的工藝流程圖蒸汽壓力波動為主的系統(tǒng)原理方框圖3）調節(jié)器正反作用的確定，系統(tǒng)工作過程概述 控制閥應選擇氣開式，這樣一

8、旦氣源中斷，馬上關閉蒸汽閥門，以防止干燥器內溫度過高。 由于蒸汽流量（副被控變量）和干燥溫度（主被控變量）升高時，都需要關小控制閥，所以主控制器TC應選“反”作用。由于副對象特性為“+”（蒸汽流量因閥開大而增加），閥特性也為“+”，故副控制器（蒸汽壓力控制器）應為“反”作用。 2.2 冷水流量波動是主要干擾1) 控制方案、理論依據如果冷水流量波動是主要干擾，應采用干燥溫度與冷水流量的串級控制系統(tǒng)。這時選擇冷水流量作為副變量，以及時克服冷水流量波動對干燥溫度的影響。2）系統(tǒng)工藝流程圖和系統(tǒng)原理方框圖 冷水流量波動是主要干擾的工藝流程圖冷水流量波動是主要干擾的系統(tǒng)原理方框圖3）調節(jié)器正反作用的確定

9、，系統(tǒng)工作過程概述控制閥應選擇氣關式，這樣一旦氣源中斷時，控制閥打開，冷水流量加大，以防止干燥溫度過高。 由于冷水流量（副被控變量）增加時，需要關小控制閥；而干燥溫度增加時，需要打開控制閥。主、副被控變量增加時，對控制閥的動作方向不一致，所以主控制器TC應選“正”作用。 由于副對象為“+”，閥特性是“”，故副控制器（冷水流量控制器）應選“正”作用。 2.3冷水流量和蒸汽壓力均波動明顯1) 控制方案、理論依據如果冷水流量與蒸汽壓力都經常波動，由于它們都會影響加熱器的熱水出口溫度，所以這時可選用干燥溫度與熱水溫度的串級控制系統(tǒng)，以干燥溫度為主變量，熱水溫度為副變量。在這個系統(tǒng)中，蒸汽流量與冷水流量

10、都可選作為操縱變量，考慮到蒸汽流量的變化對熱水溫度影響較大，即靜態(tài)放大系數(shù)較大，所以這 里選擇蒸汽流量作為操縱變量，構成前饋加反饋系統(tǒng)。 2)系統(tǒng)工藝流程圖和系統(tǒng)原理方框圖 冷水流量和蒸汽壓力均波動明顯的工藝流程圖冷水流量和蒸汽壓力均波動明顯的系統(tǒng)原理方框圖3）調節(jié)器正反作用的確定，系統(tǒng)工作過程概述為了防止干燥溫度過高，應選擇氣開閥門。由于干燥溫度（主變量）和熱水溫度（副變量）升高時，都要求關小蒸汽閥，所以主控制器（干燥溫度控制器）應選用“反”作用。由于蒸汽流量增加時，熱水溫度是升高的，副對象特性為“+”，控制閥為氣開式，為“+”，故副控制器（熱水溫度控制器）應選“反”作用。 2.4 冷水流量

11、、蒸汽壓力以及進料壓力波動均為主要干擾1)控制方案、理論依據構成溫度溫度串級系統(tǒng)，冷水流量單獨設計流量單回路系統(tǒng) 理由：當被控變量為干燥器出口溫度時，不宜選冷水流量做操縱變量，故單獨設計流量單回路系統(tǒng)抑制冷水流量波動。 以干燥器出口溫度為被控量、蒸汽流量為操縱變量的控制系統(tǒng)中，控制通道太長，存在較大的時間常數(shù)和純滯后，故選擇換熱器出口溫度為副變量，構成串級系統(tǒng)，利用副回路減小等效時間常數(shù)。 以熱水溫度為為副變量,干燥器的溫度為主變量串級系統(tǒng)。 理由：將蒸汽壓力波動這一主要干擾包含在副回路中, 利用副回路的快速有效克服干擾作用抑制蒸汽壓力波動對干燥器出口的溫度的影響. 2)系統(tǒng)工藝流程圖和系統(tǒng)原

12、理方框圖 冷水流量、蒸汽壓力以及進料壓力波動均為主要干擾系統(tǒng)圖冷水流量、蒸汽壓力以及進料壓力波動均為主要干擾系統(tǒng)原理方框圖3）調節(jié)器正反作用的確定，系統(tǒng)工作過程概述為了防止干燥溫度過高，應選擇氣開閥門。由于熱水溫度（副變量）和干燥溫度（主變量）升高時，都需要關小調節(jié)閥，所以控制器應選擇“反”作用。由于副對象特性為“+”（熱水溫度因蒸汽流量的增大而增大），閥的特性也為“+”，所以副控制器應為“反”作用。2.5儀表的選型及其結構、特點說明根據生產工藝要求，此次設計選用DDZ-III型儀表，具體選擇如下： 1） 測溫元件及變送器的選擇 因被控溫度在600度以下，熱電阻的線性特性要優(yōu)于熱電偶，而且無需

13、進行冷端溫度補償，使用更加方便，故選用熱電阻（雙金屬）溫度計。特點：雙金屬溫度計是一種測量中低溫度的現(xiàn)場檢測儀表?？梢灾苯訙y量各種生產過程中的-80+500范圍內液體、蒸汽和氣體介質溫度。由于熱電阻的三線制接法可利用電橋平衡原理較好地消除導線電阻的影響，所以選用三線制接法，并配用溫度變送器。熱電偶溫度變送器與各種測溫熱電偶配合使用，可將溫度信號線性地轉換成為420mADC電流信號或15VDC電壓信號輸出，它是由量程單元和放大單元兩部分組成的。熱電偶溫度變送器的主要特點是采用非線性負反饋回路來實現(xiàn)線性變化。這個特殊的性質反饋回路能按照熱電偶溫度毫伏信號間的非線性關系調整反饋電壓，以保證輸入溫度t

14、與整機輸出或間的線性關系。 熱電偶溫度變送器零點調整、量程調整電路的工作原理與直流毫伏變送器大致相仿。所不同的是：在熱電偶溫度變送器的輸入回路中增加了由銅電阻等元件組成的熱電偶冷端溫度補償電路；同時把調零電位器移動到了反饋回路的支路上；在反饋回路中增加了運算放大器等組成的線性化電路起線性化作用。2）調節(jié)閥的選擇 根據生產工藝安全的原則，適宜選用氣關式調節(jié)閥；根據過程特性與控制要求，宜選用對數(shù)流量特性的調節(jié)閥。 調節(jié)閥的尺寸通常用公稱直徑D g 和閥座直徑d g表示，它們的確定是合理應用執(zhí)行器的前提條件。確定調節(jié)閥尺寸的主要依據是流通能力，它定義為調節(jié)閥全開、閥前后壓差為0.1MPa、流體重度為

15、1g/cm3時，每小時通過閥門的流體流量（m3或kg）。可見流通能力直接代表了調節(jié)閥的容量。由流體力學理論可知，當流體為不可壓縮時，通過調節(jié)閥的體積流量即流通能力C與調節(jié)閥的結構參數(shù)有確定的對應關系。這就是確定調節(jié)閥尺寸的理論依據可得流通能力與流體重度、閥前后壓差和介質流量三者的定量關系。3）調節(jié)器的選擇 根據過程特性與工藝要求，宜選用將比例與積分組合起來，既能控制及時，又能消除余差的比例積分控制（PI）控制規(guī)律。該系統(tǒng)采用模擬控制器:DDZIII型調節(jié)器，DDZ基型控制器框圖如圖所示。DDZ基型控制器框圖控制器的輸入信號為15V的測量信號。設定信號有內設定和外設定兩種。內設定信號為15V，外

16、設定信號為420mA。測量信號和設定信號通過輸入電路進行減法運算，輸出偏差到比例積分微分電路進行比例積分微分運算后，由輸出電路轉換為420mA信號輸出。手動電路和保持電路附于比例積分微分電路之中，手動電路可實現(xiàn)軟手動和硬手動兩種操作，當處于軟手動狀態(tài)時，用手指按下軟手動操作鍵，使控制器輸出積分式上升或下降，當手指離開操作鍵時，控制器的輸出值保持在手指離開前瞬間的數(shù)值上，當控制器處于硬手動狀態(tài)時，移動硬手動操作桿，能使控制器的輸出快速改變到需要的數(shù)值，只要操作桿不動，就保持這一數(shù)值不變。由于有保持電路，使自動與軟手動相互切換，硬手動只能切換到軟手動，都是無平衡無擾動切換，只有軟手動和自動切換到硬

17、手動需要事先平衡才能實現(xiàn)無擾動切換。如果是全刻度指示控制器，測量信號的指示電路和設定信號的指示電路分別把15V電壓信號轉化為15mA電流信號用雙針指示器分別指示測量信號和設定信號。當控制器出現(xiàn)故障需要把控制器從殼體中取出檢查時，可以把便攜式手動操作器插入手動操作插孔，以實現(xiàn)手動操作。感想與體會回顧此次過程控制工程課程設計，我選的課題是干燥器溫度控制系統(tǒng)設計，可以說學到了很多很多的東西，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且了解了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過本次干燥器系統(tǒng)控制方案設計，我基本上掌握了控制系統(tǒng)的設計方法，并且過程控制與檢測技術更深入的的了解，進一步加強了自己對控制系統(tǒng)在生產實際中的運用原理及過程的能