噴霧式乳液干燥過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上課講義

1、噴霧式乳液干燥過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)閥1圖2-1乳液程示意圖精品文檔.引言在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控 制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌 握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控 制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè) 量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。本文以工業(yè)中的噴霧式乳液干燥系統(tǒng)為控制系統(tǒng)，利用PID進(jìn)行控制。.生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)介及設(shè)計(jì)要求生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)介如圖2-1所示通過(guò)氣干燥器將濃縮乳液干燥成乳粉

2、濃縮的乳液由高位槽流 經(jīng)過(guò)濾器A和B,濾去凝結(jié)塊 和其它雜質(zhì)后，從干燥器頂 部由噴嘴噴下?？諝庥晒娘L(fēng)機(jī)送至換熱器 （蒸汽）加熱后，再與來(lái)自 鼓風(fēng)機(jī)的空氣混合，經(jīng)風(fēng)管 送往干燥器，由下而上吹 出，從而蒸發(fā)掉乳液中的水 分，使之成為奶粉，并隨濕 空氣一起送出進(jìn)行分離。生產(chǎn)工藝對(duì)干燥后的產(chǎn) 品質(zhì)量要求很高，水分含量 不能波動(dòng)太大，因而需要對(duì) 干燥的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。若溫度波動(dòng)2C,產(chǎn)品質(zhì)量可以符合要求收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔設(shè)計(jì)要求以乳化物的干燥過(guò)程為例來(lái)設(shè)計(jì)干燥器。由于乳化物屬于膠體物 質(zhì)，激烈攪拌易固化，也不能用泵抽送，因而采用高位槽的辦法。濃縮的乳液由高位槽流經(jīng)過(guò)濾器 A或

3、B,慮去凝結(jié)塊和其他雜質(zhì), 并從干燥器頂部由噴嘴噴下。有鼓風(fēng)機(jī)將一部分空氣送至換熱器，用蒸 汽進(jìn)行加熱，并將與來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)的另一部分空氣混合，經(jīng)風(fēng)管送往干燥 器，由下而上吹，以便蒸發(fā)掉乳液中的水分，使之成為粉狀物，并隨濕 空氣一起由底部送出進(jìn)行分離。生產(chǎn)工藝對(duì)干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量要求很 高，水分含量不能波動(dòng)太大，因而需要對(duì)干燥的溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制。.被控參數(shù)與控制參數(shù)的選擇被控參數(shù)的選擇根據(jù)生產(chǎn)工藝，水分含量與干燥溫度密切相關(guān)?？紤]到一般情況下的測(cè)量 水分的儀表精度較低，故選用間接參數(shù)，即干燥的溫度為被控參數(shù)，水分與溫 度一一對(duì)應(yīng)，將溫度控制在一定數(shù)值上?？刂茀?shù)的選擇經(jīng)過(guò)對(duì)圖1的分析，可知影響干燥器

4、溫度的因素有乳液流量，旁路空氣流量，和加熱蒸汽流量。選其中任意變量都可作為控制參數(shù)，均可構(gòu)成溫度控 制系統(tǒng)。選其中任意變量作為控制參數(shù)，均可構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)。圖中用調(diào) 節(jié)閥位置代表三中控制方案。其框圖分別如圖 3-1，圖3-2,圖3-3所示。對(duì)其 進(jìn)行近一步的分析一邊選取最優(yōu)的方案。按圖3-1進(jìn)行分析可知，乳液直接進(jìn)入干燥器，控制通道的滯后最小，對(duì) 被控溫度的校正作用最靈敏，而且干擾進(jìn)入系統(tǒng)的位置遠(yuǎn)離被控量，所以將乳 液流量作為控制參數(shù)應(yīng)該是最佳的控制方案；但是，由于乳液流量是生產(chǎn)負(fù) 荷，工藝要求必須穩(wěn)定，若作為控制參數(shù)則很難滿足工藝要求。所以，將乳液 流量作為控制參數(shù)的控制方案應(yīng)盡可能避免。

5、收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔一甯干操器合過(guò)程換熱器THM送一圖3-1乳液流量為控制參數(shù)時(shí)系統(tǒng)框圖圖3-2風(fēng)量為控制參數(shù)時(shí)系統(tǒng)框圖收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔按圖3-2進(jìn)行分析可知，旁路空氣量與熱風(fēng)量混合，經(jīng)風(fēng)管進(jìn)入干燥器， 它與圖3-1控制方案相比，控制通道存在一定的純滯后，對(duì)干燥溫度校正作用 的靈敏度雖然差一些，但可通過(guò)縮短傳輸管道的長(zhǎng)度而減小純滯后時(shí)間。則史變送上圖3-3蒸汽量為控制參數(shù)時(shí)系統(tǒng)框圖按圖3-3所示的控制方案分析可知，蒸汽需經(jīng)過(guò)換熱器的熱交換，才能改 變空氣溫度。由于換熱器的時(shí)間常數(shù)較大，而且該方案的控制通道既存在容量 滯后又存在純滯后，因而對(duì)干

6、燥溫度校正作用的靈敏度最差 .根據(jù)以上分析可知，選擇旁路空氣量作為控制參數(shù)的方案比較適宜。.檢測(cè)儀表的選擇測(cè)溫元件及變送器的選擇因被控溫度在600攝氏度以下，熱電阻的線性特性要優(yōu)于熱電偶，而且無(wú) 需進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償，使用更加方便，故選用熱電阻溫度計(jì)。由于熱電阻的三收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔線制接法可利用電橋平衡原理較好地消除導(dǎo)線電阻的影響，所以選用三線制接 法，并配用溫度變送器。調(diào)節(jié)閥的選擇根據(jù)生產(chǎn)工藝安全的原則，適宜選用氣關(guān)式調(diào)節(jié)閥；根據(jù)過(guò)程特性與控制 要求，官選用對(duì)數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥的尺寸通常用公稱直徑 Dg和閥座直徑dg表示，它們的確定是合理 應(yīng)用執(zhí)行器的前提條

7、件。確定調(diào)節(jié)閥尺寸的主要依據(jù)是流通能力，它定義為調(diào) 節(jié)閥全開、閥前后壓差為0.1MP3流體重度為1g/cm3時(shí)，每小時(shí)通過(guò)閥門的 流體流量(m城kg)?？梢娏魍芰χ苯哟砹苏{(diào)節(jié)閥的容量。由流體力學(xué)理論可知，當(dāng)流體為不可壓縮時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的體積流量為：12 g ,qvA。1 ( pi p 2)式中，a為流量系數(shù)，它取決于調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形狀和流體流動(dòng)狀況，可從有 關(guān)手冊(cè)查閱或由實(shí)驗(yàn)確定；A0為調(diào)節(jié)閥接管截面積；g為重力加速度；r為流 體重度。C流通能A0 21g :流通能力C與調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這就是確定調(diào)節(jié)閥尺 寸的理論依據(jù)可得流通能力與流體重度、閥前后壓差和介質(zhì)流量三者的定量關(guān)

8、 系，即rC qG調(diào)節(jié)閥尺寸的確定過(guò)程為根據(jù)通過(guò)調(diào)節(jié)閥的最大流量 ,皿，r為流體重 度，以及調(diào)節(jié)閥的前后壓差，先由上式求得最大的流通能力，然后選取大于 皿 最低級(jí)別的C值，即可依據(jù)下表確定出 Dg和dg的大小。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔2C士32和50國(guó)門f譏girnn卜T4567110二r2j32川知單座閾00S,120200320J00：01.220125DS122032101S2510工稱直桂DtteihI冊(cè)100125150200230100125150200沏丸JI七4能加聊1加2QQ岫160250種6心C10001600調(diào)節(jié)閥流通能力Ct其尺寸的關(guān)系4.3調(diào)節(jié)器的

9、選擇根據(jù)過(guò)程特性與工藝要求，宜選用將比例與積分組合起來(lái)，既能控制及 時(shí)，又能消除余差的比例積分控制（PI）控制規(guī)律。Gc(s) Kc1T|S1K|T|S式中 為pi調(diào)節(jié)器的積分增益，它定義為：在階躍信號(hào)輸入下，其輸出的 最大值與純比例作用時(shí)產(chǎn)生的輸出變化之比由于選用調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)式，則 Kv為負(fù)；對(duì)于Ko來(lái)說(shuō)，由前所訴，當(dāng)被控 過(guò)程輸入空氣增加時(shí)，具輸出（水分散發(fā)）亦增加，故 Ko為正；一般測(cè)量變送 Km為正。是系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)放大系數(shù)極性乘機(jī)為正，則調(diào)節(jié)器Kc取負(fù)，即選用正作用調(diào)節(jié)器。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔4-1比例積分調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)特4.4溫度控制原理圖及其系統(tǒng)框圖根

10、據(jù)上述設(shè)計(jì)控制方案，噴霧式干燥設(shè)備控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如下收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔5.調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定?對(duì)與調(diào)節(jié)起的參數(shù)整定我選擇的是臨界比例度的整定放法。?臨界比例度法是一種閉環(huán)整定方法。由于該方法直接在閉環(huán)系統(tǒng) 中進(jìn)行，不需要測(cè)試過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，具方法簡(jiǎn)單、使用方便，因而獲得廣泛應(yīng)用。?調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的任務(wù)是根據(jù)被控過(guò)程的特性，確定PID調(diào)節(jié)器的比例度、積分時(shí)間TI以及微分時(shí)間TD的大小。在簡(jiǎn)單過(guò)程控制系統(tǒng) 中，調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定通常以系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的衰減率為主要指標(biāo)，以保 證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量。另外還應(yīng)滿足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差、最大動(dòng)態(tài)偏 差(或超調(diào)量)和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間等其它指標(biāo)

11、。具體整定過(guò)程步驟如下：.首先將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間置于最大，微分時(shí)間置零，比例度置為 較大的數(shù)值。.等系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對(duì)設(shè)定值施加一個(gè)階躍變化，并減小直到出 現(xiàn)下圖所示的等幅振蕩曲線為止。如圖 5-15-1記錄下此時(shí)的臨界比例度和等幅振蕩周期.按圖三的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的、TI、TD如我們假設(shè)控制對(duì)象傳遞函數(shù)。1斗 sn,Gv(S)110G(S)(S 2)(2S 1)收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔因調(diào)節(jié)器選用PI,則可設(shè)1巨TjS根據(jù)臨界比例度法，先將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 TI置于最大,GC此時(shí)系統(tǒng)傳函W(S)GcGGv1GcGGvGmK(10S 1)37-220S52S25S 21

12、0K特征方程 TOC o 1-5 h z 3_ 2D(S) 20S50S25S 2 10K 0 ,1其中，K 為滿足等幅振蕩條件，將S=JW帶入，令實(shí)部，虛部為0解得K=6.3即百=0.16 ,2Tk 5.6Wn收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔查圖七可得KC=2.84,TI=4.76卜、J整定參數(shù)調(diào)秒rppiprp田郎二/ J1.7產(chǎn)支63簽圖七模擬控制規(guī)律運(yùn)用這樣的整定方法我們就可以獲得工藝生產(chǎn)所要求的參數(shù)了，滿足過(guò)程 特性和工藝要求，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。5.總結(jié)方案評(píng)價(jià)及改進(jìn)方向本系統(tǒng)能將牛奶液體的干燥溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，并且有較快的抗干擾能力 減小純滯后時(shí)間。改進(jìn)主要針對(duì)對(duì)成品溫

13、度的控制的靈敏度的提高收獲及體會(huì)通過(guò)這次的設(shè)計(jì)使我對(duì)過(guò)程控制中所學(xué)習(xí)到的知識(shí)得到的更加深刻的認(rèn)識(shí) 以及鞏固，也使我在學(xué)習(xí)書本知識(shí)的同時(shí)學(xué)會(huì)了將學(xué)習(xí)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系管理員刪除精品文檔產(chǎn)中，在實(shí)際生產(chǎn)中拓展自己的能力和自己的學(xué)習(xí)熱情。通過(guò)這次的設(shè)計(jì)也使 我對(duì)控制系統(tǒng)產(chǎn)生了深刻的認(rèn)識(shí)，在我腦海里產(chǎn)生了深刻影響。通過(guò)這幾天的忙碌，我學(xué)會(huì)了許多我們?cè)谡n堂上面所學(xué)不到的知識(shí)和能 力。在我們做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候我們將面對(duì)許許多多的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，微分方 程，校正仿真等問(wèn)題。這也就要求我們利用課上學(xué)習(xí)到的知識(shí)和自己的查閱資 料的能力，綜合運(yùn)用以前上課時(shí)老師教我們的分析方法去分析新的問(wèn)題。還有通過(guò)這幾天的設(shè)計(jì)，我也認(rèn)識(shí)到了和同學(xué)配合的重要性，在我們學(xué)習(xí) 生活中，自己不可能是十全十美的，我們也不能是萬(wàn)能的什么都知道，在學(xué)習(xí) 生活中團(tuán)隊(duì)配合才是重要的。在這次的課程設(shè)計(jì)中也是得到了很多同學(xué)的幫助 才能夠使我快速準(zhǔn)