生產(chǎn)奶粉的干燥器溫度控制系統(tǒng)1

下載可編輯牛奶類乳化物干燥過程系統(tǒng)的設(shè)計(jì).干燥過程系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)乳化物干燥器干燥原理根據(jù)系統(tǒng)具體指標(biāo)要求，可以對每一個具體部分進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。整個控制系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩部分。圖2.1是噴霧式乳液干燥流程示意圖，通過空氣干燥器將濃縮乳液干燥成乳粉，已濃縮的乳液由高位儲槽流下，經(jīng)過濾器去掉凝結(jié)快，然后從干燥器頂部噴嘴噴出。干燥空氣經(jīng)熱交換器加熱、混合后，通過風(fēng)管進(jìn)入干燥器與乳液充分接觸，使乳液中的水分蒸發(fā)成為乳粉。成品乳粉與空氣一起送出進(jìn)行分離。干燥后成品質(zhì)量要求高，含水量不能波動大。圖1-1乳化物干燥器干燥原理圖高位槽溫?zé)峥諝飧稍锲黠L(fēng)管鼓風(fēng)機(jī)圖1-1乳化物干燥器干燥原理圖高位槽溫?zé)峥諝飧稍锲黠L(fēng)管鼓風(fēng)機(jī)換熱器fWWUl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)。考慮到一般情況下的測量水.專業(yè).整理.下載可編輯分的儀表精度較低，故選用間接參數(shù)干燥的溫度為被控參數(shù)，水分與溫度一一對應(yīng)，將溫度控制在一定數(shù)值上?？刂茀?shù)的選擇經(jīng)過對裝置的分析，可知影響干燥器溫度的因素有乳液流量f1(。，旁路空氣流量2(t)，加熱蒸汽流量f毅)。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)。但并不是每個變量都是最優(yōu)的選擇，為此我根據(jù)調(diào)節(jié)閥1，2,3的位置分別畫出了其各自的系統(tǒng)框圖，對其進(jìn)行近一步的分析一邊選取最優(yōu)的方案。1.對圖1-2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。2.1-3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1-1控制方案相比，控制通道存在一定的純滯后，對干燥溫度校正作用的靈敏度雖然差一些，但可通過縮短傳輸管道的長度而減小純滯后時(shí)間。3.圖1-4示的控制方案分析可知，蒸汽需經(jīng)過換熱器的熱交換，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，因而對干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。圖1-2乳液流量為控制參數(shù)的系統(tǒng)框.專業(yè).整理.

下載可編輯以鼠之送一混合過程 ——4孤衣下載可編輯以鼠之送一混合過程 ——4孤衣二燥孱w)YD一活節(jié)需詰:節(jié)底雙管圖1-4蒸汽量為控制參數(shù)的系統(tǒng)框圖干燥器圖1-3風(fēng)量為控制參數(shù)的系統(tǒng)框圖干燥罌測量變送換熱器圖1-4蒸汽量為控制參數(shù)的系統(tǒng)框圖干燥器圖1-3風(fēng)量為控制參數(shù)的系統(tǒng)框圖干燥罌測量變送換熱器一^M攝過理I凰管調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)器風(fēng)管2.電路及系統(tǒng)設(shè)計(jì)測溫元件的選擇及A/D采樣電路溫度采集采用金屬熱電阻PT100，PT100是伯熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。PT后的100即表示它在0℃時(shí)阻值為100。，在100℃時(shí)它的阻值約為138.5。。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時(shí)候他的阻值為100。，它的的阻值會隨著溫度上升它的阻值是成勻速增漲的。電路采用PT100m線橋式式測溫電路，優(yōu)點(diǎn)是將PT100的兩側(cè)相等的的導(dǎo)線長度分別加在兩側(cè)的橋臂上，使得導(dǎo)線電阻得以消除，提高了測量的精度。其電路如圖3所示。測溫原理：電路采用TL431和電位器RP1調(diào)節(jié)產(chǎn)生4.096V的參考電源，采用R3、R4、RV2、PT100構(gòu)成測量電橋，其中R3=R4=2K,RV2為精密電阻，阻值.專業(yè).整理.

下載可編輯為熱電阻100℃時(shí)的阻值，即138.51。。當(dāng)溫度變化時(shí)，熱電阻的阻值改變，電橋產(chǎn)生一個毫伏級的壓差信號，這個信號經(jīng)過LM324運(yùn)算放大器的放大后輸出期望的信號，該信號經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量給單片機(jī)運(yùn)算。差動放大電路中R5=R6=1K,R7=R8=100K,輸出電壓：U=R7/R5xAU=100AU。.ICD一陽? INO ADDAINI ADDB他 前憂IN?IN4.ICD一陽? INO ADDAINI ADDB他 前憂IN?IN41尚 31HseIN6 22INJ 2：324ST■即T 父EQC 24OUTPUTEHAEE 37CLOCK 2g用VCt 棚DVREFft)VREF0251，打；門力-Q叮俄鳴-5"5叫"-J圖2-1測溫輸入電路理論上，運(yùn)放輸出的電壓為輸入壓差信號X放大倍數(shù)，但實(shí)際在電路工作時(shí)測量輸出電壓與輸入壓差信號并非這樣的關(guān)系，壓差往往比理論值小很多，實(shí)際輸出信號為：AU=4.096義(RPT100/(R3+RPT洶)一RV2/(R4+RV2))。A/D轉(zhuǎn)換電路采用ADC0809,ADC0809是一種帶有8通道模擬開關(guān)的8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us左右。8通道模擬開關(guān)及通道選擇邏輯，該部分的功能是實(shí)現(xiàn)8選1操作，本系統(tǒng)采用3通道輸入模擬信號，所以A和B接高電平，C接低電平。8位A/D轉(zhuǎn)換器對選送至輸入端的信號Vi進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果D存入三態(tài)輸出鎖存緩沖器。它在START上收到一個啟動轉(zhuǎn)換命令后開始轉(zhuǎn)換，100us左右后轉(zhuǎn)換結(jié)束。轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC信號由低電平變?yōu)楦唠娖?，?專業(yè).整理.下載可編輯知CPU讀結(jié)果。啟動后，CPU可查詢方式（將轉(zhuǎn)換結(jié)束信號接至一條I/O線上）或中斷方式（EOC作為中斷請求信號引入中斷邏輯）了解A/D轉(zhuǎn)換過程是否結(jié)束。TOC\o"1-5"\h\zV—V ，一ADC0809的量化單位： q=ref（+） ref（一） （2-1）28轉(zhuǎn)換結(jié)果：D=VNmV） （2-2）q（mV）溫度顯示電路四位共陽數(shù)碼管顯示接口電路如圖2-2所示。圖2-2四位LED接口電路數(shù)碼管接口接單片機(jī)P0口，控制口接三極管，三極管基極接P2.4-P2.7口，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的I/O通道有限，所以數(shù)碼管通過動態(tài)掃描法來顯示實(shí)時(shí)溫度。所謂動態(tài)，就是利用循環(huán)掃描的方式分時(shí)輪流選通各顯示器的公共極，當(dāng)掃描的速度達(dá)到一定的程度時(shí)，人眼就分辨不出來，認(rèn)為各顯示器同時(shí)發(fā)光。程序中由定時(shí)器100ms中斷實(shí)時(shí)刷新各位數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新顯示。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)過程特性與控制要求，宜選用對數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥。.專業(yè).整理.

下載可編輯調(diào)節(jié)閥的尺寸選擇調(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0.1MPa、流體重度為1g/cm3時(shí)，每小時(shí)通過閥門的流體流量（m3或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)，通過調(diào)節(jié)閥的體積流量為：(2-3)式中，a為流量系數(shù)，它取決于調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)形狀和流體流動狀況，可從有關(guān)手冊查閱或由實(shí)驗(yàn)確定；A。為調(diào)節(jié)閥接管截面積；g為重力加速度；r為流體重度。依據(jù)流通能力的定義，則有C依據(jù)流通能力的定義，則有C=aA02gg(2-4)流通能力C與調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)有確定的對應(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)系，即C=qC=q(3—35)調(diào)節(jié)閥尺寸的確定過程為根據(jù)通過調(diào)節(jié)閥的最大流量qmax,r流體重度，以及調(diào)節(jié)閥的前后壓差A(yù)p，求得最大的流通能力Cmax，然后選取大于Cmax的最低級別的C值，即可依據(jù)表1確定出Dg和dg的大小。公稱直停Dg?？诿骍ia2G2?3250r■.?.Ld如此1)1456710121525324050酒能力C隼生網(wǎng)0.200320.50O.SO1.22.0125.0812二>6101625106：時(shí)有DgiminjSQ100125150200250500同二直闔即力心10012S150200230303單任閥SO兇280乃。典隹網(wǎng)1加1602504001C001600表1調(diào)節(jié)閥流量能力C與其尺寸的關(guān)系.專業(yè).整理.

下載可編輯調(diào)節(jié)器的選擇下載可編輯根據(jù)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(shí)，又能消除余差的PI控制規(guī)律。比例積分控制（PI）GCGC(s)=KC1（2-6）式中KI稱為PI（2-6）式中KI稱為PI調(diào)節(jié)器的積分增益，它定義為：在階躍信號輸入下，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。其階躍響應(yīng)如圖2-3圖2-3比例積分調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)特性由于選用調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)式，K故為負(fù)；當(dāng)給被控過程輸入的空氣量增加時(shí)，干燥器的溫度降低，故K0為負(fù)。；測量變送器的Km通常為正。為使整個系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)放大系數(shù)的乘積為正，則調(diào)節(jié)器的屋應(yīng)為正，故選用反作用調(diào)節(jié)器。2-5.溫度控制原理圖及其系統(tǒng)框圖根據(jù)上述設(shè)計(jì)控制方案，干燥設(shè)備控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖2-4.專業(yè).整理.

下載可編輯圖2-4下載可編輯圖2-4系統(tǒng)框圖2-6.調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定對與調(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，不需要測試過程的動態(tài)特性，其方法簡單、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)被控過程的特性，確定PID調(diào)節(jié)器的比例度3、積分時(shí)間T以及微分時(shí)間T的大小。在簡單過程控制系統(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9=0.75~0.9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、最大動態(tài)偏差（或超調(diào)量）和過渡過程時(shí)間等其它指標(biāo)。具體整定過程步驟如下:1.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2.等系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對設(shè)定值施加一個階躍變化，并減小3直到出現(xiàn)下圖所示記錄下此時(shí)的臨界比例度3K2.等系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對設(shè)定值施加一個階躍變化，并減小3直到出現(xiàn)下圖所示記錄下此時(shí)的臨界比例度3K和等幅振蕩周期Tk.按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的3、TI、TD如我們假設(shè)控制對象傳遞函數(shù)GF）=10(S+2)(2S+1) ，Gm(S):.專業(yè).整理.下載可編輯因調(diào)節(jié)器選用PI,則可設(shè)G=1T^S^1。c8TSI根據(jù)臨界比例度法，先將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間TI置于最大則G'1=K.此時(shí)系統(tǒng)傳函C8GGG1+GGGGK(10SGGG1+GGGG20S3+52S2+25S+2+10KCVm特征方程D(S)=20S3+50S2+25S+2+10K=0其中，K=1為滿足等幅振蕩條件，將SJW帶入，令實(shí)部，虛部為。2兀查表可得Kc=2.84,Ti=4.76解得K=6.3即5=0.16.T=2—=查表可得Kc=2.84,Ti=4.76一- 整定參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)譽(yù) ――P也烝PI0.857^PID1.7演口37V0.\3Tkn表2PID參數(shù)整定運(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，滿足過程特性和工藝要求，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。.Matlab仿真圖3-1Simulink圖3-1Simulink仿真圖.專業(yè).整理.下載可編輯圖3-2PI控制仿真結(jié)果.小結(jié)與體會通過這次的設(shè)計(jì)使我對過程控制中所學(xué)習(xí)到的知識得到的更加深刻的認(rèn)識以及鞏固，也使我在學(xué)習(xí)書本知識的同時(shí)學(xué)會了將學(xué)習(xí)到的知識應(yīng)用到實(shí)際生產(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。通過這次的設(shè)計(jì)也使我對控制系統(tǒng)產(chǎn)生了深刻的認(rèn)識，在我腦海里產(chǎn)生了深刻影響。通過這幾天的忙碌，我學(xué)會了許多我們在課堂上面所學(xué)不到的知識和能力。在我們做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候我們將面對許許多多的系統(tǒng)傳遞函數(shù)，微分方程，校正仿真等問題。這也就要求我們利用課上學(xué)習(xí)到的知識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題。還有通過這幾天的設(shè)計(jì)，我也認(rèn)識到了和同學(xué)配合的重要性，在我們學(xué)習(xí)生