噴霧式干燥設備控制系統(tǒng)

河南工業(yè)職業(yè)技術學院HenanPolytechnicInstitute河南工業(yè)職業(yè)技術學院HenanPolytechnicInstitute題目：題目：噴霧式枯燥設備控制系統(tǒng)姓名：班級：電氣工程系生產過程學號：04020901指導老師：張目錄一．系統(tǒng)簡介2二．設計概述3三．設計方案及儀表選型441〕比例控制規(guī)律42〕積分控制43〕比例積分控制規(guī)律42.被控參數(shù)與控制參數(shù)的選擇51〕被控參數(shù)的選擇52〕控制參數(shù)的選擇571〕測溫元件及變送器的選擇72〕調節(jié)閥的選擇73〕調節(jié)器的選擇84．溫度控制原理圖及其系統(tǒng)框圖95．調節(jié)器的參數(shù)整定9四．儀表型號清單12五．結論13六．參考文獻14一．系統(tǒng)簡介本次課程設計的題目是噴霧式枯燥設備控制系統(tǒng)設計。在眾多的枯燥設備中，噴霧枯燥器是應用較廣的枯燥器之一，是處理溶液、懸浮液或泥漿狀物料的枯燥設備。能從液體直接枯燥成粉體，這是噴霧枯燥器的最大優(yōu)點；熱效率低、體積龐大、生產能力低、投資高是它的缺點。噴霧枯燥器的工作原理是：用噴霧的方法將物料噴成霧滴分散在熱空氣中，物料與熱空氣呈并流、逆流或混流的方式互相接觸，使水分迅速蒸發(fā)，到達枯燥的目的。

在設計中選擇物料的枯燥溫度為被控參數(shù)，而對于控制參數(shù)的選擇那么是通過3種方案的比擬最后選擇用旁路空氣量作為控制參數(shù)。通過查找大量的資料選擇了比擬適宜的儀表DDZ-III型儀表。由于被控溫度為，所以選擇了熱電阻溫度計和溫度傳感器。根據(jù)調節(jié)閥流通能力C又確定了調節(jié)閥的尺寸〔通常用公稱直徑Dg和閥座直徑dg表示〕。調節(jié)器那么選擇了既能控制及時，又能消除余差的PI控制規(guī)律。最后運用了臨界比例度法對調節(jié)器的參數(shù)進行整定。使整個控制系統(tǒng)處于最優(yōu)的工作狀態(tài)，滿足生產工藝上的要求。二．設計概述以乳化物的枯燥過程為例來設計枯燥器。由于乳化物屬于膠體物質，劇烈攪拌易固化，也不能用泵抽送，因而采用高位槽的方法。濃縮的乳液由高位槽流經過濾器A或B，慮去凝結塊和其他雜質，并從枯燥器頂部由噴嘴噴下。有鼓風機將一局部空氣送至換熱器，用蒸汽進行加熱，并將與來自鼓風機的另一局部空氣混合，經風管送往枯燥器，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行別離。生產工藝對枯燥后的產品質量要求很高，水分含量不能波動太大，因而需要對枯燥的溫度進行嚴格控制。圖1乳化物的枯燥過程三．設計方案及儀表選型1〕比例控制規(guī)律比例控制規(guī)律(P)可以用以下數(shù)學式來表示：△u=Kce式中△u——控制器輸出變化量；e——控制器的輸入，即偏差；Kc——控制器的比例增益或比例放大系數(shù)。由上式可以看出，比例控制器的輸出變化量與輸入偏差成正比，在時間上是沒有延滯的?；蛘哒f，比例控制器的輸出是與輸入一一對應的。比例放大系數(shù)Kc是可調的。所以比例控制器實際上是一個放大系數(shù)可調的放大器。Kc愈大，在同樣的偏差輸入時，控制器的輸出愈大，因此比例控制作用愈強；反之，Kc值愈小，表示比例控制作用愈弱。2〕積分控制規(guī)律當控制器的輸出變化量△u與輸入偏差e的積分成比例時，就是積分控制規(guī)律〔I〕。其數(shù)學表達式為：式中KI——積分比例系數(shù)。積分控制作用的特性可以用階躍輸入下的輸出來說明。當控制器的輸入偏差是一幅值為A的階躍信號時，上式就可寫為當積分控制器的輸入是一常數(shù)A時，輸出是一直線，其斜率為KIA，KI的大小與積分速度有關。只要偏差存在，積分控制器的輸出隨著時間不斷增大(或減小)。3〕比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律〔PI〕是比例與積分兩種控制規(guī)律的結合，其數(shù)學表達式為當輸入偏差是一幅值為A的階躍變化時，比例積分控制器的輸出是比例和積分兩局部之和?！鱱的變化開始是一階躍變化，其值為KcA〔比例作用〕，然后隨時間逐漸上升〔積分作用〕。比例作用是即時的、快速的，而積分作用是緩慢的、漸變的。由于比例積分控制規(guī)律是在比例控制的根底上加上積分控制，所以既具有比例控制作用及時、快速的特點，又具有積分控制能消除余差的性能，因此是生產上常用的控制規(guī)律。2.被控參數(shù)與控制參數(shù)的選擇1〕被控參數(shù)的選擇根據(jù)生產工藝，水分含量與枯燥溫度密切相關?？紤]到一般情況下的測量水分的儀表精度較低，應選用間接參數(shù)，即枯燥的溫度為被控參數(shù)，水分與溫度一一對應，將溫度控制在一定數(shù)值上。2〕控制參數(shù)的選擇經過對裝置的分析，可知影響枯燥器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，對其進行近一步的分析一邊選取最優(yōu)的方案。對圖2-1進行分析可知，乳液直接進入枯燥器，控制通道的滯后最小，對被控溫度的校正作用最靈敏，而且干擾進入系統(tǒng)的位置遠離被控量，所以將乳液流量作為控制參數(shù)應該是最正確的控制方案；但是，由于乳液流量是生產負荷，工藝要求必須穩(wěn)定，假設作為控制參數(shù)那么很難滿足工藝要求。所以，將乳液流量作為控制參數(shù)的控制方案應盡可能防止。圖2-1對圖2-2進行分析可知，旁路空氣量與熱風量混合，經風管進入枯燥器，它與圖2-1控制方案相比，控制通道存在一定的純滯后，對枯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間。圖2-2對圖2-3所示的控制方案分析可知，蒸汽需經過換熱器的熱交換，才能改變空氣溫度。由于換熱器的時間常數(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，因而對枯燥溫度校正作用的靈敏度最差。圖2-3根據(jù)以上分析可知，選擇旁路空氣量作為控制參數(shù)的方案比擬適宜。根據(jù)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以下，熱電阻的線性特性要優(yōu)于熱電偶，而且無需進行冷端溫度補償，使用更加方便，應選用熱電阻溫度計。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。2〕調節(jié)閥的選擇根據(jù)生產工藝平安的原那么，適宜選用氣關式調節(jié)閥；根據(jù)過程特性與控制要求，宜選用對數(shù)流量特性的調節(jié)閥。調節(jié)閥的尺寸通常用公稱直徑Dg和閥座直徑dg表示，它們確實定是合理應用執(zhí)行器的前提條件。確定調節(jié)閥尺寸的主要依據(jù)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)閥的體積流量為：式中，α為流量系數(shù)，它取決于調節(jié)閥的結構形狀和流體流動狀況，可從有關手冊查閱或由實驗確定；A0為調節(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，那么有：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(jù)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，即調節(jié)閥尺寸確實定過程為根據(jù)通過調節(jié)閥的最大流量，r為流體重度，以及調節(jié)閥的前后壓差，先由式求得最大的流通能力，然后選取大于的最低級別的C值，即可依據(jù)下表確定出Dg和dg的大小。圖三調節(jié)閥流通能力C與其尺寸的關系3〕調節(jié)器的選擇根據(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，又能消除余差的比例積分控制〔PI〕控制規(guī)律。式中為PI調節(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產生的輸出變化之比。其階躍響應如圖圖四比例積分調節(jié)器的階躍響應特性由于選用調節(jié)閥為氣關式，故為負；當給被控過程輸入的空氣量增加時，枯燥器的溫度降低，故為負。；測量變送器的通常為正。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，那么調節(jié)器的應為正，應選用反作用調節(jié)器。4．溫度控制原理圖及其系統(tǒng)框圖根據(jù)上述設計控制方案，噴霧式枯燥設備控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如下圖五溫度控制系統(tǒng)框圖5．調節(jié)器的參數(shù)整定對于調節(jié)器的參數(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，因而獲得廣泛應用。調節(jié)器參數(shù)整定的任務是根據(jù)被控過程的特性，確定PID調節(jié)器的比例度、積分時間TI以及微分時間TD的大小。在簡單過程控制系統(tǒng)中，調節(jié)器的參數(shù)整定通常以系統(tǒng)瞬態(tài)響應的衰減率為主要指標，以保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量。另外還應滿足系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差、最大動態(tài)偏差〔或超調量〕和過渡過程時間等其它指標。具體整定過程步驟如下：1).首先將調節(jié)器的積分時間置于最大，微分時間置零，比例度置為較大的數(shù)值。2).等系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，對設定值施加一個階躍變化，并減小直到出現(xiàn)以下圖所示的等幅振蕩曲線為止。如圖六：圖六調節(jié)器的穩(wěn)態(tài)曲線記錄下此時的臨界比例度和等幅振蕩周期.按圖七的經驗公式計算出調節(jié)器的、TI、TD如我們假設控制對象傳遞函數(shù)，因調節(jié)器選用PI，那么可設。根據(jù)臨界比例度法，先將調節(jié)器的積分時間TI置于最大，那么GC≈.此時系統(tǒng)傳函特征方程其中，為滿足等幅振蕩條件，將S=JW帶入，令實部，虛部為0=0.16.查圖七可得KC=2.84,TI圖七模擬控制規(guī)律運用這樣的整定方法我們就可以獲得工藝生產所要求的參數(shù)了，滿足過程特性和工藝要求，生產出合格的產品。四．儀表型號清單序號名稱型號數(shù)量單位1鼓風機EHS83101臺2電磁閥DN100-DN14003個3PI調節(jié)器JT36001個4過濾器2個5換熱器1臺6枯燥器1個7高位槽1個五．結論一周的課程設計結束了，它又鍛煉了我查閱資料，進行方案構思的的能力。在設計過程中，我們三人按照老師的要求逐步完善設計方案。對老師提出的問題進行了詳細的修改。順利地完成了設計任務。但也暴露出了一些問題。這次課程設計，由于理論知識的缺乏，再加上平時沒有什么設計經驗，一開始的時候有些手忙腳亂，不知從何入手。但在查閱大量資料后我們順利的完成了本次課程設計。在這次實踐的過程中學到了一些除技能以外的其他東西,領略到了別人在處理專業(yè)問題時顯示出的優(yōu)秀品質,更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調合作的機制,最重要的還是自己對一些問題的看法產生了良性的變化.在沒有做課程設計以前覺得課程設計只是對這幾年來所學知識的單純總結，但是通過這次做課程設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了自己原來知識還比擬欠缺。自己要學習的東西還太多，以前總是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。雖然這個設計做的也不是太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，它使我終身受益