夾套式反應(yīng)器溫度串級控制課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1．設(shè)計(jì)目的：〔1〕培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用過程檢測儀表與控制技術(shù)及其他相關(guān)課程的知識，結(jié)合畢業(yè)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識，獨(dú)立地分析和解決實(shí)際過程控制的問題，初步具備設(shè)計(jì)分析一個過程控制系統(tǒng)的能力?！?〕運(yùn)用工程的方法，通過一個簡單課題的設(shè)計(jì)練習(xí)，可使學(xué)生初步體驗(yàn)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)要求、完成的工作內(nèi)容和具體的設(shè)計(jì)方法?！?〕培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力和創(chuàng)造力；綜合運(yùn)用專業(yè)及根底知識，解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力；〔4〕培養(yǎng)查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力；〔5〕培養(yǎng)編寫技術(shù)報(bào)告和編制技術(shù)資料的能力。2．設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求〔包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等〕：經(jīng)過過程檢測、過程控制工程、工程測試技術(shù)、過程裝備原理、過程流體機(jī)械、過程裝備監(jiān)測與診斷等課程的學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)后，對現(xiàn)場的實(shí)際過程控制策略、實(shí)際環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)有了一定的認(rèn)識和了解。在此根底上，針對實(shí)踐環(huán)節(jié)中的被控對象〔控制裝置〕，獨(dú)立完成控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制參數(shù)，到達(dá)較好的控制效果。確定系統(tǒng)整體控制方案以及系統(tǒng)的構(gòu)成方式，給出控制流程圖；現(xiàn)場儀表選型，編制有關(guān)儀表信息的設(shè)計(jì)文件；給出控制系統(tǒng)方框圖；分析被控對象特性，選擇控制算法；進(jìn)行系統(tǒng)仿真，調(diào)節(jié)控制參數(shù)，分析系統(tǒng)性能；寫出設(shè)計(jì)工作小結(jié)。對在完成以上設(shè)計(jì)過程所進(jìn)行的有關(guān)步驟：如設(shè)計(jì)思想、指標(biāo)論證、方案確定、參數(shù)計(jì)算、元器件選擇、原理分析等作出說明，并對所完成的設(shè)計(jì)作出評價(jià)，對自己整個設(shè)計(jì)工作中經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，總結(jié)收獲。3．設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求〔包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等〕：1．確定系統(tǒng)整體控制方案、儀表選型、系統(tǒng)控制流程圖、選擇控制算法。2．撰寫課程設(shè)計(jì)說明書一份〔A4紙〕。4．主要參考文獻(xiàn)：[1]梁昭峰，李兵.過程控制工程.北京：北京理工大學(xué)出版社，2023:100-101,300-316[2]王樹青.工業(yè)過程控制工程.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005:346-349[3]王永紅，錢靜.化工檢測控制技術(shù).南京：南京大學(xué)出版社，2023:67-77[4]王樹青，戴連奎，于玲.過程控制工程.第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2023：84-85[5]常太華，蘇杰.過程參數(shù)檢測及儀表.北京：中國電力出版社，2023:30-74[6]王毅，張?jiān)缧?過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用.第2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：35-37[7]王正林，郭陽寬.過程控制與Simulink應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2006：52-71,86-995．設(shè)計(jì)成果形式及要求：提供課程設(shè)計(jì)說明書一份，要求內(nèi)容與設(shè)計(jì)過程相符，且格式要符合規(guī)定要求；其中應(yīng)包括系統(tǒng)控制流程圖、方框圖、Simulink仿真模型；并且方框圖中各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)應(yīng)該和被控對象、控制裝置的分析一致，Simulink仿真模型的傳遞函數(shù)應(yīng)該和方框圖中分析的一致；6．工作方案及進(jìn)度：2015年1月19日-2015年1月22日-2015年1月25日-12015年1月28日-12015年1月負(fù)責(zé)人審查意見：簽字：年月日中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)院：機(jī)械與動力工程學(xué)院專業(yè)：過程裝備與控制工程題目：夾套式反響器溫度串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：呂海峰職稱:副教授目錄1、概述11.1化學(xué)反響器根本介紹11.2夾套式反響器控制要求22、被控對象特性研究32.1建立動態(tài)數(shù)學(xué)模型32.2被控變量與控制變量的選擇62.3夾套式反響器擾動變量63、控制系統(tǒng)方案確定73.1主回路的設(shè)計(jì)83.2副回路的設(shè)計(jì)84、過程檢測儀表的選型94.1測溫檢測元件及變送器94.2主、副控制器正、反作用的選擇124.3控制系統(tǒng)方框圖135、系統(tǒng)仿真，分析系統(tǒng)性能135.1各個環(huán)節(jié)傳函及參數(shù)確定135.2控制系統(tǒng)的仿真及參數(shù)整定145.3系統(tǒng)性能分析176、課程設(shè)計(jì)總結(jié)187、參考文獻(xiàn)191概述1.1化學(xué)反響器的根本介紹反響器〔或稱反響釜〕是化工生產(chǎn)中常用的典型設(shè)備，種類很多?；瘜W(xué)反響器在結(jié)構(gòu)、物料流程、反響機(jī)理、傳熱、傳質(zhì)等方面存在差異，使自控的難易程度相差很大，自控方案差異也比擬大。化學(xué)反響器可以按進(jìn)出物料狀況、流程的進(jìn)行方式、結(jié)構(gòu)形式、傳熱情況四個方面分類：一、按反響器進(jìn)出物料狀況可分為間歇式和連續(xù)式反響器通常將半連續(xù)和間歇生產(chǎn)方式稱為間歇生產(chǎn)過程。間歇式反響器是將反響物料分次獲一次參加反響器中，經(jīng)過一定反響時間后取出反響中所有的物料，然后重新加料在進(jìn)行反響。間歇式反響器通常適用于小批量、多品種、多功能、高附加值、技術(shù)密集型產(chǎn)品的生產(chǎn)，這類生產(chǎn)反響時間長活對反響過程的反響溫度有嚴(yán)格程序要求。連續(xù)反響器那么是物料連續(xù)參加，化學(xué)反響連續(xù)不斷地進(jìn)行，產(chǎn)品不斷的取出，是工業(yè)生產(chǎn)最常用的一種。一些大型的、根本化工產(chǎn)品的反響器都采用連續(xù)的形式。二、從物料流程的進(jìn)行方式可分為單程與循環(huán)兩類物料在通過反響器后不再進(jìn)行循環(huán)的流程稱為單程，當(dāng)反響的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率都較高時，可采用單程的排列。如果反響速度較慢，禍?zhǔn)谆瘜W(xué)平衡的限制，物料一次通過反響器轉(zhuǎn)化不完全，那么必須在產(chǎn)品進(jìn)行別離后，把沒有反響的物料與新鮮物料混合后，再送送入反響器進(jìn)行反響。這種流程稱為循環(huán)流程。三、從反響器結(jié)構(gòu)形式可分為釜式、管式、塔式、固定床、流化床、移動床反響器等。四、從傳熱情況可分為絕熱式反響器和非絕熱式反響器。絕熱式反響器與外界不進(jìn)行熱量交換，非絕熱式反響器與外界進(jìn)行熱量交換。一般當(dāng)反響過程的熱效應(yīng)大時，必須對反響器進(jìn)行換熱，其換熱方式有夾套式、蛇管式、列管式等。如今用的最廣泛的是夾套傳熱方式，且采用最普通的夾套結(jié)構(gòu)居多。隨著化學(xué)工業(yè)的開展，單套生產(chǎn)裝置的產(chǎn)量越來越大，促使了反響設(shè)備的大型化。也大大促進(jìn)了夾套反響器的反展。夾套式反響器是一類重要的化工生產(chǎn)設(shè)備，由于化學(xué)反響過程伴有許多化學(xué)和物理現(xiàn)象以及能量、物料平衡和物料、動量、熱量和物質(zhì)傳遞等過程，因此夾套反響器操作一般都比擬復(fù)雜，夾套反響器的自動控制就尤為重要，他直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和平安生產(chǎn)?；どa(chǎn)過程通常可劃分為前處理、化學(xué)反響及后處理三個工序。前處理工序?yàn)榛瘜W(xué)反響做準(zhǔn)備，后處理工序用于別離和精制反響產(chǎn)物，而化學(xué)反響工序通常是整個生產(chǎn)過程的關(guān)鍵，因此在化學(xué)反響工序中設(shè)計(jì)一套比擬完善的控制系統(tǒng)是很重要的。設(shè)計(jì)夾套式反響器的控制方案應(yīng)從質(zhì)量指標(biāo)，物料平衡和能量平衡，約束條件三個方面考慮〔假設(shè)在本反響器中反響物為一般性的，無腐蝕，無爆炸的液液反響物〕。1.2夾套式反響器的控制要求1質(zhì)量指標(biāo)夾套式反響器的質(zhì)量指標(biāo)一般是反響轉(zhuǎn)化率或反響生成物的濃度。轉(zhuǎn)化率是直接質(zhì)量指標(biāo)，如果轉(zhuǎn)化率不能直接測量可選取與它相關(guān)的變量來計(jì)算間接反映出轉(zhuǎn)化率的大小。如出口溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系為：式中y是轉(zhuǎn)化率，、分別是進(jìn)料溫度和出料溫度，是進(jìn)料重度，C是物料的比熱容，是進(jìn)料濃度，H是單位質(zhì)量進(jìn)料的反響熱。因?yàn)槌煞址治鰞x表價(jià)格高，維護(hù)困難等原因。通常采用溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，有時輔以夾套式反響器的壓力和處理量〔流量〕等控制系統(tǒng)，滿足夾套式反響器正常操作的控2物料平衡和能量平衡為使反響正常操作，反響轉(zhuǎn)化率高，需要保持進(jìn)入夾套式反響器各種物料量份額或物料的配比符合要求。為此對進(jìn)入夾套式反響器的物料常采用流量的定值控制或比值控制。此外局部物料循環(huán)的反響的過程中為保持原料的濃度和物料平衡需設(shè)置輔助控制系統(tǒng)。由于反響過程有熱效應(yīng)，因此應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的熱量平衡控制系統(tǒng)。能量平衡控制要保持化學(xué)反響器的熱量平衡。應(yīng)使進(jìn)入反響器的熱量與流出的熱量及反響生成熱之間相互平衡。能量平衡控制對化學(xué)反響器來說是重要的，它關(guān)系到平安生產(chǎn)，也間接的保證了化學(xué)反響器的產(chǎn)品質(zhì)量到達(dá)了生產(chǎn)工藝要求。3約束條件約束條件防止夾套式反響器的過程變量進(jìn)入危險(xiǎn)工作區(qū)或不正常工況。必須設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)反響到控制系統(tǒng)中。假設(shè)本設(shè)計(jì)是在一般條件下的反響器裝置，沒有爆炸危險(xiǎn)，因此只涉及了反響液液位報(bào)警系統(tǒng)，在反響器內(nèi)反響液液位過高或過低時系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號。2被控對象特性研究2.1建立動態(tài)數(shù)學(xué)模型絕大局部被控工業(yè)對象都是具有穩(wěn)定性，是一個開環(huán)穩(wěn)定的對象。通常，化學(xué)反響過程伴有強(qiáng)烈的熱效應(yīng)。有的是吸熱，也有的是放熱。然而本反響器的反響設(shè)置為放熱反響。對于具有放熱效應(yīng)的對象，因外干擾式反響器溫度升高，隨著反響速度的加快，釋放的熱量也迅速增多，最終導(dǎo)致溫度不斷上升。因此對于這種具有正負(fù)反響性質(zhì)的放熱器，在外擾作用下，溫度的變化將向兩個極端方向開展：一種是溫度一直上升，最終使反響器急速終了；另一種是假設(shè)外擾先引起反響器溫度下降，那么溫度不斷下降，直到反響停止。不少高分子聚合過程的情況就是如此，遂于這樣的放熱反響過程，如果沒有適當(dāng)?shù)膿Q熱促使，將是一個開環(huán)不穩(wěn)定的對象?；瘜W(xué)反響過程涉及物料、能量平衡、反響動力學(xué)等，利用動態(tài)數(shù)學(xué)模型可以更好的了解這些量的物理意義。以夾套式液相反響器為例，來說明反響器鼓勵模型的建模思路。其中夾套式液相反響器裝置如圖1所示：圖1夾套式反響器1根本動態(tài)方程式〔1〕根本假設(shè)①兩側(cè)流體均呈活塞流狀流動，無軸向混合；②徑向熱傳導(dǎo)可用集中參數(shù)表示，即同一截面上各點(diǎn)溫度相同；③傳熱系數(shù)U和比熱Ca、Cb恒定不變；④管壁熱容忽略不計(jì)；⑤外部絕熱良好，即不考慮熱損失?！?〕系統(tǒng)根本方程式的建立對內(nèi)管流體A列寫微元dτ的熱量衡算式：式中：同理可得外管流體B的熱量衡算式：式中：〔3〕偏微分方程的求解：在化工過程中，有很多典型操作單元如套管式和列管式換熱器、填充式精餾塔和吸收塔、管式和固定床式反響器等都屬于分布參數(shù)對象，它們的動態(tài)方程為偏微分方程。 偏微分方程的求解方法主要有傳遞函數(shù)法、分段集總化處理方法、正交配置法和數(shù)值解法。 對于較簡單的〔自變量不大于兩個，線性定?！称⒎址匠?，一般可以通過傳遞函數(shù)法求解。①首先進(jìn)行由時間域t到復(fù)域S的拉氏變換，在TA、TB取增量形式時，初始條件為0，由式可得：②進(jìn)行由距離域τ到復(fù)域Ｐ的拉氏變換，邊界條件如下：令A(yù)P=(Φ1-Φ2)2+4a1a2，那么式(4.42)TA0對TA1、TB1的傳遞函數(shù),以及TB0對TA1、TB1的傳遞函數(shù)可以表示成矩陣的形式：2模型的簡化：有上式整理得被控對象傳函為：;2.2被控變量和控制變量的選擇1被控變量的選擇〔1〕主被控變量的選擇根據(jù)工藝過程的控制要求，主被控變量應(yīng)該能反映工藝指標(biāo)。夾套式反響器的工藝指標(biāo)主要是反響器內(nèi)溫度，利用反響器內(nèi)溫度來衡量反響物之間反映的充分情況。因此，假設(shè)要反映工藝指標(biāo)，夾套式反響器內(nèi)反響溫度必須是T-T串級控制系統(tǒng)的主被控變量?！?〕副被控變量的選擇從串級控制的特點(diǎn)可知，當(dāng)擾動進(jìn)入副回路時，副回路能迅速而強(qiáng)有力地克服它，起到超前控制作用，因此在選擇副變量時，一定要把主要擾動包括在副回路內(nèi)，并力求把盡量多的擾動包含在副回路中，以充分發(fā)揮串級控制的最大優(yōu)點(diǎn)，把對主變量影響最嚴(yán)重、最劇烈、最頻繁的擾動因素抑制到最低程度，以確保主被控變量的控制質(zhì)量。同時冷卻水溫度變化是主要擾動，包括水溫變化、水量變化等許多的擾動。因此采用夾套水溫度作為副被控變量。這樣完全符合副被控變量包括主要擾動且包含盡可能多的擾動的原那么。2控制變量的選擇控制變量是在系統(tǒng)中加以控制的變量。除去系統(tǒng)的主、副被控變量外的一切變量，這些變量有些必須加以控制。在夾套式反響器中反響溫度和夾套水溫度構(gòu)成的T-T串級控制系統(tǒng)中，冷卻水流量這一變量在系統(tǒng)中包括的擾動變量最多，因此選取冷卻水流量作為系統(tǒng)的控制變量，這樣符合系統(tǒng)的整體控制。2.3夾套式反響器的擾動變量夾套式反響器的擾動變量有進(jìn)料口反響液的流量、出料口生成液的流量、夾套中冷水的流量、冷卻水溫度變化、反響器內(nèi)壓力等多個擾動變量，其中冷卻水溫度的變化是主要擾動。這些擾動變量有可控的和不可控的。當(dāng)擾動變量作用下反響轉(zhuǎn)化率或反響生成物組分與溫度、壓力等參數(shù)之間不出現(xiàn)單值函數(shù)關(guān)系時，需要根據(jù)工況變化補(bǔ)償溫度控制系統(tǒng)的給定值?？刂葡到y(tǒng)方案確定串級控制系統(tǒng)是兩只調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是如下：〔1〕能迅速克服進(jìn)入副回路擾動的影響，對進(jìn)入副環(huán)的擾動具有較強(qiáng)的抗干擾能力；〔2〕改善除主控制器以外的廣義對象特性，使系統(tǒng)的工作頻率提高；〔3〕串級系統(tǒng)可以消除副過程的非線性特性和由于調(diào)節(jié)閥流量特性不適合而造成的對控制質(zhì)量的影響；〔4〕串級控制系統(tǒng)可以兼顧兩個變量，更精確控制操縱變量；〔5〕串級控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)靈活的控制方式，必要時可切除副調(diào)節(jié)器。根據(jù)設(shè)計(jì)題目為夾套式反響器溫度串級控制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，假設(shè)該反響器用于常態(tài)常壓反響，因此選擇控制方案為夾套式反響器反響溫度與夾套水溫度構(gòu)成的T-T串級控制方案。圖2串級系統(tǒng)控制流程圖如圖2所示；被控過程有三個熱容器：即夾套中的冷卻水、反響器壁和反響器中的物料。由于從干擾引起反響溫度下降，到調(diào)節(jié)閥動作時溫度升高，其間需要經(jīng)過三個熱容過程?？刂仆ǖ赖臅r間常數(shù)和容量滯后較大，最終使調(diào)節(jié)不及時而出現(xiàn)較大的偏差。圖中控制器用于克服干擾對夾套水溫度的影響通過穩(wěn)定夾套水溫度來及時抑制干擾對反響溫度產(chǎn)生的影響。但是控制器不能克服干擾對的影響.因而也就不能保證符合工藝要求。為此要根據(jù)反響器內(nèi)的情況，適當(dāng)改變的設(shè)定值。確定夾套水溫度能使穩(wěn)定在工藝要求的數(shù)值上，即有控制器根據(jù)與的偏差來自動改變設(shè)定值。3.1主回路的設(shè)計(jì)串級控制系統(tǒng)的主回路是一個定值控制系統(tǒng)，主回路的設(shè)計(jì)可用單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原那么進(jìn)行。因此主回路應(yīng)包括主要的質(zhì)量指標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)。因此確定了主被控變量、主控制變量及主要擾動變量就能組成主回路。由上述的主被控變量和控制變量的選擇可設(shè)計(jì)出系統(tǒng)主回路。如圖3所示；圖3串級控制系統(tǒng)主回路3.2副回路的設(shè)計(jì)副回路可看作是一種新的動態(tài)環(huán)節(jié)。副回路設(shè)計(jì)是串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個關(guān)鍵問題。從結(jié)構(gòu)上看，副回路也是一個單回路，問題的實(shí)質(zhì)在于如何從整個對象中選取一局部作為副對象，然后組成一個控制回路，即可歸納為如何選擇副參數(shù)。首先副參數(shù)的選擇應(yīng)使副回路的時間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反響靈敏；其次副回路因包含被控對象所受到主要干擾。由此可設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的副回路。如圖4所示；圖4串級控制系統(tǒng)副回路4過程檢測儀表的選型4.1測溫檢測元件及變送器1溫度檢測元件圖5熱電偶的分度規(guī)格及特性表由于主、副回路的溫度變送器的溫度范圍相差不大可以忽略，因此兩個熱電偶可以選擇相同的。假設(shè)該夾套式反響器用于普通常壓的情況下100℃條件下的反響。由此可選鎳鉻-銅鎳〔GB/T4993-1998〕的熱電極代號為EP。在溫度測量環(huán)節(jié)可用以下的一節(jié)化解來近似：式中，與測量儀表的量程有關(guān)。為溫度測量環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，單位為分，min.在實(shí)際過沉重這些參數(shù)根本不變。這里假設(shè)，主溫度儀表量程為50~150℃，副溫度儀表量程為0~500℃，測量環(huán)節(jié)的時間常數(shù)。而各儀表輸出經(jīng)歸一化后均為0~100%，因而有,?？蛇x出上述的熱電偶。在使用熱電偶時，由于冷端暴露在空氣中，受周圍環(huán)境溫度波動的影響，且距熱源較近，其溫度波動也較大，給測量帶來誤差，為了降低這一影響，通常用補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的連接導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用就是將熱電偶的冷端延長到距離熱源較遠(yuǎn)、溫度較穩(wěn)定的地方。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用如圖6所示：圖6補(bǔ)償導(dǎo)線作用用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端延長到溫度比擬穩(wěn)定的地方后，并沒有完全解決冷端溫度補(bǔ)償問題，為此還要采取進(jìn)一步的補(bǔ)償措施。具體的方法有：查表法、儀表零點(diǎn)調(diào)整法、冰浴法、補(bǔ)償電橋法以及半導(dǎo)體PN結(jié)補(bǔ)償法。2溫度變送器檢測信號要進(jìn)入控制系統(tǒng)，必須符合控制系統(tǒng)的信號標(biāo)準(zhǔn)。變送器的任務(wù)就是將檢測信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。因此，熱電偶和熱電阻的輸出信號必須經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號后，才能進(jìn)入控制系統(tǒng)，與調(diào)節(jié)器等其他儀表配合工作。如圖7所示；給出了溫度變送器的原理框圖，雖然溫度變送器有多個品種、規(guī)格，以配合不同的傳感元件和不同的量程需要，但他們的結(jié)構(gòu)根本相同。圖7溫度變送器原理方框圖圖8智能溫度變送器

本設(shè)計(jì)采用鎳鉻-銅鎳EP-II型熱電偶溫度變送器。3執(zhí)行器。圖9氣動球閥內(nèi)螺紋連接球閥及對焊連接球閥分為整體式、兩段式及三段式。閥體鑄造，結(jié)構(gòu)合理、造型美觀。閥座采用彈性密封結(jié)構(gòu)，密封可靠，啟閉輕松。可設(shè)置90°開關(guān)定位機(jī)構(gòu)，根據(jù)需要加鎖以防止誤操作。內(nèi)螺紋連接不堪閥及對焊連接球閥適用于PN1.0～4.0MPa,工作溫度-29～180℃〔密封圈為增強(qiáng)聚四氟乙烯〕或-29～300℃〔密封圈為對位聚苯〕的各種管路上，用于截?cái)嗷蚪油ü苈分械慕橘|(zhì)，選用不同的材質(zhì)，可分別適用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氨鹽水、中和水等多種介質(zhì)。假設(shè)調(diào)節(jié)閥為近似線性閥，其動態(tài)滯后忽略不計(jì)，而且式中為調(diào)節(jié)閥的流通面積，通常在一定范圍內(nèi)變化，這里假設(shè)〔即控制器的輸出變化，調(diào)節(jié)閥的相對流通面積變化〕。4調(diào)節(jié)器圖10智能溫度變送器選擇SK－808/900系列智能PID調(diào)節(jié)儀智能PID調(diào)節(jié)儀與各類傳感器、變送器配合使用，實(shí)現(xiàn)對溫度、壓力、液位、容量、力等物理量的測量顯示、智能PID調(diào)節(jié)儀并配合各種執(zhí)行器對電加熱設(shè)備和電磁、電動、氣動閥門進(jìn)行PID調(diào)節(jié)和控制、報(bào)警控制、數(shù)據(jù)采集、記錄。4.2主、副控制器正、反作用的選擇假設(shè)夾套式反響器中反響為放熱反響。那么選擇如下：〔1〕控制閥：從平安角度考慮，選擇氣關(guān)型控制閥；〔2〕副控制對象〔〕：冷卻水流量增加，夾套溫度下降，因此；〔3〕副控制器〔〕：為保證負(fù)反響，應(yīng)滿足，因此，應(yīng)選，即選用反作用控制器；〔4〕主被控對象〔〕：當(dāng)夾套溫度升高時，反響器溫度升高，因此；〔5〕主控制器〔〕：為保證負(fù)反響，應(yīng)滿足，因此，應(yīng)選，即選用反作用控制器。4.3控制系統(tǒng)方框圖圖11反響溫度與夾套水溫度串級控制系統(tǒng)方框圖如圖11所示；反響溫度與夾套溫度構(gòu)成串級控制系統(tǒng)，反響溫度為主被控變量，夾套溫度為副被控變量。反響溫度控制器的輸出作為夾套溫度控制的設(shè)定值。此溫度串級控制系統(tǒng)的具體工作過程為：當(dāng)工況穩(wěn)定時，物料的流量和溫度不變，冷卻水的壓力和溫度穩(wěn)定。反響溫度和夾套水溫度均處于相對平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥保持一定開度，也穩(wěn)定在設(shè)定值上。如果工況平衡被破壞，一方面冷卻水干擾會影響夾套水的溫度，副控制器動作，控制調(diào)節(jié)閥改變冷卻水流量，以克服其對夾套水溫度的影響。如果干擾量不大，經(jīng)過副回路的及時控制一般不會影響反響溫度。如果干擾量副職較大，副回路雖能及時矯正，但仍可能影響反響溫度，此時再通過主控制器的進(jìn)一步調(diào)節(jié)，就可以完全克服上述擾動。假設(shè)進(jìn)料干擾使反響溫度變化，通過主回路即可抑制其影響。顯然由于副回路的存在加快了控制作用，使擾動對反響溫度的影響比單回路要小。5系統(tǒng)仿真及性能分析5.1各個環(huán)節(jié)傳函及參數(shù)確定由于被控變量的選擇中可知主被控變量為反響器內(nèi)的反響溫度，副被控變量為夾套內(nèi)冷卻水的溫度。由設(shè)計(jì)可知；主擾動為進(jìn)料口進(jìn)料流量，副擾動為冷卻水流量。依據(jù)文獻(xiàn)資料可做以下假設(shè)：1〕夾套式反響器反響溫度對象，控制通道與擾動通道：，。2〕夾套冷卻水溫度對象，控制通道與擾動通道：，。3〕測量變送環(huán)節(jié)：，式中KQM與測量儀表的量程有關(guān)，T1>=0為流量測量環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，單位為分鐘，在實(shí)際過程中這些參數(shù)根本不變。4〕執(zhí)行器/控制閥：其流量特性為線性或等百分比，動態(tài)滯后可忽略不計(jì)假設(shè)值為：，，，，，，,根據(jù)夾套式反響器的工藝指標(biāo)及工藝要求，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制算法選擇PID算法。5.2控制系統(tǒng)的仿真及參數(shù)整定1控制系統(tǒng)的SIMULINK仿真得到串級控制系統(tǒng)SIMILINK仿真模型，如圖12所示；圖12夾套式反響器溫度串級控制系統(tǒng)SIMULINK模型2串級控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)Kp、積分時間Ti和微分時間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，使系統(tǒng)過渡過程到達(dá)最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。一般可以通過理論計(jì)算確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線法、臨界比例度法和響應(yīng)曲線法。1〕本次串級設(shè)計(jì)的副回路參數(shù)整定采用經(jīng)驗(yàn)法[4]步驟一：首先設(shè)定溫度控制器PID參數(shù)的初始值Kc=2，Ti=1.5min，Td=0min步驟二：再根據(jù)設(shè)定值跟蹤速度快慢，調(diào)整控制器增益Kc直至滿意?？傻玫较到y(tǒng)副回路輸出圖如圖13所示。調(diào)整后系統(tǒng)副回路輸出圖如圖14所示。圖13系統(tǒng)副回路初始輸出圖圖14系統(tǒng)副回路整定輸出圖2〕進(jìn)行主控制器的參數(shù)整定。利用MATLAB軟件進(jìn)行整定，副回路調(diào)節(jié)器不變，置主回路調(diào)節(jié)器積分時間Ti為零，微分時間Td為零，比例帶為較大值，并將系統(tǒng)投入運(yùn)行。改變調(diào)節(jié)器Kp的數(shù)值，直到系統(tǒng)出現(xiàn)4：1的衰減震蕩過程。最終整定參數(shù)如下，整定后系統(tǒng)輸出圖如圖15所示。,,,,圖15系統(tǒng)最終輸出圖5.3系統(tǒng)性能分析衰減振蕩的過渡過程是人們所希望得到的一種穩(wěn)定過程，它能使被控變量在受到干擾作用后重新趨于穩(wěn)定，并且控制速度快、回復(fù)時間短。下面將以階躍響應(yīng)曲線形式表示的質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行分析,由圖13仿真圖可得:最終穩(wěn)態(tài)值C=1，B=2.3B’=0.551、衰減比衰減比表示振蕩過程的衰減程度，是衡量過渡過程穩(wěn)定程度的動態(tài)指標(biāo)。它等于曲線中前后兩個相鄰波峰之比。2、最大動態(tài)偏差最大動態(tài)偏差指的是在單位階躍擾動下，最大振幅與最終穩(wěn)態(tài)值之和的絕對值。A=|B+C|=2.3+0.55=2.853、超調(diào)量在隨動控制系統(tǒng)中，超調(diào)量是一個反映超調(diào)情況和衡量穩(wěn)定程度的指標(biāo)。式中，C表示最終穩(wěn)態(tài)值與其初值的差4、調(diào)節(jié)時間調(diào)節(jié)時間是從過渡過程開始到結(jié)束所需的時間。過渡過程要絕對地到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)，理論上需要無限長的時間。一般認(rèn)為當(dāng)被控變量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值附近或以內(nèi)的區(qū)域，并保持在該區(qū)域內(nèi)時，過渡過程結(jié)束，此時所需要的時間為調(diào)節(jié)時間。由圖可知：調(diào)節(jié)時間為18min。QUOTE5、振蕩周期振蕩周期是指過渡過程的第一個波峰與相鄰的第二個同向波峰之間的時間間隔。T=5min6、峰值時間被控變量第一次到達(dá)最大值和最小值的時刻稱為峰值時間。7、上升時間過渡過程開始到被控變量第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值的時間成為上升時間。由此可知，串級控制系統(tǒng)能迅速的克服進(jìn)入副回路擾動的影響，對進(jìn)入副環(huán)的