過程控制系統(tǒng)課設(shè)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告 6 月 20 日至 6 月 26 日共 1 周 指導(dǎo)教師(簽字) 目錄摘要1前言2內(nèi)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(shè)計(jì)要求4第二章 干燥器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案42.1 蒸汽壓力波動(dòng)是主要干擾42.2 冷水流量波動(dòng)是主要干擾62.3 冷水流量和蒸汽壓力均波動(dòng)明顯7 2.4 冷水流量、蒸汽壓力以及進(jìn)料壓力波動(dòng)均為主要干擾82.5儀表的選型以及結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)說明92.6感想與體會(huì)132.7參考文獻(xiàn)13摘要本次課程設(shè)計(jì)通過一個(gè)干燥器溫度控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，旨在讓學(xué)生將過程控制與檢測技術(shù)這門課程的精髓學(xué)以致用。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)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(chǎn)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(fù)雜過程控制系統(tǒng)，本課程設(shè)計(jì)中就用到串級控制，前饋控制等復(fù)雜控制過程。關(guān)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(zhì)生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈，產(chǎn)品的質(zhì)量和功能也向更高的檔次發(fā)展，制造產(chǎn)品的工藝過程變得越來越復(fù)雜，為滿足優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗，以及安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境等要求，做為工業(yè)自動(dòng)化重要分支的過程控制的任務(wù)也愈來愈繁重。 &

5、#160;在現(xiàn)代工業(yè)控制中, 過程控制技術(shù)是一歷史較為久遠(yuǎn)的分支。過程控制系統(tǒng) 在本世紀(jì)30 年代就已有應(yīng)用。過程控制技術(shù)發(fā)展至今天, 在控制方式上經(jīng)歷了從人工控制到自動(dòng)控制兩個(gè)發(fā)展時(shí)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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)：以智能控制理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為主要手段，對企業(yè)的經(jīng)營、計(jì)劃、調(diào)度、管理和控制全面綜合，實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)庫到產(chǎn)品出廠的自動(dòng)化、整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)信息管理的最優(yōu)化。  第一章 干燥器溫度控制系

6、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式來干燥物料。夾套內(nèi)通入的是經(jīng)列管式加熱器加熱后的熱水，而加熱介質(zhì)采用的是飽和蒸汽。為了提高干燥速度，應(yīng)有較高的干燥溫度，但過高會(huì)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(jìn)行嚴(yán)格控制。 二、設(shè)計(jì)要求 燥器的流程示意圖1.2 設(shè)計(jì)要求分別針對以下情況： 蒸汽壓力波動(dòng)是主要干擾； 冷水流量波動(dòng)是主要干擾； 冷水流量和蒸汽壓力均波動(dòng)明顯； 冷水流量、蒸汽壓力以及進(jìn)料壓力波動(dòng)均為主要干擾。有以下要求：1、確定控制方案，說明理論依據(jù)，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(diào)節(jié)器正反作用，

7、闡述系統(tǒng)工作過程。4、對設(shè)計(jì)中用到的儀表的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)進(jìn)行說明。第二章 干燥器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1蒸汽壓力波動(dòng)是主要干擾1）控制方案、理論依據(jù)系統(tǒng)應(yīng)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(shí)選擇蒸汽壓力作為副變量。一旦蒸汽壓力有所波動(dòng)，引起蒸汽流量變化，馬上由副回路可以及時(shí)得到克服，以減少或消除蒸汽壓力波動(dòng)對主變量的影響，提高控制質(zhì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)為主的工藝流程圖蒸汽壓力波動(dòng)為主的

8、系統(tǒng)原理方框圖3）調(diào)節(jié)器正反作用的確定，系統(tǒng)工作過程概述 控制閥應(yīng)選擇氣開式，這樣一旦氣源中斷，馬上關(guān)閉蒸汽閥門，以防止干燥器內(nèi)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(shí)，都需要關(guān)小控制閥，所以主控制器TC應(yīng)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(yīng)為“反”作用。 2.2 冷水流量波動(dòng)是主要干擾1) 控制方案、理論依據(jù)如果冷水流量波動(dòng)是主要干擾，應(yīng)采用干燥溫度與冷水流量的串級控制系統(tǒng)。這時(shí)選擇冷水流量作為副變量，以及時(shí)克服冷水流量波動(dòng)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(dòng)

9、是主要干擾的工藝流程圖冷水流量波動(dòng)是主要干擾的系統(tǒng)原理方框圖3）調(diào)節(jié)器正反作用的確定，系統(tǒng)工作過程概述控制閥應(yīng)選擇氣關(guān)式，這樣一旦氣源中斷時(shí)，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(shí)，需要關(guān)小控制閥；而干燥溫度增加時(shí)，需要打開控制閥。主、副被控變量增加時(shí)，對控制閥的動(dòng)作方向不一致，所以主控制器TC應(yīng)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(yīng)選“正”作用。 2.3冷水流量和蒸汽壓力均波動(dòng)明顯1) 控制方案、理論依據(jù)如果冷水流量與蒸汽壓力都經(jīng)常波動(dòng)，由于它們都會(huì)影響加熱器的熱水出口溫度，所以這時(shí)可選用干燥溫度與熱水溫度的

10、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(gè)系統(tǒng)中，蒸汽流量與冷水流量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(gòu)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(dòng)明顯的工藝流程圖冷水流量和蒸汽壓力均波動(dòng)明顯的系統(tǒng)原理方框圖3）調(diào)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(yīng)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(shí)，都要求關(guān)小蒸汽閥，所以主控制器（干燥溫度控制器）應(yīng)選用“反”作用。由于蒸汽流量增加時(shí)，熱水溫度是升高的，副對象特性為“+”，控制

11、閥為氣開式，為“+”，故副控制器（熱水溫度控制器）應(yīng)選“反”作用。 2.4 冷水流量、蒸汽壓力以及進(jìn)料壓力波動(dòng)均為主要干擾1)控制方案、理論依據(jù)構(gòu)成溫度溫度串級系統(tǒng)，冷水流量單獨(dú)設(shè)計(jì)流量單回路系統(tǒng) 理由：當(dāng)被控變量為干燥器出口溫度時(shí)，不宜選冷水流量做操縱變量，故單獨(dú)設(shè)計(jì)流量單回路系統(tǒng)抑制冷水流量波動(dòng)。 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(shí)間常數(shù)和純滯后，故選擇換熱器出口溫度為副變量，構(gòu)成串級系統(tǒng)，利用副回路減小等效時(shí)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(dòng)這一主要干擾包含在副回路中, 利用副回路的快速有

12、效克服干擾作用抑制蒸汽壓力波動(dòng)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 冷水流量、蒸汽壓力以及進(jìn)料壓力波動(dòng)均為主要干擾系統(tǒng)圖冷水流量、蒸汽壓力以及進(jìn)料壓力波動(dòng)均為主要干擾系統(tǒng)原理方框圖3）調(diào)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(yīng)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(shí)，都需要關(guān)小調(diào)節(jié)閥，所以控制器應(yīng)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(yīng)為“反”作用。2.5儀表的選型及其結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)說明根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，此次設(shè)計(jì)選用DDZ-III型儀表，具體選擇如下： 1） 測溫

13、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，而且無需進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償，使用更加方便，故選用熱電阻（雙金屬）溫度計(jì)。特點(diǎn)：雙金屬溫度計(jì)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(chǎn)過程中的-80+500范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)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(dǎo)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?zé)犭娕寂浜鲜褂茫蓪囟刃盘柧€性地轉(zhuǎn)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(diǎn)是采用非線性負(fù)反饋回路來實(shí)現(xiàn)線性變化。這個(gè)特

14、殊的性質(zhì)反饋回路能按照熱電偶溫度毫伏信號間的非線性關(guān)系調(diào)整反饋電壓，以保證輸入溫度t與整機(jī)輸出或間的線性關(guān)系。 熱電偶溫度變送器零點(diǎn)調(diào)整、量程調(diào)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(bǔ)償電路；同時(shí)把調(diào)零電位器移動(dòng)到了反饋回路的支路上；在反饋回路中增加了運(yùn)算放大器等組成的線性化電路起線性化作用。2）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。 調(diào)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(yīng)用執(zhí)行器的前提條件。確定調(diào)節(jié)

15、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)閥的體積流量即流通能力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。3）調(diào)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(shí)，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(diào)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

16、器的輸入信號為15V的測量信號。設(shè)定信號有內(nèi)設(shè)定和外設(shè)定兩種。內(nèi)設(shè)定信號為15V，外設(shè)定信號為420mA。測量信號和設(shè)定信號通過輸入電路進(jìn)行減法運(yùn)算，輸出偏差到比例積分微分電路進(jìn)行比例積分微分運(yùn)算后，由輸出電路轉(zhuǎn)換為420mA信號輸出。手動(dòng)電路和保持電路附于比例積分微分電路之中，手動(dòng)電路可實(shí)現(xiàn)軟手動(dòng)和硬手動(dòng)兩種操作，當(dāng)處于軟手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，用手指按下軟手動(dòng)操作鍵，使控制器輸出積分式上升或下降，當(dāng)手指離開操作鍵時(shí)，控制器的輸出值保持在手指離開前瞬間的數(shù)值上，當(dāng)控制器處于硬手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，移動(dòng)硬手動(dòng)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(dòng)，就保持這一數(shù)值不變。由于有保持電路，使自動(dòng)與軟

17、手動(dòng)相互切換，硬手動(dòng)只能切換到軟手動(dòng)，都是無平衡無擾動(dòng)切換，只有軟手動(dòng)和自動(dòng)切換到硬手動(dòng)需要事先平衡才能實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。如果是全刻度指示控制器，測量信號的指示電路和設(shè)定信號的指示電路分別把15V電壓信號轉(zhuǎn)化為15mA電流信號用雙針指示器分別指示測量信號和設(shè)定信號。當(dāng)控制器出現(xiàn)故障需要把控制器從殼體中取出檢查時(shí)，可以把便攜式手動(dòng)操作器插入手動(dòng)操作插孔，以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作。感想與體會(huì)回顧此次過程控制工程課程設(shè)計(jì)，我選的課題是干燥器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以說學(xué)到了很多很多的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且了解了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過本次干燥器系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)，我基本上掌握了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并且過程控制與檢測技術(shù)更深入的的了解，進(jìn)一步加強(qiáng)了自己對控制系統(tǒng)在生產(chǎn)實(shí)際中的運(yùn)用原理及過