過程自動(dòng)化及儀表-課程設(shè)計(jì)

1、過程自動(dòng)化及儀表課程設(shè)計(jì)在某生產(chǎn)過程中， 通過加熱爐對(duì)冷物料進(jìn)行加熱。 熱物料溫度必須滿足生產(chǎn) 工藝要求 (300 ± 2) . ，故設(shè)計(jì)如圖所示的溫度控制系統(tǒng)1. 試畫出控制系統(tǒng)的組成框圖。2. 選擇自動(dòng)化儀表給出各儀表的型號(hào)。3. 確定調(diào)節(jié)閥的氣開、 氣關(guān)形式，選擇調(diào) 節(jié)間的理想流量特性。4. 確定調(diào)節(jié)器的正，反作用和控制規(guī)律。5. 畫出系統(tǒng)接線圖。目錄前言 錯(cuò)誤 !未定義書簽1、方塊圖 錯(cuò)誤!未定義書簽2、儀表和符號(hào) 錯(cuò)誤 !未定義書簽3、確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式 錯(cuò)誤 !未定義書簽4、選擇調(diào)節(jié)閥的理想流量特性 錯(cuò)誤 !未定義書簽5、調(diào)節(jié)閥的正、反作用 錯(cuò)誤 !未定義書簽6、

2、控制規(guī)律 錯(cuò)誤 !未定義書簽前言本加熱爐溫度控制系統(tǒng)采用單回路控制方案， 即可實(shí)現(xiàn)控制要求。 在運(yùn)行過 程中，當(dāng)物料出口溫度受干擾影響改變時(shí)， 溫度檢測(cè)元件測(cè)得的模擬信號(hào)也會(huì)發(fā) 生對(duì)應(yīng)的改變， 該信號(hào)經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換后變成調(diào)節(jié)器可分析的數(shù)字信號(hào)， 進(jìn)入調(diào) 節(jié)器，將變動(dòng)后的信號(hào)再與給定相比較， 得出對(duì)應(yīng)偏差信號(hào)， 經(jīng) PID 算法計(jì)算后 輸出，通過執(zhí)行器調(diào)節(jié)燃料流量， 不斷重復(fù)以上過程， 直至物料出口溫度接近給 定，處于允許范圍內(nèi)，且達(dá)到穩(wěn)定。由此消除干擾的影響， 實(shí)現(xiàn)溫度的控制要求。工業(yè)過程的控制系統(tǒng)中輸入變量有兩類 : 控制變量和擾動(dòng)變量。其中，干擾 時(shí)客觀存在的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的因素，

3、而操縱變量是克服干擾的影響， 使控制系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行的因素?？刂茀?shù)選擇的基本原則 :1、擇對(duì)所選定的被控變量影響較大的輸入變量作為控制參數(shù) ;2、在以上前提下，選擇變化范圍較大的輸入變量作為控制參數(shù)，以便易于 控制;3、在 1 的基礎(chǔ)上選擇對(duì)被控變量作用效應(yīng)較快的輸入變量作為控制參數(shù)， 使控制系統(tǒng)響應(yīng)較快 ;綜合以上原則，本系統(tǒng)選擇燃料的流量作為控制參數(shù)。 被控參數(shù)選擇的基本原則 :1、盡量選擇能直接反應(yīng)控制目的的參數(shù)為被控參數(shù)2、選擇與控制目的有某種單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為被控參數(shù)3、所選的被控參數(shù)必須有足夠的變化靈敏度。綜合以上原則，本系統(tǒng)中選擇物料的出口溫度作為被控參數(shù)。1、方塊圖2

4、、儀表和符號(hào)總體的設(shè)計(jì)方案思路是 : 利用對(duì)燃料量的控制最終實(shí)現(xiàn)對(duì)冷物料的控制。本 次設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)對(duì)加熱爐溫度進(jìn)行控制。 系統(tǒng)由過程檢測(cè)、 變送和控制 儀表、執(zhí)行裝置等組成， 通過各種類型的儀表完成對(duì)過程變量的檢測(cè)、 變送和控 制，并經(jīng)執(zhí)行裝置作用于生產(chǎn)過程。由于被控溫度在 600 度以下，可選用熱電阻作為測(cè)溫元件并配用溫度變送器， 溫度變送器選用 STT3000智能溫度變送器。為了減少滯后，控制器選用 PID控制。 根據(jù)系統(tǒng)流程和工藝需求，選定系統(tǒng)儀表為 DDZ-III 型儀表。3、確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式對(duì)于選擇調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)形式，需要考慮到以下幾種因素 : 生產(chǎn)安全角度 : 當(dāng)

5、氣源供氣中斷，或調(diào)節(jié)閥出故障而無輸出等情況下，應(yīng) 該確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不至發(fā)生事故 ; 保證產(chǎn)品質(zhì)量 : 當(dāng)發(fā)生控制閥處于無源狀態(tài)而恢復(fù)到初始位置時(shí)，產(chǎn)品的 質(zhì)量不應(yīng)降低 ; 盡可能的降低原料、產(chǎn)品、動(dòng)力損耗 ; 從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。 故當(dāng)系統(tǒng)失氣時(shí)要保證加熱爐不工作，即沒有燃料燃燒，失氣時(shí)閥門關(guān)閉， 故采用氣開閥。4、選擇調(diào)節(jié)閥的理想流量特性對(duì)于調(diào)節(jié)閥理想流量特性的選擇在生產(chǎn)中常用的理想流量特性是線性、 對(duì)數(shù)和快開特性， 而快開特性主要用 于雙位控制及程序控制， 因此控制閥流量特性的選擇通常是指如何合理選擇線性 和對(duì)數(shù)流量特性。正確的選擇步驟是 :根據(jù)過程特性，選擇閥的工作特性 ;根據(jù)配

6、管情況，從所需的工作特性出發(fā)，推斷理想流量特性。常規(guī)控制器的控制規(guī)律是線性的，控制器參數(shù)整定后希望能適應(yīng) - 定的工作 范圍，不需要經(jīng)常調(diào)整。這就要求廣義對(duì)象是線性的，即在遇到負(fù)荷、閥前的壓 力變化或設(shè)定值變動(dòng)時(shí)， 廣義對(duì)象特性基本保持不變。 因此從自動(dòng)控制系統(tǒng)角度 看，要求控制閥工作特性的選取原則是： 使整個(gè)廣義對(duì)象具有線性特性。 由題意 知，當(dāng)熱物料溫度過高或過低是調(diào)節(jié)閥關(guān)下或開大這是一個(gè)線性的過程， 故在此 可以選擇線性流量特性。5、調(diào)節(jié)閥的正、反作用負(fù)反饋是一個(gè)過程控制系統(tǒng)正常工作的必要前提保證， 因而調(diào)節(jié)閥作用方式 的確定原則是保證反饋回路為負(fù)反饋。 溫度控制過程中， 加熱爐溫度升高

7、， 物料 溫度也升高； 為保證回路為負(fù)反饋， 各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為正， 所以調(diào)節(jié)閥 的作用方式為反作用方式。即選用氣開閥后有 Kv > 0 ，燃料流量變大時(shí)，對(duì)象增益，即 K0 > 0 ，則檢 測(cè)變送變大，即 Km > 0 ，由于 K= Kv * K0 * Km * Kc ，要保證系統(tǒng)的負(fù)反饋就 要 K > 0 ，由此得到 Kc > 0 ，故采用反作用調(diào)節(jié)閥。6、控制規(guī)律本加熱爐溫度控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單， 故采用數(shù)字 PID 算法作為系統(tǒng)的控制算法。 采用 PID 調(diào)節(jié)器組成的 PID自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)爐溫。 PID 調(diào)節(jié)器的比例調(diào)節(jié)，可 產(chǎn)生強(qiáng)大的穩(wěn)定作用 ;積分調(diào)節(jié)可消除靜差值 ;微分調(diào)節(jié)可加速過濾過程， 克服因 積分作用而引起的滯后?？刂葡到y(tǒng)通過溫度檢測(cè)元件不斷的讀取物料出口溫度， 經(jīng)過溫度變送器轉(zhuǎn)換后接入調(diào)節(jié)器， 調(diào)節(jié)器將給定溫度與測(cè)得的溫度進(jìn)行比較得 出偏差值， 然后經(jīng) PID算法給出輸出信號(hào)， 執(zhí)行器接收調(diào)節(jié)器發(fā)來的信號(hào)后， 根 據(jù)信號(hào)調(diào)