畢業(yè)設(shè)計基于單片機微控制器的可逆冷帶軋機全數(shù)字厚度閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、摘 要厚度精度是板帶材的重要質(zhì)量指標。目前隨著軋制理論、控制理論和人工智能理論的發(fā)展，以及它們在軋制過程中的應(yīng)用，使得板帶材的厚度精度指標有了很大的提高。然而，對單機架軋機采用專門的控制技術(shù)，實現(xiàn)微米級帶材精度的控制，仍是目前板厚控制領(lǐng)域研究的熱點問題之一。本文介紹了基于單片機微控制器的可逆冷帶軋機全數(shù)字厚度閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和功能特點。該系統(tǒng)具有厚度閉環(huán)監(jiān)控、壓力或缸位移內(nèi)閉環(huán)數(shù)字控制、缸位移內(nèi)環(huán)加厚控外環(huán)、厚度預(yù)控等功能;通過鋼板厚度干擾的分析比較，建立較有針對性的抗干擾數(shù)字模型，從而有效克服了來料厚度波動和軋輥偏心對帶鋼厚度的影響。通過對軸輥的壓下控制，機板帶速度控制對鋼板出口厚度進

2、行控制。文中還對液壓伺服位置系統(tǒng)被控對象進行建模和參數(shù)計算，介紹了求解魯棒控制器時用到的一些基本理論:控制系統(tǒng)的魯棒性、下線性分式變換以及H。輸出反饋控制等，然后進行液壓伺服位置系統(tǒng)H。輸出反饋控制器設(shè)計，并通過編程求出了一個性能較好的魯棒控制器。本設(shè)計采用全數(shù)字厚度閉環(huán)控制方案，具有可編程能力強，穩(wěn)定性好，成本低等有點，系統(tǒng)性能有效提高。關(guān)鍵詞冷帶軋機;自動厚度控制(AGC);全數(shù)字閉環(huán)控制;液壓伺服驅(qū)動;輸出反饋控制;自校正控制;AbstractThe absolute ethyl alcohol amount is used massivelyat present in our coun

3、try industry, and in the atmosphere, water and alcohol extraction of water and 95.57% composed dared ethanol, boiling point for 78.15 degrees Celsius, cannot use at atmospheric distillation 95.6% higher than the average of ethanol. Design a distillation process control system, used in the atmosphere

4、 separate ethanol, in order to meet the requirements of the industry.This designs primary content includes:The absolute alcohol was prepared by azeotropy rectification with industrial alcohol as material and with benzene as entrainer。the output of top tower was azeotropic mixture，the output of botto

5、m tower was anhydrous ethanol ,Benzene and ethanol for backflow ,alcohol concentration in charge the higher the better，however，its maximum value influenced by water content at azeotropy point。Sensitivity analysis results indicated that the Sensitivity of output quantity of top tower was the highest，

6、Alcohol concentration in charge the second and return benzene phasor and reflux ratio the lowest.In choosing A suitable microcontroller, amplification, sampling filter circuits keep circuit, A/D converter, D/A converter, buttons, display circuit module, alarm clock circuit, the controller is compose

7、d of circuit and control system. Based on four parameters testing and distillation of transmitter, the controller design and implementation of choice, to improve the design of the system.Key words：fractionating column；anhydrous ethanol；azeotropy rectification目 錄摘要I目錄III第一章緒論11.1板帶軋機厚度控制技術(shù)發(fā)展綜述21.2控制系

8、統(tǒng)的魯棒性概述2 1.3課題意義及主要研究內(nèi)容第二章總體設(shè)計32.1總體控制的方案論證32.2總體控制系統(tǒng)的設(shè)計9 2.3 傳感器的選擇第三章硬件電路設(shè)計173.1控制器的設(shè)計173.2單片機的選擇與設(shè)計18單片機型號的選擇18單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計203.3 I/V轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計223.4 放大電路的設(shè)計233.5濾波電路的設(shè)計243.6采樣保持電路的設(shè)計253.7 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇253.8 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇273.10報警電路的設(shè)計30第三章整體系統(tǒng)的軟件設(shè)計32第四章精餾塔控制要求及主要干擾的分析344.1精餾塔的控制要求344.2精餾塔的干擾因素特性35第五章總結(jié)37參考文獻38致

9、謝39附錄40附錄41附錄42第一章 緒 論1.1板帶軋機厚度控制技術(shù)發(fā)展綜述 板帶軋機厚度控制從軋機誕生起，直到由計算機完成各種復(fù)雜功能的控制，其發(fā)展過程是隨著對板帶材尺寸精度要求越來越高而相應(yīng)發(fā)展起來的，板帶軋機厚度控制的發(fā)展大致可分為以下幾個階段。 第一階段是本世紀30年代以前的人工操作階段。這一階段的軋機裝機水平較低，厚度控制是以手動壓下或簡單的電動壓下移動輥縫方式為主。由于當時各種檢測手段尚不完善，軋機的調(diào)整和過程的實時調(diào)節(jié)主要是憑操作人員的經(jīng)驗進行的。這一階段中，軋制理論僅在后期才剛剛開始建立，遠沒有達到應(yīng)用的程度;單回路調(diào)節(jié)的自動控制理論，尚未應(yīng)用于控制軋機這類較復(fù)雜的機器，由于

10、軋制過程是一個非常復(fù)雜的物理過程，軋制條件和狀態(tài)不斷發(fā)生變化，單憑經(jīng)驗操作很難達到較高要求，致使軋機的各項技術(shù)經(jīng)濟指標都比較低，相應(yīng)該階段的厚度控制尚未形成自動控制。第二階段是30年代到60年代的常規(guī)自動調(diào)整階段。1925年卡爾門提出了軋制力微分方程4，1950年英國人發(fā)明了軋機彈跳方程，引入軋機剛度概念，使軋制理論和技術(shù)發(fā)生了一次飛躍。軋制理論從以力學為基礎(chǔ)研究軋件變形規(guī)律，進入以力學和控制論為基礎(chǔ)的軋件與軋機互相作用變形規(guī)律統(tǒng)一研究5I。該階段中軋制理論的發(fā)展和完善為板帶軋機的厚度控制奠定了基礎(chǔ)，同時，隨著自動調(diào)節(jié)理論和技術(shù)的發(fā)展，并逐步應(yīng)用于軋制過程，使軋機的控制步入了常規(guī)模擬式調(diào)節(jié)的自

11、動控制階段。單回路的各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。主要體現(xiàn)在速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。這些自動調(diào)整系統(tǒng)的實現(xiàn)，為完善板帶軋機的厚度控制提供了先決條件。 近年來，為進一步提高冷連軋產(chǎn)品質(zhì)量，廣泛采用成品帶鋼凸度測量儀(沿帶寬多點X一射線源及矩陣式接收，以獲得沿寬度方向的厚度分布)和帶鋼激光測速儀。激光測速儀的使用為流量AGC的發(fā)展創(chuàng)造了條件。在20世紀最后的十年，世界軋鋼技術(shù)發(fā)展迅速，軋鋼生產(chǎn)實現(xiàn)了高度的自動化、連續(xù)化和高精度化55，56。由于對冷軋薄板質(zhì)量的要求越來越嚴，因此計算機控制系統(tǒng)已是冷軋不可缺少的組成部分57，58。隨著液壓控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用加上全部控制都將作用于軋輥一軋件

12、形成的變形區(qū)，因此冷軋自動控制系統(tǒng)需滿足下列兩個要求:一是高速控制，二是高速通訊。這個“二高”的特點決定了控制系統(tǒng)應(yīng)是“快速”分布式計算機控制系統(tǒng)。目前能為冷連軋機提供計算機控制系統(tǒng)的僅有6一7家大電氣公司(美國GE、德國西門子、法國ALSTOM、日本日立和三菱以及瑞典的ABB公司)159。各鋼鐵企業(yè)都加快了薄板生產(chǎn)線改造和建設(shè)的步伐。人工智能技術(shù)在軋鋼工藝中應(yīng)用，在熱軋帶鋼軋制中利用ANN與數(shù)學模型結(jié)合進行軋制力控制己經(jīng)開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。本鋼與東北大學合作，在國產(chǎn)軋機上進行軋制力預(yù)測取得了良好的效果。目前，寶鋼與東北大學合作，在2050熱帶軋機上實施ANN軋制力預(yù)測工程項目。1.2控制系統(tǒng)

13、的魯棒性概述一個反饋控制系統(tǒng)是魯棒的，或者說一個反饋控制系統(tǒng)具有魯棒性，就是指這個反饋控制系統(tǒng)在某一類特定的不確定條件下具有使穩(wěn)定性、漸進調(diào)節(jié)性和動態(tài)特性保持不變的特性，即這一反饋控制系統(tǒng)具有承受這一類不確定性影響的能力。由此可見，控制系統(tǒng)的魯棒性貫穿著穩(wěn)定性、漸進調(diào)節(jié)性和動態(tài)特性這三方面內(nèi)容，即分別有魯棒穩(wěn)定性、魯棒漸進調(diào)節(jié)和魯棒動態(tài)特性，其中魯棒漸進調(diào)節(jié)和魯棒動態(tài)特性反映了控制系統(tǒng)的魯棒性能要求。魯棒穩(wěn)定性是指在一組不確定性的作用下仍能保證反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。魯棒漸進調(diào)節(jié)是指在一組不確定性的影響下仍然可以實現(xiàn)反饋控制系統(tǒng)的漸進調(diào)節(jié)功能。魯棒動態(tài)特性通常稱為靈敏度特性，即要求動態(tài)特性不受不

14、確定性影響。從工程技術(shù)角度講，一個反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計問題就是，根據(jù)給定的控制對象模型，尋找一個控制器，以保證反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使反饋控制系統(tǒng)達到期望性能，并對模型不確定性和擾動不確定性具有魯棒性。具有魯棒性的控制系統(tǒng)稱為魯棒控制系統(tǒng)。在實際控制問題中，不確定性往往是有界的。因此，在魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計中，一般是假定不確定性在一個可能的范圍內(nèi)變化來進行控制器的設(shè)計，這就意味著設(shè)計出來的控制器在這個可能的不確定性范圍內(nèi)均能使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能保持不變。換句話說，就是確定不確定性可能變化的范圍界限，在不確定性變化的這個可能范圍內(nèi)對最壞情況進行控制系統(tǒng)設(shè)計。抓住不確定性變化的范圍界限，并在這個范圍

15、內(nèi)進行最壞情況的控制系統(tǒng)設(shè)計，這就是魯棒控制系統(tǒng)設(shè)計的基本思想。這一設(shè)計思想的基本出發(fā)點是，只要設(shè)計出來的控制系統(tǒng)在最壞情況下具有魯棒性，那么這個控制系統(tǒng)在其他情況下也一定具有1.3課題意義及主要研究內(nèi)容冷帶軋機生產(chǎn)的冷軋帶，附加值較高，是汽車、家電、食品等行業(yè)必不可少的原材料。我國冷軋帶材缺口較大，所需的精密冷軋帶鋼仍大多依賴進口。近幾年，由于國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，盡管這些產(chǎn)品的進口量逐年增加，但供需缺口仍在不斷擴大。按不完全統(tǒng)計，僅幾種典型產(chǎn)品(如邦迪管、電池殼、電阻帽、集成塊引線架、發(fā)光二極管電極、蓄電池骨架、紡織機掛鉤板、照相機快門葉片等)，所用精密超薄帶鋼(0.1一.035)的需求量就

16、在20萬噸以上，大部分依賴進口，國內(nèi)能供應(yīng)的一小部分也基本上是用進口軋機生產(chǎn)的，這些原料帶鋼，由于質(zhì)量要求高、規(guī)格繁多零亂、批量小，一般外商也不愿生產(chǎn)，故訂貨困難，價格昂貴，噸價高達萬元以上。目前引進的大型軋機的液壓控制系統(tǒng)大都采用專用控制器，國外生產(chǎn)企業(yè)也大都對其采取一定的技術(shù)保護，而且價格十分昂貴。若能在國產(chǎn)軋機上應(yīng)用電液伺服系統(tǒng)及先進的自適應(yīng)魯棒控制技術(shù)實現(xiàn)高精度厚度控制，將使國家節(jié)省外匯數(shù)億美元。目前我國已形成新建冷軋機和改造冷軋機的高潮，因此，研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軋機厚控系統(tǒng)，并應(yīng)用先進的自適應(yīng)魯棒控制策略，以保證帶材的穩(wěn)定生產(chǎn)和提高帶材的厚控精度，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，具有重大

17、的實際意義和理論價值。本文設(shè)計的內(nèi)容包括實現(xiàn)數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，控制方案的論證與選擇，及液壓伺服系統(tǒng)的分析，顯示與按鍵控制及軟件的設(shè)計。第二章 總體設(shè)計基于單片機的鋼板厚度控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)在線厚度，輥縫，軋制力，板帶速度的監(jiān)測與控制，最終實現(xiàn)鋼板厚度達到要求精度。并實現(xiàn)參數(shù)的顯示，利用按鍵實現(xiàn)系統(tǒng)控制的要求，還有越陷報警的設(shè)計，主要是軋制力超標的報警。2.1鋼板厚度控制系統(tǒng)方案的論證方案一 液壓缸位置閉環(huán)控制系統(tǒng) 為了軋出給定厚度的軋件，首先必須在軋件進入輥縫之前正確地設(shè)定空載輥縫。其次，在軋制的過程中，為了使軋出的軋件厚度均勻一致，還必須隨著軋制條件的變化及時地調(diào)整空載輥縫的大小。這

18、些都是通過正確地設(shè)定和控制液壓缸位移(位置)來實現(xiàn)的。液壓缸位置閉環(huán)的作用就是準確地控制液壓缸位移，達到設(shè)定和控制空載輥縫的目的。它是整個厚度控制的基礎(chǔ)65。液壓缸位置閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱為妙c(AutonatlciPostiionContorl)系統(tǒng)。在APC系統(tǒng)中，液壓缸活塞相對缸體的位移由位移傳感器檢測。為了消除活塞相對缸體擺動的誤差，通常在缸體上安裝位移傳感器，位移傳感器檢測出來的電壓信號，負反饋到信號輸入端，與給定電壓信號相比較，如有偏差，則通過調(diào)節(jié)器及功率放大器處理并轉(zhuǎn)換為電流信號送給電液伺服閥。伺服閥獲得電流信號后，轉(zhuǎn)換成液壓油的流量Q送給壓下油缸，再由油缸變?yōu)橹灰?，一直到反饋?/p>

19、(實測值)與給定值相等為止。這就是液壓缸位置閉環(huán)控制的調(diào)節(jié)過程。圖2一7為位置閉環(huán)控制原理圖。由于空載輥縫不僅受壓下位移的影響，而且還受軋輥的磨損、熱膨脹及偏心的影響，所以測量壓下位移還不能準確的反映空載輥縫的大小。這是壓下位置閉環(huán)的不足之處。方案二 軋制力閉環(huán)控制軋制力控制是除位置控制以外的液壓AGC系統(tǒng)的第二個基本控制閉環(huán)。當軋制壓力在允許范圍內(nèi)變化時，液壓AGC系統(tǒng)通常采用位置閉環(huán)控制方式。當軋制壓力超過允許范圍時，系統(tǒng)為了防止液壓缸過載，將切換到壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，確保液壓缸在軋制過程中不過壓。軋制壓力的波動將造成軋件出口厚度的波動，軋制力閉環(huán)控制通過連續(xù)地測量軋制過程中的軋制壓力波動夕

20、，經(jīng)調(diào)節(jié)器運算和功率放大后轉(zhuǎn)換為電流信號，控制電液伺服閥，改變液壓缸流量，使液壓缸活塞運動，保持軋制過程中軋制壓力恒定。圖2一8為軋制力閉環(huán)控制的原理圖。軋制力閉環(huán)控制可用于標定和壓力保護。標定亦稱為壓靠，是將兩輥壓靠到設(shè)定壓力時的輥縫值作為相對零點，即人工零位。預(yù)壓靠時的預(yù)壓力在己測出的軋機彈性曲線上選定，大于彈性曲線上非線性段的軋制力即可。軋制鋼板時的軋制力必須大于預(yù)壓力。壓靠過程中還可以通過調(diào)整軋輥傾斜度，使得操作側(cè)和傳動側(cè)壓力相等，完成全輥面壓靠。測厚儀監(jiān)控在軋機的出口直接用測厚儀測出厚度偏差，然后反饋調(diào)整壓下裝置，改變空載輥縫，消除厚度偏差1661。這種控制方式稱為測厚儀監(jiān)控(監(jiān)控A

21、Gc)。其原理圖如圖2一9。圖2一9厚度監(jiān)控原理圖測厚儀監(jiān)控由于存在時間滯后，難以糾正因入口厚度驟變而引起的軋后厚差。它只能糾正低頻的、緩慢的偏差。對于軋輥熱膨脹和磨損引起的變化緩慢的干擾量，彈性曲線的不完全線性，空載輥縫和軋制力的設(shè)定值不準，位移傳感器和壓力傳感器的測量誤差等因素所造成的軋后厚度偏差，采用測厚儀監(jiān)控是可以得到補償?shù)?。以上各個控制方案都存在自己的控制缺陷，基于考慮笨設(shè)計采用以上方案綜合控制的方案。即采用液壓缸位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，軋制力閉環(huán)控制，測厚儀監(jiān)控為輔，并帶有前饋控制的控制方案。2.2厚度控制系統(tǒng)總體方案液壓缸位置閉環(huán)控制系統(tǒng)由于靠改變輥縫大小控制厚度，一旦軋制力過大對機身

22、整體及液壓系統(tǒng)造成不可恢復(fù)的損害，嚴重影響系統(tǒng)的正常運行生產(chǎn)，所以當軋制力越陷時采用軋制力閉環(huán)控制系統(tǒng)進行控制。而液壓缸位置閉環(huán)控制和軋制壓力閉環(huán)控制，都不能消除軋輥磨損、熱膨脹對空載輥縫的影響以及位移傳感器和壓力傳感器本身的誤差對軋件出口厚度的影響。為了消除這些因素的影響，采用測厚儀監(jiān)控控制系統(tǒng)進行補償控制，能有效消除干擾對板厚精度的影響，并附加前饋控制系統(tǒng)，主要是消除來料厚度波動對板厚控制的影響。主要利用板帶入口處的測厚裝置檢測板厚，與設(shè)定值比較分析，控制出口厚度的波動情況。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下2.3 傳感器的選擇 2.3.1 位置傳感器 康宇公司生產(chǎn)的磁致伸縮傳感器是應(yīng)用磁致伸縮原理研制而成的

23、，達到計量級精度的新一代精確測量位移，液位的傳感器，磁尺輸出時真正的絕對數(shù)值，不需要定期重新標定和維護，測量中無須重歸回零位。因其優(yōu)點，已在國內(nèi)工控領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。 KYCM系列磁致伸縮位移傳感器廣泛應(yīng)用在伺服液壓油缸，汽輪機氣阻閥門，伺服氣缸活塞，水輪機導(dǎo)葉開度等位移量檢測與控制和很多要求機械定位和位移檢測精度高的設(shè)備上。該產(chǎn)品不但可以測量運動物體的直線位移，而且還可直接給出運動物體速度快慢的模擬信號。靈活的供電方式和多種可選的模擬信號輸出，可應(yīng)用在各種閉環(huán)控制系統(tǒng)中，與各種控制器連接，性價比高。良好的環(huán)境適應(yīng)性，可靠性和穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用在替代電阻式位移傳感器，LVDT等傳感器作

24、為位移測量之用。 工作原理如下： 傳感器主要由波導(dǎo)絲，測桿。電子艙和套在測桿上的非接觸磁環(huán)或浮球組成，結(jié)構(gòu)如圖一所示。當傳感器工作室，電子倉內(nèi)的電子電路產(chǎn)生一起始脈沖，此起始脈沖沿磁致伸縮線已恒速輸出，同時產(chǎn)生一個沿波導(dǎo)絲跟隨脈沖前進的旋轉(zhuǎn)磁場，當該磁場與定位裝置中的永久磁場相遇時，產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，是波導(dǎo)絲發(fā)生扭動。這一扭動唄安裝在電子倉內(nèi)的拾能機構(gòu)感知并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的終止脈沖，通過計算起始脈沖與相應(yīng)終止脈沖之間的時間差t1，t2，即可精確測量位移量，波形如圖二所示。技術(shù)指標、性能指標、結(jié)構(gòu)材質(zhì)技術(shù)參數(shù)輸出方式：電流：420mA.供電電壓+24V 電壓：05V、010V.+24V （-5+5）

25、V、（-10+10）V.V可測量物理量：12個位置有效量程：805000mm（剛性結(jié)構(gòu)和防腐結(jié)構(gòu)） 400014000mm（柔性結(jié)構(gòu)）負載特性：電壓輸出時最大負載電流2mA 電流輸出時最大負載電阻600工作電流：90mA（隨量程的變化而增加）工作溫度：T1:0+70，T2:-25+80存儲溫度：-40+100測桿耐壓：34MPa性能指標非線性誤差：0.05%F.S.重復(fù)性誤差：0.01%F.S.分辨率：16位D/A轉(zhuǎn)換遲滯：0.02%F.S.溫度影響：0.01%F.S./零點、滿度調(diào)整范圍：測量范圍的20%更新時間：0.25ms結(jié)構(gòu)特性測桿材質(zhì)：不銹鋼304,316電子倉外殼材質(zhì)：鋁，不銹鋼電

26、子倉結(jié)構(gòu)：A型，B型，C型安裝接口:螺紋連接出現(xiàn)方式：直接電纜線，航空插頭，接線端子防護等級：IP65防爆標志：Exd BT5(隔爆型)2.3.2壓力傳感器美國Schaevitz公司引入了P981-01XX介質(zhì)隔離的壓力變送器。P981該系列的壓力變送器是專門為軋鋼機、軋鋁機類型軋制機設(shè)備遭遇惡劣環(huán)境而設(shè)計的?；诹餍械腜980雙線4-20mA補償系列，P981-01XX提供其它型號壓力變送器所具備的獨特性能。軋制機系列提供900Hz的超快反應(yīng)頻率，同時保持了小于0.20%滿量程輸出的精確度。P981-010XX包括內(nèi)置的瞬變抑制器，以消除線路瞬變電壓的效果，同時EMC符合CE標準。壓力變送器

27、同時配備了整體的壓力限制器，基本消除了瞬間高壓力損壞產(chǎn)品的可能性。所有美國Schaevitz公司的高壓變送器包括了一個專利設(shè)計的抗疲勞壓力傳遞膜片，提高了長期可靠性，減少了由于長期加壓導(dǎo)致的性能下降。性能特點2線，4-20mA輸出瞬變抑制器可防止瞬間高電壓內(nèi)置壓力限制器1/2英寸BSP外壓力接頭7/16英寸20 UNF BSP外壓力接頭帶孔螺釘可消除系統(tǒng)中的氣體帶有“O”型密封圈槽的壓力接頭提供極性反向保護高過載和穿透能力通過CE認證技術(shù)指標類 型： 表壓，絕壓量 程：0100，250，500，1000，2500，5000，10000（Psi）或0250350700BAR精 確 度：0.018

28、%輸 出：420mA供電電源：1036VDC工作溫度：補償：-2080；工作：-40100 電氣連接：電纜、接插件螺紋接口：1/4NPT，1/4BSP，7/16-20UNF特 點： 具有高過載，抗沖擊，抗震動能力。CE認證，反向極性保護典型應(yīng)用： 鋼、鋁軋制廠美國Schaevitz公司推出的P981系列壓力傳感器、壓力變送器，同其系列的還有P9073,P9083,P791,P793,P1281,P1283,P1400,P1451,P1461,P1500,P1561,P1583,P1571,P1600,P1683,P1671,P2181系列的壓力傳感器，壓力變送器。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在軋鋼機廠，軋鋁機

29、廠。2.3.3側(cè)厚傳感器 35mm電渦流傳感器技數(shù)參數(shù)供電電源與輸出選擇 電源電壓 - 24V 電源電壓 15 輸出 -2-18v 輸出 -5+5 輸出 0+5V 輸出 +1V+5V工作頻率范圍： 05KHz（-1.5dB）測量范圍： 20mm線性度 .5靈敏度精度： 4%工作溫度范圍： -20150靈敏度： 0.8V/mm2.3.4速度傳感器2.4執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器作為整個厚度控制系統(tǒng)的動作系統(tǒng)，其產(chǎn)品參數(shù)直接關(guān)系到生產(chǎn)狀況，液壓伺服系統(tǒng)控制框圖如下2.4.1電液伺服閥CSDY1 CSDY2電液伺服閥是目前國際電液伺服閥中的最新產(chǎn)品。采用干式力矩馬達，整體焊接，射流管為先導(dǎo)級，主滑閥作功放，

30、是一種高性能力反饋兩級方向、流量控制閥。它接受微小電信號并轉(zhuǎn)換為液壓功率放大，輸出流量大小與控制電信號大小成比例。工作原理高壓油Ps一路通過濾油器進入射流管噴嘴，另一路進入閥芯和閥套組成的通路。當無信號電流時，閥處于零位，無流量輸出。當有控制信號電流輸入時，使射流管噴嘴偏轉(zhuǎn)（設(shè)順時針），接受器左腔壓力上升，右腔壓力下降，閥芯在壓差作用下右移，其油路Ps-A-1負載-2-C-P。閥芯右移時，反饋力矩反饋到射流管組件，使接受器兩腔差趨于零，閥芯有一微小位移，輸出穩(wěn)定流量。若控制信號電流反向，伺服閥則輸出反向流量。其特點如下：（1） 結(jié)構(gòu)牢固。可抗級振動、級顛振和400g加速度攻擊；（2）零位穩(wěn)定優(yōu)

31、于雙噴嘴擋板型閥，安全可靠；（3）分辨率極高；（4）抗污染能力極強，可使用NAS1638的7-8級油液；（5）壽命長，使用次數(shù)可達107次（約5000小時）；（6）控制精度高。適用于遍及各個領(lǐng)域中的高精度電液伺服系統(tǒng)。如：造船工業(yè)、航天工業(yè)、航空工業(yè)、重工業(yè)、輕、紡工業(yè)，以及農(nóng)業(yè)機械液壓伺服系統(tǒng)。主要技術(shù)指標1.型號 CSDY1-2、4、8、10、15、20、30、40 （CSDY2-60、80、100、120）2.額定電流 8mA3.線圈電阻 10001004.絕緣電阻 50M5.額定壓力 206105Pa6.使用壓力 （20309）105Pa7.額定流量 2、4、8、10、15、20、30

32、、40L/min (CSDY2型：60、80、100、120）8.滯環(huán) 3%9.線性度 7.5%10.對稱度 10%11.靜耗流量 0.45+3%Qn12.壓力增益 30%Ps/1%i13.分辨率 0.25%14.零偏 2%15.種類零漂指標 2%16.頻率特性 (-3db)70Hz(-90角)90Hz17.溫度范圍 -40C+85C18.工作液粘度 10-100cst19.系統(tǒng)過濾精度 1020u使用注意事項1、伺服閥安裝前應(yīng)先裝上隨帶附件：沖洗板。啟泵運行不少于8H，工作液清潔度應(yīng)達到NAS7級。2、伺服閥進口前應(yīng)安裝精度為10-20m的油濾。3、每年定期取樣檢查，更換濾芯及工作液。4、伺

33、服閥在未供壓情況下，應(yīng)盡量避免通入交變信號。5、伺服閥的安裝座應(yīng)有足夠剛度，其安裝表面粗糙度不低于Ra1.6m，表面平面度不大于0.03m。6、用戶在使用過程中，發(fā)現(xiàn)油污染，只能拆伺服閥濾油器組件，清洗或更換。7、使用中發(fā)生故障應(yīng)返廠修理，用戶不應(yīng)自行分解。2.4.2液壓油缸C25、D25系列高壓重型液壓缸本系列適用于各種工業(yè)部門中，如冶金、礦產(chǎn)、起重、運輸、船舶、鍛壓、鑄造、機床、煤炭、石油、化工、科研軍工等。主要技術(shù)性能最大工作壓力：P=25MPa(礦物油) P=25MPa（水-乙二醇）靜態(tài)試驗壓力：Ps=37.5MPa(礦物油)Ps=30MPa（水-乙二醇）介質(zhì)工作溫度范圍：-20 +介

34、質(zhì)粘度范圍：運動粘度 2.8-380mm2/s (1cst=1mm2/s)最高運行速度：0.5m/液壓缸全長公差： 0-500允許偏差1.5mm501-1250允許偏差2mm1251-3150允許偏差3mm3151-8000允許偏差5mm第三章 硬件電路設(shè)計3.1控制器的設(shè)計通過前面的論證，我們選擇了基于單片機的PID溫度控制系統(tǒng)來控制精餾塔內(nèi)部的溫度。在選擇了適合的單片機，配以放大濾波電路，采樣保持電路，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，按鍵模塊，顯示電路，時鐘電路，報警電路等組成整個控制系統(tǒng)。系統(tǒng)原理框圖如圖3.1所示。放大濾波采樣保持A/D轉(zhuǎn)換輸出控制制D/A轉(zhuǎn)換 單 片 機顯示電路按鍵模塊電

35、 源驅(qū)動電路報警電路時鐘電路Rom擴展多路模擬開關(guān)圖3.1 控制器總體設(shè)計框圖由系統(tǒng)原理框圖可以看出，基于單片機的精餾無水乙醇溫度控制系統(tǒng)的工作原理為：首先，通過傳感器將各個測量信號檢測出來送到多路模擬開關(guān)，經(jīng)過模擬開關(guān)的選擇，將信號進行放大濾波和采樣保持，經(jīng)電橋電路變換成微弱的電壓信號，在精密放大電路中完成調(diào)零及放大信號的功能，以滿足A/D電路的要求，然后經(jīng)A/D電路送到單片機。單片機對接收到的信號與設(shè)定信號進行比較，采用模糊控制的方法，輸出一個控制量，經(jīng)D/A變換后控制執(zhí)行閥以實現(xiàn)對溫度的連續(xù)控制。當設(shè)置溫度低于滿足要求值時，單片機輸出一個開關(guān)量信號，使蒸汽量增大提高爐內(nèi)溫度，當溫度過高時

36、，單片機輸出一個開關(guān)量信號，增大循環(huán)冷卻回流量。同時用LED顯示當前溫度。當進入穩(wěn)定狀態(tài)后，電路發(fā)出提示信號。3.2單片機的選擇與設(shè)計3.2.1單片機型號的選擇本系統(tǒng)的設(shè)計是基于單片機的溫度控制系統(tǒng)，因此單片機的選擇很重要，在本次設(shè)計中，為達到數(shù)據(jù)傳輸和信息通訊選用AT89S52單片機。AT89S52單片機的引腳圖如3.2所示。圖3.2 AT89C52單片機的引腳Vss(20腳)：接+5V電源地端。VCC（40腳）：接+5V電源正端。XTAL1（19腳）：接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該端引腳必須接地；對于CHMOS單片機，此引腳

37、作為驅(qū)動端。XTAL2（18腳）： 接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需采用外部時鐘電路，對于HMOS單片機，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對于CHMOS單片機，此引腳應(yīng)懸浮。RESET（9腳）：單片機剛接上電源時，其內(nèi)部各寄存器處于隨機狀態(tài)，在該腳輸入24個時鐘周期寬度以上的高電平將使單片機復(fù)位（RESET）。（29腳）： 在訪問片外程序存儲器時，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號。CPU在向片外存儲器取指令期間，PSEN信號在12個時鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效PSEN信號不出現(xiàn)。PSEN端同樣可驅(qū)動8個L

38、STTL負載。我們根據(jù)PSEN、ALE和XTAL2輸出端是否有信號輸出，可以判別89S52是否在工作。ALE/（30腳）：在訪問片外程序存儲器時，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號。CPU在向片外存儲器取指令期間，PSEN信號在12個時鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效PSEN信號不出現(xiàn)。PSEN端同樣可驅(qū)動8個LSTTL負載。我們根據(jù)PSEN、ALE和XTAL2輸出端是否有信號輸出，可以判別89S52是否在工作。EA/VPP（31腳）：當EA端輸入高電平時，CPU從片內(nèi)程序存儲器地址0000H單元開始執(zhí)行程序。當?shù)刂烦?KB時，將自動執(zhí)行片外程序存儲器的程序。當EA

39、輸入低電平時，CPU僅訪問片外程序存儲器。在對89S52EPROM編程時，此引腳用于施加編程電壓VPP。P0口（32-39腳）：P0.0-P0.7統(tǒng)稱P0口，P0.7為最高位，P0口的8條引腳可使用于兩種不同的情況，在不接片外存儲器與不擴展I/O接口時，可作為準雙向口，用于傳輸用戶輸入輸出的數(shù)據(jù)，在接有片外存儲器或擴展I/O接口時，在CPU訪問外部存儲器時先傳輸片外存儲器低8位地址，后傳送CPU對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)，此時P0口為地址/數(shù)據(jù)分時復(fù)用。P1口（1-8腳）：P1.0-P1.7統(tǒng)稱P1口，P1.7為最高位，可作為準雙向I/O接口使用，對于MCS-52子系列單片機，P1.0與P1.1還

40、有第二功能，P1.0可作為定時器/計數(shù)器2的計數(shù)脈沖輸入端T2，P1.1可作為定時器/計數(shù)器2的外部控制端T2EX。P2口（21-28腳）：P2.0-P2.7統(tǒng)稱P2口，P2.7為最高位。這組因腳也具有兩種功能，一種是可作為準雙向I/O口使用。此時同上述兩個口的第一功能，另一種功能與P0口配合，在接有片外存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過256B時，P2口用于傳輸片外存儲器高8位。P3口（10-17腳）：P3.0-P3.7統(tǒng)稱P3口。除作為準雙向I/O接口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能下的輸入輸出或第二功能。P3口的第二功能如表3.1所示。綜

41、上所述，89S52單片機的引腳具有以下特點：單片機功能多但引腳少，I/O接口線不是全部用于用戶的I/O接口線，許多引腳都具有雙重功能。這種雙重功能的設(shè)置為單片機實現(xiàn)系統(tǒng)擴展奠定了基礎(chǔ)。這也是在精餾塔溫度控制系統(tǒng)設(shè)計中選用它的主要原因。引腳第2功能功能代號作 用P3.0RXD串行接口輸入端P3.1TXD串行接口輸出端P3.2INT0外部中斷0請求輸入端，低電平有效P3.3INT1外部中斷1請求輸入端，低電平有效P3.4T0定時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端P3.5T1定時器/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端P3.6WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端，低電平有效P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端，低電平

42、有效表3.1 P3口第2功能3.2.2單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計單片機最小系統(tǒng)“最小”就是指一個單片機能開始獨立工作所需的最基本的外部電路連接。具體是指VCC腳接電源，GND接地，接好時鐘電路，連上復(fù)位電路。具體設(shè)計電路如圖3.3（已包含按鍵電路和顯示電路）。1.時鐘電路AT89S52內(nèi)部有一個高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘發(fā)生器。本設(shè)計選用外接晶體諧振器，C1和C2約為30pF。C1、C2對頻率有微調(diào)作用，振蕩頻率范圍是1.212MH

43、z。為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定可靠地工作，諧振器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近。內(nèi)部時鐘發(fā)生器實質(zhì)上是一個二分頻的觸發(fā)器，其輸出是單片機工作所需的時鐘信號。2.復(fù)位電路單片機的復(fù)位電路都是靠外部復(fù)位電路來實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機就能實現(xiàn)復(fù)位。為了保證系統(tǒng)可靠復(fù)位，在設(shè)計復(fù)位電路時，一般使RESET引腳保持10ms以上的高電平，單片機便可以可靠地復(fù)位。當RESET從高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，單片機從0000H地址開始執(zhí)行。圖3.3 單片機最小系統(tǒng)3.按鍵電路在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，為了控制其運行狀態(tài)，需要向系統(tǒng)輸

44、入一些命令或數(shù)據(jù)，因此應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)有鍵盤，這些鍵包括數(shù)字鍵、功能鍵和組合控制鍵等。這些按鍵或鍵盤都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)的。但是，這些開關(guān)絕不僅僅是簡單的電平輸入。圖3.3中采用的是獨立式按鍵結(jié)構(gòu)中斷方式，通常按鍵輸入都采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O口線有確定的高電平。當I/O口內(nèi)部有上拉電阻時，外電路可以不配置上拉電阻。4.顯示電路在圖3.3中，數(shù)碼管驅(qū)動部分采用CH451典型電路連接方式，8個200電路為數(shù)碼管的限流電阻，防止因電流過大造成數(shù)碼管過熱而燒壞，CH451通過P1口與單片機進行連接。這里使用的是4為數(shù)碼管。3.3 I/V轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計變送器被廣

45、泛地應(yīng)用于檢測及過程控制系統(tǒng)中，變送器實質(zhì)上說一種能輸出標準信號的傳感器。在進行信號轉(zhuǎn)換時，為了保證一定的轉(zhuǎn)換精度和較大的適應(yīng)范圍，要求I/V轉(zhuǎn)換器有低的輸入阻抗及輸出阻抗。有時輸出信號為電流信號420mA，在進行放大前，需要把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，這時需設(shè)計I/V轉(zhuǎn)換電路，具體電路圖如圖2.7所示。由節(jié)點方程可知：故有若取R=200，R1=18K，R5=43K，Rf=7.14K，調(diào)整電位器RP，使Uf=7.53V，則當is=420mA時，可求得u0=05V。圖2.7 420mA/05V轉(zhuǎn)換電路3.4 放大電路的設(shè)計放大電路設(shè)計如圖2.8所示。它是三運放高共模抑制比放大電路。它由三個集成運算

46、放大器組成，其中N1、N2為兩個性能一致的同相輸入通用集成運算放大器，構(gòu)成平衡對稱差動放大輸入級，N3構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級，用來進一步抑制N1、N2的共模信號，并適應(yīng)接地負載的需要。由輸入級電路可寫出流過R1、R0和R2的電流IR為由此得出由此得出圖2.8 放大電路3.5濾波電路的設(shè)計目前在一般的測控系統(tǒng)中，RC濾波電路，特別是由各種形式一階與二階有源電路構(gòu)成的濾波器應(yīng)用最為廣泛。他們結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，也易于集成化。對于把傳感器的信號放大后，需要進行濾波，電路如圖2.9。圖2.9 任意增益反相一階有源RC低通濾波電路圖2.9是具有一定增益的反相一階有源RC濾波器，由于運放輸入端沒有共

47、模電壓作用，因此應(yīng)用更為普遍。參數(shù)為：增益固有頻率3.6采樣保持電路的設(shè)計采樣保持電路簡稱S/H；它用在模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的一種電路，作用是采集模擬輸入電壓在某一時刻的瞬時值，并在模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換期間保持輸出電壓不變，以供模數(shù)轉(zhuǎn)換。通過分析比較，選用AD582作為采樣保持器，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2.10。圖2.10 AD582實用電路圖圖2.11 AD582引腳圖3.7 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換電路是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前向通道中一個重要的環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集是在模擬信號源中采集信號，并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送計算機的過程。在前向通道中，被測物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，而每一種傳感器都有與之配套

48、的接口電路，接口電路再將這一點信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)用來完成多路模擬信號的切換，信號調(diào)節(jié)則是將信號轉(zhuǎn)換成滿足A/D轉(zhuǎn)換器需要的電平信號。為了減少動態(tài)數(shù)據(jù)采集的孔徑誤差，需要加入采樣/保持電路。因此，數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計不僅僅限于是單純A/D轉(zhuǎn)換芯片的接口設(shè)計，還必須綜合考慮傳感器到CPU的全過程。通過分析，A/D轉(zhuǎn)換器選用常用的ADC0809，ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。1.ADC0809的主要特性(1)8路輸入通道，8位AD轉(zhuǎn)換器，即分

49、辨率為8位。 (2)具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?(3)轉(zhuǎn)換時間為100s。(4)單個5V電源供電。(5)模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準。 (6)工作溫度范圍為-4085攝氏度。(7)低功耗，約15mW。2.內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型DA轉(zhuǎn)換器、逐次逼近。3.ADC0809的工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，

50、EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。圖2.12 ADC0809與AT89S52的連接3.8 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇傳感器輸出的信號多為模擬信號，在以微型計算機為核心組成的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)中，必須將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，為此要使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器。相反，經(jīng)過計算機處理后的信號常需要反饋給模擬執(zhí)行機構(gòu)等，因此還需要數(shù)模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號。因此，D/A轉(zhuǎn)換電路是微型計算機與輸入輸出裝置之間的接口，是數(shù)字化測控系統(tǒng)中的重要組成部分。經(jīng)過分析，本控制系統(tǒng)選用DAC0

51、832作為D/A轉(zhuǎn)換器。DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。DAC0832的主要特性參數(shù)為分辨率為8位；電流穩(wěn)定時間1us；可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；只需在滿量程下調(diào)整其線性度；單一電源供電（+5V+15V）；低功耗，200mW。根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。圖2.13 DAC0832與A

52、T89S52的連接圖3.9報警電路的設(shè)計蜂鳴電路310多路模擬開關(guān)模擬開關(guān)是通過數(shù)字量來控制傳輸門（ TG ）的接通和斷開以傳輸數(shù)字信號或模擬信號的開關(guān)。它具有功耗低、速度快、體積小、無機械觸點及使用壽命長等優(yōu)點，因此在一定程度上可以用來代替繼電器。它的缺點是導(dǎo)通電阻不夠?。◣资翈装贇W），斷開時仍有泄露電流（約 0.1 uA），且通過的電流一般為毫安級。第三章 整體系統(tǒng)的軟件設(shè)計讀取A/D數(shù)據(jù)將A/D數(shù)據(jù)的二進制轉(zhuǎn)化為十進制判斷A/D數(shù)據(jù)是否大于某一值控制塔頂回流量增大Y判斷A/D是否小于某一值N再沸器蒸汽增大YN調(diào)用顯示子程序開始（初始化端口并定義宏變量）結(jié)束系統(tǒng)程序框圖如圖3.1所示。系

53、統(tǒng)程序如附錄2所示。圖3.1 系統(tǒng)主程序流程框圖第四章 精餾塔控制要求及主要干擾的分析4.1精餾塔的控制要求為例保證精餾生產(chǎn)過程安全、高效地連續(xù)進行，精餾塔自動控制系統(tǒng)應(yīng)當滿足一下幾方面的要求：1.保證產(chǎn)品質(zhì)量對于正常工作的精餾塔，應(yīng)當使塔頂或塔底產(chǎn)品中的一個產(chǎn)品達到規(guī)定的純度；另一端產(chǎn)品的成分亦應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。為此，應(yīng)以塔頂或塔底一種產(chǎn)品的純度作為質(zhì)量參數(shù)進行控制，這樣的控制系統(tǒng)成為質(zhì)量控制系統(tǒng)。質(zhì)量控制需要能直接測出產(chǎn)品成分的分析儀表。由于目前還不能生產(chǎn)出測量滯后小、精度等級高、能在線檢測的分析儀表，所以在大多數(shù)情況下，精餾塔自動控制系統(tǒng)是通過溫度控制來間接實現(xiàn)生產(chǎn)過程的產(chǎn)品質(zhì)量控制

54、。即用溫度控制系統(tǒng)代替質(zhì)量控制系統(tǒng)。2.保證平穩(wěn)生產(chǎn)為了保證精餾塔的平穩(wěn)運行，應(yīng)設(shè)法預(yù)先克服原料進塔之前的主要可控干擾，同時盡可能減緩不可控的擾動?？赏ㄟ^進料的溫度控制、加熱劑和冷卻劑的壓力控制、進料量的均勻控制系統(tǒng)等，使精餾塔的進料參數(shù)保值穩(wěn)定或避免其劇烈波動。為了維持塔的物料平衡，還要控制塔頂和塔底產(chǎn)品采出量，使二者之和等于精料量，兩個之和等于進料量，兩個采出量變化要緩慢，以保證精餾塔平穩(wěn)運行；精餾塔內(nèi)的儲液量應(yīng)保持著限定的范圍內(nèi)?？刂扑?nèi)壓力穩(wěn)定也是精餾塔平穩(wěn)運行所必需的。3.滿足約束條件為了保證精餾的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)過程的正常進行，必需滿足一些參數(shù)的極限值所限定的約束條件。例如對塔內(nèi)氣體

55、流速的上下限限制，流速過高易產(chǎn)生液泛，流速過低會降低塔板效率，尤其對工作范圍較窄的篩板塔和乳化塔的流速必須嚴格限制。通過測量和控制塔底與塔頂間的壓差，間接實現(xiàn)塔內(nèi)氣體流速的檢測與控制。精餾塔本身還有最高壓力限制，當塔內(nèi)壓力超過其耐壓極限時，容器的安全就沒有保障。4.節(jié)能要求和經(jīng)濟性精餾過程消耗的能量主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻能量消耗。另外，塔和附屬設(shè)備及管道也要散失一部分能量。精餾塔的操作情況必須從整個經(jīng)濟收益來衡量。在精餾操作中，質(zhì)量指標、產(chǎn)品回收率和能量消耗是要控制的目標。其中質(zhì)量指標是必要條件，在優(yōu)先保證質(zhì)量指標的前提下，應(yīng)使產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，能量消耗盡可能低一些。4.2精餾塔的干擾因素特性精 餾 塔精餾 冷凝水再沸器塔底產(chǎn)品Qw進料F，ZF，TF，QF冷卻介質(zhì)回流QL塔頂產(chǎn)品QD加熱蒸氣圖4