精餾塔溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 過程控制系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目： 精餾塔溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院（系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化093 學(xué) 號(hào)： 090302074 學(xué)生姓名： 楊昌寶 指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間： 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)090302074學(xué)生姓名楊昌寶專業(yè)班級(jí)093課程設(shè)計(jì)（論文）題目精餾塔溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能在精餾塔的精餾過程中，由蒸汽加熱塔釜底部留出液體，變?yōu)檎羝c進(jìn)料逆向流動(dòng)進(jìn)行熱交換，其間需要控制提餾段的溫度恒定。液體進(jìn)料量是隨上游產(chǎn)量變化，波動(dòng)較大；

2、試設(shè)計(jì)精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)，采用適合的控制算法，輸入設(shè)定溫度值，并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、確定控制方案并繪制P&ID圖、系統(tǒng)框圖；2、選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號(hào)和參數(shù)；3、確定控制器的控制規(guī)律以及控制器正反作用方式；4、若設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字控制系統(tǒng)，應(yīng)給出系統(tǒng)硬件電氣連接圖及程序流程圖；5、在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件仿真，并給出仿真結(jié)果；6、按規(guī)定的書寫格式，撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份；設(shè)計(jì)說明書應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)測(cè)量范圍：01000；控制溫度：6505； 最大偏差：10。進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。（2天，分散完成）2

3、、確定系統(tǒng)的控制方案，繪制P&ID圖、系統(tǒng)框圖。（1天，實(shí)驗(yàn)室完成）3、選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號(hào)和參數(shù)。（2天，分散完成）4、確定控制器的控制規(guī)律、控制器正反作用方式以及保證系統(tǒng)無余差。（實(shí)驗(yàn)室1天）5、仿真分析或?qū)嶒?yàn)測(cè)試、答辯。（3天，實(shí)驗(yàn)室完成）6、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1天，分散完成）指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算摘 要隨著石油化工的迅速發(fā)展，精餾操作的應(yīng)用越來越廣，分流物料的組分越來越多，分離的產(chǎn)品純度越來越高。采用提餾段溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)，它能夠

4、較直接地反映提餾段產(chǎn)品的情況。將提餾段溫度恒定后，就能較好地確保塔底產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到規(guī)定值。所以，在以塔底采出為主要產(chǎn)品、對(duì)塔釜成分要求比對(duì)餾出液高時(shí)，常采用提餾段溫度控制方案。由于精餾塔操作受物料平衡和能量平衡的制約，鑒于單回路控制系統(tǒng)無法滿足精餾塔這一復(fù)雜的、綜合性的控制要求，設(shè)計(jì)了基于串級(jí)控制的精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)。精餾塔的大多數(shù)前饋信號(hào)采用進(jìn)料量。當(dāng)進(jìn)料量來自上一工序時(shí)，除了多塔組成的塔系中可采用均勻控制或串級(jí)均勻控制外，還有用于克服進(jìn)料擾動(dòng)影響的控制方法前饋反饋控制。前饋控制是一種預(yù)測(cè)控制，通過對(duì)系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)的了解，預(yù)測(cè)出下一階段系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。如果與參考值有偏差，那么就提前給

5、出控制信號(hào)，使干擾獲得補(bǔ)償，穩(wěn)定輸出，消除誤差。前饋的缺點(diǎn)是在使用時(shí)需要對(duì)系統(tǒng)有精確的了解，只有了解了系統(tǒng)模型才能有針對(duì)性的給出預(yù)測(cè)補(bǔ)償。但在實(shí)際工程中，并不是所有的干擾都是可測(cè)的，并不是所有的對(duì)象都是可得到精確模型的，而且大多數(shù)控制對(duì)象在運(yùn)行的同時(shí)自身的結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化。所以僅用前饋并不能達(dá)到良好的控制品質(zhì)。這時(shí)就需要加入反饋，反饋的特點(diǎn)是根據(jù)偏差來決定控制輸入，不管對(duì)象的模型如何，也不管外界的干擾如何，只要有偏差，就根據(jù)偏差進(jìn)行糾正，可以有效的消除穩(wěn)態(tài)誤差。解決前饋不能控制的不可測(cè)干擾。 前饋反饋綜合控制在結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)后，可以提高系統(tǒng)響應(yīng)速度關(guān)鍵詞：提餾段 溫度 前饋-反饋 串級(jí)控制目

6、錄第1章 緒 論1第2章 控制方案22.1 概述22.2系統(tǒng)組成的總體結(jié)構(gòu)2第3章 系統(tǒng)儀表選擇73.1 檢測(cè)變送器的原理73.1.1 溫度變送器的選擇73.1.2 流量變送器的選擇83.1.3 液位變送器的選擇93.2 執(zhí)行器的選擇103.3 調(diào)節(jié)器的選擇103.4 調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器、檢測(cè)變送器的選型11第4章 系統(tǒng)仿真134.1串級(jí)控制系統(tǒng)matlab仿真分析134.2液位控制系統(tǒng)仿真分析14第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié)16參考文獻(xiàn)17第一章 緒論精餾操作是煉油、化工生產(chǎn)過程中的一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。精餾塔的控制直接影響到工廠的產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和能量的消耗，因此精餾塔的自動(dòng)控制長(zhǎng)期以來一直受到人們的高度

7、重視。精餾塔是一個(gè)多輸入多輸出的對(duì)象，它由很多級(jí)塔板組成，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，對(duì)控制要求又大多較高。這些都給自動(dòng)控制帶來一定的困難。同時(shí)各塔工藝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有千差萬別，這需要深入分析特性，結(jié)合具體塔的特點(diǎn)，進(jìn)行自動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)和研究。精餾塔的控制最終目標(biāo)是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使總收益最大。在這個(gè)情況為了更好實(shí)現(xiàn)精餾的目標(biāo)就有了提餾段溫度控制系統(tǒng)的產(chǎn)生。按提餾段指標(biāo)的控制方案：當(dāng)塔釜液為主要產(chǎn)品時(shí)，常常按提餾段指標(biāo)控制。如果是液相進(jìn)料，也常采用這類方案。這是因?yàn)樵谝何幌噙M(jìn)料時(shí)，進(jìn)料量的變化，首先影響到塔底產(chǎn)品濃度，塔頂或精餾段塔板上的溫度不能很好地反映濃度的變化，所以采用提

8、餾段控制溫度比較及時(shí)。另外如果對(duì)釜底出料的成分要求高于塔頂出料，塔頂或精餾段板上溫度不能很好反映組分變化和實(shí)際操作回流比大于幾倍最小回流比時(shí)，可采用提餾段控制。提餾段溫度是衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接指標(biāo)，而以改變?cè)俜衅骷訜崃孔鳛榭厥侄蔚姆桨?，就是提餾段溫控。第2章 課程設(shè)計(jì)的方案2.1概述本次設(shè)計(jì)主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)，能夠較全面地鞏固和應(yīng)用過程控制系統(tǒng)課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。應(yīng)用場(chǎng)合: 主要使用于精餾塔提餾段溫度控制對(duì)塔底產(chǎn)品成分的要求比對(duì)塔頂產(chǎn)品成分的要求嚴(yán)格全部為液相進(jìn)料塔頂或精餾段溫度不能很好的反應(yīng)組成的變

9、化，即組成變化時(shí)，精餾段塔板溫度變化不顯著，或進(jìn)料含比塔頂產(chǎn)品更輕的影響溫度和成分關(guān)系的輕雜質(zhì)。采用回流控制時(shí)，回流量較大，它的微小變化對(duì)產(chǎn)品成分影響不顯著，而變化較大又會(huì)影響精餾塔平穩(wěn)操作的場(chǎng)合。系統(tǒng)功能介紹: 影響精餾塔溫度不穩(wěn)定的因素主要是來自外界來的干擾（如進(jìn)料流量，溫度及成分等的變化對(duì)溫度的影響）。一般情況下精餾塔塔釜的溫度，我們是通過控制精餾塔釜內(nèi)靈敏板的溫度來控制的。靈敏板是當(dāng)外界條件或負(fù)荷改變時(shí)精餾塔內(nèi)溫度變化最靈敏的一塊塔板。以往調(diào)節(jié)只是采用靈敏板溫度調(diào)節(jié)器單一回路調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)反應(yīng)慢，時(shí)間滯后，對(duì)精餾操作而言，產(chǎn)品的純度很難保證。精餾塔是一個(gè)多輸入多輸出的對(duì)象，它由很多級(jí)塔板組

10、成，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，對(duì)控制要求大多較高。精餾塔的控制最終目標(biāo)是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使總收益最大。在這個(gè)情況為了更好實(shí)現(xiàn)精餾的目標(biāo)就有了提餾段溫度控制系統(tǒng)的產(chǎn)生。 2.2.系統(tǒng)組成的總體結(jié)構(gòu)精餾塔的控制目標(biāo)應(yīng)是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，使塔的總收益（利潤(rùn)）最大或成本最小。具體對(duì)一個(gè)精餾塔來說，需從四個(gè)方面考慮，設(shè)置必要的控制系統(tǒng)。（1）產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)控制 塔頂或塔底產(chǎn)品之一合乎規(guī)定的分離純度，另一端產(chǎn)品成分應(yīng)維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。在某些特定的條件下也有要求塔頂和塔底產(chǎn)品均保證一定純度的要求。（2）產(chǎn)品產(chǎn)量符合物料平衡原則，塔頂、塔底的平均采出量應(yīng)等于平均進(jìn)料量，而且

11、這兩個(gè)采出量的變動(dòng)應(yīng)該比較緩和，以維持塔的正常平穩(wěn)操作，以及上下工序的協(xié)調(diào)工作。為此，必須對(duì)冷凝液罐（回流罐）和塔釜液位進(jìn)行控制，使其介于規(guī)定的上、下限之間。（3）能量平衡控制 應(yīng)使精餾塔的輸入、輸出能量維持平衡，使塔的操作壓力維持穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)性。（4）約束條件控制為保證精餾塔正常而安全穩(wěn)定地運(yùn)行，必須使某些操作限制在約束條件之內(nèi)。常用的精餾塔限制條件有氣相速度限、最小相速度限、操作壓力限和臨界溫差限等。所謂氣相速度限，即塔內(nèi)氣相上升速度過高時(shí)，霧沫夾帶十分嚴(yán)重，實(shí)際上液相將從下面塔板倒流到上面塔板，產(chǎn)生泛液，破壞正常操作。最小相速度限，精餾塔上升蒸汽速度的最小限值。當(dāng)上升蒸汽速度過低

12、時(shí)，上升蒸汽不能托起上層的液相，造成漏液，使板效率下降，精餾操作不能正常進(jìn)行。 操作壓力限，每個(gè)精餾塔都存在著一個(gè)最大操作壓力限，精餾塔的操作壓力過大，影響塔內(nèi)的氣液平衡，超過這個(gè)壓力，塔的安全就沒有保障。 臨界溫差限主要是指再沸器兩側(cè)的溫差限度，當(dāng)這一溫差低于臨界溫差時(shí)，給熱系數(shù)會(huì)急劇下降，傳熱量會(huì)隨之下降，將不能保證塔的正常傳熱的需要。2.2.1控制方案的選擇由于精餾塔是以復(fù)雜控制系統(tǒng)，根據(jù)不同的控制要求，控制方案多種多樣。方案一： 提餾段前饋反饋控制其P&ID圖如下圖所示：圖2.1提餾段前饋反饋控制 精餾塔提餾段溫度為主被控變量、再沸器蒸汽流量為副被控變量的串級(jí)控制系統(tǒng)和進(jìn)料量為前饋信號(hào)

13、組成的相乘型前饋反饋控制系統(tǒng)。從前饋原理角度看，反饋信號(hào)來自提餾段溫度，前饋信號(hào)來自進(jìn)料流量，反饋信號(hào)和前饋信號(hào)進(jìn)行相乘運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果作為再沸器加熱蒸汽流量控制器的設(shè)定。從比值控制原理角度看，進(jìn)料流量與加熱蒸汽量應(yīng)保持一定比值關(guān)系，當(dāng)提餾段溫度有偏差時(shí)應(yīng)調(diào)整該比值。在前饋-反饋控制回路中，根據(jù)安全運(yùn)行準(zhǔn)則，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，蒸汽閥門應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，所以選擇閥門1為氣開閥，所以。根據(jù)工藝條件確定副被控對(duì)象的特性。閥打開，蒸汽量增加，可確定。根據(jù)負(fù)反饋準(zhǔn)則，選反作用控制器，即：。蒸汽量增加，提餾段溫度升高，。根據(jù)負(fù)反饋準(zhǔn)則，選反作用控制器，即。副控制器是反作用，主控制器從串級(jí)切換到主控時(shí)，主控制器

14、的作用方式不變。前饋-反饋控制部分的結(jié)構(gòu)框圖如圖下圖所示圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖方案二： 如下圖所示在蒸汽輸入端引入串級(jí)控制系統(tǒng)，在塔釜出料端引入選擇性控制系統(tǒng)。其P&ID圖如下圖所示 圖2.3 精餾塔提餾段復(fù)雜控制系統(tǒng)蒸汽輸入端串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)就是兩只調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來工作，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)控制回路，主回路和副回路。副回路由副變量檢測(cè)變送、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥和副過程構(gòu)成；主回路由主變量檢測(cè)變送、主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、副過程和主過程構(gòu)成。一次擾動(dòng)：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。二次擾動(dòng)：作用在副被控過程上的，即包括

15、在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。為了提高精餾效率和保證產(chǎn)品純度，我們采用靈敏板溫度調(diào)節(jié)器與再沸器加熱蒸汽流量調(diào)節(jié)器串級(jí)控制系統(tǒng)來對(duì)靈敏板溫度進(jìn)行控制。其中靈敏板溫度調(diào)節(jié)器是主調(diào)節(jié)器，再沸器加熱蒸汽流量調(diào)節(jié)器是副調(diào)節(jié)器，對(duì)映的主被控變量為提餾段溫度，副被控變量為蒸汽流量。串級(jí)控制部分的結(jié)構(gòu)框圖如圖下圖所示 圖2.4 串級(jí)控制部分結(jié)構(gòu)框圖在串級(jí)控制回路中，根據(jù)安全運(yùn)行準(zhǔn)則，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，蒸汽閥門應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，所以選擇閥門1為氣開閥，所以。 根據(jù)工藝條件確定副被控對(duì)象的特性。閥打開，蒸汽量增加，可確定。 根據(jù)負(fù)反饋準(zhǔn)則，選反作用控制器，即：。蒸汽量增加，提餾段溫度升高，。 根據(jù)負(fù)反饋準(zhǔn)則，選反作用控制器

16、，即。副控制器是反作用，主控制器從串級(jí)切換到主控時(shí)，主控制器的作用方式不變。通過實(shí)際改造和使用，串級(jí)控制系統(tǒng)增加副控制回路，是控制系統(tǒng)性能得到改善，表現(xiàn)在下列方面。1、抗干擾性強(qiáng)。由于主回路的存在，進(jìn)入副回路的干擾影響大為減小。同時(shí)，由于串級(jí)控制系統(tǒng)增加了一個(gè)副回路，具有主、副兩個(gè)調(diào)節(jié)器，大大提高了調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)，從而也就提高了對(duì)干擾的克服能力，尤其對(duì)于進(jìn)入副回路的干擾。表現(xiàn)更為突出。2、及時(shí)性好。串級(jí)控制對(duì)克服容量滯后大的對(duì)象特別有效。3、適應(yīng)能力強(qiáng)。串級(jí)控制系統(tǒng)就其主回路來看，它是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，但其副回路對(duì)主調(diào)節(jié)器來說，卻是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)對(duì)象操作條件和負(fù)荷的變化情

17、況不斷糾正副調(diào)節(jié)器的給定值，以適應(yīng)操作條件和負(fù)荷的變化。4、能夠更精確控制操縱變量的流量。當(dāng)副被控變量是流量時(shí)，未引入流量副回路，控制閥的回差、閥前壓力的波動(dòng)都會(huì)影響到操縱變量的流量，使它不能與主控制器輸出信號(hào)保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。采用串級(jí)控制系統(tǒng)后，引入流量副回路，使流量測(cè)量值與主控制器輸出一一對(duì)應(yīng)，從而能夠更精確控制操縱變量的流量。通過采用串級(jí)控制系統(tǒng)，塔釜溫度控制更加平穩(wěn)，產(chǎn)品純度很高，隨著控制系統(tǒng)軟件和硬件的不斷發(fā)展和完善，計(jì)算機(jī)集散型控制系統(tǒng)的應(yīng)用和普及，精餾塔的分離質(zhì)量將會(huì)越來越好，分離精度也將會(huì)越來越高。第3章 系統(tǒng)儀表選擇3.1 檢測(cè)變送器的原理檢測(cè)變送環(huán)節(jié)的作用是將工業(yè)生產(chǎn)過程

18、的參數(shù)（流量、壓力、溫度、物位、成分等）經(jīng)檢測(cè)、變送單元轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。在模擬儀表中，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通常采用4-20mA,1-5V,0-10mA電流或電壓信號(hào)，20-100kPa氣壓信號(hào)；在現(xiàn)場(chǎng)總線儀表中，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為數(shù)字信號(hào)。圖3-1為檢測(cè)變送環(huán)節(jié)的工作原理 圖3.1 檢測(cè)變送環(huán)節(jié)工作原理圖 檢測(cè)元件和變送器的基本要求是準(zhǔn)確、迅速和可靠。準(zhǔn)確指檢測(cè)元件和變送器能正確反映被控或被測(cè)變量，誤差應(yīng)??；迅速指能及時(shí)反映被控或被測(cè)變量的變化；可靠是檢測(cè)元件和變送器的基本要求，它應(yīng)能在環(huán)境工況下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。3.1.1 溫度變送器的選擇一、溫度變送器介紹 SBWR系列熱電偶溫度變送器是DDZ-S系列儀表中的現(xiàn)場(chǎng)

19、安裝式溫度變送器單元。它采用二線制傳送方式（兩根導(dǎo)線作為電源輸入，信號(hào)輸出的公用傳輸線）。將熱電偶信號(hào)變換成與輸入信號(hào)或與溫度信號(hào)成線性的420mA的輸出信號(hào)。 變送器可以安裝于熱電偶的接線盒內(nèi)與之形成一體化結(jié)構(gòu)。它作為新一代測(cè)溫儀表可廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、電力、輕工、紡織、食品、國(guó)防以及科研等工業(yè)部門。二、特點(diǎn) 1采用硅橡膠密封結(jié)構(gòu)，因此耐震，耐濕，適合在惡劣現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中安裝使用。 2現(xiàn)場(chǎng)安裝于熱電偶的接線盒內(nèi)，直接輸出420mA，這樣既省去昂貴的補(bǔ)償導(dǎo)線費(fèi)用，又提高了信號(hào)長(zhǎng)距離傳送過程中的抗干擾能力。 3變送器具有輸入端開路指示功能，熱電偶溫度變送器具有冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能。 4精度高

20、、功耗低、使用環(huán)境溫度范圍寬，工作穩(wěn)定可靠。 5應(yīng)用面廣，既可與熱電偶形成一體化現(xiàn)場(chǎng)安裝結(jié)構(gòu)，也可作為功能模塊安裝在檢測(cè)設(shè)備中。 6智能型溫度變送器可使用帶HART協(xié)議的通訊設(shè)備、一臺(tái)PC機(jī)，設(shè)置變送器的型號(hào)、分度號(hào)及被測(cè)溫度的量程范圍。 7數(shù)顯型溫度變送器可按用戶實(shí)際需要調(diào)整變送器顯示屏的顯示方向。三、主要技術(shù)指標(biāo)輸入：熱電偶 K型、E型、B型、S型、T型、J型、N型輸出：在量程范圍內(nèi)輸出420mA直流信號(hào)。與熱電偶輸入的毫伏信號(hào)成線性；或與溫度信號(hào)成線性。 隔離溫度變送器，輸入與輸出相隔離，隔離電壓為0.5KV增加抗共模干擾能力，更適合計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)使用?；菊`差：*0.5FS傳送方式：二線制

21、顯示方式：（數(shù)顯型）LCD四位顯示，熱電偶開路時(shí)顯示E標(biāo)志且輸出大于20mA。工作電源：變送器工作電源電壓最低12V，最高35V，額定工作電壓24V。負(fù) 載：極限負(fù)載電阻按下式計(jì)算：RL(max)=50(Vmin-12)（即24V時(shí)，負(fù)載電阻可在0600范圍內(nèi)選擇用）額定負(fù)載250。正常工作環(huán)境：a）環(huán)境溫度250C800C（常規(guī)型）250C700C（數(shù)顯型）b）相對(duì)濕度595c）機(jī)械振動(dòng)f50Hz，振幅 0.15mmd）周圍空氣中不含有對(duì)鉻、鎳鍍層、有色金屬及其它合金起腐蝕作用的介質(zhì)。環(huán)境溫度影響：0.05/10C3.1.2 流量變送器的選擇本系統(tǒng)選擇電磁流量計(jì)TI046D，法拉第電磁感應(yīng)定

22、律指出，導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。在電磁儀表中，流動(dòng)介質(zhì)相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。與流速成比例的感應(yīng)電壓用兩個(gè)測(cè)量電極檢出并傳送到放大器。流體體積根據(jù)管道直徑進(jìn)行計(jì)算，恒定磁場(chǎng)由交變極性的開關(guān)直流電流產(chǎn)生。工作原理如圖3.2所示 圖3.2 電磁流量計(jì)的測(cè)量原理Ue = B L vQ = A vUe = 感應(yīng)電壓B = 磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁場(chǎng)）L = 電極間距V = 流速Q(mào) = 體積流量A = 管道截面積I = 電流強(qiáng)度該流量計(jì)電源為3-30V的直流電，測(cè)量范圍0.01 10 m / s，輸出可選擇電流輸出或脈沖輸出。在本系統(tǒng)中選擇電流輸出，其大小為4 - 20 mA。3.1.3 液位變送器的選擇本系

23、統(tǒng)選擇YSB型液位變送器，YSB型液位變送器分一體式液位變送器和分體式液位變送器，采用24V直流供電，具有420mADC兩線制或15VDC三線制標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。它采用先進(jìn)的壓阻式硅傳感器，具有體積小，重量輕，安裝、調(diào)試和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛試用于：油田、煤油廠、化工廠、水處理廠、水庫(kù)油井、油罐、水箱、水罐、水處理池、供水池、配水池等無腐蝕性、腐蝕性靜態(tài)、動(dòng)態(tài)液體的液位測(cè)量和控制。壓阻式硅傳感器，其敏感部件是由沉積硅制成的惠斯登電橋，橋路電阻沉積在基片上，由于二者材料特性相同，所以漂移極小，非常穩(wěn)定，且使用激光刻蝕的電阻實(shí)現(xiàn)070范圍內(nèi)的整體溫度補(bǔ)償功能并進(jìn)行校準(zhǔn)，無需外部電阻。3.2 執(zhí)行器的選

24、擇 執(zhí)行器位于控制回路的最終端，因此，又稱為最終元件。執(zhí)行器直接與被控介質(zhì)接觸，在高低溫、高壓、腐蝕性、粉塵和爆炸性環(huán)境運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行器的選擇尤為重要?？刂破鞯膭?dòng)作是由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)通過各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，在由電信號(hào)作為控制信號(hào)的控制系統(tǒng)中，目前廣泛使用的是以下三種控制方式：1 按動(dòng)力來源分，有氣動(dòng)和電動(dòng)兩大類；2 按動(dòng)作極性分，有正作用和反作用兩大類；3 按動(dòng)作特性分，有比例和積分兩大類。本系統(tǒng)采用智能直行程電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來對(duì)控制回路的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的型號(hào)為QSVP-16K。具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性強(qiáng)、操作方便等

25、優(yōu)點(diǎn)。電源為單相220V，控制信號(hào)為4-20mA或1-5VDC，輸出為4-20mADC的閥位信號(hào)，使用和校正非常方便。3.3 調(diào)節(jié)器的選擇調(diào)節(jié)器是系統(tǒng)的大腦和指揮中心，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心所在，輸入信號(hào)進(jìn)入調(diào)節(jié)器，并且按照調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，即進(jìn)行大腦的信號(hào)處理，運(yùn)算處理的結(jié)果作為輸出信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，完成指揮控制系統(tǒng)的任務(wù)。本系統(tǒng)選擇DDZ-型PID調(diào)節(jié)器。DDZ-型儀表采用了集成電路和安全火花型防爆結(jié)構(gòu)，提高了儀表精度、儀表可靠性和安全性，適應(yīng)了大型工業(yè)生產(chǎn)的防爆要求。DDZ-型儀表具有以下主要特點(diǎn)：（1）采用國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）推薦的統(tǒng)一信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)傳輸信號(hào)為DC 4-

26、20mA，控制室聯(lián)絡(luò)信號(hào)為DC 1-5V，信號(hào)電流與電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250。（2）廣泛采用集成電路，儀表的電路簡(jiǎn)化、精度提高、可靠性提高、維修工作量減少。（3）整套儀表可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)。DDZ-型儀表室按國(guó)家防爆規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而且增加了安全柵，實(shí)現(xiàn)了控制室與危險(xiǎn)場(chǎng)所之間的能量限制于隔離，使儀表能在危險(xiǎn)的場(chǎng)所中使用。DTZ-2400 DDZ-型PID調(diào)節(jié)器的接線端子圖如圖3.3,主要由輸入電路、給定電路、PID運(yùn)算電路、手動(dòng)與自動(dòng)切換電路、輸出電路和指示電路組成。調(diào)節(jié)器接收變送器送來的測(cè)量信號(hào)(DC 4-20mA或DC 1-5V），在輸入電路中與給定信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)，然后在P

27、D與PI電路中進(jìn)行PID運(yùn)算，最后由輸出電路轉(zhuǎn)換為4-20mA直流電流輸出。圖3.3 DTZ-2400 DDZ-型PID調(diào)節(jié)器的接線端子圖 DTZ-2400儀表技術(shù)參數(shù):1、輸入信號(hào)： 15V.DC2、內(nèi)給定信號(hào)：15V.DC3、外給定信號(hào)：420mA.DC4、調(diào)節(jié)作用： 比例+積分+微分；比例帶：2500%； 積分時(shí)間：0.012.5分；微分時(shí)間：0.0410分（可切除）5、輸入、給定指示表： 指示范圍：0100%；誤差：1%6、輸出指示表：指示范圍：0100%；誤差：25%7、輸出信號(hào)：420mA.DC3.4 調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器、檢測(cè)變送器的選型調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、變送器的控制信號(hào)均采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)信

28、號(hào)制，即420mA直流電流和15V直流電壓。信號(hào)電流和電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250。表3.4 器件選型調(diào)節(jié)器溫度傳感器液位傳感器流量變送器DTZ-2400 DDZ-型PID調(diào)節(jié)器SBWR-2260 K 熱電偶溫度變送器YSB型液位變送器電磁流量計(jì)TI 046D第4章 系統(tǒng)仿真4.1串級(jí)控制系統(tǒng)matlab仿真分析 圖4.1串行控制系統(tǒng)圖 圖4.2串行控制系統(tǒng)仿真圖 圖4.3 圖4.4這里Kc=10 ，Ti=1，D=0采用PID控制器，有仿真圖可看出隨著P的增大，系統(tǒng)穩(wěn)定性增強(qiáng)，振蕩幅度降低。 4.2液位控制系統(tǒng)仿真分析圖4.5 圖4.6 圖4.7圖4.8第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié)在為期一個(gè)多星期的課程設(shè)計(jì)中

29、，遇到過很多很多的問題，但我通過很多有效地途徑，例如上網(wǎng)查相關(guān)資料，問身邊的同學(xué)與朋友，或者請(qǐng)教本專業(yè)的老師，都得到了解決。在設(shè)計(jì)過程中，從拿到題目，方案的設(shè)計(jì)到方案的確定，都經(jīng)過了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎?，回路的設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)器的正反作用的確定，被控參數(shù)的選擇，使系統(tǒng)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的。通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)過程控制系統(tǒng)在工業(yè)中的運(yùn)用有了深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、思路有一定的了解與認(rèn)識(shí)。我學(xué)到了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟，拓展了知識(shí)面，了解了工業(yè)工程中控制系統(tǒng)起到的重要作用。與此同時(shí)，在團(tuán)隊(duì)的協(xié)作中使我們?cè)谂c人共事之中學(xué)會(huì)交流學(xué)會(huì)合作。參考文獻(xiàn)1何衍慶，黎冰，黃海燕工業(yè)生產(chǎn)過程控制化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

30、2司士輝過程控制M工業(yè)出版社，20033彭軍過程控制技術(shù)M西安電子科技大學(xué)出版社，20034陳杰，黃鴻過程控制技術(shù)M北京：高等教育出版社，20035胡乾斌，李光斌，李玲MTALAB原理與應(yīng)用M華中科技大學(xué)出版社，20026潘立登. 過程控制, 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 20087樓然苗，李光飛MTALAB設(shè)計(jì)實(shí)例M北京航空航天大學(xué)出版社，20038朱定華，戴汝平單片微機(jī)原理與應(yīng)用M清華大學(xué)出版社，20039盧麗君.基于TLC1543 的單片機(jī)多路采樣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.儀器儀表與分析監(jiān)測(cè)，2007,(04):5-7.10張青春.基于單片機(jī)的酒精濃度氣體檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).哈淮陰工學(xué)院碩士學(xué)位論文.2010：20-2511胡華.石油控制理論 D.杭州:浙江大學(xué),2008.