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课程设计过程控制工程
目录
1设计概述及总体方案1
1.1压力控制系统1
1.2压力控制系统的组成与工作原理2
2压力控制系统的具体设计4
2.1控制方案的选择4
2.1.1被控变量的选择4
2.1.2操纵变量的选择4
2.2仪表的选型4
2.2.17BN1562压力变送器5
2.2.2HR-WP-XTD/D415调节器5
2.2.3DFC3DFC-Ⅲ型伺服放大器6
2.2.4DFD-05型电动操作器7
2.2.5DKJ-3100角行程电动执行机构8
2.3仪表清单9
总结10
参考文献11
气罐小型装置压力控制系统设计
1设计概述及总体方案
1.1压力控制系统
所谓压力控制系统就是利用管道或容器中的介质压力作为被控制量,从而保证输出一个恒定的气压的反馈控制系统。
目前生产中应用的压力控制系统,主要以传统的PID控制算法为主。
压力控制系统(pressurecontrolsystems)以气体或液体管道或容器中的压力作为被控制量的反馈控制系统。
在许多生产过程中,保持恒定的压力或一定的真空度常是正常生产的必要条件。
很多化学反应需要在恒压下进行,为保持流量不变也常需要控制主压力源的压力恒定。
根据不同应用场合,压力控制可采用不同的方式。
当控制性能要求不高时,可采用比较简单的控制装置,如压力调节阀等。
对性能要求较高或生产过程比较复杂,宜采用压力控制系统。
压力控制系统的结构是闭环的,由压力传感器、压力控制器和被控对象组成。
压力传感器测量被控压力,并转换成便于利用的信号形式,如电压、电流、位移、转角等。
比较装置将反映压力大小的信号与给定压力值比较,产生偏差信号。
偏差信号通过压力控制器作用到压力调节机构上,按照消除偏差的方向来改变被测点的压力,将其调节到给定的希望值。
比较复杂的系统常采用改变泵的速度或降低泵的效率的办法来调节压力。
在简单的压力控制系统中则多用节流阀调节压力。
压力控制系统同其他反馈控制系统一样,也存在自激振荡的可能性。
如果对应于一定的压力偏差,阀门开启或关闭的速度过快,就可能产生自激振荡。
这种振荡可用限制反馈的办法加以消除。
描述压力控制系统性能和设计的基本理论,同任何其他反馈控制系统的基本理论是一样的(见经典控制理论、现代控制理论)。
1.2压力控制系统的组成与工作原理
气罐压力控制系统采用PID控制算法。
PID调节器的输出量变换成控制量用以控制执行器,近而对气罐压力进行控制。
内置PID调节器对气罐压力给定值和气罐压力实际值的差值信号进行PID调节。
其输出信号即是调节器的输入信号。
当气罐压力的实际值小于气罐压力设定值时,内置PID调节器的输入信号为正值,PID调节器的输出信号增大,使执行器对管道加压,直至管道压力调节到与设定值相同,达到动态稳定。
当气罐压力的实际值大于气罐压力设定值时,内置PID调节器的输入信号为负值,PID调节器的输出信号减小,使执行器对管道减压,直至管道压力调节到与设定值相同,达到动态稳定。
控制系统一般由以下几部分组成:
(如下图1-1)
图1-1控制系统方框图
蒸汽压力控制系统是以蒸汽管道或容器中的压力作为被控制量的反馈控制系统。
在许多生产过程中,保持恒定的压力或一定的真空度常是正常生产的必要条件。
很多化学反应需要在恒压下进行,为保持流量不变也常需要控制主压力源的压力恒定。
很多的工业控制系统中都需要恒定的蒸汽压力来进行控制,蒸汽压力控制系统能够很好的达成这些控制要求。
本设计的工艺流程图如图1-2所示,压力传感器测量被控压力,并转换成便于利用的信号形式,如电压、电流、位移、转角等。
比较装置将反映压力大小的信号与给定压力值比较,产生偏差信号。
偏差信号通过压力控制器作用到压力调节机构上,按照消除偏差的方向来改变被测点的压力,将其调节到给定的希望值。
比较复杂的系统常采用改变泵的速度或降低泵的效率的办法来调节压力。
在简单的压力控制系统中则多用节流阀调节压力。
图1-2气罐压力控制的工艺流程图
2压力控制系统的具体设计
2.1控制方案的选择
2.1.1被控变量的选择
要正确选择被控变量,必须充分了解工艺过程、工艺特点及对控制的要求,在这个基础上,可归纳出选择被控变量的原则。
(1)选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用。
可直接测量的工艺参数为被控变量。
(2)当不能用直接参数作为被控变量时,可选择一个与直接参数有单值函数关系并满足如下条件的间接参数作为被控变量。
满足工艺的合理性。
具有尽可能大的灵敏度且线性好。
测量变送装置的滞后小。
2.1.2操纵变量的选择
操纵变量的选择原则:
1设计构成的控制系统,其控制通道特性应具有足够大的系数、比较小的时间常数及尽可能小的纯滞后时间。
2系统主要扰动通道特性应具有尽可能大的时间常数和尽可能小的放大系数。
3应考虑工艺上的合理性。
如果生产负荷直接关系到产品的质量,那么就不宜选为操纵变量。
2.2仪表的选型
控制阀的选择
1控制阀的结构形式的选择。
2控制阀公称直径的选择。
3控制阀的公称压力pN。
4控制阀气开、气关方式的选择。
5控制阀流量特性的选择等。
控制仪表是自动控制被控变量的仪表有各种不同的相互关联的控制仪表构成的控制系统,是操纵一个或几个变量达到预定状态的系统。
为了实现自动控制除自动装置本身外,控制系统还包括向自动装置提供信息的变送器和开关部件,以及执行自动装置控制指令的执行器等。
2.2.17BN1562压力变送器
变送器在自动检测和控制系统中的作用是对各种工艺参数,如温度、压力、流量、液位、成分等物理量进行检测,以供显示、记录或控制之用。
无论是由模拟构成的系统,还是由计算机装置构成的系统,变送器都是不可缺少的,获取精确可靠的过程参数值是进行控制的基础。
产品介绍:
测量元件带有薄膜电阻桥,工作压力通过陶瓷膜片传送过来。
测量元件的输出电压由前置放大器转化为输出电流或电压。
7BN1562压力变送器的主要参数如表1所示:
2.2.2HR-WP-XTD/D415调节器
调节器在自动控制系统中起控制作用。
它将来自变送器的测量信号与给定值相减以得到偏差信号,然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算,运算结果为控制信号输送至执行器,常用的有DDZ-Ⅱ型调节器,DDZ-Ⅲ型调节器和DDZ-Ⅲ型调节器和可编程调节器。
产品介绍:
HR-WP系列模糊PID自整定调节器/温控器(外给定)其主要特点:
模糊PID自整定调节控制仪采用了人工智能模糊控制;提高了采样速度(250ms)、运算精度、控制精度(一般优于0.2%FS);在外给定基础上采用微分优先的控制方式有效的抑制了对象的扰动问题;可自动跟随外部给定值进行控制输出(模拟量控制输出或继电器控制输出);可实现自动/手动无扰动切换,手动切换至自动时采用逼近算法,并带切换限幅功能以实现手动/自动的平稳切换;可同时两路输入并显示测量信号及外给定信号;可分别带有一路模拟量控制输出或开关量控制输出—继电器及一路模拟量变送输出,适用于各种测量控制场合;可带串行输入/输出的设备进行双向通信,组成网络控制系统,采用标准MODBUSRTU通信协议;采用双LED数码(可同时显示测量值、外给定值或输出量)双光柱(可同时显示测量值、外给定值或输出量),光柱显示使显示更为清晰直观。
2.2.3DFC3DFC-Ⅲ型伺服放大器
伺服放大器是自动控制系统中的一个重要组成单元,和电动执行机构配套,组成比例式电动控制机构,可广泛用于电力、冶金、化工、轻工等工业部门的自动控制系统中。
它可与DDZ-S系列电动执行机构配套,也可作为一个通用单元,应用在其它类型的电动执行机构上。
与其它类型的伺服放大器比较,有如下特点:
1.电路采用智能控制系统对输入电流与反馈电流进行采样、比较,依据它们的差值大小对电机进行正反转控制。
2.系统对死区和精度进行自动调节,使控制品质最优。
3.也可手动调节死区大小以适应现场实际要求。
4.具有输入信号断路或小于一定值、位置反馈信号断路或小于一定值、反馈信号不跟随或反向变化大于一定值或固态继电器输出短路时,系统自动保护防止执行机构动作错误的功能以及开路报警、断电抱闸等功能。
主要技术指标:
1.输入信号:
4~20mA
2.阀位反馈输入信号:
4~20mA
3.输入通道:
2个
4.输入阻抗:
250Ω
5.输出功率:
220VAC5A
6.最大误差:
2.5%
7.报警输出:
无源接点1常开1常闭
8.工作电压:
220VAC50Hz
9.工作条件:
环境温度0~50℃。
相对湿度<85%
2.2.4DFD-05型电动操作器
DFD-型电动操作器是工业过程测量和控制系统终端控制单元的辅助装置,可以完成电动执行机构手动,自动工作状态切换,远方操作和自动跟踪无扰动切换等功能。
DFD-05型电动操作器安全可靠,安装、调试、操作、维修方便广泛应用于能源,冶金,化工,建材等行业,在工业过程测量和控制系统中发挥重要作用。
DFD-05型电动操作器主要技术性能:
(1)电流指示:
DFD-05004~20mA(Ⅲ)DFD-050~10mA(Ⅱ)
(2)输出跟踪电压:
DFD-05001~5VDC(Ⅲ)DFD-050~10VDC(Ⅱ)
(3)反馈回路电阻:
250Ω(Ⅲ)1KΩ(Ⅱ)
(4)供电电源:
220V50HZ
(5)能对系统实现手动,自动无扰切换。
(6)工作状态:
输出电流0~10mA(Ⅱ)20mA(Ⅲ)
(7)工作环境:
a.DFD系列电动操作器为控制室内使用的仪表
b.环境温度0~50℃
c.周围应无腐蚀性气体及导电尘气体及导电尘埃
d.应用场所应无剧烈震动和冲击
e.相对湿度:
10%~70%
f.大气压力:
86~106KPa
(8)外型尺寸:
80×80×337(mm)开口尺寸:
75×75
(9)结构形式:
面板安装式
2.2.5DKJ-3100角行程电动执行机构
角行程电动执行机构DKJ、ZKJ系列角行程电动执行机构是工业过程测量和控制系统的终端控制装置,它能够将系统的控制信号转换成输出轴的角位移控制阀门截流件的位置或其它调节机构,使被控介质按系统规定状态的工作。
电动执行机构按控制方式分为比例和积分式。
比例式执行机构由电动伺服放大器和积分式执行机构组成,它能够将系统的控制信号与关于输出轴位置的反馈信号加以比较(闭环控制)以改变输出轴的行程,使之与输出信号成比例关系。
积分式执行机构由伺服电机、减速器及位置发送器组成,它能够与电动操作器配合对阀门或其它调节机构实现远方操作。
使用电动执行机构的自动控制系统配用DFD系列电动操作器可以实现控制系统“自动”-“手动”工作状态的无扰动切换。
电动执行机构安全可靠、安装、调试、操作、维修方便,广泛应用在能源、冶金、化工、建材等行业,在工业过程测量和控制系统中发挥重要作用。
DKJ-3100主要技术性能:
额定负载:
250Nm
额定行程:
90°
额定行程时间:
25s
电压:
220V
频率:
50Hz±1%
7BN1562压力变送器有测量和变送压力的功能,输出4-20mADC电流信号,其中3、4号引脚接电源的正、负极,1、2号引脚分别接D451调节器的14、15号引脚。
D415调节器1、2号引脚接AC220V电源,9、10号引脚分别接DFC-Ⅲ型伺服放大器的1号引角DFD-05操作器的4号引脚,3号脚接地,11、12号引脚分别接外给定电流信号的正、负两级,5、6号引脚接上限报警电路,7、8号引脚接下限报警电路。
其引脚接线图2-1所示。
图2-1控制盘仪表外部接线图
2.3仪表清单
仪表名称及数量:
7BN1562压力变送器1个
HR-WP-XTD/D415调节器1个
DFC3DFC-Ⅲ型伺服放大器1个
DFD-05型电动操作器1个
DKJ-3100角行程电动执行机构1个
总结
在本次课程设计中通过查阅大量的资料,使我的知识得以扩充,加深了对本专业的认识,这次课程设计通过老师的指导,同学的讨论,以及自己的努力,我圆满的完成了任务,达到了设计的目的。
我学会了过程控制设计的基本方法,对系统的整体分析。
真正感受到所学知识与实际的应用。
通过这次设计使我明白到有些东西看上去非常简单,当自己置身其中去做时,并不容易了。
在课程设计的这段时间里,我也发现了自己所应该改进或是较为缺乏的部分,其一是分析问题的能力:
可能是自己学习的不够扎实,实习中碰到了不少钉子,遇到问题时头脑很茫然;二是解决问题的成熟度:
这也许是个性使然,再加上缺少经验的累积和历练,所以在处理设计中的问题时,容易慌慌张张。
这次设计也让我再次体会到书本上学习到的专业知识和实际应用起来是两个完全不同的概念,所以在现阶段的学习中,我们主要是应该去学习专业理论知识,学习掌握分析问题和解决问题的能力。
在以后的工作中,把理论和实际相结合,努力实现大学所学习的理论知识。
对于我以后学习、找工作也真是受益菲浅。
我感性回到理性的重新认识,进一步对社会的认知,对于以后工作所应把握的方向也有所启发!
参考文献
[1]孙洪程.过程控制工程设计.化学工业出版社,2001
[2]王树青.工业过程控制工程.(1版).北京:
化学工业出版社,2003
[3]何衍庆.工业生产过程控制.(1版).北京:
化学工业出版社,2004
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- 关 键 词:
- 课程设计 过程 控制工程