課程設(shè)計(jì)---精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　過程控制系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目： 精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　院（系）： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化082 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： <

2、/p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　起止時(shí)間：2011.06.27-2011.07.04 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)</p><p>　　院（系）：電氣工程學(xué)院

3、 教研室：測(cè)控技術(shù)與儀器</p><p>　　注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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)

4、，它能夠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)。</p><p>　　影響物料平衡因素包括進(jìn)料量和進(jìn)料成分變化，頂部餾出物及底部出

5、料變化；影響能量平衡因素主要包括進(jìn)料溫度或熱焓變化，再沸器加熱量和冷凝器冷卻量變化，及塔的環(huán)境溫度變化。采用串級(jí)控制系統(tǒng)能有效地去除蒸汽壓強(qiáng)的波動(dòng)對(duì)溫度的影響。使用超馳控制系統(tǒng)控制釜液輸出端，在塔釜溫度較低時(shí)，塔底不出料只有當(dāng)溫度達(dá)到低線以上，液位控制器取代溫度控制器以后，才有出料排出。</p><p>　　關(guān)鍵詞：提餾段 溫度 串級(jí)控制 超馳控制</p><p><b>　　目

6、 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p>　　第2章 控制方案2</p><p>　　2.1 基本原理2</p><p>　　2.1.1物料平衡關(guān)系2</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)方案3</b><

7、/p><p>　　2.2.1控制方案類型3</p><p>　　2.2.2控制方案的選擇4</p><p>　　第3章 系統(tǒng)各儀表選擇9</p><p>　　3.1 檢測(cè)變送器的原理9</p><p>　　3.1.1 溫度變送器的選擇10</p><p>　　3.1.2 流量變送器的選擇

8、10</p><p>　　3.1.3 液位變送器的選擇11</p><p>　　3.2 執(zhí)行器的選擇12</p><p>　　3.3 調(diào)節(jié)器的選擇12</p><p>　　3.4 調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器、檢測(cè)變送器的選型13</p><p>　　第4章 系統(tǒng)仿真14</p><p>　　4.1

9、串級(jí)控制系統(tǒng)matlab仿真分析14</p><p>　　4.2液位控制系統(tǒng)仿真分析16</p><p>　　第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié)17</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　精餾塔是化工

10、生產(chǎn)中分離互溶液體混合物的典型分離設(shè)備。它是依據(jù)精餾原理對(duì)液體進(jìn)行分離，即在一定壓力下，利用互溶液體混合物各組分的沸點(diǎn)或飽和蒸汽壓不同，使輕組份（即沸點(diǎn)較低或飽和蒸汽壓較高的組分）汽化。經(jīng)多次部分液相汽化和部分氣相冷凝，使氣相中的輕組分和液相中的重組分濃度逐漸升高，從而實(shí)現(xiàn)分離的目的，滿足化工連續(xù)化生產(chǎn)的需要。精餾塔塔釜溫度控制的穩(wěn)定與否直接決定了精餾塔的分離質(zhì)量和分離效果，控制精餾塔的塔釜溫度是保證產(chǎn)品高效分離，進(jìn)一步得到高純度產(chǎn)品的

11、重要手段。維持正常的塔釜溫度，可以避免輕組分流失，提高物料的回收率，也可減少殘余物料的污染作用。</p><p>　　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

12、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(wàn)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。</p><

13、;p><b>　　第2章 控制方案</b></p><p><b>　　2.1 基本原理</b></p><p>　　影響精餾塔提餾段過程的因素是多方面的，而提餾段是在一定物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行操作的，因此，分析精餾塔的物料和能量平衡對(duì)制定提餾段控制策略至關(guān)重要。</p><p>　　2.1.1物料平衡關(guān)系&

14、lt;/p><p>　　對(duì)提留段內(nèi)任一塔板j作物料平衡計(jì)算，其組分的物料平衡關(guān)系為：</p><p>　　式中，表示各層塔板的上升蒸汽量， 為塔板上氣相的輕組分濃度，為提留段內(nèi)各層踏板的下流液體流量，是從快塔板留下的液相中輕組分濃度，B為塔釜采出量，X為塔釜采出物輕組分的濃度。</p><p>　　2.1.2 能量平衡關(guān)系</p><p>　　在

15、穩(wěn)態(tài)時(shí)，進(jìn)入精餾塔的所有能量必然與離開塔的能量相平衡，表示為：</p><p>　　式中，、、分別表示進(jìn)料量、塔頂采集量和塔釜采出量，為再沸器加熱量，為冷凝器冷卻量，、、分別為進(jìn)料、塔頂和塔釜產(chǎn)品的熱焓。從平衡方程并結(jié)合精餾塔工藝特點(diǎn)，不難看出影響能量平衡的因素為：進(jìn)料量、進(jìn)料濃度、進(jìn)料溫度和進(jìn)料狀態(tài)、再沸器的加熱量、冷凝器冷卻量、回流量。</p><p><b>　　2．2設(shè)計(jì)

16、方案</b></p><p>　　2.2.1控制方案類型</p><p>　　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)。</p><p>　?。?）產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)控制</p><p>　　塔頂或塔底產(chǎn)品之一合乎規(guī)定的分離純度，另一

17、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。</p><p><b>　?。?）物料平衡控制</b></p><p>　　塔頂、塔底的平均采出量應(yīng)等于平均進(jìn)料量，而且這兩個(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

18、間。</p><p><b>　?。?）能量平衡控制</b></p><p>　　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。</p><p><b>　?。?）約束條件控制</b></p><p>　　為保證精餾塔正常而安全地運(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

19、條件有液泛限、漏液限、壓力限和臨界溫差限等。所謂液泛限也稱氣相速度限，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。漏液限也稱最小氣相上升速度限，當(dāng)氣相上升速度小于某一數(shù)值時(shí)，將產(chǎn)生塔板漏液，板效率會(huì)下降。防止液泛和液漏，可通過塔壓降或壓差來監(jiān)視氣相速度，一般控制氣相速度在液泛附近略小于液泛點(diǎn)較好。</p><p>　　壓力限是指塔的操作壓力限制，一般是

20、最大操作壓力限，就是說塔的操作壓力不能過大，否則會(huì)影響塔內(nèi)的汽液平衡，嚴(yán)重超限甚至?xí)绊懙桨踩a(chǎn)。</p><p>　　臨界溫差限主要是指再沸器兩側(cè)的溫差限度，當(dāng)這一溫差高于臨界溫差時(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。</p><p>　　2.2.2控制方案的選擇</p><p>　　由于精餾塔是以復(fù)雜控制系統(tǒng)，根據(jù)不同的控制要

21、求，控制方案多種多樣。</p><p>　　圖2.1精餾塔提餾段單回路溫度控制方案</p><p>　　方案一： 圖2-1是精餾塔提餾段示意圖，在再沸器中，用蒸汽加熱塔釜液產(chǎn)生蒸汽，然后在塔釜中與下降物料進(jìn)行傳熱傳質(zhì)。為了保證生產(chǎn)過程順利進(jìn)行，需要把提餾段溫度θ保持恒定。為此在蒸汽管路上裝上一個(gè)調(diào)節(jié)閥，用它來控制加熱蒸汽流量。從調(diào)節(jié)閥的做到溫度θ發(fā)生變化，需要相繼通過很多熱容積。實(shí)踐證明

22、，加熱蒸汽壓力的波動(dòng)對(duì)θ的影響很大。此外，還有來自液相加料方面的各種干擾，包括它的流量、溫度和組分等，它們通過提餾段的傳質(zhì)過程，以及再沸器中傳熱條件（塔釜溫度、再沸器液面等），最后也影響到溫度θ。很明顯當(dāng)加熱蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)，如果采用如圖2-1所示的簡(jiǎn)單單回路溫度控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)品質(zhì)一般不能滿足生產(chǎn)要求。而且精餾塔溫度過高或過低會(huì)引起精餾塔控制質(zhì)量變差，由于存在這些擾動(dòng)故考慮串級(jí)溫度控制系統(tǒng)。 </p&g

23、t;<p>　　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</p><p>　　圖2.2 精餾塔提餾段復(fù)雜控制系統(tǒng)</p><p>　　蒸汽輸入端串級(jí)控制系統(tǒng)</p><p>　　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

24、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，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)。</p><p>　　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。

25、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。</p><p>　　串級(jí)控制部分的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3所示</p><p>　　圖2.3 串級(jí)控制部分結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　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。<

26、/p><p>　　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。</p><p>　　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，。</p><p>　　根據(jù)負(fù)反饋準(zhǔn)則，選反作用控制器，即。</p><p>　　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。</p>&l

27、t;p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　2、及時(shí)性好。串

28、級(jí)控制對(duì)克服容量滯后大的對(duì)象特別有效。</p><p>　　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。</p><p>　　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

29、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。</p><p>　　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。</p>&

30、lt;p>　　釜液輸出端的超馳控制系統(tǒng)</p><p>　　控制回路中有選擇器的控制系統(tǒng)稱為選擇性控制系統(tǒng)。選擇器實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算，分別為高選器和低選器兩類。高選器（>）輸出是其輸入信號(hào)中的高信號(hào)，低選器（<）輸出是其輸入信號(hào)中的低信號(hào)。即</p><p>　　高選器 ， ，···</p><p&g

31、t;　　低選器 ， ，···</p><p>　　選擇器將邏輯運(yùn)算規(guī)律引入控制算法，極大豐富自動(dòng)化內(nèi)容和范圍，成為一類基本控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　使用選擇性控制系統(tǒng)的目的如下：</p><p>　　生產(chǎn)過程中某一工況參數(shù)超過安全軟限時(shí)，用另一個(gè)控制回路替代原有控制回路，使工藝過程能安全運(yùn)行，這類選擇

32、性控制系統(tǒng)稱為超馳控制系統(tǒng)。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，開車時(shí)，塔釜溫度較低，應(yīng)保證塔底不出料。因塔底已有液位，經(jīng)LT和正作用LC控制器，輸出升高，但塔溫尚低，因此，低設(shè)置值的控制器TC2輸出較小，被低選器LY選中，用于控制塔底出料，即關(guān)閉采出控制閥。只有當(dāng)溫度達(dá)到低線以上，液位控制器取代溫度控制器以后，才有出料排出。</p><p>　　本系統(tǒng)釜底液位和溫度的超馳控制系統(tǒng)框圖如下圖

33、所示：</p><p>　　圖2.4超馳控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　1.選擇器類型的選擇</p><p>　　選擇控制閥。根據(jù)安全運(yùn)行準(zhǔn)則，選擇控制閥為氣開閥，。</p><p>　　選擇被控對(duì)象增益。開車時(shí)，塔釜溫度較低，為保證塔底不出料，應(yīng)用溫度取代液位控制，此時(shí)構(gòu)成一個(gè)單閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)。閥門打開，溫度降低，Kp1<0；溫度

34、超過下限后，液位控制取代溫度控制，此時(shí)，閥門打液位下降，所以Kp2,<0；</p><p>　　確定正?？刂破骱腿〈刂破鞯恼醋饔?。根據(jù)負(fù)反饋原則，可確定Kc1<0,Kc2<0，溫度和液位都選擇正作用的控制器。</p><p>　　2.控制器控制規(guī)律的選擇</p><p>　　超馳控制系統(tǒng)要求超過安全軟限時(shí)能迅速切換到取代控制器。因此取代控制器應(yīng)

35、選擇比例度較小的P或PI控制器。</p><p>　　第3章 系統(tǒng)各儀表選擇</p><p>　　3.1 檢測(cè)變送器的原理</p><p>　　檢測(cè)變送環(huán)節(jié)的作用是將工業(yè)生產(chǎn)過程的參數(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

36、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</p><p>　　圖3.1 檢測(cè)變送環(huán)節(jié)工作原理圖</p><p>　　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。</p><p>　

37、　3.1.1 溫度變送器的選擇</p><p>　　熱電偶作為溫度傳感元件，能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)（mV）信號(hào)，配以測(cè)量毫伏的指示儀表或變送器可以實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量指示或溫度信號(hào)的轉(zhuǎn)換。具有穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時(shí)間較小等優(yōu)點(diǎn)、熱電偶一般用于500°C以上的高溫，可以在1600°C高溫下長(zhǎng)期使用。</p><p>　　熱電阻也可以作為溫度傳感元件。大多數(shù)電阻的阻值隨

38、溫度變化而變化，如果某材料具備電阻溫度系數(shù)大、電阻率大、化學(xué)及物理性能穩(wěn)定、電阻與溫度的關(guān)系接近線性等條件，就可以作為溫度傳感元件用來測(cè)溫，稱為熱電阻。熱電阻分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類。大多數(shù)金屬熱電阻的阻值隨其溫度升高而增加，而大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減少。</p><p>　　鉑銠10－鉑熱電偶傳感器測(cè)溫范圍在0~1600℃，WRP型鉑銠10－鉑熱電阻性能可靠、耐高溫、抗氧化，可長(zhǎng)期工作

39、在0~1600℃環(huán)境下。</p><p>　　本系統(tǒng)選擇PCT/TT系列溫度變送器。PCT/TT系列溫度變送器有很好的性價(jià)比，解決所有溫度測(cè)量問題，變送器精確，耐用，可靠。為了滿足所有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于不同的介質(zhì)提供大量的測(cè)量配置。PCT/TT系列提供二類溫度變送器，PCT/TT100用100ΩA級(jí)，鉑金電阻式熱探測(cè)器輸入，PCT/TT1000用1000ΩA級(jí)，鉑金電阻式熱探測(cè)器輸入。變送器在二線制系統(tǒng)中產(chǎn)生4-20

40、mA的線性輸出。變送器的輸入電源可以是7-35V的直流電，非穩(wěn)壓，并且極性不敏感。</p><p>　　3.1.2 流量變送器的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)選擇電磁流量計(jì)TI046D，法拉第電磁感應(yīng)定律指出，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

41、開關(guān)直流電流產(chǎn)生。工作原理如圖3.2所示</p><p>　　圖3.2 電磁流量計(jì)的測(cè)量原理</p><p>　　Ue = B ? L ? v</p><p><b>　　Q = A ? v</b></p><p><b>　　Ue = 感應(yīng)電壓</b></p><p>　

42、　B = 磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁場(chǎng)）</p><p><b>　　L = 電極間距</b></p><p><b>　　V = 流速</b></p><p><b>　　Q = 體積流量</b></p><p><b>　　A = 管道截面積</b></p&

43、gt;<p><b>　　I = 電流強(qiáng)度</b></p><p>　　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。</p><p>　　3.1.3 液位變送器的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)選擇YSB型液位變送器，Y

44、SB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4～20mADC兩線制或1～5VDC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。</p><p>　　壓阻式硅傳感器，其敏感部件是由沉積硅制

45、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)0～＋70℃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。</p><p>　　3.2 執(zhí)行器的選擇</p><p>　　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。</p

46、><p>　　控制器的動(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：</p><p>　　按動(dòng)力來源分，有氣動(dòng)和電動(dòng)兩大類；</p><p>　　按動(dòng)作極性分，有正作用和反作用兩大類；</p><p>　　按動(dòng)作特性分，有比例和積分兩大類。</p><p

47、>　　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。</p><p>　　3.3 調(diào)節(jié)器的選擇</p><p>

48、;　　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)</p><p>　　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)。</p><p>　　本系統(tǒng)選擇DDZ-Ⅲ型PID調(diào)節(jié)器。DDZ-Ⅲ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

49、產(chǎn)的防爆要求。DDZ-Ⅲ型儀表具有以下主要特點(diǎn)：</p><p>　?。?）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 4-20mA，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。</p><p>　　（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。</p><p>　?。?）整套儀表可構(gòu)成安

50、全火花型防爆系統(tǒng)。DDZ-Ⅲ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。</p><p>　　DTZ-2400 DDZ-Ⅲ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。</p><p>　　調(diào)節(jié)器接收變送器送來的測(cè)量信號(hào)(DC 4-2

51、0mA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PD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。</p><p>　　圖3.3 DTZ-2400 DDZ-Ⅲ型PID調(diào)節(jié)器的接線端子圖</p><p>　　DTZ-2400儀表技術(shù)參數(shù):</p><p>　　1、輸入信號(hào)： 1～5V.DC</p>

52、<p>　　2、內(nèi)給定信號(hào)：1～5V.DC</p><p>　　3、外給定信號(hào)：4～20mA.DC</p><p>　　4、調(diào)節(jié)作用： 比例+積分+微分；比例帶：2～500%； 積分時(shí)間：0.01～2.5分；微分時(shí)間：0.04～10分（可切除）</p><p>　　5、輸入、給定指示表： 指示范圍：0～100%；誤差：±1%</p&g

53、t;<p>　　6、輸出指示表：指示范圍：0～100%；誤差：±25%</p><p>　　7、輸出信號(hào)：4～20mA.DC</p><p>　　3.4 調(diào)節(jié)器與執(zhí)行器、檢測(cè)變送器的選型</p><p>　　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)信號(hào)制，即4~20mA直流電流和1~5V直流電壓。信號(hào)電流和電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250Ω。&l

54、t;/p><p>　　表3.4 器件選型</p><p><b>　　第4章 系統(tǒng)仿真</b></p><p>　　4.1串級(jí)控制系統(tǒng)matlab仿真分析</p><p>　　圖4.1串行控制系統(tǒng)圖</p><p>　　圖4.2串行控制系統(tǒng)仿真圖</p><p><b&

55、gt;　　圖4.3 </b></p><p><b>　　圖4.4</b></p><p>　　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。</p><p>　　4.2液位控制系統(tǒng)仿真分析</p><p><b>　　圖4.5 <

56、;/b></p><p><b>　　圖4.6</b></p><p><b>　　圖4.7</b></p><p><b>　　圖4.8</b></p><p><b>　　第5章課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　在

57、為期一個(gè)多星期的課程設(shè)計(jì)中，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。</p><p>　　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

58、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。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 司士輝．過程控制[M]．工業(yè)出版社，2003．</p><p>　　[2] 彭軍．過程控制技術(shù)[M]．西安電子

59、科技大學(xué)出版社，2003．</p><p>　　[3] 陳杰，黃鴻．過程控制技術(shù)[M]．北京：高等教育出版社，2003．</p><p>　　[4] 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，2002．</p><p>　　[5] 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，2003．</p>&l

60、t;p>　　[7] 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，2003．</p><p>　　[8] 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.</p><p>　　[9] 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.2010：20-25</p><