反應(yīng)釜溫度過程控制課程設(shè)計(jì)

1、過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)課題：反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)系別：電氣與控制工程學(xué)院專業(yè)：自動(dòng)化姓名：彭俊峰學(xué)號(hào)：092413238指導(dǎo)教師：李曉輝河南城建學(xué)院2016年 6 月 15日1/18目錄引言 .11 系統(tǒng)工藝過程及被控對(duì)象特性選取. 21.1被控對(duì)象的工藝過程 .21.2被控對(duì)象特性描述 .42 儀表的選取 .52.1過程檢測與變送器的選取 .52.2執(zhí)行器的選取 .62.2.1執(zhí)行器的選型 .72.2.2調(diào)節(jié)閥尺寸的選取 .72.2.3調(diào)節(jié)閥流量特性選取. 72.3控制器儀表的選擇 .83. 控制方案的整體設(shè)定 .103.1控制方式的選擇 .103.2閥門特性及控制器選擇 .103.3控制系統(tǒng)仿

2、真 .123.4控制參數(shù)整定 .124 報(bào)警和緊急停車設(shè)計(jì) .135 結(jié)論 .146 體會(huì) .15參考文獻(xiàn).161/18引言反應(yīng)器是任何化學(xué)品生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備， 決定了化工產(chǎn)品的品質(zhì)、 品種和生產(chǎn)能力。釜式反應(yīng)器是一種最為常見的反應(yīng)器， 廣泛的應(yīng)用于化工生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。釜式反應(yīng)器有一些非常重要的過程參數(shù)， 如：進(jìn)料流量 （進(jìn)料流量比）、液體反應(yīng)物液位、反應(yīng)壓力、反應(yīng)溫度等等。對(duì)于這些參數(shù)的控制至關(guān)重要，其不但決定著產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的效率，也很大程度上決定了生產(chǎn)過程的安全性。由于非線性和溫度滯后因素很多， 使得常規(guī)方法對(duì)釜式反應(yīng)器的控制效果不是很理想。本文以帶攪拌釜式反應(yīng)器的溫度作為工業(yè)生產(chǎn)

3、被控對(duì)象， 結(jié)合 PID 控制方式，選用 FX2N-PLC溫度調(diào)節(jié)模塊，同時(shí)為了提高系統(tǒng)安全性，設(shè)計(jì)了報(bào)警和緊急停車系統(tǒng)，最終設(shè)計(jì)了一套反應(yīng)釜氏的溫度過程控制系統(tǒng)。1/181 系統(tǒng)工藝過程及被控對(duì)象特性選取1.1被控對(duì)象的工藝過程本設(shè)計(jì)以工業(yè)常見的帶攪拌釜式反應(yīng)器 （CSTR）為過程系統(tǒng)被控對(duì)象。反應(yīng)器為標(biāo)準(zhǔn) 3 盆頭釜，反應(yīng)釜直徑 1000mm，釜底到上端蓋法蘭高度 1376mm，反應(yīng)器總?cè)莘e 0.903m，耐壓 2.5MPa。為安全起見，要求反應(yīng)器在系統(tǒng)開、停車全過程中壓力不超過 1.5MPa。反應(yīng)器壓力報(bào)警上限組態(tài)值為 1.2MPa。反應(yīng)器的工藝流程如圖 1-1 所示。圖 1-1釜式反應(yīng)

4、器工藝流程圖該裝置主要參數(shù)如表 1-1 所示。各個(gè)閥門的設(shè)備參數(shù)如表 1-2 所示，其中， Dg 為閥門公稱直徑、 Kv 為國際標(biāo)準(zhǔn)流通能力。2/18表 1-1主要測控參數(shù)表F4反應(yīng)物 A 進(jìn)料流量729 kg/hF5反應(yīng)物 B 進(jìn)料流量1540 kg/hF6催化劑 C 進(jìn)料流量88 kg/hF7冷卻水流量（蛇管冷卻）最大 25 t/hF8冷卻水流量（夾套冷卻）最大 42 t/hF9反應(yīng)物料混合液出口流量kg/hT1反應(yīng)溫度P7反應(yīng)壓力MPa （絕壓）L4反應(yīng)器料位% (0-1.3m， 0-100%)表 1-2設(shè)備參數(shù)表V4反應(yīng)物 A 進(jìn)料閥Dg25 Kv=3.42 (Cv=4)V5反應(yīng)物 B

5、 進(jìn)料閥Dg25 Kv=5.38 (Cv=6.3)V6催化劑 C 進(jìn)料閥Dg20 Kv=0.214 (Cv=0.25)V7冷卻水閥（蛇管）Dg40 Kv=25.64 (Cv=30)V8冷卻水閥（夾套）Dg50 Kv=42.73 (Cv=50)V9反應(yīng)器出口閥Dg25 Kv=8.54 (Cv=10)S6熱水閥開、關(guān)兩種狀態(tài)S8反應(yīng)器攪拌電機(jī)開關(guān)開、關(guān)兩種狀態(tài)由圖 1-1 可以看出，該被控對(duì)象的反應(yīng)過程為反應(yīng)物 A 與反應(yīng)物 B 在催化劑 C 的作用下，在反應(yīng)溫度 70± 1.0 發(fā)生反應(yīng)，生成產(chǎn)物 D。反應(yīng)初期用熱水誘發(fā)，當(dāng)反應(yīng)開始后由冷卻水通過蛇管與夾套進(jìn)行冷卻。 圖 1 中，各參數(shù)

6、含意如下：F4、F5 和 F6 分別反應(yīng)物 A、B 和催化劑 C 的進(jìn)料流量， V4、V5 和 V6 分別是A、B 和 C 的進(jìn)料閥。 A 為反應(yīng)器內(nèi)主產(chǎn)物D 重量百分比濃度，反應(yīng)溫度為T1，液位為 L4。反應(yīng)器出口漿液流量為 F9, 由出口閥 V9 控制其流量。出口泵及出口泵開關(guān)為 S5。反應(yīng)器出口為混合液，由產(chǎn)物 D 與未反應(yīng)的 A 、 B 以及催化劑 C組成。F7 為夾套冷卻水入口流量， 由閥 V7 進(jìn)行控制。F8 為蛇管冷卻水入口流量，由閥 V8 進(jìn)行控制。此外，在反應(yīng)初期，需要由反應(yīng)器夾套加熱熱水來觸發(fā)反應(yīng)。該熱水由開關(guān)閥 S6 引入。反應(yīng)器攪拌電機(jī)開關(guān)為 S8。3/181.2被控對(duì)

7、象特性描述本設(shè)計(jì)中的被控對(duì)象主要是反應(yīng)釜的溫度部分。由于被控對(duì)象有其特殊特性，直接影響著操縱變量和控制方案的選取，因此對(duì)于被控變量的特性分析顯得尤為重要。下面就針對(duì)反應(yīng)釜反應(yīng)溫度分析和描述。該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)， 放熱反應(yīng)屬于非自衡的危險(xiǎn)過程， 反應(yīng)溫度高將導(dǎo)致反應(yīng)速度加快， 釋放出熱量導(dǎo)致反應(yīng)溫度進(jìn)一步升高， 溫度迅速升高的同時(shí)， 反應(yīng)壓力也會(huì)迅速加大， 從而有可能導(dǎo)致火災(zāi)或者爆炸事故。 因此有必要對(duì)反應(yīng)溫度加以控制，其主要手段是控制夾套以及蛇管冷卻水的流量。 冷卻水流量的變化隨閥門的開關(guān)變化較快、時(shí)間常數(shù)較小。當(dāng)冷卻水壓力下降時(shí) （這種干擾在現(xiàn)場時(shí)有發(fā)生），即使閥位不變，冷卻水流量也會(huì)下降，

8、冷卻水帶走的熱量減少，反應(yīng)器中物料溫度會(huì)上升。 反應(yīng)溫度和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的變化屬于時(shí)間常數(shù)較大的高階特性。由于溫度變化的滯后，用常規(guī)控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)效果不佳。4/182 儀表的選取溫度控制系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度調(diào)節(jié)儀、執(zhí)行裝置、被控對(duì)象四個(gè)部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 2.1 所示。圖 2-1溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.1 過程檢測與變送器的選取過程檢測是生產(chǎn)過程自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分。 過程檢測裝置及時(shí)而準(zhǔn)確的把被控參數(shù)檢測出來， 并變成調(diào)節(jié)、 控制裝置可識(shí)別的方式， 作為過程控制裝置判斷生產(chǎn)過程的依據(jù)。 根據(jù)工業(yè)的要求， 為了具有較高的精度， 采用熱電阻溫度計(jì)。熱電阻溫度計(jì)廣泛應(yīng)用于 -2006

9、00范圍內(nèi)的溫度測量。用于制造熱電阻的材料，要求電阻率、電阻溫度系數(shù)要大，熱容量、熱慣性要小，電阻與溫度的關(guān)系最好近于線性，另外，材料的物理化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)性好，易提純，同時(shí)價(jià)格便宜。熱電阻的選取可以根據(jù)表2-1 確定：表 2-1工業(yè)常用熱電阻熱電阻名稱分度號(hào)0 度時(shí)阻值（度）測溫范圍（度）特點(diǎn)銅電阻Cu50500.05-50 150線性好，價(jià)格低，適Cu501000.1用于無腐蝕性介質(zhì)Pt50500.003精度高，價(jià)格貴，適-200 500鉑電阻Pt100500.006用于中性和氧化性介質(zhì)，但線性度差由表 2-1 ，根據(jù)釜內(nèi)溫度的一般變化范圍選用鉑電阻，為提高檢測精度采用三線制的接法，如

10、圖 2-2 所示。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測量誤差。 這是因?yàn)闇y量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。 熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻， 其連接導(dǎo)線 （從熱5/18電阻到中控室） 也成為橋臂電阻的一部分， 這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上， 這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差。所以工業(yè)上一般都采用三線制接法。溫度變送器我們選擇 DDZ-型溫度變送器如圖 2-3 所示。圖 2-2熱電阻三線直接法圖 2-3變送器的測量接線示意圖其特點(diǎn)：（ 1）采用線性集成放大電路，使儀表的精確性、

11、可靠性、穩(wěn)定性以及其他指標(biāo)均符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。（ 2）采用了通用模塊和專用模塊相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，使用靈活、方便。（ 3）在與熱電阻的接入單元中，采用了線性化電路，從而保證了變送器的輸出信號(hào)與被測溫度呈線性關(guān)系，大大方便了變送與系統(tǒng)的配接。（ 4）采用了統(tǒng)一的 24V DC集中供電，變送器內(nèi)無電源，實(shí)現(xiàn)了“三線制”的接線方式。（ 5）采取了安全火花防爆措施，適用于具有爆炸危險(xiǎn)場合中的溫度或直流毫伏信號(hào)的檢測。2.2 執(zhí)行器的選取執(zhí)行器是過程控制系統(tǒng)的重要組成部分，其特性好壞直接影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量。它接受控制器輸出的控制信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為直線位移和角位移，操縱控6/18制機(jī)構(gòu)，自動(dòng)改變操作變量，

12、從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過程變量的自動(dòng)控制。執(zhí)行器的選型本設(shè)計(jì)采用氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥，其工作原理：當(dāng)氣室輸入了 0.02 0.10MPa信號(hào)壓力之后，薄膜產(chǎn)生推力，使推力盤向下移動(dòng)， 壓縮彈簧，帶動(dòng)推桿、閥桿、閥芯向下移動(dòng)，閥芯離開了閥座，從而使壓縮空氣流通。當(dāng)信號(hào)壓力維持一定時(shí)，閥門就維持在一定的開度上。氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)可以分為兩部分， 上面是執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 下面是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。它主要由膜片、彈簧、推桿、閥芯、閥座等零部件組成。當(dāng)來自控制器的信號(hào)壓力通入到薄膜氣室時(shí)， 在膜片上產(chǎn)生一個(gè)推力， 并推動(dòng)推桿部件向下移動(dòng)， 使閥芯和閥座之間的空隙減小，流體受到的阻力增大，流量減小。推桿下移的同時(shí)，彈簧受壓產(chǎn)生反作用力，

13、 直到彈簧的反作用力與信號(hào)壓力在膜片上產(chǎn)生的推力相平衡為止，此時(shí)，閥芯與閥座之間的流通面積不再改變，流體的流量穩(wěn)定。出于安全的原因，在此次設(shè)計(jì)中使用VBD 氣動(dòng)端面密封蝶閥， VBD 氣動(dòng)端面密封蝶閥是一種重量輕， 結(jié)構(gòu)簡單的后座式端面密封蝶閥。閥體、閥板均用鋼板焊接或鑄造加工而成。適用于低壓狀態(tài)的空氣或其他氣體的流量、壓力控制。氣動(dòng)執(zhí)行器分氣開和氣關(guān)兩種形式，有壓力信號(hào)時(shí)閥關(guān)，無壓力信號(hào)時(shí)閥開為氣關(guān)式執(zhí)行器； 反之，則為氣開式。 它的選擇首先應(yīng)根據(jù)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)為零時(shí)使生產(chǎn)處于安全狀態(tài)的原則確定； 其次，還應(yīng)考慮是否有利于節(jié)能、 是否有利于開車、停車等進(jìn)行選擇。最后，氣開、氣關(guān)的選擇主要是考

14、慮在不同生產(chǎn)工藝條件下安全生產(chǎn)的要求。 考慮的原則是： 信號(hào)壓力中斷時(shí)， 應(yīng)保證設(shè)備和工作人員的安全。根據(jù)工業(yè)的要求，本設(shè)計(jì)選擇了氣關(guān)方式。調(diào)節(jié)閥尺寸的選取調(diào)節(jié)閥的尺寸主要是指調(diào)節(jié)閥的開度和口徑，他們的選擇對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行影響很大。若調(diào)節(jié)閥口徑選擇過小， 當(dāng)系統(tǒng)受到較大擾動(dòng)時(shí)， 調(diào)節(jié)閥既是運(yùn)行在全開狀態(tài)，也會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)暫時(shí)失控現(xiàn)象；若口徑選擇過大， 則在運(yùn)行中閥門會(huì)經(jīng)常處于小開度狀態(tài)， 容易造成流體對(duì)閥芯和閥座的頻繁沖蝕，甚至使調(diào)節(jié)閥失靈。因此，結(jié)合本設(shè)計(jì)的工業(yè)要求，調(diào)節(jié)閥開度應(yīng)處于15 85之間。調(diào)節(jié)閥流量特性選取調(diào)節(jié)閥是控制系統(tǒng)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它接受控制器的輸出信號(hào)，改變操縱變量，執(zhí)行

15、最終控制任務(wù)。 控制閥的流量特性是指流體通過閥門的相對(duì)流量與相對(duì)開度之間的函數(shù)關(guān)系，如下式中所示。Q Q m axf l L（2-1 ）其中 Q Qmax 相對(duì)流量。即控制閥在某一開度下的流量與最大流量之比；l L 相對(duì)開度。即控制閥在某一開度下的行程與全行程之比。常用的理想流量特性的控制閥有： 線性型、對(duì)數(shù)（等百分比）型和快開型等。7/18其理想流量特性如圖2-5 所示。圖 -5控制閥理想流量特性而在實(shí)際工作時(shí)， 閥兩端的壓降會(huì)隨流量而變化，這時(shí)的流量特性稱為工作特性。設(shè)管路系統(tǒng)的總壓差為PT，由液體提升高度引起的壓差為Ph，閥兩端的壓降為 PV，管路其他部分的壓降為 Pl 。工程中通常采用

16、經(jīng)驗(yàn)法來選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性。 表 2-1 給出了理想流量特性的經(jīng)驗(yàn)， 本方案將依據(jù)這個(gè)表來選取理想流量特性。 然而當(dāng)控制系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障或意外時(shí)， 應(yīng)考慮人身、 設(shè)備裝置的安全；考慮介質(zhì)性質(zhì)；還要考慮減少經(jīng)濟(jì)損失等。表 2-1控制閥理想流量特性經(jīng)驗(yàn)選擇表被控變量有關(guān)狀況選用理想流量特性流量設(shè)定值變化直線型負(fù)荷變化對(duì)數(shù)型溫度對(duì)數(shù)型壓力快過程對(duì)數(shù)型慢過程，PV 恒定直線型慢過程， (PV) Q max <0.2(PV) Q min對(duì)數(shù)型液位P 恒定直線型V( PV) Q max <0.2(PV) Q min對(duì)數(shù)型(PV) Qmax>2( P) Qmin快開型V2.3 控制

17、器儀表的選擇采用模擬控制器 :DDZ III 型調(diào)節(jié)器， DDZ基型控制器框圖如圖 4.3 ?？刂破鞯妮斎胄盘?hào)為 15V 的測量信號(hào)。設(shè)定信號(hào)有內(nèi)設(shè)定和外設(shè)定兩種。 內(nèi)設(shè)定信號(hào)為 15V，外設(shè)定信號(hào)為 4 20mA。測量信號(hào)和設(shè)定信號(hào)通過輸入電路進(jìn)行減法運(yùn)算，輸出偏差到比例積分微分電路進(jìn)行比例積分微分運(yùn)算后， 由輸出電路轉(zhuǎn)換為 420mA信號(hào)輸出。手動(dòng)電路和保持電路附于比例積分微分電路之中，8/18手動(dòng)電路可實(shí)現(xiàn)軟手動(dòng)和硬手動(dòng)兩種操作， 當(dāng)處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)， 用手指按下軟手動(dòng)操作鍵，使控制器輸出積分式上升或下降， 當(dāng)手指離開操作鍵時(shí)， 控制器的輸出值保持在手指離開前瞬間的數(shù)值上， 當(dāng)控制器處于硬

18、手動(dòng)狀態(tài)時(shí)， 移動(dòng)硬手動(dòng)操作桿，能使控制器的輸出快速改變到需要的數(shù)值， 只要操作桿不動(dòng)， 就保持這一數(shù)值不變。 由于有保持電路， 使自動(dòng)與軟手動(dòng)相互切換， 硬手動(dòng)只能切換到軟手動(dòng)，都是無平衡無擾動(dòng)切換， 只有軟手動(dòng)和自動(dòng)切換到硬手動(dòng)需要事先平衡才能實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。9/183. 控制方案的整體設(shè)定3.1 控制方式的選擇采用單回路控制方式，將反應(yīng)溫度 T1 取一階微分，得到溫度變化率，再與升溫速率設(shè)定值 0.1 /s 作比較，將偏差作為控制器的輸入?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖 3-1 所示：圖 3-1控制系統(tǒng)框圖傳遞函數(shù)框圖如圖3-2 所示：圖 3-2傳遞函數(shù)框圖系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G(s) GC ( S

19、)GO (S)GV ( S)Gm (s)（3-1）閉環(huán)傳遞函數(shù)為：W (s)GC (S)GO (S)GV (S)（ 3-2）1GC ( S)GO (S)GV (S)Gm (s)3.2 閥門特性及控制器選擇閥門 V8 選線性閥。對(duì)于釜式反應(yīng)器， 在升溫階段 65以下由夾套冷卻水閥控制冷卻水流量來實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)溫度的控制。 根據(jù)反饋控制的基本原理， 要使系統(tǒng)能夠正常工作， 構(gòu)成系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)靜態(tài)增益的乘積必須為正。由圖 3-2 可知，由于閥門 V8 選擇的是氣關(guān)的形式， 被控對(duì)象釜式反應(yīng)器是正作用， 溫度變送器選擇正值， 所以控制器應(yīng)選擇正作用方式。 對(duì)于釜式反應(yīng)器這類控制對(duì)象， 是一個(gè)時(shí)滯過程，

20、而且控制對(duì)象特性復(fù)雜，故采用數(shù)字 PID 控制器可以得到滿意的控制效果。數(shù)字調(diào)節(jié)中的PID 控制算式是將PID 的模擬表達(dá)式進(jìn)行離散化而得到的。10/18PID的模擬表達(dá)式為：1depK p (eedtTd)（ 3-3）Tidt式中p 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)；e 調(diào)節(jié)器的偏差輸入信號(hào)，是測量值 m 與 r 之差， e r m ； K p、Ti、 Td 調(diào)節(jié)器的比例增益、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常熟。因?yàn)椴蓸又芷?Ts 相對(duì)于信號(hào)變化周期是很小的， 這樣可用矩形法計(jì)算積分，用后相差分代替微分，則上式可變成離散PID算式TsnTdpn K p enei(en en 1 )（ 3-4）Tii 0Ts式中pn

21、 第 n 次采樣時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出；en 第 n 次采樣的偏差值；n 采樣序號(hào)。采用增量式的算法，上式可變換為pnK p ( Enen 1 )Ts en Td (en 2en 1 en 2 )TiTs（ 3-5）K p (en2en 1en 2 )利用增量式方法的優(yōu)點(diǎn)是：1）計(jì)算機(jī)只輸出控制增量，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化部分，誤動(dòng)作時(shí)影響小必要時(shí)通過邏輯判斷進(jìn)行保護(hù)，不會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)狀態(tài)。2）易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)的無憂切換。為了改善控制質(zhì)量和控制的要求，選用了微分先行 PID 控制模式，其結(jié)構(gòu)如圖 3-3 所示。這是一個(gè) PD 與 PI 的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，他只對(duì)測量值 M 進(jìn)行微分，而不是對(duì)偏差進(jìn)行微分，這樣

22、在給定值 R 變化時(shí)，不產(chǎn)生輸出的大幅度變化， 即可避免給定值擾動(dòng)。圖 3-3微分先行PID 結(jié)構(gòu)圖PID 控制器是根據(jù)輸出量對(duì)于輸入量偏差的變化情況，根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行計(jì)算，實(shí)時(shí)的整定 PID 控制器的參數(shù)。此次設(shè)計(jì)選用 FX2N-2LC溫度調(diào)節(jié)模塊。該模塊配有 2 通道的溫度輸入和 2 通道晶體管輸出，即一塊能組成兩個(gè)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。模塊提供了自調(diào)節(jié)的 PID 控制和 PI 控制，控制的運(yùn)行周期為 500ms，占用8個(gè)I/O 點(diǎn)數(shù)。11/183.3控制系統(tǒng)仿真對(duì)于本設(shè)計(jì)，為了檢驗(yàn) PID 的控制效果，針對(duì)此反應(yīng)器的溫度控制，在 MATLAB 中進(jìn)行了仿真。控制器的仿真結(jié)構(gòu)如圖 3-4 所示，

23、控制器跟蹤升溫曲線的仿真結(jié)果如圖 3-5 所示。圖 3-4 控制器仿真圖 3-5 控制器跟蹤升溫曲線仿真3.4控制參數(shù)整定12/18控制器參數(shù)整定： 需要對(duì) PID 控制器進(jìn)行初始化的參數(shù)整定， 這里打算采用臨界比例度法對(duì)控制器進(jìn)行參數(shù)整定。 大致步驟為：首先設(shè)定比例增益 KC =1.0，置積分時(shí)間最大 Ti =99999，微分時(shí)間為 Td =0。將增益 KC 從 1.0 開始以 1.0 為增量逐漸增大，每變化一次增益 KC，觀察一次階躍響應(yīng)曲線，直到出現(xiàn)等幅振蕩曲線為止。測量并記錄此時(shí)的臨界增益Kcmax 和等幅振蕩周期Tmax，根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算可得到 KC，Ti 和 Td。將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)

24、設(shè)置為溫度控制器的PID參數(shù)，即完成了控制器的 PID 參數(shù)整定。4 報(bào)警和緊急停車設(shè)計(jì)該工藝過程中， 如果反應(yīng)釜中的溫度過高而導(dǎo)致壓力增大， 就有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，因此有必要當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)壓力過大時(shí)發(fā)出報(bào)警并緊急停車，以免發(fā)生事故。為此有必要設(shè)計(jì)報(bào)警系統(tǒng)和緊急停車系統(tǒng)， 為了提高其安全性， 可同時(shí)采用自動(dòng)手動(dòng)兩種方式。其框圖如圖 3-6 所示。圖 3-6報(bào)警系統(tǒng)和緊急停車系統(tǒng)其工作過程為： 通過溫度的升高， 壓力變送器檢測反應(yīng)釜內(nèi)氣體壓力 P7，在報(bào)警給定器內(nèi)設(shè)置壓力上限 1.2MPa，一旦發(fā)現(xiàn)壓力越界， 報(bào)警給定器發(fā)出警報(bào)，并改變其輸出開關(guān)量的值，以示 出現(xiàn)危險(xiǎn)。經(jīng)邏輯運(yùn)算的判定，如果確實(shí)存在13/18危險(xiǎn)，改變其輸出開關(guān)量的值以開始停車過程。 停車包含以下幾個(gè)措施： 關(guān)閉進(jìn)料閥 V4、V5、V6，以切斷進(jìn)料； 將蛇管冷卻閥 V7 和夾套 冷卻閥 V8 開到最大，加大冷卻水流量，以便快速降溫；將出料閥 V9 開到最大，清空釜內(nèi)的物料；關(guān)閉攪拌器開關(guān)。 該系統(tǒng)與以上各個(gè)控制系統(tǒng)是相互獨(dú)