分程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

工業(yè)過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)主要內(nèi)容選擇一種合適的組態(tài)軟件，使用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的過(guò)程控制設(shè)備，結(jié)合分程控制系統(tǒng)的控制要求和設(shè)計(jì)原則，合理選用控制規(guī)律，設(shè)計(jì)個(gè)組態(tài)功能合理，畫(huà)面美觀，組態(tài)控制程序完善的分程過(guò)程控制系統(tǒng)。任務(wù)要求根據(jù)分程控制系統(tǒng)的具體被控對(duì)象和控制要求，正確選用過(guò)程儀表，獨(dú)立設(shè)計(jì)分程控制系統(tǒng)控制方案。按說(shuō)明書(shū)正確安裝過(guò)程儀表和有關(guān)模塊，并完成系統(tǒng)接線。運(yùn)用組態(tài)軟件，合理設(shè)計(jì)分程過(guò)程控制系統(tǒng)的組態(tài)畫(huà)面，編寫(xiě)組態(tài)控制程序。分步投運(yùn)系統(tǒng)，正確調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期性能。提交包括上述內(nèi)容的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。主要參考資料過(guò)程控制系統(tǒng).陳夕松，汪木蘭.北京：科學(xué)出版社，2005過(guò)程控制工程.邵裕森.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000⑶InTouchHMI9.5應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)課程，Wonderware公司，2006[4]過(guò)程可視化組態(tài)軟件InTouch應(yīng)用技術(shù)?馬正午，周德興?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006審査意見(jiàn)系（教研室）主任簽字： 年月 日分程控制在造氣裝置中的應(yīng)用1．前言一股說(shuō)來(lái)，一臺(tái)調(diào)節(jié)器的輸出只控制一臺(tái)調(diào)節(jié)閥，若一臺(tái)調(diào)節(jié)器的輸出去控制一臺(tái)或兩臺(tái)以上的調(diào)節(jié)閥并且按輸出信號(hào)的不同區(qū)間去控制不同的閥門(mén)，這種控制方式習(xí)慣上稱為分程控制。如圖l所示，圖中表示造氣裝置l201重油儲(chǔ)罐壓力分程控制系統(tǒng)：調(diào)節(jié)器 電氣轉(zhuǎn)換器圖1PIC4101壓力分程控制系統(tǒng)示意圖為了實(shí)現(xiàn)分程調(diào)節(jié)，須借助于調(diào)節(jié)閥上的閥門(mén)定位器，借助定位器的轉(zhuǎn)換功能。例如對(duì)圖中A、B兩閥，要求B閥在調(diào)節(jié)器輸出壓力為0.02~0.06MPa變化時(shí)，B閥作全程動(dòng)作；則要求附在B閥上的閥門(mén)定位器，對(duì)于輸入0.02~0.06Mpa時(shí)，相應(yīng)的輸出為0.02~0.1MPa:而A閥上的閥門(mén)定位器應(yīng)調(diào)整成輸入為0.06~0.1Mpa。按照這些條件，當(dāng)調(diào)節(jié)器PIC4101（包括電氣轉(zhuǎn)換器）輸出信號(hào)小于0.06Mpa時(shí)B閥動(dòng)作，A閥不動(dòng)；當(dāng)信號(hào)大于0.06Mpa時(shí)B閥行到極限（全關(guān)），A閥動(dòng)作，由此實(shí)現(xiàn)分程控制的作用:

2分程控制方案根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣關(guān)、氣開(kāi)形式，可分為同向和異向兩種調(diào)節(jié)閥作同向分程動(dòng)作（如圖2）a.氣關(guān)閥 b.氣開(kāi)閥圖2調(diào)節(jié)閥作同向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥作異向分成動(dòng)作（如圖3）圖3調(diào)節(jié)閥作異向動(dòng)作的分程控制系統(tǒng)同向、異向控制方案的選擇，全由工藝的需要而定。3．分程控制系統(tǒng)的目的設(shè)計(jì)分程控制系統(tǒng)的兩個(gè)方面的目的。3.1擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍，以改善控制系統(tǒng)的品質(zhì)調(diào)節(jié)閥有一個(gè)重要指標(biāo)，即閥的可調(diào)范圍R。它是一項(xiàng)靜態(tài)指標(biāo)，表明調(diào)

節(jié)閥執(zhí)行規(guī)定特性（線性特性或等百分比特性）運(yùn)行的有效范圍?？烧{(diào)范圍可用下式表示：C^max2.5-1)C2.5-1)min式中C——閥的最大流通能力，流量單位。maxC——閥的最小流通能力，流量單位。min國(guó)產(chǎn)柱塞型閥固有可調(diào)范圍R=30,所以C=30%C。須指出閥的最小流min max通能力不等于閥關(guān)閉時(shí)的泄漏量。一般柱塞型閥的泄漏量CS僅為最大流通能力S的0.1?0.01%。對(duì)于過(guò)程控制的絕大部分場(chǎng)合，采用R=30的控制閥已足夠滿足生產(chǎn)要求了。但有極少數(shù)場(chǎng)合，可調(diào)范圍要求特別大，如果不能提供足夠的可調(diào)范圍，其結(jié)果將是或在高負(fù)荷下供應(yīng)不足，或在低負(fù)荷下低于可調(diào)范圍時(shí)產(chǎn)生極限環(huán)。3.2滿足工藝操作上的特殊要求在某些間歇式生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，當(dāng)反應(yīng)物投入設(shè)備后，為了使其達(dá)到反應(yīng)溫度，往往在反應(yīng)開(kāi)始前需要給它提供一定的熱量。一旦達(dá)到反應(yīng)溫度后就會(huì)隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行不斷釋放出熱量，這些熱量如不及時(shí)移走，反應(yīng)就會(huì)越來(lái)越激烈，以致會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)。因此對(duì)于這種間歇式化學(xué)反應(yīng)器既要考慮反應(yīng)前的預(yù)熱問(wèn)題，又要考慮反應(yīng)過(guò)程中及時(shí)移走反應(yīng)熱的問(wèn)題。為此設(shè)計(jì)了如圖2-1所示的分程控制系統(tǒng)。如圖2-1所示的分程控制系統(tǒng)。圖4間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)圖圖中溫度調(diào)節(jié)器選擇反作用，冷水調(diào)節(jié)閥選擇氣關(guān)式（A閥），熱水調(diào)節(jié)閥選擇氣開(kāi)式（B閥）。該系統(tǒng)工作過(guò)程如下：在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)前的升溫階段，由于溫度測(cè)量值小于給定值，因此調(diào)節(jié)器輸出增大，B閥開(kāi)大，A閥關(guān)閉，即蒸汽閥開(kāi)、冷水閥關(guān)，以便使反應(yīng)器溫度升高。當(dāng)溫度達(dá)到反應(yīng)溫度時(shí)，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，于是就有熱量放出，反應(yīng)物的溫度逐漸提高。當(dāng)溫升使測(cè)量值大于給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出將減?。ㄓ捎谡{(diào)節(jié)器是反作用），隨著調(diào)節(jié)器的輸出的減小B閥將逐漸關(guān)小乃至完全關(guān)閉，而A閥則逐漸打開(kāi)。這時(shí)反應(yīng)器夾套中流過(guò)的將不再是熱水而是冷水。這樣一來(lái)，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量就被冷水所帶走，從而達(dá)到維持反應(yīng)溫度的目的。4．造氣1201重油儲(chǔ)罐為何設(shè)計(jì)壓力分程控制系統(tǒng)首先看一下該罐壓力分程控制流程圖（如圖5）：圖5造氣1201罐N2封分程控制流程圖

開(kāi)始否結(jié)束輸出Uk小于等于■■■■■■■■■..45?/開(kāi)始否結(jié)束輸出Uk小于等于■■■■■■■■■..45?/抽油泵開(kāi)始工作，向氣化爐供油氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥2打開(kāi)，開(kāi)始排氣?氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥打開(kāi)，往罐里面充氮?dú)饨o定Sp圖6流程圖4.1用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍的情況可調(diào)范圍是調(diào)節(jié)閥的一個(gè)重要指標(biāo)．它是一個(gè)靜態(tài)指標(biāo)，可用下式表示：R：Cmax／Cmin式中，Cmax為閥的最大流通能力，Cmin為閥的最小流通能力，一般分程控制用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍時(shí)，總是采用兩只同向動(dòng)作的分程調(diào)節(jié)閥并聯(lián)地安裝在同一流體管道上，如圖5所示。調(diào)節(jié)器I/P液體定位器定位器調(diào)節(jié)器I/P液體定位器定位器圖7流體用于擴(kuò)大可調(diào)范圍的分程控制從圖2、圖5、圖7就可以看出PV4101A/B不是用于擴(kuò)大可調(diào)范圍的控制，這里就不在加以分析。用于滿足工藝操作的特殊要求如圖4，1201儲(chǔ)罐存放的重油，為保證油品不與空氣中的氧氣接觸、變質(zhì)，采用罐頂充n2的方法，使之與外界隔離。實(shí)行n2封的技術(shù)要求是：要始終保持1201罐內(nèi)的叫壓力微正壓，罐內(nèi)的重油增加或減少時(shí)，將引起PIC4101指示的升降，應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)。否則，將使儲(chǔ)罐變形，更有甚者，如罐內(nèi)無(wú)背壓，將造成P3202泵抽空，時(shí)間一長(zhǎng)，會(huì)將罐吸扁，造成事故。因此，當(dāng)罐內(nèi)液面上升時(shí)，應(yīng)停止繼續(xù)補(bǔ)充N(xiāo)2，并將N2量排入火炬。反之，當(dāng)罐內(nèi)液面下降時(shí)，應(yīng)停止排放N2,而繼續(xù)補(bǔ)充N(xiāo)2，這樣，一方面需要安裝兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥控制充排N2，另一方面需要設(shè)計(jì)一套分程控制系統(tǒng)，用壓力調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的不同區(qū)間來(lái)控制這兩臺(tái)調(diào)節(jié)閥。下面分析分程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路：4.2.1.確定PV4l0lA／B的氣開(kāi)、氣關(guān)形式從安全角度，為避免氣源故障時(shí).因壓力升高總是氣關(guān)充N(xiāo)2閥，再開(kāi)排氣閥，而由于調(diào)節(jié)器PIC4101為反作用，當(dāng)壓力升高時(shí)，其輸出信號(hào)下降；兩者綜合起來(lái)，既要求在信號(hào)下降時(shí)，先關(guān)下充N(xiāo)2閥PV4101A，再開(kāi)排N2閥PV4101B.而PV4101A為氣開(kāi)閥，PV4101B為氣關(guān)閥，這就意味著充N(xiāo)2閥PV4101A的分程區(qū)間在高信號(hào)區(qū)0.06~0.1Mpa，排N2閥PV4101B的分程區(qū)問(wèn)在低信號(hào)區(qū)0.02~0.06Mpa，其分程動(dòng)作關(guān)系如圖6所示：100%*0.020.060.1MpaA閥B0.020.060.1MpaA閥B閥門(mén)開(kāi)度圖8分程動(dòng)作關(guān)系120l罐壓力分程控制系統(tǒng)的工作過(guò)程當(dāng)系統(tǒng)剛投用時(shí)，壓力低于設(shè)定值.昕以具有反作用的調(diào)節(jié)器PIC4101的輸出信號(hào)將會(huì)增大，使A閥打開(kāi)，用于充N(xiāo)2,使1201罐升壓；當(dāng)壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)，則調(diào)節(jié)器PIC4101的輸出信號(hào)下降?將漸漸關(guān)PV4101A，接著打開(kāi)PV4101B,排走n2,使壓力下降，從而把1201罐內(nèi)的壓力控制在設(shè)定值上。總之.從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，通過(guò)對(duì)多輸入（兩輸入）單輸出過(guò)程的控制分析它要求這兩個(gè)控制變量的接替變化這類(lèi)分程控制系統(tǒng)的設(shè)汁.除需考慮閥的氣關(guān)、氣開(kāi)特性選擇、分程區(qū)間選擇外，還應(yīng)對(duì)控制的性能進(jìn)行分析：對(duì)1201罐％封控制系統(tǒng)用方框表示，見(jiàn)圖7：PV4101BPV4101B圖91201罐PIC4101壓力分程控制方框圖從框圖上看，由于對(duì)象相同，若PV4101A與PV4101B安裝特性的放大倍數(shù)和特性相近，那么調(diào)節(jié)器PIC4101在任一種情況（即充n2或排n2）。作最佳的PID參數(shù)整定后，系統(tǒng)都能獲得滿意的控制品質(zhì)。5.組態(tài)畫(huà)面及程序5.1組態(tài)畫(huà)面：if（\\本站點(diǎn)\氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥==1）{\\本站點(diǎn)\氮?dú)馊萜?80;\\本站點(diǎn)\氮?dú)馊萜?\\本站點(diǎn)\氮?dú)馊萜?6;\\本站點(diǎn)\l20l罐=\\本站點(diǎn)\l20l罐+3;\\本站點(diǎn)\設(shè)定值=45;}if（\\本站點(diǎn)\氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥==1）{\\本站點(diǎn)\調(diào)節(jié)器=1;\\本站點(diǎn)\調(diào)節(jié)閥2=0;if（\\本站點(diǎn)\l20l罐＜=45）{\\本站點(diǎn)\泵=0;}if（\\本站點(diǎn)\l20l罐＞=45）{\\本站點(diǎn)\l20l罐=45;\\本站點(diǎn)\泵=1;\\本站點(diǎn)\氣化爐=\\本站點(diǎn)\氣化爐+10;}if（\\本站點(diǎn)\氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥==1&&\\本{\\本站點(diǎn)\調(diào)節(jié)器=1;\\本站點(diǎn)\調(diào)節(jié)閥2=1;}if（\\本站點(diǎn)\1參數(shù)二=\\本站點(diǎn)\1參數(shù)+1){\\數(shù)+1){\\本站點(diǎn)\Uk=\\本站點(diǎn)\Uk-3;}if（\\本站點(diǎn)\Uk<=47）{\\本站點(diǎn)\Uk=\\本站點(diǎn)\Uk+3;\\本站點(diǎn)\氮