工業(yè)廢堿液處理控制系統(tǒng)的設計

遼寧工業(yè)大學過程控制系統(tǒng)課程設計〔論文〕題目：工業(yè)廢堿液處理控制系統(tǒng)的設計課程設計〔論文〕任務及評語院〔系〕：電氣工程學院教研室：測控技術與儀器學號學生姓名專業(yè)班級設計題目工業(yè)廢堿液處理控制系統(tǒng)的設計課程設計〔論文〕任務課題完成的設計任務及功能、要求、技術參數(shù)實現(xiàn)功能設計工業(yè)廢堿液處理控制系統(tǒng)，使得在新的流量比值下保證PH值等于7某些工廠排出的廢液中含有堿，假設把廢液排入江河湖泊，將會造成環(huán)境污染。對此，常在廢液中參加適量的酸，將其中合成中性的再排放，可保護環(huán)境衛(wèi)生。廢堿液和酸的流量比是隨第三參數(shù)PH的變化來決定的。當廢堿液和酸的濃度變化時，必然會改變PH值。設計任務及要求1、確定控制方案并繪制原理結(jié)構(gòu)圖、方框圖；2、選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號和參數(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、假設設計由計算機實現(xiàn)的數(shù)字控制系統(tǒng)應給出系統(tǒng)硬件電氣連接圖及程序流程圖；5、按規(guī)定的書寫格式，撰寫、打印設計說明書一份；設計說明書應在4000字以上。技術參數(shù)測量范圍：0—+14PH值；控制范圍：7±1PH值；最大偏差：2PH值；工作方案1、布置任務，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求?！?天〕2、確定系統(tǒng)的控制方案，繪制原理結(jié)構(gòu)圖、方框圖?！?天〕3、選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號?！?天〕4、確定控制器的控制規(guī)律以及控制器正反作用方式?！?天〕5、上機實現(xiàn)系統(tǒng)的模擬運行、辯論?！?天〕6、撰寫、打印設計說明書〔1天〕指導教師評語及成績平時：論文質(zhì)量：辯論：指導教師簽字：總成績：年月日注：成績：平時20%論文質(zhì)量60%辯論20%以百分制計算摘要隨著社會的開展，工業(yè)生產(chǎn)占據(jù)主要，同時，工業(yè)生產(chǎn)也給自然環(huán)境帶來了一系列的污染問題，解決環(huán)境污染問題成為現(xiàn)今社會科學開展的主要問題。某些工廠排出的廢液中含有堿，假設把廢液排入江河湖泊，將會造成環(huán)境污染。這需要將廢液進行處理，調(diào)節(jié)液體的PH值，使PH值到達合理范圍，降低對環(huán)境的污染。本文對工業(yè)廢堿液處理系統(tǒng)進行設計，采用變比值控制系統(tǒng)，以PH值為第三參數(shù)來控制廢堿液與酸的流量比，通過傳感器檢測處理后液體的PH值，根據(jù)檢測回來的信號傳輸?shù)街付ǖ恼{(diào)節(jié)器，按照相應的控制策略與控制算法進行調(diào)節(jié)，然后按相應的調(diào)節(jié)結(jié)果進行執(zhí)行。從而形成閉環(huán)比值-串級控制系統(tǒng)，也叫變比值控制系統(tǒng)，這樣來使系統(tǒng)穩(wěn)定的進行廢堿液的處理，以到達適應一定的環(huán)境要求，減少環(huán)境污染，合理的進行工業(yè)生產(chǎn)。關鍵詞：廢液堿；PH值；比值控制系統(tǒng)目錄第1章緒論1第2章系統(tǒng)設計分析與方案論證22.1系統(tǒng)控制分析22.2被控參數(shù)與控制參數(shù)的選擇32.3控制方案的論證與選擇32.4本系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)構(gòu)成42.5系統(tǒng)框圖42.6系統(tǒng)干擾的分析6第3章系統(tǒng)儀表的選型73.1檢測元件的選型7PH值變送器選型73.1.2流量變送器選型83.2控制〔調(diào)節(jié)〕器的選型93.3執(zhí)行器的選型113.4系統(tǒng)作用方式判斷113.4.1執(zhí)行器的氣開、氣關判斷123.4.2控制器的正反作用判斷12第4章系統(tǒng)控制算法134.1控制〔調(diào)節(jié)〕規(guī)律選擇134.1.1主控制規(guī)那么的選擇13副控制規(guī)那么的選擇134.2系統(tǒng)主要性能參數(shù)計算144.2.1比值系數(shù)的計算14第5章系統(tǒng)調(diào)試與仿真155.1數(shù)學建模仿真155.2PID系統(tǒng)調(diào)試16第6章總結(jié)18參考文獻19第1章緒論環(huán)境污染是目前人類生存與開展的第一問題，也與人類日常生活息息相關，一但生活的環(huán)境受到威脅、污染，將使自然環(huán)境的質(zhì)量降低，對人類的生存與開展、生態(tài)系統(tǒng)和財產(chǎn)造成不利影響的現(xiàn)象。甚至會使人類難以生存。因此環(huán)境污染問題越來越成為世界各個國家的共同課題之一，也是工業(yè)生產(chǎn)過程必須要考慮并解決的首要問題。對于現(xiàn)階段的一些工業(yè)生產(chǎn)部門，對于廢堿液的處理方法各有不同，有的使用人工處理，有的使用設備手動處理，這些處理難免會出現(xiàn)很大的誤差，也無法防止一定量的污染，所以很多生產(chǎn)部門開始考慮自動控制處理，檢測排放的PH值來進行酸堿的配比，以到達穩(wěn)定的生產(chǎn)過程，并且降低對環(huán)境的污染問題。本設計系統(tǒng)為工業(yè)廢堿液處理系統(tǒng)，將工業(yè)廢堿液進行加酸中和處理，以到達排放水的PH值在合理的范圍內(nèi)。通過對工業(yè)廢水的處理使排放廢水無污染，進而降低對水的污染來降低工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染，進行合理化、高效率的生產(chǎn)過程。由于系統(tǒng)主要對第三參數(shù)的檢測，來改變其余參數(shù)的設定值，有因為其余參數(shù)為流量參數(shù)，并且副參數(shù)隨著主參數(shù)變動，參數(shù)的變動需要一定的比值控制，而且生產(chǎn)工藝要求兩種流量的比值要隨著第三參數(shù)的需要進行調(diào)節(jié)，所以本系統(tǒng)設計采用比值系統(tǒng)中的變比值系統(tǒng)。第2章系統(tǒng)設計分析與方案論證本章介紹系統(tǒng)的整體概況與本控制系統(tǒng)的控制方案選擇，詳細的闡述系統(tǒng)控制流程，主、副控制參數(shù)與對象的選擇。2.1系統(tǒng)控制分析本系統(tǒng)是廢堿液排放處理，屬于液體流量范疇內(nèi)，主要處理的方式是將廢堿液與含酸的液體相混合，進行化學上的中和反響，使最終排放的廢液的PH值到達控制要求的范圍內(nèi)，因此得知主要的被控制參數(shù)為PH值，通過檢測PH值的波動來進行系統(tǒng)的控制。除此之外系統(tǒng)還檢測廢堿液的流量，進行流量控制，由于系統(tǒng)存在PH值的主要干擾和流量的干擾情況，因此系統(tǒng)分為主回路控制與副回路控制。在穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)PH值輸出在恒定的合理范圍，酸與堿液的配比為一恒定值，系統(tǒng)主要干擾為PH值的波動作為主回路控制，其他干擾為酸、堿液體的流量作為副回路控制。當主回路的PH值超出合理范圍值，系統(tǒng)通過檢測元件檢測波動情況，通過變送器傳送給調(diào)節(jié)元件，根據(jù)控制算法進行相應的控制調(diào)節(jié)，執(zhí)行元件執(zhí)行相應的動作，使系統(tǒng)的PH值輸出再次進入合理范圍，以到達新一種穩(wěn)定。當干擾來至于副回路的流量時，通過流量的檢測元件檢測變化情況，在把檢測信號送到控制器與執(zhí)行器進行相應的調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)恢復到新的穩(wěn)態(tài)情況?？刂葡到y(tǒng)大體框圖如下。+—+——+主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器執(zhí)行器對象1對象2測量變送器1測量變送器2圖2.1系統(tǒng)分析大體框圖從系統(tǒng)分析與框圖來看，本系統(tǒng)具有串級控制系統(tǒng)的特點，但考慮系統(tǒng)的控制參數(shù)與控制對象，串級控制系統(tǒng)又不能滿足所有要求，因此應該選擇具有串級控制系統(tǒng)的特點也能很好的完善控制系統(tǒng)的控制方案。2.2被控參數(shù)與控制參數(shù)的選擇根據(jù)對系統(tǒng)的分析可知，主要的被控參數(shù)為系統(tǒng)排放液體的PH值，所以被控參數(shù)選擇PH值，根據(jù)PH值的變動，來調(diào)節(jié)酸堿的配比，所以控制參數(shù)為酸液與廢堿液的流量，但是又要檢測自身的流量值控制自身流量帶來的干擾問題，所以副被控參數(shù)為酸堿的流量。2.3控制方案的論證與選擇根據(jù)系統(tǒng)分析可知，系統(tǒng)具有串級控制系統(tǒng)的特點，但是系統(tǒng)需要進行兩種不同流量的控制，并且兩種物料流量要按照一定的比值經(jīng)行配比，所以選擇比值控制系統(tǒng)。方案一：采用雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，對于雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，能跟好的控制兩種液體流量的配比，同時也能克服各自流量帶來的干擾問題。但是當酸或者堿的濃度發(fā)生變化時候，流量是恒定了，但是排除液體的PH值發(fā)生變化了，克服不了對PH值帶來的干擾問題，還是無法完成系統(tǒng)的要求。F1TF1TF1CF2TF2CKQ1廢堿液Q2酸液圖2.2雙閉環(huán)比值系統(tǒng)方案二：采用變比值控制系統(tǒng)，變比值控制系統(tǒng)，具有串級控制系統(tǒng)的特點，同時也有雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的特點，能夠很好的控制流量的問題，也能隨第三參數(shù)的改變來控制流量的配比，能夠很好的克服PH值帶來的干擾問題。總上所述，根據(jù)兩種方案的比照，考慮到更多干擾的控制，所以應以第三參數(shù)PH值作為主參數(shù)，又考慮到流量比值又是隨主參數(shù)變動的，所以本設計選擇變比值控制系統(tǒng)，又叫做串級比值控制系統(tǒng)。2.4本系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)構(gòu)成根據(jù)控制系統(tǒng)的分析與控制方案確實定，畫出系統(tǒng)控制方案的組成圖。酸堿反響容器酸堿反響容器F1T÷F2TF2CPHTPHCFCQ1廢堿液Q2酸液圖2.3變比值控制系統(tǒng)構(gòu)成2.5系統(tǒng)框圖系統(tǒng)的分析要根據(jù)系統(tǒng)的框圖，包括系統(tǒng)硬件元件的設計、系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)的計算、系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)的計算、系統(tǒng)傳遞函數(shù)的計算等等，都要依據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，畫好一個系統(tǒng)框圖對整個系統(tǒng)的分析起到至關重要。++G(S)G(S)G(S)G(S)G(S)G(S)÷+--X(S)Y(S)G(S)Q1(S)Q2(S)U(S)G(S)圖2.4系統(tǒng)框圖圖中用拉式變換后的系統(tǒng)傳函字母代替，下面列舉每個字母代替的含義：G(S)主控制器G(S)比值控制器G(S)控制閥G(S)副流量對象G(S)主對象G(S)堿液檢測變送器G(S)酸液檢測變送器G(S)主檢測變送器變比值控制系統(tǒng)的工作過程是，系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下，主動量和從動量經(jīng)檢測、變送送入除法器相除，除法器的輸出即為它們的比值，同時又作為比值控制器的測量值。此時主被控變量是穩(wěn)定的，主控制器的輸出也穩(wěn)定不變，并且和比值信號相等，從動量閥門穩(wěn)定于某一開度。當主動量Q1受到干擾發(fā)生波動時，除法器輸出要發(fā)生改變，比值控制器經(jīng)過調(diào)節(jié)作用，改變閥門開度，使從動量Q2也發(fā)生變化，保證Q1與Q2的比值不變。當主對象受到干擾引起被控變量Y發(fā)生變化時，主控制器的測量值將發(fā)生變化。主控制器的輸出將發(fā)生改變，也就是改變了比值控制器的設定值，從而對主動量Q1和從動量Q2的比值加以修正，以此來穩(wěn)定主對象的被控變量Y。2.6系統(tǒng)干擾的分析對于一個系統(tǒng)干擾的分析，應該說是一個系統(tǒng)設計的關鍵所在，只有對干擾分析合理到位，才會使系統(tǒng)更好的運行，當系統(tǒng)受到干擾時候，是系統(tǒng)快速、穩(wěn)定的建立一個新的穩(wěn)態(tài)。本系統(tǒng)的干擾有PH值的波動、廢堿液流量的波動、酸液流量的波動、還有管道壓力、酸堿反響容器的液位等等，本系統(tǒng)主要干擾為PH值干擾。由于PH值干擾為主要干擾，保持PH值波動在合理范圍內(nèi)是本系統(tǒng)主要功能所在，所以使PH值干擾進入主回路控制系統(tǒng)，能更好的及時進行控制，流量的波動作為系統(tǒng)的副干擾，將干擾控制在副回路中，當干擾進來后，在副回路的控制下及時進行調(diào)試，防止了干擾信號進入主回路控制系統(tǒng)，防止了干擾對PH值的波動。第3章系統(tǒng)儀表的選型由系統(tǒng)框圖可知，在整個系統(tǒng)工藝的流程上，我們需要三個變送器元件、控制器〔調(diào)節(jié)器〕元件和執(zhí)行器元件。合理的硬件元件選擇也會使系統(tǒng)的整體系統(tǒng)更加優(yōu)秀，所以系統(tǒng)硬件的選擇要慎重，經(jīng)過多方面的因素考慮，以下將進行本設計系統(tǒng)的硬件選型。3.1檢測元件的選型本系統(tǒng)的檢測元件主要為變送器，包括一個PH值變送器和兩個流量變送器，選擇規(guī)那么根據(jù)以下因素：首先確定變送器的測量范圍與精度等級要求。以及檢測元件所適應的環(huán)境。盡可能選擇時間常數(shù)小的變送器，如果時間常數(shù)大的話，勢必會給降低系統(tǒng)的響應速度，使系統(tǒng)的性能大大降低。合理選擇堅持點，減小測量純滯后。如果安裝為了遠離系統(tǒng)本應該的輸出位置，勢必給系統(tǒng)帶來滯后時間，會使系統(tǒng)性能降低，例如：本系統(tǒng)的PH值檢測。如果變送器安裝遠離反響容器輸出點，就會給系統(tǒng)帶來純滯后，增加系統(tǒng)時間常數(shù)。測量信號的處理。確保輸出信號為標準信號，并信號中無干擾。在系統(tǒng)完善的前提下考慮變送器經(jīng)濟問題，減少系統(tǒng)設計帶來的不必要開支。3.1.1PH值變送器選型本系統(tǒng)對PH值的測量要求為測量范圍：0—+14PH值；控制范圍：7±1PH值；最大偏差：2PH值；根據(jù)要求結(jié)合所需要考慮的5條因素，本系統(tǒng)選擇Apure公司的RP-106PH值變送器。Apure在線PH值變送器RP106廣泛應用于生物發(fā)酵、農(nóng)業(yè)、化肥、農(nóng)藥、煉油、純水、電力、制藥、污水處理等行業(yè)的生產(chǎn)過程測量。專門針對海水等場合的電子線路板優(yōu)化處理，即使長期工作在海洋環(huán)境下，同樣穩(wěn)定工作。PH值變送器實物與特性如下。圖3.1實物圖表3.1RP-106PH值變送器特性PH值測量范圍0—14.00PH分辨率和精度0.01PH和±0.01PH溫度電極Pt1000/Pt100溫度補償自動測量值漂移PH：最大0.75%測量范圍電源24VDC，2線制信號輸出4~20mA；帶隔離；1~5VDC信號輸出負載600Ω校準方式兩點校準和斜率校準安裝方式就地安裝或者壁掛安裝外形尺寸133*78*90mm〔長*寬*深〕重量330g流量變送器選型變送器的選擇需要考慮很多情況因素,例如,變送器適應的場合,變送器輸出的信號范圍,檢測的介質(zhì)等等。系統(tǒng)對流量的要求低，主要是變送器適應的場合，由于系統(tǒng)檢測的流量液體為酸性和堿性，對一般的變送器會有腐蝕，所以要求選擇測量范圍寬，抗腐蝕的流量變送器。根據(jù)變送器選擇因素要求結(jié)合上述條件，本系統(tǒng)選擇有丹東通博電氣公司生產(chǎn)的EFTN型靶式流量變送器。實物圖與主要技術參數(shù)如下。圖3.2實物圖產(chǎn)品特點：能準確測量各種常溫、高溫、低溫工況下的液體、氣體、蒸汽，粘稠介質(zhì)及各種流體介質(zhì)的流量。靈敏度極高，能測量超小流量，其可測量低流速為0.8m/s。無可動部件，使用平安可靠，安裝簡單方便，極易維護。計量準確，精度0.5級，重復性好，一般為0.1%。測量范圍寬，最大測量范圍可達1:20。壓力損失小，僅為標準孔板的1/2ΔP左右?？刹捎酶墒綐硕ǚ椒?，即砝碼掛重法?？筛鶕?jù)實際需要更換靶板來改變測量流量范圍。能在線直讀指示值，又能遠程發(fā)信。主要技術參數(shù)如下表：表3.2主要參數(shù)公稱通經(jīng)DN15~DN300重復性0.1%公稱壓力0.6~42MPa測量管材料碳鋼；3精度0.5級防爆標志本安型：防爆型；供電電壓12~28V供電防護等級IP67輸出信號兩線制4~20mA介質(zhì)溫度-196℃~+環(huán)境溫度-40℃~+補償形式溫度補償；壓力補償3.2控制〔調(diào)節(jié)〕器的選型控制即為系統(tǒng)的核心，對于信號的處理方式有很多種，例如，單片機控制、PLC控制、DSP控制、數(shù)字PID控制等等，這些都屬于數(shù)字算法控制范疇，是當今開展的前驅(qū)，但對于普通的控制系統(tǒng)，考慮到穩(wěn)定、平安、功能完善與經(jīng)濟的問題，模擬PID控制系統(tǒng)還是占一定的位置，是數(shù)字控制系統(tǒng)取替不了的，因此本系統(tǒng)設計采用模擬控制系統(tǒng)，模擬式PID調(diào)節(jié)—DDZ-Ⅲ型儀表。具體型號為DTL-3100，實物圖與特點如下。采用高增益、高阻抗線性集成電路組件，簡化了儀表線路，提高了儀表精度、穩(wěn)定性和可靠性，降低了功耗。采用國際標準信號制，現(xiàn)場傳輸信號為4-2OmA直流電流，控制室聯(lián)絡信號為1-5V直流電壓。信號為二線制傳愉方式。采用集中統(tǒng)一24VDC供電，并備有蓄電池作為備用電源，在工頻電源停電的情況下仍能正常工作，有利于保障生產(chǎn)平安。由于采用集成電路擴展了功能，在基型調(diào)節(jié)器的根底上可增加各種功能，構(gòu)成各種特種調(diào)節(jié)器。如非線性調(diào)節(jié)器可以解決嚴重非線性過程的自動控制問題，前饋調(diào)節(jié)器可以解決大擾動及大滯后過程的控制。還可以根據(jù)需要在調(diào)節(jié)器上附加一些單元，如輸人報警、偏差報譽、輸出雙向限幅及其他功能的電路。整套儀表可以構(gòu)成平安火花型防爆系統(tǒng)，而且增加了平安單元—平安柵，實現(xiàn)控制室與危險場所之間的能量限制和隔離。圖3.3DTL-3100型控制外部圖3.3執(zhí)行器的選型調(diào)節(jié)閥類型的選擇：氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器調(diào)節(jié)閥口徑〔Dg、dg〕大小的選擇：主要依據(jù)是閥的流通能力。正常工況下要求調(diào)節(jié)閥開度處于15％～85％之間。調(diào)節(jié)閥氣開、氣關形式的選擇：主要以平安方面考慮。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇：系統(tǒng)總的放大倍數(shù)盡可能保持不變，通常被控過程的特性是非線性的(一階以上特性)，而變送器、調(diào)節(jié)器(假設比例作用時)和執(zhí)行機構(gòu)的放大系數(shù)是常數(shù)。因此往往通過選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性來補償被控過程特性的非線性，從而到達系統(tǒng)總放大倍數(shù)不變的目的。控制閥是自動控制系統(tǒng)中的一個重要組成局部，其作用是根據(jù)調(diào)節(jié)器的輸出命令，直接控制能量或物料等介質(zhì)的輸送量到達控制工藝參數(shù)的目的。由于控制閥安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，常年與生產(chǎn)介質(zhì)直接接觸。且往往工作在高溫，高壓，深冷，強腐蝕，易堵塞等惡劣條件下。因此，如果對控制閥選擇不當或者維護不善。就會使整個控制系統(tǒng)不能可靠工作或嚴重影響系統(tǒng)的控制質(zhì)量，根據(jù)能源的種類控制閥分為氣動，電動和液動三種，其中電動調(diào)節(jié)閥可以直接接受來至于控制器的信號，驅(qū)動能力強、節(jié)能環(huán)保、安裝方便等優(yōu)點，因此本系統(tǒng)選擇電動調(diào)節(jié)閥。電動機電動機位置發(fā)信器輸入信號閥行程閥減速器伺服放大器圖3.4電動調(diào)節(jié)閥原理由于控制的選擇為DDZ-Ⅲ型儀表，模擬式控制器，相對于執(zhí)行器也可以選擇直接對應的模擬式執(zhí)行器，本設計選擇DKJ電動執(zhí)行器，它與DDZ-Ⅲ型儀表相組合使用，同時模擬式元件，能很好的匹配調(diào)節(jié)。3.4系統(tǒng)作用方式判斷根據(jù)變比值控制系統(tǒng)組成圖，可進行系統(tǒng)控制作用方式的判斷，主要為控制器的正、反作用判斷，執(zhí)行器正、反作用的判斷。執(zhí)行器的氣開、氣關判斷氣開、氣關式的選擇主要考慮到人身平安、系統(tǒng)設備平安等問題，對于本系統(tǒng)設計當沒信號的時候，酸液的入口應關閉，以免過度的酸液流入，所以執(zhí)行器應選擇氣開式“+〞調(diào)節(jié)閥。控制器的正反作用判斷正反作用主要原那么是使系統(tǒng)組成反響控制系統(tǒng)，主回路調(diào)節(jié)器控制PH值，當PH值增大時，說明排放的液體中酸的比例過多，應減小酸液閥門，所以主控制器應選擇反作用調(diào)節(jié)“—〞副回路調(diào)節(jié)器控制比值的，假設廢堿液增多時，需要酸增多，保持給定的比值恒定，所以比值控制器應選擇正作用“+〞調(diào)節(jié)。第4章系統(tǒng)控制算法系統(tǒng)的控制算法包括主、副控制器的控制規(guī)律選擇，系統(tǒng)性能指標的計算以及系統(tǒng)重要參數(shù)確實定。4.1控制〔調(diào)節(jié)〕規(guī)律選擇根據(jù)被控過程特性與生產(chǎn)工藝要求，了解調(diào)節(jié)器控制規(guī)律對控制質(zhì)量的影響，合理選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律，是過程控制方案設計的重要內(nèi)容之一。選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律就是為了使調(diào)節(jié)器的特性與控制過程的特性能很好配合，使所設計的系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)工藝對控制質(zhì)量指標的要求。P控制規(guī)律：適用于控制通道滯后較小，時間常數(shù)不太大，擾動幅度較小，負荷變化不大，控制質(zhì)量要求不高，允許有余差的場合。如貯罐液位、塔釜液位的控制和不太重要的蒸汽壓力的控制等。PI控制規(guī)律：引入積分作用能消除余差。適用于控制通道滯后小，負荷變化不太大，工藝上不允許有余差的場合，如流量或壓力的控制。PD控制規(guī)律：引入了微分，會有超前控制作用，能使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，最大偏差和余差減小，加快了控制過程，改善了控制質(zhì)量。適用于過程容量滯后較大的場合。對于滯后很小和擾動作用頻繁的系統(tǒng)，應盡可能防止使用微分作用。PID控制規(guī)律：可以使系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量，它適用于容量滯后大、負荷變化大、控制質(zhì)量要求較高的場合，如反響器、聚合釜的溫度控制。本系統(tǒng)控制器分為主控制器與比值控制器，主控制調(diào)節(jié)來至于PH值的干擾，比值控制器調(diào)節(jié)系統(tǒng)酸液與廢堿液的配比，主控制器安裝在整個控制系統(tǒng)的主回路中，比值控制器位于副回路中。4.1.1對于主要參數(shù)的控制，關系到產(chǎn)品的質(zhì)量，系統(tǒng)的性能，一般工藝上要求不可以存在殘差，所以主調(diào)節(jié)器通常選擇PI調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)主變量的無差控制，由于主控制是對流量PH值的控制，難免會有一些時間上的滯后，在加上檢測元件的時間常數(shù)等問題，因此，主控制選擇PID控制規(guī)律。4.1.2副控制規(guī)那么的選擇對于系統(tǒng)來說，比值參數(shù)并不是主要控制對象，但當干擾一旦出現(xiàn)時，應對干擾進行及時控制，系統(tǒng)響應的時間一定要快速，時間常數(shù)一點要小，由于I環(huán)節(jié)的參加，雖然控制無殘差，但是大大減低的了系統(tǒng)響應的速度，所以，對于副控制器的控制規(guī)律采用單獨的P算法。4.2系統(tǒng)主要性能參數(shù)計算對于變比值控制系統(tǒng),主要的參數(shù)為比值系數(shù),還有各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),包括時間常數(shù),比例放大常數(shù)等等.其中比值系數(shù)為廢堿液與酸液的配比,傳遞函數(shù)主要為PID控制的參數(shù)整定。比值系數(shù)的計算比值系數(shù)計算是比值控制系統(tǒng)設計中的一個重要環(huán)節(jié)，在控制方案確定以后，必須把工藝規(guī)定的流量比K，轉(zhuǎn)換成儀表信號之間的比值系數(shù)K’后才能進行比值設定。根據(jù)變送器的不同情況，比照值系數(shù)K’的計算進行討論。由于本設計選擇的流量變送器，流量與測量信號之間成非線性關系，變送器輸出為標準4-20MADC信號，的流量測量范圍為0—，的流量測量范圍為0—所以比值系數(shù)計算公式如下?！?—1〕K：流量比；:副流量參數(shù)；：主流量參數(shù)〔4—2〕〔4—3〕從以上二式可得儀表之間的比例系數(shù)K’。〔4—4〕〔4—5〕K為廢堿液和酸液的配比值，目的是使酸堿以一定的比值反響，使反響后的液體PH值控制在合理范圍內(nèi)，本系統(tǒng)要求上下浮動為±1，根據(jù)化學上的合理計算才能得到K值，再根據(jù)主、副流量測量范圍，從而計算出K’。第5章系統(tǒng)調(diào)試與仿真過程控制系統(tǒng)的仿真一般采取先建模后仿真的步驟,本文主要介紹系統(tǒng)的數(shù)學建模,采取機理法數(shù)學建模方式。5.1數(shù)學建模仿真機理法數(shù)學建模是根據(jù)生產(chǎn)過程中實際發(fā)生的變化機理，寫出相關的平衡方程，在根據(jù)每個元件單元的數(shù)學模式，進行MATLAB仿真，本文不介紹MALTAB仿真,以實驗室過程控制系統(tǒng)經(jīng)行仿真。機理法建模的首要條件是必須對生產(chǎn)過程的機理有充分的了解，并且能夠比擬準確地用數(shù)學語言加以描述。機理法建模的根底是物質(zhì)與能量平衡關系。對于本控制系統(tǒng)，先對主回路系統(tǒng)進行建模，在對副回路系統(tǒng)進行建模，副回路控制對于主回路控制存在一定的關系。各自回路建模后，找出主、副回路的關系，進行建模聯(lián)系。是建模成為一個統(tǒng)一整體。對于本系統(tǒng)機理法建模的步驟：1〕根據(jù)建模過程和模型使用目的做出合理的假設。對于本系統(tǒng)，可假設反響器內(nèi)在穩(wěn)態(tài)的情況下堿與酸的反響合理完全，并且在輸出流量內(nèi)所檢測的PH值處處相等。2〕根據(jù)被控過程內(nèi)在機理建立數(shù)學模型。先分析系統(tǒng)內(nèi)儲能元件，確定系統(tǒng)傳函的階次，確定輸入量與輸出量，根據(jù)根本公式〔5—1〕，還有被控過程內(nèi)部發(fā)生物理、化學變化應遵守的根本定律和相關的動量平衡方程、相平衡方程以及反映流體流動、傳熱、化學反映等根本規(guī)律的運動方程、物性參數(shù)方程和某些設備的特性方程等方程式。單位時間內(nèi)物質(zhì)/能量流入量-單位時間內(nèi)物質(zhì)/能量流出量=被控過程內(nèi)部物質(zhì)/能量存儲量的變化率?！?—1〕建立系統(tǒng)動態(tài)特性方程組，消去中間變量，得到反映系統(tǒng)輸入與輸出之間的動態(tài)關系的微分方程或傳遞函數(shù)。3〕簡化。在滿足控制工程和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，對于可以忽略的參數(shù)，可以簡化處理，使方程盡量簡潔。4〕進行軟件仿真處理。采用MATLAB進行仿真，調(diào)節(jié)動態(tài)方程中所代表的的系統(tǒng)性能參數(shù)，是系統(tǒng)控制在合理范圍內(nèi)。本設計在過程控制實驗室進行仿真，有現(xiàn)成的過程控制系統(tǒng)。5.2PID系統(tǒng)調(diào)試對于系統(tǒng)調(diào)試，主要是系統(tǒng)控制規(guī)律的整定，本系統(tǒng)為主回路的PID控制算法整定，副回路的P控制算法整定，以及硬件元件安裝的是否合理，以到達減低系統(tǒng)安裝帶來的純滯后。對于PID控制規(guī)律的整定，需要一步一步進行系統(tǒng)調(diào)試，使系統(tǒng)符合控制要求，到達當干擾到來時，系統(tǒng)能及時快速的響應，動態(tài)過程時間短，使系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)性能到達完善。本文采取的是實驗室過程控制系統(tǒng)進行調(diào)試，將過程控制系統(tǒng)實驗室的控制設備連接本錢系統(tǒng)的設計現(xiàn)況，進行PID調(diào)試與仿真。根據(jù)PID參數(shù)整定方法，先置Td=0，Ti=∞，調(diào)節(jié)比例度P，是系統(tǒng)過渡過程為4：1的衰減比，然后將P放大10%-20%，將積分時間由大到小逐漸增加，直至獲得衰減比為4：1過渡過程，然后將P減小10%-20%，Ti適當縮短后，在把Td由短至長的逐步參加，直至滿意為止，以下為仿真結(jié)果圖。圖5.1系統(tǒng)存在明顯的殘差此時系統(tǒng)的比例度P(%)為44，沒有參加微分和積