程控制与自动化仪表课程设计

1课程设计名称：过程控制与自动化仪表课程设计 题 目：管式换热器恒温控制系统设计 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 自动化 姓 名： 学 号： 课程设计任务书2、 设计题目 管式换热器恒温控制系统设计、 设计任务在工业生产用，往往需要对液体进行温度控制。换热器的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。本次设计主要是通过了解换热器的工作原理,通过对控制对象，被控对象， 调节器，调节阀等相关参数的选择,来实现换热器恒温工作的最佳实现。三、设计计划过程控制与自动化仪表课程设计共计 1 周内完成。第 12 天查资料，熟悉题目；第 35 天方案分析，具体按步骤进行设计及整理设计说明书；第 6 天准备答辩；第 7 天答辩。四、设计要求1、设计工作量为按要求完成设计说明书一份；2、设计必须根据进度计划按期完成；3、设计说明书必须经知道教师审查签字方可答辩。指 导 教师： 教研室主任： 时 间： 年 月 日xxxxxx 大学3课 程 设 计 成 绩 评 定 表学期 姓名 专业 电气工程及其自动化 班级 课程名称 过程控制与自动化仪表课程设计设计题目 管式换热器恒温控制系统设计评定指标 分值 得分知识创新性 20理论正确性 20内容难易性 15结合实际性 10知识掌握程度 15书写规范性 10工作量 10总成绩 100评定标准评语：任课教师 时间 年 月 日备 注摘要4过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。20 世纪 50 年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。60 年代，随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70 年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。80 年代，过程控制系统开始与过程信息系统相结合，具有更多的功能。当前，过程控制已进入全新的、基于网络的计算机集成过程控制时代。DIPS 是以企业整体优化为目标，以计算机及网络为主要技术工具，以生产过程的管理与控制为主要内容，将过去传统自动化的“孤岛”模式集成为一个有机整体，而网络技术、数据库技术、分布式控制、先进过程控制策略、智能控制等则成为实现 CIPS 的重要基础。可以预见，过程控制将在我国现代化建设过程中得到更快的发展和发挥越来越重要的作用。本设计以过程控制理论为基础，全面阐述在工业生产过程中，换热器温度控制系统的设计过程，包括对被控参数、控制参数、调节器和调节阀的选定、调节器参数整定等相关方面的设计。关键词：过程控制；工业生产；换热器目录51 前言12 控制方案的确定22.1 恒温控制系统生产工艺要求22.2 控制参数与被控参数的选择22.2.1 被控参数的选择22.2.2 控制参数的选择22.3 系统原理图及方框图22.3.1 控制系统控制结构图22.3.2 系统框图33 测量仪表的选择43.1 变送器的选择43.2 调节阀的选6择43.2.1 调节阀的启开气关形式43.2.2 调节阀的流量特性43.2.3 调节阀的理想流量特性53.3 调节器的选择53.3.1 调节规律的选择53.3.2 调节器仪表的选择53.3.3 调节器的内部结构64 调节器的参数整定115 结论126 设计体会13参考文7献141 前言20 世纪 50 年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。60 年代，随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70 年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。80 年代，过程控制系统开始与过程信息系统相结合，具有更多的功能。当前，过程控制已进入全新的、基于网络的计算机集成过程控制时代。DIPS 是以企业整体优化为目标，以计算机及网络为主要技术工具，以生产过程的管理与控制为主要内容，将过去传统自动化的“孤岛”模式集成为一个有机整体，而网络技术、数据库技术、分布式控制、先进过程控制策略、智能控制等则成为实现 CIPS 的重要基础。可以预见，过程控制将在我国现代化建设过程中得到更快的发展和发挥越来越重要的作用。本设计以过程控制理论为基础，阐述在工业生产过程中，换热器温度控制系统的设计过程，包括对被控参数、控制参数、数学模型的建立、调节器和调节阀的选定、调节器参数整定等相关方面的设计。82 控制方案的确定2.1 恒温控制系统生产工艺要求在工业生产用，往往需要对液体进行温度控制。图 2-1 是管式换热器恒温控制系统的结构图。其工艺要求用蒸汽将进入其中的冷水加热到一定温度，并将热水温度维持在一定范围内( )。CT1-图 2-1 管式恒温控制系统原理图2.2 控制参数与被控参数的选择2.2.1 被控参数的选择被控参数的选择对于提高产品质量、安全生产以及生产过程的经济运行等都具有决定性的意义。如果被控参数选取不当，无论是此何种控制方法，还是采用何种先进的检测仪表，都难以达到预期的控制效果。对于本系统，由于要对经换热器后的热水的温度进行控制，所以根据生产工艺的要求，选取换热器出口温度作为直接被控参数。设置合理的调节器对换热器的出口温度进行控制。2.2.2 控制参数的选择9由换热器控制系统的工作原理可知，影响影响换热器的出口温度的参数有两个，一个是冷水的流入量，再一个是热蒸汽的流入量。调节这两个参数均可以控制换热器出口的温度。但是根据生产工艺可知，流入乙烯裂解气的流量是一定的，所以选取热蒸汽的流入量作为控制参数。2.3 系统原理图及方框图2.3.1 控制系统控制结构图恒温控制系统结构图如图 2-2 所示图 2-2 系统控制结构图2.3.2 系统框图控制系统框图如图 2-3 所示X(s) Y(s)sGCsVsGOm图 2-3 控制系统框图103 测量仪表的选择3.1 变送器的选择根据生产工艺的要求，宜选用 DDZ-III 型仪表。采用 24V 直流电源集中统一供电，整套仪表可构成安全火花防爆系统，而且增加了安全单元安全保持器，实现了控制室与危险场所之间的能量限制与隔离，使仪表无论在正常运行，还是在事故状态下，都不会引爆，仪表的安全性、可靠性显著提高。采用国际标准信号制，现场传输信号为 4-20mA 直流电流，控制室联络信号为 1-5V 直流电压，信号电流和信号电压的转换电阻为 250。测温原件及变送器的选择。因为被控温度在 150 以下，故选用热电阻温度计。为提Co高精度，采用三线制接法，并配用温度变送器。3.2 调节阀的选择3.2.1 调节阀的启开气关形式气开是指当气压信号 p0.02MPa 时，阀由关闭状态逐渐打开；气关则相反，即当气压信号 p0.02MPa 时，阀由全开状态逐渐关闭。由于执行机构有正、反作用两种方式，阀体也有正、反两种形式。所以，执行期的“气开” 、 “气关”有四种构成方式，如图 3-1 所示：图 3-1 气开、气关示意图调节阀的气开、气关选择，主要从工艺生产的安全来考虑。换句话说，当发生断电或其他故障引起控制信