精馏塔控制方案设计

1、精馏塔控制方案设计安徽理工大学课程设计（论文）任务书机械工程学院学生姓名过控教研室专业（班级）过控09-2班设计题目精馏塔控制方案设计精馏塔控制系统的设计本课程设计为加压精镏操作，原料液为脱丙烷塔塔釜的混合液14056kg/h，分离后镏出液为高纯度的C4产品，釜液主要是 C5以上组分。87.8摄氏度的原料 液从精镏塔的第16块塔板（全塔共32块塔板）进料，塔顶蒸气经全凝器冷凝为液体后进入回流罐，回流罐内的液体由泵抽出（液位要求为54.2%），一部分作为回流液送回精镏塔第32块塔板，另一部分作为产品送出 塔 （6707kg/h）釜中液体的一部分经再沸器后回精镏塔，另一部分作为塔底采出产品（734

2、9kg/h）。再沸器由加热蒸设 气加热。灵敏板温度要求保持为89.3摄氏度，塔釜温 度要求计 为 109摄氏度，液位要求为98%,另工艺中技 FA414要求液位保持为 88% 术 另附精镏塔工艺流程图。参数i.到图书馆查找相关资料，对被控对象进行分析，确定系统控制结构方案，完成控制系统原理方框图。2.画精馏塔带控制点的工艺流程图3.仪表选型，根据有关仪表目录或网站的仪表性能参数，进行仪表选型4.精馏塔控制系统调节器参数的整定。设 计 要 求5.编写设计说明书：（1）提出控制系统的基本任务和要求。（2）被控对象动态特性分析。（3）选择控制系统控制结构，画控制原理方框图（4） 精馏塔带控制点的工艺

3、流程图（5）控制器参数整定。（6）编制出控制设备表或仪表数据表等有关仪表信息的设计文件。7 ) 设计总结。工作量一份26页左右的设计说明书（格式必须严格按照设计说明书模板来与），带控制点工艺流程图纸3#图1张（必须严格按照制图规范来绘制）.o工作计 划1.第一周：任务下达，查找资料，被控对象进行分析，确定系统控制结构方案，控制系统原理方框图。2.第二周：画精馏塔带控制点的工艺流程图,根据有关仪表目录或网站的仪表性冃匕参数,进行仪表选型。3.第二周周 至周二：控制系统调节器参数整定，编写设计说明书。4.第三周周四周五：设计说明书与图纸上交，经教师检查，不符合要求的必须经修改后才能上父。参考资 料

4、1?过程装备控制技术及应用化工出版社王毅主编2. HGT 20507-2000 自动化仪表选型设计规定3. HG 20559-93管道仪表流程图设计内容和深度规定4. HG-T 20505-2000 过程测量和控制仪表的功能标志及图形符号5.过程控制工程设计化学工业出版社孙洪程主编6?过程控制系统及设计重庆大学出版社朱麟早主编7.过程控制工程手册化学工业出版社周春晖主编8.网站上的相关资料指导教师签字教研室主任签字安徽理工大学毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名： 学号： 专业班级： 过控 09-2毕业设计题目： _ 精馏塔控制方案设计 _指导教师评语：XX 同学能够按时参加综合设计，基本上能做

5、到不旷课、迟到、早退，也能遵 守实验 室纪律；能够按照本次综合设计任务书的要求完成了大部分任务，并较 好地演示了其完 成的设计内容；在检查设计时，该生能对其设计内容进行了介 绍，并能就指导教师提出 的问题进行了回答。报告文字较通顺，内容较详实， 立论较正确，结构较合理；报告字 数符合相关要求，工整规范，整齐划一；课 题背景介绍清楚；设计方案合理、可行，论 证逻辑性较强，有一定的说服力； 符号基本统一；图表大部分符合规范要求；能对整个 设计过程进行了总结，得 出一定的实验结果。通过对该同学的论文评阅，同意该同学已经具备参加综合设计答辩的资格。成绩： _指导教师：- -側皑再昶佔1财* Bit?.

6、耳* Hf擂熔搖工丈滤程囲工艺流程图课程设计说明书ANHUI UNIVERSIT Y OF SCIENCE & TECHNOLOG Y精馏塔控制方案设计DESIGN OF THE COLUMN CONTROL SCHEME学院：机械工程学院专业班级： 过控09 2学号：_学生姓名：_指导教师：讲师2012年6月28日精憎塔控制方案设计摘要脱丙烷塔的主要任务是利用混合液中各组分挥发度的不同分离丙烷和丁二烯组分，并达到规定的纯度要求。塔顶轻组分主要是丙烷，塔低重组分主要是丁二烯。本文主要围绕选脱丙烷塔为研究对象，在分析其工艺流程和系统构成的基础上，结合实际系统，进行了压力、温度、液位、和流量等影响

7、因素方面的控制系 统设计，详细设计了精徭过程的控制方案?包括单回路控制、串级控制、分程控制 等。使精徭塔控制系统达到工业生产的要求。关键词：脱丙烷塔，单回路控制系统，串级控制，分程控制DESIGN OF THE COLUMN CONTROL SCHEMEABST R ABSTRACTThe depropanizer tower s main task is to use the mixture of volatile components in different degrees of separation of propane and butadiene components, and ac

8、hieves the designated purity requirements. Top light component is mainly propane tower, low recombination is mainly butadiene.This paper, focusing on choose butanol tower as the research object, the analysis of the process flow and system components on the basis of the practical system, the temperat

9、ure, flow, liquid level, and stress factors as the control system design, detailed design the distillation process control plan, including cascadecontrol, process control points. Make the column to industrial control system of production requirements. Keywords: Distillation. Control system. Cascadec

10、ontrol. Process control points目录摘要 . IABSTRACT . II1控制系统的基本任务和要求 . . 11.1 控制系统的基本任务 . 11.2 控制系统的要求 . 12被控对象动态特性分析 . 22.1 动态方程的建立 . 22.2 动态影响分析 . 23控制系统设计与控制系统方框图 . . 43.1精馏塔塔顶压力分程控制系统 . 43.2精馏塔塔釜温度与蒸汽流量组成串级控制 . 53.3 再沸器温度控制 . 63.4回流罐液位单回路控制系统 . 73.5塔釜液位单回路控制系统 . 73.6冷却水缓冲罐液位控制系统 . 83.7 精馏塔流量控制系统 . 9

11、3.8 精馏过程总体控制系统 . 94精馏塔带控制点的工艺流程图 . . 125 控制器参数整定 . 135.1 控制规律的选择 . 135.2调节器器和调节阀的正反作用选择 . 135.2.1调节阀的正反作用选择. 135.2.2调节器器正反作用选择. 145.3 参数整定 . 155.3.1调节器的参数整定的方法. . 155.3.2调节器的参数整定的步骤. . 166 仪表选型 . 166.1 测控仪表选型 . 166.1.1压力变送器 . 176.1.2温度测量仪表. . 186.1.3液位测量仪表. . 196.1.4流量传感器 . 206.2 执行机构选型 . 21结论 . 23参

12、考文献 . 24致谢 . 251 控制系统的基本任务和要求1.1 控制系统的基本任务脱丙烷塔的主要任务是利用混合液中各组分挥发度的不同分离丙烷和丁 二烯组分， 并达到 规定的纯度要求。 塔顶轻组分主要是丙烷， 塔低重组分主要是 丁二烯。1.2 控制系统的要求精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前提下，使塔的回收率最高、 能耗最低，即使总 收益最大，成本最小。精馏过程是在一定约束条件下进行的。 因此，精馏塔的控制要求可从质量指 标、产品产量、 能量消耗和约束条件四方面考虑。1. 质量指标精馏塔的质量指标是指塔顶或塔底产品的纯度。 通常，满足一端的产品质量， 即塔顶或塔底 产品之一达到规定纯度

13、，而另一端产品的纯度维持在规定范围内。 所谓产品的纯度， 就二元精馏来 说， 其质量指标是指塔顶产品中轻组分含量和塔 底产品中重组分含量，产品组分含量并非越纯越 好，原因是，纯度越高，对控制 系统的偏离度要求就越高， 操作成本的提高和产品的价格并不成比 例增加， 因此 纯度要求应与使用要求适应。2. 物料平衡控制进出物料平衡， 即塔顶、 塔底采出量应和进料量相平衡， 维持塔的正常平稳 操作，以及上 下工序的协调工作。物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）与塔釜 液位一定（介于规定的上、下限 之间）为目标的。3. 能量平衡和经济平衡性指标要保证精馏塔产品质量、 产品产量的同时， 考虑降低能量的消耗，

14、 使能量平 衡，实现较好 的经济性。4约束条件精馏过程是复杂传质传热过程。 为了满足稳定和安全操作的要求， 对精馏塔操作参数有一定的约束条件(2-1)(2-2)说是一个多容量2被控对象动态特性分析2.1动态方程的建立精馏塔是一个多变量、时变、非线性对象。对其动态特性的研究，人们已经做了不少工作。要建立整塔的动态方程，首先要对精馏塔的各部分：精馏段、提留段各塔板，进料板，塔顶冷凝器，回流罐，塔釜、再沸器等分别建立各自得动态方程。以图2-1所示二元精馏塔第j块塔板为例说明如何建立单板动态方程。总物料平衡:dM jLjLj V-VjLdt轻组分平衡：dM jXj匚必 i -LjXj Vjdyj4-V

15、jyj 二二 / jdt指来自哪一块板的上升蒸汽；M指液相的蓄存量；x、y分别指液相和气相中轻组分的含量，同样下标指回流液及上升蒸汽来自哪块塔板。由于各部分的动态方程。可整理得到整塔的动态方程组。对于整个精馏塔来的，相互交叉连接的复杂过程，要整理出整塔的传递函数是相当复杂的式中：L表示回流量，下标指回流液来自哪块板;V表示上升蒸汽量，下标2.2 动态影响分析通过上面的讨论，可知精馏塔动态方程的建立是复杂的，尤其建立一个精确而又实用的动态方程更是具有一定的难度。因此从定性的角度来分析精馏塔的动态影响，对合理设计控制方案有积极的指导意义1）上升蒸汽和回流的影响在精馏塔内， 由于上升蒸汽只需克服塔板

16、上极薄覆盖的液相阻力， 因此上升 蒸汽量的变化几 秒钟内就可影响到塔顶， 也就是说上升蒸汽流量变化的影响是相 当快的。然而由塔板下流的液相有相当大的滞后。 当回流量增加时， 必须先使积存在 塔板上的液相蓄 存量增加， 然后在这增加的液体静压柱的作用下， 才使离开塔板 的液相速度增加，所以对回流量 变化的响应存在着滞后。由此可得出这样的结论： 要使塔上的任何一处 （除塔顶塔板外） 的气液比发 生变化，用再沸 器的加热量作为控制手段，要比回流量的响应快。2）组分滞后的影响V和L的变化，引起 XD和XB的变化，都是通过每块塔板上组分之间的平衡 施加影响的结果。 由于组分要达到静态平衡需要一定的时间，

17、 所以尽管V的变化 可较快影响到塔顶，但要使塔顶组分 浓度XD变化达到一个新的平衡仍要经过不 少的时间。同样 D的变化也是一样。且需花费更多的时间。组分滞后的影响是由于塔板上的组分要等到影响组分的液相或气相流量稳定较长时间后才能建立平衡。 随着塔板上液相蓄存量的增加， 组分滞后增加。 因 此塔板数的增加及回流比的增加， 均会造成塔板上液相蓄存量的增加， 从而导致 组分的滞后也增加。当再沸器加热量 Q 的增加而引起 V的增加，通过改善气、液 接触，可以减少组分的滞后。3）回流罐蓄液量和塔釜蓄液量引起的滞后影响由物料平衡关系可知：在 F 定的情况下，改变 D和B均能引起XD和XB的变化。实际上D的

18、 变化是通过L的变化（在回流罐液位不变时）才能影响到塔内的气液平衡，从而控制产品的质量XD和XB。然而，回流罐有一定的蓄液量，从D变化到L的变化会产生滞后。同样 B的变化也是通过V的变化（在塔釜液位不变 时）才能影响到塔内的气液平衡，从而控制产品的质量XD和XB。塔釜的蓄液量 也会使B的变化到V的变化产生滞后，通常塔釜截面积要比回流罐小得多，所以，由于塔釜蓄液量引起的滞后要比回流罐的蓄液量引起的滞后小。3控制系统设计与控制系统方框图3.1精馏塔塔顶压力分程控制系统压力点取在丁醇塔塔顶出口管线上。该丁醇塔采用热旁路控制压力，为了扩 大调节阀的可调范围，并满足工艺操作的特殊要求，采用了分程控制，分

19、程控制就是用一个调节器同时控制两个或两个以上执行机构的控制系统。两个调节阀分 别为热旁路调节阀和回流罐上的冷凝气放空阀。两个调节阀工作区间输出为：当调节器输出信号是 0%- 50%寸，PV-1 -1由全开到全关，这时 PV-1 -2全开；当调 节器输出信号是 50%-100%寸PV-1-1全关，PV-1-2由全关到全开（阀 PV-1-1和 PV-1-2的位置如图3-2所示）。如下表3-1所示：表3-1精馏塔塔顶压力分程控制系统被控对象被控变量操纵变量塔顶精馏塔塔顶压力热旁路热气流量和回流罐冷凝气体流量分程控制的方框图如图3-1所示:图3-1精馏塔塔顶压力分程控制系统考虑调节阀的分程区间信号对分

20、程控制系统的影响。分程控制系统的改造有 两种方法可供选择：取消分程控制：在回流罐上增设压力变送器口，并增设调节器，用于直接控制调节阀PV-1-2。改变调节器输出信号的区域：即调节器输出信号的0到45 % %用于调节热旁路调节阀 PV-1-1 , , PV-1-2在此区域关闭；调节器输出信号的55 % %到100 % %用于调节PV-1-2 , , PV-1-1在此区域关闭；中间的信号区域 45% %到55% %寸寸PV-1-1PV-1-2均不起作用（阀 PV-1-1和PV-1-2的 位置如图3-2所示）。方法改造工作简单、投资少，因此，在实际生产中得到广泛应用。塔顶压力控制方案如图3-2所示：

21、图3-2塔顶压力控制方案示意图3. 2精馏塔塔釜温度与蒸汽流量组成串级控制下图是精馏塔底部示意图，在再沸器中，用蒸汽加热塔釜液产生蒸汽，然后在塔釜中与下降物料进行传热传质。为了保证生产过程顺利进行，需要把提馏段温度9保持恒定。为此在蒸汽管路上装上一个调节阀，用它来控制加热蒸汽流量。从调节阀的做到温度 9发生变化，需要相继通过很多热容积。实践证明，加热蒸 汽压力的波动对 9的影响很大。此外，还有来自液相加料方面的各种干扰， 包括 它的流量、温度和组分等，它们通过提馏段的传质过程，以及再沸器中传热条件（塔釜温度、再沸器液面等），最后也影响到温度9。很明显当加热蒸汽压力波 动较大时，简单回路温度控制

22、系统的调节品质一般不能满足生产要求。由于存在这些扰动故考虑串级控制系统。如下表3-2所示: :表3-2提馏段的温度与蒸汽流量组成串级控制主被控对象副被控对象主被控变量副被控变量操纵变量塔底蒸汽管路系统提馏段灵敏板温度温度9蒸汽流量蒸汽管路系统蒸汽流量控制方框图为下图 3-3所示：图3-3提馏段的温度与蒸汽流量组成串级控制方框图3.3再沸器温度控制因为经再沸器加热后的气体的流量需要保持恒定，因而再沸器里的温度也为定值，因此我采用了单向控制系统，控制再沸器的温度。如下表3-3所示：表3-3再沸器温度控制系统被控对象被控变量操纵变量再沸器塔釜温度109摄氏度, ,（提镏段温度）再沸器的蒸汽流量控制方

23、框图为下图 3-4所示:温度变送 *3.4回流罐液位单回路控制系统本文采用单回路控制，由塔顶采出量来控制回流罐液位。当回流罐液位变化时，液位传感器差值发出控制信号，控制阀的开测量到液位值并将其变送到控制器，与设定值比较。控制器根据 度，改变塔顶采出量，以此维持回流罐液位在设 定数值。如下表3-4所示表3-4回流罐液位单回路控制系统被控对象被控变量操纵变量回流罐回流罐内的液位塔顶采出量回流罐液位单回路控制系统框图如图3-53.5塔釜液位单回路控制系统精馏塔塔釜液位控制回路是串级控制回路，由精馏塔塔釜的产品采出量来控制，保持恒定。被控变量为精馏塔塔釜液位，操纵变量为精馏塔塔釜产品采出量。当塔釜液位

24、变化时，液位传感器测量到液位值并将其变送到控制器，与设定值比较。控制器根据差值发出控制信号，控制阀的开度，改变塔釜采出量，以此维持塔釜液位在设定数值。由于塔釜液位的变化不快，采用单回路控制滞后不大，完 全可以达到控制要求。如下表3-5所示图3-5回流罐液位单回路控制系统方框图x (t流出物流址流出物流址表3-5塔釜液位单回路控制系统被控对象被控变量操纵变量塔底塔底内的液位精馏塔塔釜产品采出量塔釜单回路控制回路框图如图3-6 :图3-6塔釜液位单回路控制系统方框图液位变送液位变送3.6冷却水缓冲罐液位控制系统设计此回路是为了控制冷却水缓冲罐液位，流出物流量的大小是根据冷却水缓冲罐液位的要求，给出

25、一个给定值，用流出物流量控制回路单回路控制回路来控制的，通过测量变送器反馈给比较器， 与给定值进行运算，比较器比较出来的结果送给调节阀，让调节阀保持在某一开度，这样来控制流出物的流量，达到控制冷却水缓冲罐液位的目的。如下表3-6所示表3-6冷却水缓冲罐液位控制系统被控对象被控变量操纵变量冷却水缓冲罐冷却水缓冲罐的液位流出物的流量图3-7冷却水缓冲罐液位单回路控制系统方框图调库器调库器回流罐流量、3.7精馏塔流量控制系统进料量和回流量都采用单回路的流量控制。再沸器加热蒸汽流量，由灵敏板温度调节和蒸汽流量调节构成串级调节系统。主参数为塔釜温度，副参数是蒸汽 流量。当塔釜温度变化时，温度传感器测量到

26、温度值并将其变送到主调节器，与温度设定值比较。主调节器根据差值输出一个信号作为副调节器的给定值，并与 蒸汽流量传感器测量变送的流量值比较，副调节器根据其差值输出信号，控制阀的开度，以控制蒸汽流量。精馏塔流量控制方案示意图如图3-8所示：3.8精馏过程总体控制系统由于3.1-3.4节已经全面细致的分析了针对塔压力、进料流量、回流罐液位、灵敏板温度、塔釜液位等参数的控制方案， 综合上文所述并根据物 料平衡提出以下两种控制方案。干扰坛民再挥器图3-8流量控制方案示意图(1)图3-9为精馏控制系统的控制方案a,是根据物料平衡设计的精馏过程的其中一个控制方案。图3-9精馏过程的控制方案a图3-8为精馏控

27、制系统的控制方案b,是根据物料平衡设计的精馏过程的另一个控制方案塔底冉凍器图3-10精馏过程的控制方案 b(3) 两种控制方案的比较塔顶和塔釜产品流量差异较大，控制流量大的产品，易引起流量小的产品波动；相反，控制流量小的产品，贝U流量量大的产品变化慢、滞后。对于塔的控制最不希望出现波动，因此，将两个产品中的较小流量的产品作为被控的主要对象。方案a适合于塔釜产品流量小的场合，方案b适合于塔顶产品流量小的场合。方案a适合于温度灵敏点在进料以下的场合，方案b适合于温度灵敏点在进 料以上的场合。方案b特别适合于冷却介质波动及由于环境温度变化、保温不好造成回流温 度变化而引起波动的场合。例如，由于降雨引

28、起的回流温度突然降低，加热量不 变，冷回流使上升气体在塔上部部分冷凝，上升气量减小，回流罐液位下降，液面控制将减小回流，但塔内内回流保持不变。相反，若采用方案 a相同的变化也 使回流罐液位下降，回流罐液位下降减小了采出，回流 量持不变，等量低温的回流进入塔内，塔的内回流增大，直至灵敏点变化引起调节。方案b至少引起塔顶 部波动，而方案a引起整个塔的波动。塔顶采出量小于回流量宜采用方案 b，回流量小于塔顶采出量宜采用方案 a。采用这两种 控制方案塔釜液面波动易引起塔釜产品流量波动，采用方案a为使塔 顶流量波动小，设计需加大液体在回流罐的停留时间。卩日OS ss 跚1弓舸联肄DA405対齡4精馏塔带

29、控制点的工艺流程图品的流出；所以执行器的气关阀为“反作用O5控制器参数整定5. 1控制规律的选择控制规律：指控制器输出的变化量随输入偏差变化的规律。控制规律的描述有表达式和阶跃响应曲线。基本的控制规律有双位控制、比例控制、积分控制、微分控制等。实际中更多的是P、I、D的组合，女口 PI、PD PID控制等。调节器的调节规律，通常可按表3-2进行选择：被控变量调节规律流量、管道压力比例+快速积分温度、分析比例+积分+微分压力比例+积分液位比例或比例+积分表5-1调节器的调节规律表所以，根据表格可得：根据过程特性来选择控制器的控制规律为，入口流量 控制回路选择PI调节器；回流控制回路选择 PI调节

30、器；回流汽油流量控制回路选择PI调节器。又因为PID控制规律是一种较理想的控制规律，在比例基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又提高系统的稳定性，适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合，所以在这个设计中选 PID调节器。不过还需频繁地调整以补偿操作条件改变引起的动态特性变化。5.2调节器器和调节阀的正反作用选择5.2.1调节阀的正反作用选择1.入口流量控制回路的调节阀正反作用的选择。根据生产工艺安全原则确定调节阀的开、关形式，即过程控制系统发生安全事故，当脱丙烷塔塔发生事故时，应关闭调节阀，停止进料，以减少原料损耗，所以应关闭调节阀，让液体进入，所以调节阀应选择气开

31、形式。2、 回流流量控制回路的调节阀正反作用的选择回流量调节阀一般选用气关式，在事故状态下使调节阀全开，保证回流，以防止不合格产防止塔被损坏馈系统。因此，调节器正、反作用的选择同被控过程的特性及调节阀的开、关形式有关被控过程的特性1、入口流量控制回路的调节器正反作用的选择。(1)被控对象的作用方向 : 当控制阀开大，流量增加，所以该对象的作用方向为正”即为(2)变送器的作用方向：一般来说变送器的作用方向都为“正方向”，因为它要如实反映被控变量的大小， 所以被控变量 L 增加，变送器的输出也自然增大所以变送器总是记为+”。(3)执行器的作用方向：从安全角度来选择执行器的气开Q 阀即为“+”。(4

32、) 控制器的作用方向：因为要求：“对象”变送器”执行器” X控制器”=“负反馈”所以对于此控制回路就有：“+”n “X+“”X“+”X “控制器”一” 所以，控制器”-”，即该控制器必须为“反作用”2、回流流量控制回路的调节器正反作用的选择。(1)被控对象的作用方向 :当控制阀开大，流量增加，液位下降，所以该对象的作用方向为方向：从安全角度来选择执行器的气开阀即为+”。(4)控制器的作用方向：因为要求：变送器” X “执行器”x “控制器” =“负反馈”所以对于此控制回路就有：a ”+”X “ + ” X “控制器”+” 所以，“控制器”+”，即该控制器必须为“正作用”3、流出物流量控制回路的

33、调节器正反作用的选择。(1)被控对象的作用方向:当控制阀开大， 流量增加，液位下降，所以该对象的作“负”即为“ -用方向为( 2) 变送器为“ +”3)执行器的作用方向：从安全角度来选择执行器的气开阀即为“+”。3、流出物流量控制回路的调节阀正反作用的选择。流出回路调节阀一般选用气开式，在事故状态下使调节阀关闭，停止流出，和流出次品；所以选择执行器的气开阀，为“正作用” 。5.2.2 调节器器正反作用选择控制器有正作用和反作用两种方式，其确定原则是使整个单回路构成负反也分为两种。调节器正反作用的确定如下：+”。负”即为“ -”。( 2) 变送器为“ +”(3)执行器的作用4）控制器的作用方向：

34、因为要求：“对象”X “变送器” X “执行器” X “控制器”=“负反馈”所以对于此控制回路就有：“-” X “ + ” X“ + ” X “控制器”=“+”所以，“控制器”=“ +”，即该控制器必须为“正作用”5.3参数整定531调节器的参数整定的方法 1、整定方法：理论计算整定法和额工程整定法（1） 理论计算整定法：是已知过程的数学模型基础上，依据控制理论，通过理论计算来求 取“最佳整定参数”（2） 稳定边界法：，直接在过程控制系统中进行的控制参数整定方法？把调节器的积分时间 Ti置于最大，微分时间 Td置零，比例度 S k置大数值，把系统投入闭 环运行，然后将调节器比例度 S由逐渐减小

35、，得到如图所示的临界振荡过程。这时的比例度叫临界比例度 Sk，振荡的两个波峰之间的时间即为临界振荡周期Tk。图5 2 等幅振荡过程.根据S k和TK运用公式求得TI、S和TD值，如表6-2所示:表6-2控制规律STITDP2S kPI2.2 S kTK/1.2PID1.6 S k0.5TK0.25TI.根据上述计算结果设置调节器的参数值。观察系统的响应过程，若曲线不符合要求，再适当调整整定参数值。532调节器的参数整定的步骤根据我们的设计选用 PID控制器，其参数整定的步骤如下：让调节器参数积分系数S0=0,实际微分系数k=0，控制系统投入闭环运行，由小到大改变比例系数S1,让扰动信号作阶跃变

36、化，观察控制过程，直到获 得满意的控制目的满意为止。取比例系数S1为当前的值乘以0.83，由小到大增加积分系数SO,同样让扰 动信号作阶跃变化，直至求得满意的控制过程。(3)积分系数SO保持不变，改变比例系数S1，观察控制过程有无改善，如有改善则继续调整，直到满意为止。否则，将原比例系数S1增大一些，再调整积分系数SO,力求改善控制过程。如此反复试凑，直到找到满意的比例系数S1和积分系数SO为止。引入适当的实际微分系数k和实际微分时间Td,此时可适当增大比例系数 S1和积分系数SO。和前述步骤相同，微分时间的整定也需反复调整，直到控制过程满意为止。6仪表选型6.1测控仪表选型检测变送环节的作用

37、是将工业生产过程的参数(流量、压力、温度、物位、成分等)经检测、变送单元转换为标准信号。在模拟仪表中，标准信号通常采用4-2OmA,1-5V,O-1OmA 电流或电压信号，2O-1OOkPa气压信号；在现场总线仪表中，标准信号为数字信号。图 4-1为检 测变送环节的工作原理。图6-1检测变送环节工作原理图位移压力过程变重检测兀件变送器差压、电重标准信号检测元件和变送器的基本要求是准确、迅速和可靠。 准确指检测元件和变送 器能正确反映被控或被测变量， 误差应小； 迅速指能及时反映被控或被测变量的 变化；可靠是检测元件 和变送器的基本要求， 它应能在环境工况下长期稳定运行。在工业生产过程中， 为了

38、正确指导生产操作、 保证生产安全运行、 提高产品 质量和实 现生产过程自动化， 一项必不可少的工作是准确而及时地检测出生产过 程中的各个有关参数， 例如压力、流量、物位及温度等。用来检测这些参数的技 术工具称为检测仪表。 用来将这些参 数转化为一定的便于传送的信号 （例如电信 号或气压信号） 的仪表通常称为传感器。 当传感 器的输出为单元组合仪表中规定 的标准信号时，通常称为变送器。在生产过程中需要测量的参 数是多种多样的， 相应的测量方法及仪表的结构原理也各不相同， 但从测量过程的实质来看， 都是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程， 而测量仪表就是实现这种比较 的工 具。各测量仪表不

39、论采用那一种原理， 它们都是将被测参数经一次或多次信 号能量转换， 最 后获得一种测量的信号能量形式， 并由指针位移或数字形式显示 出来。本小节主要介绍有关压力、流量、温度、液位的检测方法、检测仪表及相应 的传感器和变 送器。6.1.1 压力变送器BPK-ZK 智能型压力变送器1）仪表性能测量、显示、控制一体化，安装使用方便。零位、量程可用电位器调整。模拟输出多种标准形式供用户选择。多点继电器输出接口，易于控制。是指针式电接点压力表的理想替代产品。2）技术参数 :压力范围：一 0.1? 0? 60MPa电源电压 :220VAC输出信号：0/4 ? 10/20mADC 0/1 ? 5/10VDC

40、使用温度：一10C? 60r （介质温度为1080 ） 存储：一40C - + 125C相对湿度：0? 80% 振动频率： 0 ? 300HZ输出信号精度：v 0.5%/年FS（线性+重复性+迟滞）数字显示准确度:满四位显示1 位数1 位数限位控制精度：程序可设定最小分度值稳定性：v 05%年最大压力 ：1.5 倍满量程压力 最大功耗 ：8W继电器负载能力 ： 240V/3A(AC) 30V/5A(DC)6.1.2 温度测量仪表热电偶是工业上最常用的一种测温元件 ( 感温元件 ) 。热电偶温度计是以热 电效应为基础 的测量仪表。它的测量范围很广、结构简单、使用方便、测温准确 可靠，便于信号的远

41、传、自 动记录和集中控制， 因而在化工生产中应用极为普遍。根据工业上对热电偶材料的要求， 目前在国际上被公认的比较好的热电偶材 料只有几 种：铂铑30-铂铑6热电偶(也称铂铑热电偶)，分度号为 B ；铂铑10-铂热电偶，分度号为 S；镍 铬-镍硅热电偶，分度号为 K; 镍铬-考铜热电偶，分 度号为 XK 这些材料是经过精选而且标准化 了的，它们分别被用在各温度范围 内，测量效果良好。根据本设计的温度测量特点选用 XPZX 隔爆型一体化温度变送器，下面是 XPZX 隔爆型 一体化温度变送器的介绍。(1)XPZX 隔爆型一体化温度变送器简介隔爆型一体化温度变送器 ( 以下简称温度变送器 ) 由温度

42、传感器和信号转换 器组成、信号 转换器安装在温度传感器的冷端接线盒内， 把温度传感器检测到的 电压、电阻信号直接转换成 4? 20mA 电流输出。结构简单，安装、使用、维修方 便，是新一代温度检测、控制仪表，深 受广大设计人员和用户的欢迎。目前已广 泛用于石油、化工、冶金、电站、轻工等部门，与调 节器、记录仪表、计算机等 配套使用，组成各种测量控制系统。该温度变送器按温度传感器不同， 分为热电偶和热电阻两种系列， 在每种系 列中，根据 使用场合的的不同分为隔爆型和普通型， 根据输出功能的不同， 分为带现场显示和不带现场 显示。用户可根据使用场合和配套仪表的要求选择适当的 规格型号。隔爆型温度变

43、送器经国家级仪器仪表防爆安全监督检验站测试合格，可在爆炸性气体环境中使用。(2)XPZX 隔爆型一体化温度变送器的主要特点二线制传送。信号转换器供电的两根导线同时也传送输出信号。输出恒流信号(4? 20mA。抗干扰能力强、远传性能好。信号转换器用环氧树脂封装成模块，具有抗震动、耐腐蚀、防潮湿等优点，可用于条件较差的场所。热电偶的毫伏信号经信号转换器直接转换成4? 20mA 电流输出、用普通电缆线传送信号，可省去价格昂贵的补偿导线。带现场显示的温度变送器既输出4? 20mA 的电流信号，又能在测温现场 读到实测温 度，给操作人员带来很大方便（ 3）主要技术指标 供电电压： 13? 30V， DC

44、 负载电阻： 0? 850 Q 输出信号： 4? 20mA基本误差： 0.2% ， 0.5% 使用环境温度： -20? 70 C 环境温度影响： 0.25%/10 C 冷端补偿误差： 0.5%/10 C 防爆标志： dH BT4 防护等级： IP54（ 4）防爆特性 防爆标志： dIIBT4 使用范围 可用于含有爆炸性气体混合物的环境，且其爆炸等级不高于 II 类 B 级（包括 II 类 A 级 II类B级），自燃温度不低于 T4 （包括T1、T2、T3、T4）的场所。6.1.3 液位测量仪表（1）概述： FGA 系列磁浮子液位计，利用浮力和磁耦合原理，将液位的变化线性地传递到指示器上，清晰地

45、指示出液位的高度。指示器和贮罐是完全隔离的，因此绝对保证使用安全。该液位计还可配液位报警开关和液位远传变送器。 液位报警开关可实现液位上下控制、 限位 报警和联锁； 液位远传变送器可将液位变化 线性地转换成直流 420mA 输出，实现远距离的 液位指示、检测、控制和记录。（ 2）主要技术参数测量范围： 0 12m指示精度：土 10mm工作压力： 1.0 6.4MPa工作温度： -20 450 C介质密度： 0.45g/cm3介质密度差： 0.15g/cm3 （测界面）介质粘度： w 0.15Pa ? S接液材质： 1Cr18Ni9Ti 、SUS304 SUS316 钛材、 PVC 玻璃钢连接法

46、兰：压力 w 2.5MPaJB/T81-94 PN2.5 DN25 压力 2.5MPaJB/T82.2-94PN6.4 DN25 （或按用户所需）排污接管：ZG1/2（内）（ 3）工作原理磁浮子液位计由浮子、立管组件、指示器三部分组成浮子在立管组件内随 液位的变化感器，它方便等优点，特别是解准确度:a .液体，指示值的土0.5 %；b .液体，指示值的土1.0 %;c .气体，指示值的土1.0 %d .蒸汽，指示值的土1.0 % e .蒸汽，指示值的土1.5重复性：准确度的输出信号:a .三线制电压脉冲，低电平：0? 1V；高电平：大于4V;占空比为50%；b .二线制电流4?20mA;c .

47、三线制电流 4? 20mA ;d .RS-485 通讯接口。电源电压:而上升或下降， 通过磁耦合作用，带动立管组件外的指示器颜色发生变化（液红气蓝），从而指示出液位高度。液位报警开关安装在立管组件外部相应的报警位置上，当浮子随液位到达报警位置时， 报警开关闭合，发出开关信号；液位远传变送器也安装在立管组件外部， 通过磁耦合将液位的变化线性地转换成420mA电流信号远传给控制室，实现液位的显示、测量、 控制和记录。6.1.4流量传感器（1）概述：LUGB系列旋涡流量传感器是采用国际先进技术而推出的新型流量传具有测量范围广、压损小、性能稳定、安全可靠、准确度高和安装使用决了耐高温、抗振动等关键性问

48、题。广泛应用于过热蒸汽、饱和蒸汽、压缩气体和一般气 体，以及各种液体的质量流量和体积流量的测量。（1）主要技术参数 测量介质：液体、气体、过热 /饱和蒸汽。测量范围：正常工作范围，雷诺数为20,000? 7,000,000 ;测量可能范围雷诺 数为8,000? 7,000,0001/3。+12VDC （三线制脉冲输出）；+24VDC二线制/三线制电流输出 /RS485通介质温度：普通型-40 ? +130C ;高温型-40 ? +300C； 特高温型-10 C? +380C ;防爆型-40 C? +80C。工作压力：2.5MPa。大气压力： 86kPa? 106kPa。压力损失： P= 1.079 x 10-6 xpx V2测介质的密度 kg/m3 ； V-被测介质的流速（式中： P-压力损失MPa p -被m/s ）。磁浮子液位计由浮子、立管组件、指示器三部分组成浮子在立管组件内随 液位的变化）。规格（管道内径）：壳体材质：a .碳钢；b .不锈钢（1Cr18Ni9Ti20、25、32、40、50、65、80、100、125、150、200、250、300、350、