过程控制系统课程设计

1、 日 期：2013年1月14日目 录第1章题目要求1第2章具体设计22.1 符号介绍22.2 控制系统设计32.2.1 单回路液位控制系统32.2.2 锅炉液位串级控制系统原理52.3 仪表的选择62.3.1 调节器的选择62.3.2 液位变送器的选择72.3.3 执行器的选择82.3.4 调节阀的选择9第3章仪表选型9第4章现场仪表说明10第5章总结11参考文献.11题目要求附图为某过程控制实验装置的P&ID图，该图为一示意图，并不完全符合规范。根据该图，请完成以下任务：不完全符合规范的P&ID图1、指出该图不符合“自控专业工程设计用图形符号和文字代号（HG/T20637.2

2、）”的地方。2、如果该系统采用DCS集中控制，测量，依据相关标准重新绘制PID图。3、在该图的基础上，设计至少两个单回路控制系统，一个串级控制系统。控制仪表选用单回路盘装控制仪表，根据设计，简化该图，去掉不必要的阀门，测量元件，增加必要的控制仪表，重新绘制P&ID图。4、依据设计，根据图中提供的有关数据，分析系统的工作原理、环境、条件，选取图中所涉及的测量元件及变送器，填写所有仪表数据表。并说明量程选择的依据。5、具体要求为：具体设计2.1 符号介绍过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号字母第一位字母后继字母被测变量修饰词功能 1、常用检测元件的图形符号A分析报警 热电偶C电导率控制

3、、调节 热电阻D密度、比重差(压) 嵌在管道中的检测元件E电压检测元件 孔板F流量比(值) 取压接头H手动I电流指示 2、仪表的图形符号J功率巡检 就地安装L物位灯 盘面安装M湿度 盘后安装P压力、真空试验点Q数量积分积算 3、执行机构的图形符号R放射性记录 电动调节阀S速度、频率安全开关、联锁 气动调节阀T温度变送 带电-气阀门定位器的气动阀U多变量多功能 电磁阀V粘度阀W重量、力套管Y伺放、电-气、继动器如上表所示，文字代号由两部分组成：字母部分与数字部分。字母部分即圆中上部分代号；数字部分即圆中下部分代号。字母部分由两部分，第一个字母为所处理的变量，例如温度T、压力P、物位L、流量F。需

4、要时其后面可跟一个修饰字母，例如F表示比、D表示差、Q表示累计。根据国标改后的P&ID图2.2 控制系统设计2.2.1 单回路液位控制系统单回路液位控制系统是由下列4部分组成的：（1）被控对象锅炉；（2）电子阀；（3）液位变送器；（4）PID智能调节器等组成。如下图所示。调节器液位变送器电子阀锅炉HsD/AA/D入水量Q扰动f被控制量H给定量Hs变化量u反馈Hf偏差HiPID智能调节器+被控量是锅炉的液位Hs，调节参数是流入水箱的流量Q，锅炉液位由液位变送器检测得液位反馈信号Hf，它和液位设定信号Hs进行比较，得到偏差信号Hi，调节器对输入偏差Hi进行PID运算，输出变化量u控制信号，

5、控制电子调节阀门的阀位，改变调节参数Q，使被调节参数H保持着设定值。其中f为系统扰动信号。 被控量是压力Hs，调节参数是水泵，压力由压力变送器检测得反馈信号Hf，它和压力设定信号Hs进行比较，得到偏差信号Hi，调节器对输入偏差Hi进行PID运算，输出变化量u控制信号，控制水泵，使被调节参数H保持着设定值。其中f为系统扰动信号。调节器压力变送器水泵压力HsD/AA/D扰动f被控制量H给定量Hs变化量u反馈Hf偏差HiPID智能调节器+2.2.2 锅炉液位串级控制系统原理主调节器H2f1H1给定量Hsu2PID智能调节器进水流量锅炉液位副调节器电子阀液位变送器f2u1流量变送器+e1e2Hs是主参

6、数给定值，H1是被控的主参数，H2是副参数，f1是作用在主对象上的扰动，f2是作用在副对象上的扰动。对于此液位控制系统，最终目的是在串级控制情况下，实现PID调节的最大范围。锅炉液位串级控制系统的工艺框图为：锅炉液位控制器给出控制信号给出水流量控制器，副回路中，出水流量控制器根据给定值给出出水流量控制电动阀控制指令，从而控制出水压力，出水压力传感器采集出水压力值，反馈到出水流量控制器，与给定值进行比较后得出的残差信号再次输出给定水流量控制电动阀，控制出水压力；主回路中，出水流量值影响锅炉液位，锅炉液位传感器采集锅炉液位值，反馈到锅炉液位控制器，与最初给定值进行比较得出残差信号再次输出给出水流量

7、控制器的副回路控制出水流量，从而达到控制锅炉液位的目的。2.3 仪表的选择2.3.1 调节器的选择 DDZ-III型仪表采用了集成电路和安全火花型防爆结构，提高了仪表精度、仪表可靠性和安全性，适应了大型化工厂、炼油厂的防爆要求。III型仪表具有以下主要特点： A采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一信号标准，现场传输信号为DC420mA，控制室联络信号为DC15V，信号电流与电压的转换电阻为250 。 B广泛采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、可靠性提高、维修工作量减少。 C整套仪表可构成安全火花型防爆系统。DDZ-III型仪表室按国家防爆规程进行设计的，而且增加了安全栅，实现了控制室与危

8、险场所之间的能量限制于隔离，使仪表能在危险的场所中使用。电动指示调节仪工作原理的整个电路按其功能可分为指示放大电路、虚地电路、输入电路、PID调节电路、输出电路、手自动切换电路六个部分。它的工作原理如图所示：此调节器的主要技术指标为：输入信号：15VDC输出信号：420mADC给定方式：内外给定由开关选择调节形式：比例积分微分手自动切换特性：自动手动手动（直线是无扰动，无平衡）供电电压：24V±5%DC消耗功率：光柱不大于10W2.3.2 液位变送器的选择本设计采用GHR900系列液位变送器。变送器工作原理是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用隔离型扩散硅敏感元件的压阻效

9、应，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号(一般为420mA)。基本性能指标： 基本误差：±0.2%F.S;±0.5%F.S电源电压：24V±5%DC,(1236VDC)工作温度：-20+80（介质无结晶）超出此范围可采用螺纹或法兰式底部取压，中间加隔离器。贮存温度：-40+125零点温度系数：±0.015%量程/ 量程温度系数：±0.015%量程/长期稳定性：±0.1%量程/年输出信号：420mA,15V;连接：M272允许过载：标准量程的3倍限流保护：在过载情况下，电源限制标称为26mA2.3.3 执行器的

10、选择设计选用ZKJ-610型电动执行机构，该机构由伺服放大器、伺服电机、位置发送器和减速器四部分组成。 DKJ型角行程电动执行机构是DDZ型电动单元组合仪表中的执行单元，它接受调节单元（或计算机）信号，自动地操纵执行机构完成调节任务，广泛地用于电站、化工、石油、冶金、建材、供热、轻工、水处理等行业。它可以输出转矩和90度转角。DKJ型电动执行机构，配成各种电动操作器，可完成调节系统的“手动自动”的无扰动切换，及时对调节对象的远方手动操作。该执行机构位置发送器均采用最新的传感元件，参考国外最新电路，集电源变压器，整流、稳压、功放、恒流于一体，制成模块（M）使执行机构的可靠性、稳定性更高，从而使系

11、统更加安全可靠。主要技术性能：1、输入信号：开关量信号2、输入通道：三个3、输入电阻：2型200欧姆；3型250欧姆4、输出信号：2型0-10mA，DC；3型4-20mA,DC5、输出轴每转时间80120秒6、输出轴有效转角90度7、死区：2型小于等于150uA；3型小于等于240uA8、阻尼特输出轴振荡次数不超过“三个半”周期9、基本误差：正负2.5%10、回差：1.5%11、电源电压：220V（+22V,-33V）50Hz12、使用环境温度：放大器：0+50度；执行器：-25+55度13、使用环境相对湿度：放大器：10%70%，执行器：小于等于95%2.3.4 调节阀的选择给水调节阀气开关

12、的选择一般都是从安全角度开率，在停电停气时，确保设备和人身安全，如果高压蒸汽给蒸汽透平压缩机供气，为保护这些设备以选用气开阀为宜。如果以蒸汽作为工艺生产中的热源时，为保护钢炉，以选用气开阀为宜。 仪表选型 仪表选型表仪表参数压力变送器电磁流量转换器电磁流量传感器QS智能型电动调节阀电动机型号DBYGLDZ-4BLDG-10SQSVP-16KCHL2-20输出信号420mA-DC420mA 420mA-DC量程04KP工作压力68KP精度0.51级防爆标志ibIICT6流量范围00.3m3/h工作温度0120工作压力4KP防护等级IP65IP65负载电阻0750电源220V 50HZ220V 5

13、0HZ消耗功率<30VA35VA0.37KW公称通径20mm公称压力16KP介质温度-40+200行程16mm转速2900r/min流量2m3/h高度14m位号LT-1LT-2FT-1FT-2MV-1MV-2 现场仪表说明序号图位号型号规格名称用途1P1-1(PL-101)Y-10000.25MPa弹簧管压力表进水压力指示2P2-T(PT-102)DBYG0100KPa(420mA)扩散硅压力变送器出水压力变送器3F1-E(FE-101)LDG-10S0300L/h电磁流量传感器进水流量检测4F1-1T(FIT-101)LD2-4B(420 mA)电磁流量转换器进水流量变送和显示5F2-

14、E(FE-102)LDG-10S0300L/h电磁流量传感器出水流量检测6F2-1T(FIT-102)LD2-4B(420 mA)电磁流量转换器出水流量变送和显示7L1-T(LT-101)DBYG04Kpa(0400mm)(420mA)扩散硅压力变送器水箱液位变送8L2-T(LT-102)DBYG04Kpa(0400mm)(420mA)扩散硅压力变送器锅炉液位变送9L3-T(LT-103)DBYG04Kpa(0400mm)(420mA)扩散硅压力变送器水槽液位变送10TIT-1(TE-101)WZP-270155×100mmPt100铂电阻锅炉水温检测11TIT-2(TE-102)W

15、ZP-270155×100mmPt100铂电阻夹套水温检测12M101QS201行程16mm直行程电子式电动执行器配Vc1调节阀13VC101VT-16DN=20mmdN =10mm线性铸钢阀进水流量调节阀14M102QS 201行程16mm直行程电子式电动执行器配Vc2调节阀15VC102VT-16DN=20mmdN =10mm线性铸钢阀出水流量调节阀总结 通过该课程设计，掌握了AUTO-CAD软件工作的基本操作过程，了解了其相关的技术，对课本上的知识有了更深的理解。课本上的知识是机械的、表面的，通过本次课设把原来以为很深奥的书本知识变得更为简单，对实验原理有更深的理解。而且在设计中，把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的过程控制的知识强化，能够把课堂上学的知识通过自己设计的程序表示出来，加深了对理论知识的理解。以前对于AUTO-CAD的认识是模糊的、概念上的，现在通过自己动手设计，从实践上认识了系统是如何编辑的，对过程控制的