WHUT过程控制系统与仪表课程设计

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课程设计

题目精馏塔提馏段温度串级控制系统设计学院自动化学院

专业自动化专业

班级自动化1004班

姓名

指导教师贺远华

2014 年 1 月10 日

课程设计任务书

学生姓名:专业班级:自动化1004班

指导教师:贺远华工作单位:自动化学院

题目: 精馏塔提馏段温度串级控制系统设计

初始条件:

针对精馏过程中传统PID控制普遍存在的时滞问题,以计算机为控制器,提馏段温度为主控对象,蒸气流量为副控对象,设计一个精馏塔提馏段的温度控制系统。

要求完成的主要任务:

1、了解精馏塔控制的工艺要求和特性

2、系统控制方案设计

3、分析系统调节原理

4、确定控制参数

时间安排

月日选题、理解课题任务、要求

月日方案设计

月日参数计算撰写说明书

月日答辩

指导教师签名: 20 年月日

系主任(或责任教师)签名: 20 年月日

目录

摘要 (1)

1.绪论 (2)

1.1精馏原理 (2)

1.2串级控制 (3)

2 精馏塔精馏段温度串级系统的原理与结构 (4)

2.1变量的选择 (4)

2.2 工艺描述 (4)

2.3 精馏塔精馏段控制的原理 (5)

3.设计方案 (7)

3.1控制方案类型 (7)

3.2控制方案的选择 (8)

4.系统各仪表选择 (13)

4.1 检测变送器的原理 (13)

4.1.1 温度变送器的选择 (13)

4.1.2 流量变送器的选择 (14)

4.1.3 液位变送器的选择 (15)

4.2 执行器的选择 (15)

4.3 调节器的选择 (16)

4.4 调节器与执行器、检测变送器的选型 (17)

5.系统仿真 (18)

5.1串级控制系统matlab仿真分析 (18)

5.2液位控制系统仿真分析 (20)

心得体会 (22)

参考文献 (23)

本科生课程设计成绩评定表 (24)

摘要

随着石油化工的迅速发展,精馏操作的应用越来越广,分流物料的组分越来越多,分离的产品纯度越来越高。采用提馏段温度作为间接质量指标,它能够较直接地反映提馏段产品的情况。将提馏段温度恒定后,就能较好地确保塔底产品的质量达到规定值。所以,在以塔底采出为主要产品、对塔釜成分要求比对馏出液高时,常采用提馏段温度控制方案。由于精馏塔操作受物料平衡和能量平衡的制约,鉴于单回路控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求,设计了基于串级控制的精馏塔提馏段温度控制系统。

影响物料平衡因素包括进料量和进料成分变化,顶部馏出物及底部出料变化;影响能量平衡因素主要包括进料温度或热焓变化,再沸器加热量和冷凝器冷却量变化,及塔的环境温度变化。采用串级控制系统能有效地去除蒸汽压强的波动对温度的影响。使用超驰控制系统控制釜液输出端,在塔釜温度较低时,塔底不出料只有当温度达到低线以上,液位控制器取代温度控制器以后,才有出料排出。

关键词:提馏段温度串级控制超驰控制

1.绪论

精馏是石油化工、炼油生产过程中的一个十分重要的环节,其目的是将混合物中各组分分离出来,达到规定的纯度。精馏过程的实质就是迫使混合物的气、液两相在塔体中作逆向流动,利用混合液中各组分具有不同的挥发度,在互相接触的过程中,液相中的轻组分逐渐转入气相,而气相中的重组分则逐渐进入液相,从而实现液体混合物的分离。一般精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐等设备组成,如图1所示。

图1-1 简单精馏控制示意图

进料流量 F 从精馏塔中段某一塔板上进入塔内,这块塔板称为进料板。进料板将精馏塔分为上下两段,进料板以上部分称为精馏段,进料板以下部分称为提馏段。溶液中组分的数目可以是两个或两个以上。实际工业生产中,只有两个组分的溶液不多,大量需要分离的溶液往往是多组分溶液。多组分溶液的精馏在基本原理方面和两组分溶液的精馏是一样的。

1.1精馏原理

在恒定压力下,单组分液体在沸腾时虽然继续加热,其温度却保持不变,即单组分液体的沸点是恒定的。对于两组分的理想溶液来说,在恒定压力下,其沸点却是可变的。例如对于A、B 两种混合物的分馏,纯A 的沸点是140℃,纯B 的

沸点是175℃。如果两组分的混合比发生变化,混合溶液的沸点也随之发生变化,如图1-2中的液相曲线所示。

图 1-2 液相曲线

设原溶液中 A 占20%,B 占80%,此混合液的沸点是164.5℃,加热使混合液体沸腾。这时,与液相共存的气相组分比是A 占45.8%,B 占54.2%。这些气体单独冷凝后所形成的混合液体中,A 占45.8%,B 占54.2%;如果使此冷凝后的混合液体沸腾,其沸点是154.5℃。这时气相组分比又变成A 占73.5%,B 占26.5%,这样反复进行上述操作,不断蒸发和冷凝,最终就可将A 分离出来。1.2串级控制

串级控制是改善调节质量极为有效的方法,在过程控制中得到了广泛的应用。对精馏塔精馏段温度串级控制系统引起出口温度的因素很多:被加热流量的和温度的扰动,压力的波动、热质的变化,回流量的扰动等,而对这些扰动单回路控制系统并不能把所有的干扰都包含进去,不能是出口温度稳定在要求的值上,为解决上述滞后时间和控制要求之间的矛盾,保持出口流量温度的恒定,可以通过温度串级控制系统来实现。

2 精馏塔精馏段温度串级系统的原理与结构

单回路控制系统能解决工业过程自动化过程的大量参数定值控制问题。对于多数复杂控制系统,如多输入多输出系统、大滞后系统和扰动较大的系统等简单控制系统就很难控制,无法满足控制系统的控制要求。串级控制系统在改善复杂控制系统的控制指标方面具有较大的优势。

2.1变量的选择

被控变量的选择

对于二元精馏塔,当塔压恒定时,温度与成分之间有一一对应的关系,因此,常用温度作为被控量。对于多元精馏塔.由于石油化工过程中精馏产品大多数是碳氢化合物的同系物。在一定塔压下,温度与成分之间仍有较好的对应关系。误差较小。因此。绝大多数精馏塔当塔压恒定时采用温度作为间接质量指标。

操纵变量的选择

精馏段的温度控制精馏段温度控制以精馏段产品的质量为控制目标.在恒压下根据温度检测点的位置不同。有塔顶温度控制、灵敏板温度控制和中温控制等类型。操纵变量可选择回流量或塔顶采出量。而回流量L 的动态响应快,温度稍有变化,即可通过调节回流量L 加以控制,能够很好的克服扰动对选择如图1所示在精馏塔精馏段影响。

2.2 工艺描述

影响精馏塔提馏段过程的因素是多方面的,而精镏段是在一定物料平衡和能量平衡的基础上进行操作的,分析精馏塔的无聊和能量平衡对制定精馏塔精馏段的控制至关重要。

精馏塔的基本关系。

以二元简单精馏为例,介绍物料平衡和能量平衡的基本关系。 物料平衡:

f B

D B

z x D F x x -=- (2-1)

D

F

增大,D x ,B x 减小。 式中 F,D,B ——进料、顶馏出液和底馏出液量; f z ,B x ,D x ——进料、顶馏出液和底馏出液中轻组分含量。

能量平衡:

V

ln F

s β= (2-2) 式中分离度 ,s 增大,D x 增大,B x 减小。说明塔系统分离效果增大β为塔特性因子,V 为上升蒸汽量,是有再沸器施加热量来提高的。 增大,分离效果增大,能耗增大。对于一个既定的塔,进料组分一定, 和 一定,D x

B x 完全确定。

分析精馏塔提馏段过程,本文对主回路采用串级控制系统,其主、副诃节器所起作用各有侧重。主调节器起定值控制作用,且主控参数(提馏段温度)允许波动范围很小,一般要求无余差,因此采用需要高精度的免疫PID 控制器;由于再沸器加热量的变化能够较快地反映在提馏段温度变化上,且能够通过阀门进行控制,因此选择回流罐的液位量控制作为串级控制的副控参数。在串级控制中,副调节器起随动控制作用,且副控参数的调节也是为了保证主控参数的控制质量,可以有一定的余差,因此副调节器采用P 调节器。由于进料量和进料温度对进料馏段温度影响较大。

2.3 精馏塔精馏段控制的原理

我们的控制目的是使塔温保持恒定,现选用精馏段的温度, 与回流量来构成串级随动控制.如图2-1所示 图中TC 表示温度调节器,LC 表示量调节器液位调节器,TC 通常按PID 调节规律,流量调节器按P 调节规律。当温度发生变化时,由主调节器( 温度调节器TC )进行控制,其输出作为副调节器(液位调节器LC )的给定值,最终控制阀门的开度,主控回路的输出作为副控回路设定值修正的依据,副控回路的输出作为真正的控制量作用于被控对象,液位一旦发生变化,副控回路及时地控制阀门的开度位置,较快地克服了液位的变化对出料温度的影响 如果液位是恒定的,只需测量实际温度,并使其与温度设定值相比较,利用二者的偏差控制管道上的阀门就能保持温度的恒定。路中,以补偿过程的动态特性,使被控对象的滞后时间τ超前反映到控制器,有效地解决了大惯性环节的时间滞后

1x )

x (1)

D B B D x s x -=-(V

F

D

F

V

F

问题,减少了系统的超调量,加速了系统的调节过程,另外,通过增大液位调节器的比例增益,系统的等效时间常数可以获得较小的数值,从而增加了副控回路的响应速度,提高了系统的工作频率。

在这个计算机串级随动控制系统中,串级控制起到了及时检测系统中可能引起被控量发生变化的一些因素并加控制,阀位与流量得到了及时的调节,使塔温的控制达到了良好的控制效果,并且使系统具有一定的自适应能力,有效地解决了对象的等效纯滞后时间 很长的问题。二次干扰为该系统的主要扰动,副控回路有效而快速地克服二次扰动的影响。当扰动发生在副回路内,例如液位发生波动引起精馏段的温度变化时,由于有副控回路的存在,液位调节器能及时地动作,快速消除了扰动的影响;当扰动发生在副控回路以外时,如物料、能量的转输变化引起提馏段的温度变化,温度调节器及时改变其输出信号,由副控回路去改变流量,克服了扰动影响。

图2-1 精馏塔精馏段温度串级控制系统

3.设计方案

3.1控制方案类型

精馏塔的控制目标应是:在保证产品质量合格的前提下,使塔的总收益(利润)最大或成本最小。具体对一个精馏塔来说,需从四个方面考虑,设置必要的控制系统。

(1)产品质量指标控制

塔顶或塔底产品之一合乎规定的分离纯度,另一端产品成分应维持在规定的范围内。在某些特定的条件下也有要求塔顶和塔底产品均保证一定纯度的要求。

(2)物料平衡控制

塔顶、塔底的平均采出量应等于平均进料量,而且这两个采出量的变动应该比较缓和,以维持塔的正常平稳操作,以及上下工序的协调工作。为此,必须对冷凝液罐(回流罐)和塔釜液位进行控制,使其介于规定的上、下限之间。

(3)能量平衡控制

应使精馏塔的输入、输出能量维持平衡,使塔的操作压力维持稳定。

(4)约束条件控制

为保证精馏塔正常而安全地运行,必须使某些操作限制在约束条件之内。常用的精馏塔限制条件有液泛限、漏液限、压力限和临界温差限等。所谓液泛限也称气相速度限,即塔内气相上升速度过高时,雾沫夹带十分严重,实际上液相将从下面塔板倒流到上面塔板,产生泛液,破坏正常操作。漏液限也称最小气相上升速度限,当气相上升速度小于某一数值时,将产生塔板漏液,板效率会下降。防止液泛和液漏,可通过塔压降或压差来监视气相速度,一般控制气相速度在液泛附近略小于液泛点较好。

压力限是指塔的操作压力限制,一般是最大操作压力限,就是说塔的操作压力不能过大,否则会影响塔内的汽液平衡,严重超限甚至会影响到安全生产。

临界温差限主要是指再沸器两侧的温差限度,当这一温差高于临界温差时,

给热系数会急剧下降,传热量会随之下降,将不能保证塔的正常传热的需要。3.2控制方案的选择

由于精馏塔是以复杂控制系统,根据不同的控制要求,控制方案多种多样。

图3.1精馏塔提馏段单回路温度控制方案

方案一:图3-1是精馏塔提馏段示意图,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θ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θ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θ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θ。很明显当加热蒸汽压力波动较大时,如果采用如图3-1所示的简单单回路温度控制系统,调节品质一般不能满足生产要求。而且精馏塔温度过高或过低会引起精馏塔控制质量变差,由于存在这些扰动故考虑串级温度控制系统。

方案二:如下图所示在蒸汽输入端引入串级控制系统,在塔釜出料端引入选择性控制系统。其P&ID图如下图所示

图3.2 精馏塔提馏段复杂控制系统

(1)蒸汽输入端串级控制系统

串级控制系统就是两只调节器串联起来工作,其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。整个系统包括两个控制回路,主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成;主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。一次扰动:作用在主被控过程上的,而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动:作用在副被控过程上的,即包括在副回路范围内的扰动。

为了提高精馏效率和保证产品纯度,我们采用灵敏板温度调节器与再沸器加热蒸汽流量调节器串级控制系统来对灵敏板温度进行控制。其中灵敏板温度调节器是主调节器,再沸器加热蒸汽流量调节器是副调节器,对映的主被控变量为提馏段温度,副被控变量为蒸汽流量。

串级控制部分的结构框图如图3.3所示

图3.3 串级控制部分结构框图

在串级控制回路中,根据安全运行准则,当系统出现故障时,蒸汽阀门应处

于关闭状态,所以选择阀门1为气开阀,所以

。 根据工艺条件确定副被控对象的特性。阀打开,蒸汽量增加,可确定 。

根据负反馈准则,选反作用控制器,即: 。蒸汽量增加,提馏段温度升高, 。 根据负反馈准则,选反作用控制器,即 。 副控制器是反作用,主控制器从串级切换到主控时,主控制器的作用方式不变。

通过实际改造和使用,串级控制系统增加副控制回路,是控制系统性能得到改善,表现在下列方面。

1、抗干扰性强。由于主回路的存在,进入副回路的干扰影响大为减小。同时,由于串级控制系统增加了一个副回路,具有主、副两个调节器,大大提高了调节器的放大倍数,从而也就提高了对干扰的克服能力,尤其对于进入副回路的干扰。表现更为突出。

2、及时性好。串级控制对克服容量滞后大的对象特别有效。

3、适应能力强。串级控制系统就其主回路来看,它是一个定值控制系统,但其副回路对主调节器来说,却是一个随动控制系统,主调节器能够根据对象操作条件和负荷的变化情况不断纠正副调节器的给定值,以适应操作条件和负荷的变化。

4、能够更精确控制操纵变量的流量。当副被控变量是流量时,未引入流量副回路,控制阀的回差、阀前压力的波动都会影响到操纵变量的流量,使它不能与主控制器输出信号保持严格的对应关系。采用串级控制系统后,引入流量副回路,使流量测量值与主控制器输出一一对应,从而能够更精确控制操纵变量的流量。

通过采用串级控制系统,塔釜温度控制更加平稳,产品纯度很高,随着控制系统软件和硬件的不断发展和完善,计算机集散型控制系统的应用和普及,精馏塔的分离质量将会越来越好,分离精度也将会越来越高。

釜液输出端的超驰控制系统

控制回路中有选择器的控制系统称为选择性控制系统。选择器实现逻辑运

10

v K >2

P K >1

P K >2

C K >1

C K >

算,分别为高选器和低选器两类。高选器(>)输出是其输入信号中的高信号,低选器(<)输出是其输入信号中的低信号。即

高选器 u 0=

u i

max(1

,u i 2 ,222) 低选器 u 0

=u i

min(1

,u i 2 ,222)

选择器将逻辑运算规律引入控制算法,极大丰富自动化内容和范围,成为一类基本控制系统结构。

使用选择性控制系统的目的如下:

生产过程中某一工况参数超过安全软限时,用另一个控制回路替代原有控制回路,使工艺过程能安全运行,这类选择性控制系统称为超驰控制系统。

在本系统中,开车时,塔釜温度较低,应保证塔底不出料。因塔底已有液位,经LT 和正作用LC 控制器,输出升高,但塔温尚低,因此,低设置值的控制器TC2输出较小,被低选器LY 选中,用于控制塔底出料,即关闭采出控制阀。只有当温度达到低线以上,液位控制器取代温度控制器以后,才有出料排出。

本系统釜底液位和温度的超驰控制系统框图如图3-4所示:

图3.4超驰控制系统框图

1.选择器类型的选择

选择控制阀。根据安全运行准则,选择控制阀为气开阀,0>K V 。 选择被控对象增益。开车时,塔釜温度较低,为保证塔底不出料,应用温度取代液位控制,此时构成一个单闭环温度控制系统。阀门打开,温度降低,Kp1<0;温度超过下限后,液位控制取代温度控制,此时,阀门打液位下降,所以Kp2,<0;

确定正常控制器和取代控制器的正反作用。根据负反馈原则,可确定Kc1<0,Kc2<0,温度和液位都选择正作用的控制器。

2.控制器控制规律的选择

超驰控制系统要求超过安全软限时能迅速切换到取代控制器。因此取代控制器应选择比例度较小的P或PI控制器。

4.系统各仪表选择

4.1 检测变送器的原理

检测变送环节的作用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4-20mA,1-5V,0-10mA电流或电压信号,20-100kPa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4-1 检测变送环节工作原理图

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。

4.1.1 温度变送器的选择

热电偶作为温度传感元件,能将温度信号转换成电动势(mV)信号,配以测量毫伏的指示仪表或变送器可以实现温度的测量指示或温度信号的转换。具有稳定、复现性好、体积小、响应时间较小等优点、热电偶一般用于500°C以上的高温,可以在1600°C高温下长期使用。

热电阻也可以作为温度传感元件。大多数电阻的阻值随温度变化而变化,如果某材料具备电阻温度系数大、电阻率大、化学及物理性能稳定、电阻与温度的关系接近线性等条件,就可以作为温度传感元件用来测温,称为热电阻。热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电阻两类。大多数金属热电阻的阻值随其温度升高而增加,而大多数半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减少。

铂铑10-铂热电偶传感器测温范围在0~1600℃,WRP型铂铑10-铂热电阻性

能可靠、耐高温、抗氧化,可长期工作在0~1600℃环境下。

本系统选择PCT/TT 系列温度变送器。PCT/TT 系列温度变送器有很好的性价比,解决所有温度测量问题,变送器精确,耐用,可靠。为了满足所有工业标准,对于不同的介质提供大量的测量配置。PCT/TT 系列提供二类温度变送器,PCT/TT100用100ΩA 级,铂金电阻式热探测器输入,PCT/TT1000用1000ΩA 级,铂金电阻式热探测器输入。变送器在二线制系统中产生4-20mA 的线性输出。变送器的输入电源可以是7-35V 的直流电,非稳压,并且极性不敏感。

4.1.2 流量变送器的选择

本系统选择电磁流量计TI046D ,法拉第电磁感应定律指出,导体在磁场中运动时会产生感应电压。在电磁仪表中,流动介质相当于运动的导体。与流速成比例的感应电压用两个测量电极检出并传送到放大器。流体体积根据管道直径进行计算,恒定磁场由交变极性的开关直流电流产生。工作原理如图4-2所示。

图4-2 电磁流量计的测量原理

e U BLv =

Q Av = e U =感应电压

=B 磁感应强度(磁场) =L 电极间距

=V 流速

=Q 体积流量

A管道面积

=

=I电流强度

该流量计电源为3-30V的直流电,测量范围0.01 -10 m / s,输出可选择电流输出或脉冲输出。在本系统中选择电流输出,其大小为4 - 20 mA。

4.1.3 液位变送器的选择

本系统选择YSB型液位变送器,YSB型液位变送器分一体式液位变送器和分体式液位变送器,采用24V直流供电,具有4~20mADC两线制或1~5VDC 三线制标准信号输出。它采用先进的压阻式硅传感器,具有体积小,重量轻,安装、调试和使用方便等优点。广泛试用于:油田、煤油厂、化工厂、水处理厂、水库油井、油罐、水箱、水罐、水处理池、供水池、配水池等无腐蚀性、腐蚀性静态、动态液体的液位测量和控制。

压阻式硅传感器,其敏感部件是由沉积硅制成的惠斯登电桥,桥路电阻沉积在基片上,由于二者材料特性相同,所以漂移极小,非常稳定,且使用激光刻蚀的电阻实现0~+70℃范围内的整体温度补偿功能并进行校准,无需外部电阻。

4.2 执行器的选择

执行器位于控制回路的最终端,因此,又称为最终元件。执行器直接与被控介质接触,在高低温、高压、腐蚀性、粉尘和爆炸性环境运行时,执行器的选择尤为重要。

控制器的动作是由调节器的输出信号通过各种执行机构来实现的,在由电信号作为控制信号的控制系统中,目前广泛使用的是以下三种控制方式:

1.按动力来源分,有气动和电动两大类;

2.按动作极性分,有正作用和反作用两大类;

3.按动作特性分,有比例和积分两大类。

本系统采用智能直行程电动调节阀,用来对控制回路的流量进行调节。电动调节阀的型号为QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力

大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性强、操作方便等优点。电源为单相220V,控制信号为4-20mA或1-5VDC,输出为4-20mADC的阀位信号,使用和校正非常方便。

4.3 调节器的选择

调节器是系统的大脑和指挥中心,是整个控制系统的核心所在,输入信号进入调节器,并且按照调节器的控制规律进行计算,即进行大脑的信号处理,运算处理的结果作为输出信号控制执行机构的动作,完成指挥控制系统的任务。

本系统选择DDZ-Ⅲ型PID调节器。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,适应了大型工业生产的防爆要求。DDZ-Ⅲ型仪表具有以下主要特点:

(1)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DC 4-20mA,控制室联络信号为DC 1-5V,信号电流与电压的转换电阻为250 。

(2)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。

(3)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。

DTZ-2400 DDZ-Ⅲ型PID调节器的接线端子图如图4-3,主要由输入电路、给定电路、PID运算电路、手动与自动切换电路、输出电路和指示电路组成。

调节器接收变送器送来的测量信号(DC 4-20mA或DC 1-5V),在输入电路中与给定信号进行比较,得出偏差信号,然后在PD与PI电路中进行PID运算,最后由输出电路转换为4-20mA直流电流输出。

图4-3 DTZ-2400 DDZ-Ⅲ型PID调节器的接线端子图

DTZ-2400仪表技术参数:

1、输入信号: 1~5V.DC

2、内给定信号:1~5V.DC

3、外给定信号:4~20mA.DC

4、调节作用:比例+积分+微分;比例带:2~500%;积分时间:0.01~2.5分;微分时间:0.04~10分(可切除)

5、输入、给定指示表:指示范围:0~100%;误差:±1%

6、输出指示表:指示范围:0~100%;误差:±25%

7、输出信号:4~20mA.DC

4.4 调节器与执行器、检测变送器的选型

调节器、执行器、变送器的控制信号均采用国际标准信号制,即4~20mA直流

电流和1~5V直流电压。信号电流和电压的转换电阻为250Ω。

表4.1 器件选型

控制装置与仪表课程设计

控制装置与仪表课程设计 课程设计报告 ( 2012-- 2013年度第二学期) 名称:控制装置与仪表课程设计 题目:炉膛压力系统死区控制系统设计院系: 班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 设计周数:一周 成绩: 日期:2013年7 月5日

一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1.1 目的与要求 (1)认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。 (2)了解过程控制方案的原理图表示方法(SAMA图)。 (3)掌握数字调节器KMM的组态方法,熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。 (4)初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。 1.2设计实验设备 KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1 1.3 主要内容 1. 按选题的控制要求,进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图表示出来。 2 . 组态设计 2.1 KMM组态设计 以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图,由组态图填写 KMM的各组态数据表。 2.2 组态实现 在程序写入器输入数据,将输入程序写入EPROM芯片中。 3. 控制对象模拟及过程信号的采集 根据控制对象特性,以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路,模拟控制对 象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中,以便进行观察和记录。 4. 系统调试 设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产 过程已经处于运行或试运行阶段,此时应以观察为主,当涉及到必需的系统修改 时,应做好充分的准备及安全措施,以免影响正常生产,更不允许造成系统或设 备故障。动态调试一般包括以下内容: 1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常; 2)检查控制系统逻辑是否正确,并在适当时候投入自动运行; 3)对控制回路进行在线整定; 4)当系统存在较大问题时,如需进行控制结构修改、增加测点等,要重新组态下装。 二、设计(实验)正文 1设计题目:炉膛压力系统死区控制系统设计(如附图1) 附图1: 引风机 炉膛压力系统死区单回路控制系统

机电控制系统课程设计

JIANG SU UNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院:机械学院 班级:机械 (卓越14002) 姓名:张文飞 学号: 3140301171 指导教师:毛卫平 2017年 6月

目录 一: MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表,I/O接线图(1、3、6站电气线路图) (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明,控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二: MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图(两站)&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三:调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四:设计的收获和体会 (19) 五:参考文献 (20)

一:MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构: 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成,主要完成选择要安装工件的料仓,将工件从料仓中推出,将工件安装到位。 1.吸盘机械手臂机构:机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2.上下摆臂结构:由摆臂缸(直线缸)摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3.仓料换位机构:由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位(蓝、黑工件切换)。 4.推料机构:由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5.真空发生器:当手臂在工件上方时,真空发生器通气吸盘吸气。 5.I/O接口板:将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6.控制面板:完成设备启动上电等操作。(具体在按钮上有标签说明)。

过程控制工程课程设计

过程控制工程 课程设计任务书 设计名称:扬子烯烃厂丁二烯装置控制模拟设计设计时间:2006.2.20~2006.3.10 姓名:毛磊 班级:自动化0201 学号:05号 南京工业大学自动化学院 2006年3月

1.课程设计内容: 学习《过程控制工程》课程和下厂毕业实习2周后,在对扬子烯烃厂丁二烯装置的实际过程控制策略、实习环节的控制系统以及相应的组态软件有一定的认识和了解的基础上,针对扬子烯烃厂丁二烯装置,设计一个复杂控制系统(至少包含一个复杂回路和3-5个简单回路),并利用组态软件进行动态仿真设计,调节系统控制参数,使控制系统达到要求的控制效果。 1)独立完成设计任务,每个人根据下厂具体实习装置,确定自己的课程设 计题目,每1-3人/组; 2)选用一种组态软件(例如:采用力控组态软件)绘制系统工艺流程图; 3)绘制控制系统原有的控制回路; 4)利用下厂收集的实际数据和工艺要求,选择被控对象模型,利用组态软 件,对控制系统进行组态; 5)改进原有的控制回路,增加1-2个复杂回路,并进行组态; 6)调节控制参数,使性能指标达到要求; 7)写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤:如设计 思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出 说明,并对所完成的设计做出评价,对自己整个设计工作中经验教训, 总结收获。 2. 进度安排(时间3周) 1)第1周选用一种组态软件绘制系统工艺流程图;绘制控制系统原有的 控制回路; 2)第2周利用下厂收集的实际数据和工艺要求,选择被控对象模型,利 用组态软件,对控制系统进行组态; 3)第3周(1-3) 改进原有的控制回路,增加1-2个复杂回路,并进行组态; 调节控制参数,使性能指标达到要求; 4)第3周(4) 书写课程设计说明书 5)第3周(5) 演示、答辩

武汉理工大学模电课设温度控制系统设计

课程设计任务书 学生姓名:张亚男专业班级:通信1104班 指导教师:李政颖 工作单位:信息工程学院 题目: 温度控制系统的设计 初始条件:TEC半导体制冷器、UA741 运算放大器、LM339N电压比较器、稳压管、LM35温度传感器、继电器 要求完成的主要任务: 一、设计任务:利用温度传感器件、集成运算放大器和Tec(Thermoelectric Cooler, 即半导体致冷器)等设计一个温度控制器。 二、设计要求:(1)控制密闭容器内空气温度 (2)控制容器容积>5cm*5cm*5cm (3)测温和控温范围0℃~室温 (4)控温精度±1℃ 三、发挥部分:测温和控温范围:0℃~(室温+10℃) 时间安排:19周准备课设所需资料,弄清各元件的原理并设计电路。 20周在仿真软件multisim上画出电路图并进行仿真。 21周周五前进行电路的焊接与调试,周五答辩。 指导教师签名:年月日 系主任(或责任教师)签名:年月日

温度控制系统的设计 1.温度控制系统原理电路的设计 (3) 1.1 温度控制系统工作原理总述 (3) 1.2 方案设计 (3) 2.单元电路设计 (4) 2.1 温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (4) 2.2 电压信号的处理单元——运算放大器 (5) 2.3 电压值表征温度单元——万用表 (7) 2.4 电压控制单元——迟滞比较器 (8) 2.5 驱动单元——继电器 (10) 2.6 TEC装置 (11) 2.7 整体电路图 (12) 3.电路仿真 (12) 3.1 multisim仿真 (12) 3.2 仿真分析 (14) 4.实物焊接 (15) 5.总结及体会 (16) 6.元件清单 (18) 7.参考文献 (19)

检测技术及仪表课程设计报告

检测技术及仪表课程设计报告 1、1 课程设计目的针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点,从工程创新的理念出发,以工程思维模式为主,旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。通过在模拟的实战环境中系统锻炼,使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 1、2课题介绍本课设题目以多功能动态实验装置为对象,要求综合以前所学知识,完成此实验装置所需参数的检测。设计检测方案,包括检测方法,仪表种类选用以及需要注意事项,并分析误差产生的原因等等。 1、3 实验背景知识换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程,污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失,因而污垢问题成为传热学界和工业界分关注而又至今未能解决的难题之一。 1、4 实验原理 1、4、1 检测方法按对沉积物的监测手段分有:热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种;非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法

和化学法。这些监测方法中,对换热设备而言,最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里选择热学法中的污垢热阻法。 1、4、2 热阻法原理简介表示换热面上污垢沉积量的特征参数有:单位面积上的污垢沉积质量mf,污垢层平均厚度δf和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由式表示: (1-1)图1-1 清洁和有污垢时的温度分布及热阻通常测量污垢热阻的原理如下:设传热过程是在热流密度q为常数情况下进行的,图1a为换热面两侧处于清洁状态下的温度分布,其总的传热热阻为: (1-2)图1b为两侧有污垢时的温度分布,其总传热热阻为: (1-3)忽略换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响,则可认为(1-4)于是两式相减得: (1-5)该式表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而间接测量出来。实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻,这可通过测量所要求部位的壁温表示。为明晰起见,假定换热面只有一侧有污垢存在,则有:(1-6)(1-7)若在结垢过程中,q、Tb均得持不变,且同样假定(1-8)则两式相减有: (1-9)这样,换热面有垢一侧的污垢热阻可以通过测量清洁状态和污染状态下的壁温和热流而被间接测量出来。

单片机课程设计-武汉理工大学单片机实训报告

第一章绪论 (2) 1.1概述 (2) 1.2课程设计任务 (2) 第二章硬件系统设计 (3) 2.1单片机最小系统 (3) 2.1.1 STC89C52的介绍 (3) 2.1.2 stc89c52系列单片机最小系统的介绍 (4) 2.2矩阵键盘模块 (5) 2.3数码管显示单元 (5) 2.4 LCD1602液晶显示电路 (6) 2.5蜂鸣器单元 (7) 第三章软件设计 (8) 3.1数码管实验 (8) 3.1.1循环数码管显示0—F程序设计结构图: (8) 3.1.2 59秒倒计数流程图 (9) 3.2 矩阵键盘流程图 (10) 3.3 LCD1602滚动显示年月日时分秒 (11) 3.4 AD转换, (12) 3.5家电遥控器 (13) 第四章调试结果分析 (14) 4.1数码管调试及分析 (14) 4.1.1循环数码管显示0—F (14) 4.1.2数码管59秒倒计数 (15) 4.2矩阵键盘 (15) 4.3 LCD1602滚动显示年月日时分秒 (16) 4.4 AD转换 (16) 4.5家电遥控器 (17) 第五章小结 (17) 参考文献: (18)

第一章绪论 1.1概述 随着我国工业技术和电子技术的发展和进步,自动控制技术也已经得到了极大的普及和应用,而这些自动控制技术的核心技术就是单片微型计算机,简称单片机。它以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点,被广泛应用于控制系统、数据采集等领域。而51单片机系列以其超高的性价比深受广大电子爱好者和开发者以及大学生群体的欢迎。故而本次课程设计采用STC89C52单片机。 1.2课程设计任务 必做项目(这是每个学生必做的任务): 1.基本系统:在51单片机开发系统PCB电路板上完成电子元器件的焊接、调试、程序下载,并实现数码管显示、矩阵键盘扫描、中断程序、定时器程序、串口通讯等基本功能; 2.显示功能:焊接电路并实现对1602液晶屏的显示功能,要求能滚动显示字符; 3.输出控制:焊接电路并实现对继电器的控制功能; 4.数据采集:焊接电路并实现对AD0832的数据采集功能; 选做项目(以下任选一): 1.家电遥控器:实现对红外接收管和发射管的控制功能,要求能够学习遥控器的红外码,并能发射相应的编码,实现红外遥控器的功能。 2.增强显示:实现光魔方的功能,要求搭建不少于8*8*4单元的光魔方,能够动态显示字符。 3.空气质量监测:实现对室外空气PM2.5浓度测量,要求能够实时读取PM2.5模块数据计算浓度,并将结果显示在屏幕中,或者通过无线方式发送到PC机中显示,或者超过设定值启动电机模拟开关窗。 4.入侵在线报警:要求通过采集远红外传感器数据,自动触发相机模块抓拍,照片发至PC或网络中。 5.穿戴式设备控制:对陀螺仪传感器的数据采集和处理,要求能根据采集到的数据计算出传感器加速度值,识别基本动作触发继电器开合,模拟启动外部设备。 6.智能台灯:根据环境光强度自动调节LED亮度,通过光敏元器件采集环境亮度,通过PWM方式控制LED灯亮度。定时自动开灯,设定开灯时间,到时间由暗逐渐变亮。通过门控检测夜晚有人回家时自动开启LED灯等功能。 7.火灾在线探测:采集烟感/异味传感器数据,并进行判断有无火情,继而控制继电器动作同时通过无线发送信息到PC或网络中。 8.智能门磁:设计门磁开关,一端安装门上,另一端安装在门框。读取霍尔传感器输出,确定门开合状态,并在门状态变化时发送提示信息到PC或者网络中。 9.智能窗帘:根据光强变化、夜晚休息、人离开等多种条件自动开闭窗帘。可以设计导轨及电机控制机构。 10.智能信息提示:每天早上自动搜集门户网站头条新闻、当天天气情况等,

控制系统仿真课程设计

控制系统仿真课程设计 (2010级) 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2013年7月

控制系统仿真课程设计(一) ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的 本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真,掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法,深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点,实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系,掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理 锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量,目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果,使蒸汽带水过多,若用此蒸汽推动汽轮机,会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢,严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低,水循环就会被破坏,引起水冷壁管的破裂,严重时会造成干锅,甚至爆炸。 常见的锅炉汽水系统如图1-1所示,锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响,而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量(蒸汽流量)和给水流量,锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量,使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。 图1-1 锅炉汽水系统图

在给水流量及蒸汽负荷发生变化时,锅炉汽包水位会发生相应的变化,其分别对应的传递函数如下所示: (1)汽包水位在给水流量作用下的动态特性 汽包和给水可以看做单容无自衡对象,当给水增加时,一方面会使得汽包水位升高,另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低,又会使得汽包中气泡减少,导致水位降低,两方面的因素结合,在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟,使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此,汽包水位在给水流量作用下,近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统,系统特性可以表示为 ()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ (1.1) (2)汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下,当蒸汽流量突然增加时,瞬间会导致汽包压力的降低,使得汽包内水的沸腾突然加剧,水中气泡迅速增加,将整个水位抬高;而当蒸汽流量突然减小时,汽包内压力会瞬间增加,使得水面下汽包的容积变小,出现水位先下降后上升的现象,上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著,会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性,变化速度很快,变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比,也与压力变化速度成正比,系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ (1.2) 常用的锅炉水位控制方法有:单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量,显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节,构成前馈-反馈符合控制系统,可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性,并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此,可将给水流量信号引入,构成三冲量调节系统,如图1-2所示。图中LC 表示水位控制器(主回路),FC 表示给水流量控制器(副回路),二者构成一个串级调节系统,在实现锅炉水位控制的同时,可以快速消除给水系统扰动影响;而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。

过程控制系统课程设计

… 过程控制系统 课程设计 { 班级: 本组成员: 、 2012年01月12日 设计报告目录

【1】内容一:过程控制课程设计的相关资料 (1) , 【2】内容二:过程控制课程设计 (6) (1)过程控制系统设计及其主要内容 (6) (2)被控对象特性分析 (6) (3)控制系统控制结构原理图 (7) (4)控制系统工艺流程图 (8) (5)一次仪表选型表 (10) (6)课程设计总结 (11) (7)参考文献 (12) . . 内容一:过程控制课程设计的相关资料

一.液位控制系统中PID控制 数字PID控制是在实验研究和生产过程中采用最普遍的一种控制方法,在水箱控制系统中有着极其重要的控制作用。 常用的PID控制系统原理框图如下所示: # PID控制器是一种线性控制器,它是根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成偏差 PID控制规律为: 写成传递函数形式为: -

PID是比例,积分,微分的缩写形式: 比例调节作用:是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。 积分调节作用:是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。 微分调节作用:微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器 * 二.自适应控制

武汉理工大学混凝土结构设计原理课程设计上课讲义

学号:0121206120102 课程设计 课程:混凝土结构设计原理 学院:土建学院 班级:土木 zy1202 姓名: 学号: 0121206120102 指导老师: 2015年1月18日

目录 一、设计资料 (1) 二、设计荷载 (1) 三、主梁毛截面几何特性计算 (1) 四、预应力钢束面积的估算及钢束布置 (4) 五、主梁截面几何特性计算 (7) 六、截面强度计算 (9) 七、钢束预应力损失估算 (11) 八、预加应力阶段的正截面应力验算 (15) 九、使用阶段的正应力验算 (18) 十、使用阶段的主应力验算 (21) 十一、锚固区局部承压验算 (23) 十二、主梁变形(挠度)计算 (24)

贵州道真高速公路桥梁上部构件设计 一、设计资料 1、初始条件:贵州道真高速公路桥梁基本上都采用标准跨径,上部构造采用装配式后张法预应力混凝土空心板,20 m 空心板、1.25m 板宽,计算跨径19.5m ,预制长度19.96m 。参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》按A类预应力混凝土构件设计此梁。 2、材料:(1)混凝土:C40混凝土,MPa Ec 41025.3?=,抗压强度标准值 MPa f ck 8.26=,抗压强度设计值MPa f cd 4.18=,抗拉强度标准值MPa f tk 40.2=,抗拉强度设计值MPa f td 65.1=。 (2)非预应力钢筋:普通钢筋主筋采用HRB335级钢筋,抗拉设计强度 a sd MP f 280=;箍筋采用R235级钢筋,抗拉设计强度a sd MP f 195=。 (3)预应力钢筋公称直径为15.24mm ,公称面积为140mm2,抗拉标准强度 a pk MP f 1860=,MPa f pd 1260=,弹性模量Ep =1.95×105Mpa ,低松弛级。 二、设计荷载 设计荷载为公路-I 级,结构重要性系数0γ取1.0。荷载组合设计值如下: kN Q 76=跨中m kN M .399=汽m kN M .710=恒m kN M .1395=跨中kN Q j 3720=00=j M m kN M .10254/1= 三、主梁毛截面几何特性计算

检测及仪表课程设计(DOC)

目录 1设计目的 (2) 2题目介绍 (2) 3 背景意义 (2) 3.1实验装置简介 (2) 3.2研究污垢传热的理论知识 (3) 4参数检测与控制 (5) 4.1进出口温度水浴温度测量 (5) 4.1.1 仪表种类选用及依据 (5) 4.1.2 注意事项 (6) 4.1.3 可能误差 (6) 4.2 实验管壁温测量 (7) 4.2.1 仪表种类选用及依据 (7) 4.2.2 可能误差 (7) 4.3 水位的测量 (7) 4.3.1 仪表种类选用及依据 (7) 4.3.2 注意事项 (8) 4.3.3 可能误差 (8) 4.4 实验管内流体流量的测量 (8) 4.4.1仪表种类选用与依据 (8) 4.4.2 可能误差 (10) 4.5 差压测量 (10) 4.5.1仪表种类选用与依据 (10) 4.5.2 可能误差 (11) 5.参考文献 (12)

第1章绪论 1.1设计目的 针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点,从工程创新的理念出发,以工程思维模式为主,旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。通过在模拟的实战环境中系统锻炼,使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 2题目介绍 本课设题目以一多功能动态实验装置为对象,要求综合以前所学知识,完成此实验装置所需检测参数的检测。设计检测方案,包括检测方法、仪表种类选用以及需要注意事项,并分析误差产生的原因等等。 该实验装置上,需要检测和控制的参数主要有: 1、温度:包括实验管流体进口(20~40℃)、出口温度(20~80 ℃), 2、实验管壁温(20~80 ℃)以及水浴温度(20~80 ℃) 3、水位:补水箱上位安装,距地面2m,其水位要求测量并控制,以适应不同流速的需要,水位变动范围200mm~500mm 4、流量:实验管内流体流量需要测量,管径Φ25mm,流量范围0.5~4m3/h 5、差压:由于结垢导致管内流动阻力增大,需要测量流动压降,范围为0~50mm 水柱 3 背景意义 3.1实验装置简介 如图3—1所示的实验装置是东北电力大学节能与测控研究中心杨善让教授为首的课题组基于测量新技术—软测量技术开发的多功能实验装置。 基于本实验装置,先后完成国家、东北电力公司、省、市多项科研项目并获奖,鉴定结论为国际领先。目前承担国家自然科学基金、973项目部分实验工作。

控制系统仿真课程设计

控制系统数字仿真课程设计 1.课程设计应达到的目的 1、通过Matlab仿真熟悉课程设计的基本流程; 2、掌握控制系统的数学建模及传递函数的构造; 3、掌握控制系统性能的根轨迹分析; 4、学会分析系统的性能指标; 2.课程设计题目及要求 设计要求 1、进行系统总体设计,画出原理框图。(按给出的形式,自行构造数学模型,构造成1 个零点,三个极点的三阶系统,主导极点是一对共轭复根) G(s)=10(s+2)/(s+1)(s2+2s+6) 2、构造系统传递函数,利用MATLAB绘画系统的开环和闭环零极点图;(分别得 到闭环和开环的零极点图)参考课本P149页例题4-30 clear; num = [10,20]; den =[1 3 8 6]; pzmap(num,den) 3、利用MATLAB绘画根轨迹图,分析系统随着根轨迹增益变化的性能。并估算超 调量=16.3%时的K值(计算得到)。参考课本P149页例题4-31 clear num=[10,20]; den=[1 3 8 6]; sys=tf(num,den); rlocus(sys) hold on jjx(sys); s=jjx(sys); [k,Wcg]=imwk(sys)

set(findobj('marker','x'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); set(findobj('marker','o'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); function s=jjx(sys) sys=tf(sys); num=sys.num{1}; den=sys.den{1}; p=roots(den); z=roots(num); n=length(p); m=length(z); if n>m s=(sum(p)-sum(z))/(n-m) sd=[]; if nargout<1 for i=1:n-m sd=[sd,s] end sysa=zpk([],sd,1); hold on; [r,k]=rlocus(sysa); for i=1:n-m plot(real(r(i,:)),imag(r(i,:)),'k:'); end end else disp; s=[]; end function [k,wcg]=imwk(sys) sys=tf(sys) num=sys.num{1} den=sys.den{1}; asys=allmargin(sys); wcg=asys.GMFrequency; k=asys. GainMargin;

过程控制系统与仪表习题答案汇总

第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点?为什么说过程控制多属慢过程参数控制? 解:1.控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3.控制多属慢过程参数控制4.定值控制是过程控制的一种主要控制形式5.过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统?典型过程控制系统由哪几部分组成? 解:过程控制系统:一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成:由被控过程和过程检测控制仪表(包括测量元件,变送器,调节器和执行器)两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法,通常过程控制系统可分为哪几类? 解:分类方法说明:按所控制的参数来分,有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等;按控制系统所处理的信号方式来分,有模拟控制系统与数字控制系统;按控制器类型来分,有常规仪表控制系统与计算机控制系统;按控制系统的结构和所完成的功能来分,有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等;按其动作规律来分,有比例(P)控制、比例积分(PI)控制,比例、积分、微分(PID)控制系统等;按控制系统组成回路的情况来分,有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统;按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类:1.按设定值的形式不同划分:(1)定值控制系统(2)随动控制系统(3)程序控制系统 2.按系统的结构特点分类:(1)反馈控制系统(2)前馈控制系统(3)前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解:在定值控制系统中设定值是恒定不变的,引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性?什么是被控对象的动态特性?二者之间有什么关系? 解:被控对象的静态特性:稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性:。系统在动态过程中,被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动 态特性? 解: 稳态:对于定值控制,当控制系统输入(设定值和扰动)不变时,整个系统若能达到 一种平衡状态,系统中各个组成环节暂不动作,它们的输出信号都处于相对静止状态,这种状态称为稳态(或静态)。 动态:从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作,到整个系统又建立新的稳态(达到新的平衡)、调节过程结束的这一段时间,整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中,这种状态称为动态。 在实际的生产过程中,被控过程常常受到各种振动的影响,不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在 各个环节的动态特性,才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些?各自的定义是什么? 解:单项性能指标主要有:衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比:等于两个相邻的同向波峰值之比n ; 过渡过程的最大动态偏差:对于定值控制系统,是指被控参数偏离设定值的最大值A ; 超调量:第一个波峰值1y 与最终稳态值y (∞)之比的百分数σ;1 100%() y y σ= ?∞ 残余偏差C : 过渡过程结束后,被控参数所达到的新稳态值y (∞)与设定值之间的偏差C 称为残余偏差,简称残差;

过程控制仪表课程设计论文报告

中南大学 《过程控制仪表》 课程设计报告 设计题目液位控制系统 指导老师 设计者 专业班级 设计日期 2011年6月 目录 第一章过程控制课程设计的目的和意义 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的意义 (3) 1.3课程设计在教学计划中的地位和作用 (3) 第二章液位控制系统的设计任务 (3)

2.1设计内容及要求 (3) 2.2课程设计的要求 (4) 第三章实验内容及调试中遇到的具体问题和解决的办法 (4) 3.1实验目的 (4) 3.2实验内容 (5) 3.2.1流量单闭环控制系统 (5) 3.2.2流量比值控制系统 (6) 3.3实验调试中遇到的具体问题和解决办法 (7) 第四章液位控制系统总体设计方案 (9) 4.1液位控制系统在工业上的应用 (9) 4.2液位控制系统变送器以及开关阀的选择 (10) 4.3控制算法 (11) 4.4系统控制主机的选择 (11) 4.5系统的硬件设计(单纯的逻辑控制) (13) 4.5.1 水塔液位控制系统的主电路图 (13) 4.5.2 I/O接口的分配 (13) 4.5.3 水塔液位控制系统的I/O设备 (14) 4.5.2 控制系统硬件介绍 (14) 第五章系统软件设计 (16) 5.1系统软件设计1(单纯的逻辑控制) (16) 5.1.1水塔液位控制系统的程序流程图 (16) 5.1.2 水塔液位控制系统的工作过程 (17) 5.1.3 水塔液位控制系统的梯形图 (19) 5.2系统控制的程序 (20) 5.3 加入PID控制的指令的软件程序 (20) 5.3.1PID控制系统梯形图 (21) 5.3.2PID控制系统的指令: (24) 第六章收获、体会和建议 (25) 参考文献 (26) 第一章过程控制课程设计的目的和意义 1.1课程设计的目的 本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节,是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实

武汉理工大学水质工程学I课设

1.设计任务及资料 1.1设计原始资料 长垣镇最高日设计用水量为近期5万吨/天,远期10万吨/天,规划建造水厂一座。已知城区地形平坦,地面标高为21.00米;水源采用长江水;取水构筑物远离水厂,布置在厂外。管网最小服务水头为28.00米;二级泵站采用二级供水到管网系统,其中最大一级供水量占全天用水量的百分数为5.00%,时间为早上6:00~晚上10:00,此时管网系统及水厂到管网的输水管的总水头损失为11.00米;另一级供水时管网系统及水厂到管网的输水管的总水头损失为5.00米。常年主导风向:冬季为东北风、夏季为东南风。水厂大门朝向为北偏西15°。 1.2设计任务 1、设计计算说明书1本。 内容包括任务书、目录、正文、参考资料、成绩评定表等,按要求书写或打印并装订成册。 其中正文内容主要包括:工程项目和设计要求概述,方案比较情况,各构筑物及建筑物的形式、设计计算过程、尺寸和结构形式、各构筑物设计计算草图、人员编制、水厂平面高程设计计算和布置情况以及设计中尚存在的问题等。 2、手工绘制自来水厂平面高程布置图1张(1号铅笔图,图框和图签按标准绘制)。要求:比例选择恰当,图纸布局合理,制图规范、内容完整、线条分明,字体采用仿宋字书写。

2. 设计规模及工艺选择 2.1设计规模 根据所提供的已知资料:最高日用水量为近期5万吨/天,远期10万吨/天。 d Q=Q α α为自用水系数,取决于处理工艺、构筑物类型、原水水质及水厂是否设有 回收水设施等因素,一般在1.05-1.10之间,取α =1.07,则水厂生产水量 近期:Q 0=1.07Q d =1.07×50000=53500m 3/d=2229.2m 3/h 远期:Q 0=1.07Q d =1.07×100000=107000 m 3/d=4458.3m 3/h 水处理构筑物的设计,应按原水水质最不利情况时所需供水量进行校核。 2.2水厂工艺流程选择 2.2.1概述 给水处理的任务是通过必要的处理方法去除水中杂质,使之符合生活饮用或工业使用要求的水质。给水处理工艺方法和工艺的选择,应根据原水水质及设计生产生产能力等选择,由于水源不同,水质各异,生活饮用水处理系统的组成和工艺流程也多种多样。 2.2.2水处理流程选择 水处理方法应根据水源水质的要求确定。所给的设计资料中指出,水源采用 长江水,其水质应该较好,采用一般传统的水处理工艺,即:混合、絮凝、沉淀、过滤、消毒。混凝剂采用硫酸铝,设溶解池和溶液池,计量泵投加药剂,管式静态混合器混合。絮凝池采用水平轴机械絮凝池。沉淀池采用平流沉淀池。滤池采用普通快滤池。

智能控制系统课程设计

目录 有害气体的检测、报警、抽排.................. . (2) 1 意义与要求 (2) 1.1 意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 2 设计总体方案 (2) 2.1 设计思路 (2) 2.2 总体设计方框图 2.3 完整原理图 (4) 2.4 PCB制图 (5) 3设计原理分析 (6) 3.1 气敏传感器工作原理 (7) 3.2 声光报警控制电路 (7) 3.3 排气电路工作原理 (8) 3.4 整体工作原理说明 (9) 4 所用芯片及其他器件说明 (10) 4.1 IC555定时器构成多谐振荡电路图 (11) 5 附表一:有害气体的检测、报警、抽排电路所用元件 (12) 6.设计体会和小结 (13)

有害气体的检测、报警、抽排 1 意义与要求 1.1.1 意义 日常生活中经常发生煤气或者其他有毒气体泄漏的事故,给人们的生命财产安全带来了极大的危害。因此,及时检测出人们生活环境中存在的有害气体并将其排除是保障人们正常生活的关键。本人运用所学的电子技术知识,联系实际,设计出一套有毒气体的检测电路,可以在有毒气体超标时及时抽排出有害气体,使人们的生命健康有一个保障。 1.2 设计要求 当检测到有毒气体意外排时,发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示。当有毒气体浓度超标时能自行启动抽排系统,排出有毒气体,更换空气以保障人们的生命财产安全。抽排完毕后,系统自动回到实时检测状态。 2 设计总体方案 2.1 设计思路 利用QM—N5气敏传感器检测有毒气体,根据其工作原理构成一种气敏控制自动排气电路。电路由气体检测电路、电子开关电路、报警电路、和气体排放电路构成。当有害气体达到一定浓度时,QM—N5检测到有毒气体,元件两极电阻变的很小,继电器开关闭合,使得555芯片组成的多谐电路产生方波信号,驱动发光二极管间歇发光;同时LC179工作,驱使蜂鸣器间断发出声音;此时排气系统会开始抽排有毒气体。当气体被排出,浓度低于气敏传感器所能感应的范围时,电路回复到自动检测状态。

武汉理工大学课程设计格式要求

武汉理工大学网络与继续教育学院 一、毕业论文的资料组成 毕业论文资料由三大部分组成: 第一部分:目录 第二部分:正文 正文是论文的主体,正文应包括论点、论据、论证过程和结论。包括以下内容:提出问题—论点、分析问题—论据和论证、解决问题—论证方法与步骤。具体格式如下:第1章绪论 1.1 研究目的、意义 1.1.1 1.1.2 (1) ① ② (2) 1.2 国内外研究现状概述 主体部分 ……………………… 第×章结论与研究展望 第三部分:参考文献 二、毕业论文的打印、装订要求 1、论文一律用WORD打印。 2、论文外行尺寸按A4标准打印装订,页码用小5号字打印在页下居中。 3、论文按页码顺序,一律在左则装订,最后加上封面、封底。 4、毕业论文的封面及格式见附件2。 5、文字排版,以版面清晰,容易辨识和阅读为原则 (1)标题采用黑体:论文题目用黑体一号、居中方式;第一级(章)题序和题名用黑体小二号;第二级(条)题序和题名用黑体小三号;第三级及以下(条)题序和题名用黑体小四号。 (2)正文内容用小四号宋体(英文用新罗马体12),行距为固定值20磅。

仪器仪表电路课程设计 设计题目:仪器仪表电路课程设计 学校:武汉理工大学 专业:测控2013级 姓名:李宗楠 指导老师:程鑫 完成设计时间:2015年7月3日

目录 (目录列示在1个页面上,且标示出每一标题的内容所在的页码) 摘要............................................................................................ 错误!未定义书签。绪论............................................................................................ 错误!未定义书签。 1 会计目标理论的基本问题 (2) 1.1会计目标理论的产生 (2) 1.2会计目标的受托责任观和决策有用观 ........................... 错误!未定义书签。 2 会计准则制定的起点—会计目标 ......................................... 错误!未定义书签。 2.1会计目标是会计准则制定的逻辑起点 ........................... 错误!未定义书签。 2.2会计目标是会计准则运行的向导 ................................... 错误!未定义书签。 3 目标导向会计准则模式相关问题分析 ................................. 错误!未定义书签。 3.1目标导向会计准则的提出 ............................................... 错误!未定义书签。 3.2目标导向会计准则的特点 ............................................... 错误!未定义书签。 3.3对目标导向会计准则的简要评析 ................................... 错误!未定义书签。 4 目标导向会计准则对我国会计准则制定模式启示 ............. 错误!未定义书签。 4.1影响会计准则制定模式的因素分析 ............................... 错误!未定义书签。 4.2目标导向会计准则在我国的适用性 ............................... 错误!未定义书签。 4.3我国会计准则向目标导向转变过程中可能遇到的问题错误!未定义书签。 4.4我国会计准则向以目标为导向发展对策分析 ............... 错误!未定义书签。结语............................................................................................ 错误!未定义书签。致谢............................................................................................ 错误!未定义书签。参考文献 .. (3)

控制仪表课程设计说明书

控制仪表课程设计 说明书

摘要 煤气炉是工业生产中常见的加热设备,广泛应用于冶金、机械、建材、化工等行业,其温度控制系统常见的控制技术有PID 控制、模糊控制技术等,但由于煤气炉是一个时变的、大滞后的被控对象,且升温具有单向性,很难建立精确的数学模型。而PID 控制因其成熟、容易实现、并具有可消除稳态误差的优点,基本能够满足系统性能要求。 KMM可编程程序调节器是一种多输入/输出、多功能、多用途的数学式控制仪表。它与模拟式调节器相比,具有与模拟仪表兼容,运算,控制及通信功能丰富、通用性强、可靠性高,使用维护方便等优点,用KMM进行系统设计,只要根据控制流程图进行组态即可,经过各种运算模块的不同组态能够实现多种控制功能,如平、PID控制、前馈控制等,非常简便。用它进行控制,P、I、D参数调整方便,数字显示直观,适合于小规模生产装置的控制、显示和操作,也能够经过通信接口挂到数据通道同集散控制系统连接起来,实现中、大规模的分散控制、集中监视、操作和管理。 一总体方案设计 煤气炉是工业生产的重要装置之一,它的任务是经过煤气的燃烧,产生一个理想的温度,以供生产、生活之用。在产品的工艺加工过程中,温度对产品质量的影响很大,温度检测和控制很

重要。基于常见的单回路控制系统结构简单但控制精度较低的实际,本设计提出了基于KMM可编程控制器的串级控制系统。1、串级控制系统 1.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器,前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定,后一个调节器的输出送往调节阀。 前一个调节器称为主调节器,它所检测和控制的变量称主变量(主被控参数),即工艺控制指标;后一个调节器称为副调节器,它所检测和控制的变量称副变量(副被控参数),是为了稳定主变量而引入的辅助变量。 整个系统包括两个控制回路,主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成;主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 一次扰动:作用在主被控过程上的,而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动:作用在副被控过程上的,即包括在副回路范围内的扰动。 主参数(主变量):串级控制系统中起主导作用的那个被调节参数称为主参数。 副参数(副变量):其给定值随主调节器的输出而变化,能提前反应主信号数字变化的中间参数称为副参数。

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