过程控制系统设计实例共41页
过程控制系统设计
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第一章绪论 . (2)1.1引言 (2)1.2 国内外控制系统状况 (2)第二章控制系统设计 (4)2.1生产工艺及加热炉简介 (4)2.2 控制系统的设计思想和总体方案 (6)2.2.1 控制系统的设计思想 (6)2.2.2 控制系统的设计方案 (6)2.3 控制回路的参数选择 (9)2.4 主、副调节器调节规律的选择 (9)2.4.1 调节规律分析 (9)2.4.2 调节规律的确定 (10)2.5主、副调节器选用 (11)2.6主、副电路检测变送器的确定 (12)2.6.1 温度检测元件 (12)2.6.2 温度变送器 (13)2.7 调节阀的确定 (13)2.8 联锁保护 (14)第三章结束语 (15)参考文献 (16)第一章绪论1.1引言近年来，轧钢生产中所涌现的新技术、新工艺主要是围绕节约能源、降低成本、提高产品质量、开发新产品所进行的。
在节能降耗上，主要技术是：连铸坯热送热装技术、薄板坯连铸连轧技术、先进的节能加热炉等；在提高产品性能、质量上，主要技术是：TMCP 技术、高精度轧制技术、先进的板形、板厚控制技术、计算机生产管理技术等；在技术装备上，主要是大型化、连续化、自动化，即热轧带钢、冷轧带钢的连续化，实现无头轧制、酸轧联合机组、连续退火及板带涂层技术等。
这些技术的应用可极大地提高产品的竞争能力。
以节能降耗为目标的新技术。
加热炉炉温的控制直接影响到生产质量和能耗的多少。
所以加热炉控制系统的优化控制方案有待解决！1.2 国内外控制系统状况一、国外控制系统的发展情况自 70 年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。
过程控制系统课程设计（最终提交版）
*****大学《过程控制系统》课程设计文件设计小组名称：设计小组班级：设计小组成员：2016年6月20日一、方案设计依据、范围及相关标准设计依据一个典型的化工生产过程大致有三个组成部分：（1）原料预处理（2）化学反应（3）产物分离很显然，化学反应是化工生产过程的核心，化学反应器是化工生产装置中的关键设备。
反应器各部分控制的选择、设计与操作，涉及如何在工业规模上实现反应过程，以及最有效地把化工原料转化为尽可能多的目的产品，实现经济效益，以满足国民经济需要。
设计范围本设计包括：1、系统分析（包括控制需求分析、对象特性分析、工艺流程分析、系统安全要求等）2、基础控制系统及开车顺序控制系统的设计（包括控制回路、控制算法、被控变量、操纵变量、控制规律、阀门特性、顺序逻辑、安全保障等功能设计）3、安全系统的设计（包括声光报警、安全联锁、紧急停车、安全仪表等功能设计）4、绿色生产、节能减排降耗方面的考虑设计遵循的标准及规范HG/T20505-2000《过程测量和控制仪表的功能标志及图形符号》GB/T21109-2007《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》HG20505-2000《过程检测和控制系统用文字代号和图形符号》HG20559-1993《管道仪表流程图设计规定》GB/Z18718-2002《热处理节能技术导则》GB12241-89《安全阀一般要求》HG/T20511-2014《信号报警及联锁系统设计规范》二、系统分析（包括控制需求分析、对象特性分析、工艺流程分析、系统安全要求等）一、需求分析1、进料流量及比例控制反应器共有两股连续进料。
要求选手设计控制系统克服每股进料的流量扰动。
同时，需要保证两股物料以一定比例进料。
2、反应器液位控制要求选手设计液位控制系统，保证液位处于80％，以获得较大的反应停留时间，保证反应充分进行。
3、反应器压力安全控制为保证反应安全，需要对压力进行安全控制系统的设计。
4、反应器组份控制为得到一定的转化率的产品，要求选手对反应器最终产物的组份进行控制。
典型过程控制系统设计
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图10－4 过热蒸汽温度串级控制
该控制系统是将减温器后的汽温信号
烟道气）而偏离给定值时，主汽温信
经测量、变送反馈至主调节器，
器随之动作，控制调节阀,从而使主汽
作为副被控参数构成副回路，当减
温水自身出现波动时，
比主汽温
能提前感受到它的影响，并使副调节
器及时动作，使减温水的干扰能够及
时动作，使减温水的干扰能够及时得
单元机组生产流程示意图（各单元说明。。。）
重点以锅炉汽包水位控制、过热蒸汽温度控制、锅炉燃烧控制为例讨论它们的控制方案。
1－汽轮机高压缸；2－汽轮机中、低压缸；3－汽包；4－炉膛；5－烟道；6－发电机；7－冷凝器；8－补充水；9－凝结水泵；10－循环水泵；11－低压加热器；12－除氧器；13－给水泵；14－高压加热器；15－给水调节机构；16－省媒器；17－过热器；18－减温器；
02
1．控制目标
精馏塔的过程控制
精馏过程的目的是利用混合液中各组分挥发度的不同，将各组分进行分离以达到规定的纯度。 1.2.1 精馏塔的控制目标及变量分析 精馏塔的控制目标通常表现在产品质量、产品产量及能量消耗三个方面。 产品质量 精馏操作的目的是将混合液中各组分分离为产品，产品质量必须符合规定的要求。 产品产量与经济效益 任何产品都要求在确保质量的前提下，尽可能提高产品的产量和降低成本、最大限度地提高经济效益 。
202X
第10章 典型生产过程控制 与工程设计
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了解电厂锅炉的各种控制要求，熟悉它们的控制方案；
01
掌握锅炉燃烧过程控制系统的设计方法；
了解精馏塔的控制任务, 熟悉各变量之间的关系；
9过程控制系统设计实例汇编
9.1.2 锅炉控制要求及主要控制系统
锅炉是火电厂重要的动力设备，其任务就是根据生产负 荷的不同需要，提供相应规格(压力和温度)的蒸汽，同时应 保证锅炉经济和安全的运行。 锅炉的主要控制要求： ① 供给满足负荷需要的蒸汽量； ② 过热蒸汽压力保持在一定范围之内； ③ 过热蒸汽温度保持在一定范围之内； ④ 汽包水位保持在一定范围之内； ⑤ 炉膛负压保持在一定范围之内； ⑥ 保持锅炉燃烧的经济性； ⑦ 保证锅炉安全稳定运行。
过程控制
Process Control
上篇 过程控制系统
第9章 过程控制系统设计实例
本章要点 ◇ 蒸汽锅炉原理及主要控制系统 ◇ 离心泵和离心式压缩机原理及主要控制系统 ◇ 钢坯加热炉原理及主要控制系统 本章学习目标 ◇ 了解蒸汽锅炉、流体输送设备、加热炉的系统结构及工作原理 ◇ 进一步熟悉相关的自动控制系统的组成及原理，
锅炉本体是锅炉的主要组成部分，包括炉膛、燃烧器、点火 装置、空气预热器、省煤器、蒸发器、汽包、过热器及再热 器等，其中炉膛又包括水冷壁、炉墙和构架等。
锅炉辅助设备主要包括煤或燃气等燃料供应系统（包括煤场 、输煤机等）、煤粉制备系统（包括给煤机、磨煤机、煤粉 分离器等）、水处理系统（包括阳床、阴床、各种水箱及除 氧器等）、给水系统（给水泵等）、通风系统（包括送风机 、引风机等）、除灰除尘系统（除尘器等）、测量及控制系 统等。
重点掌握控制系统的应用问题 ◇ 掌握过程控制系统的设计思想与设计方法
第9章 过程控制系统设计实例
9.1 火电厂锅炉过程控制系统设计 9.2 流体输送设备过程控制系统设计 9.3 钢坯加热炉过程控制系统设计
9.1 火电厂锅炉过程控制系统设计
9.1.1 工艺过程概述 9.1.2 锅炉控制要求及主要控制系统 9.1.3 锅炉汽包水位控制 9.1.4 过热蒸汽温度控制 9.1.5 锅炉燃烧过程控制
dcs控制系统实例
dcs控制系统实例DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）是一种能够实现对过程控制系统进行集中控制和监控的技术。
DCS的出现使得传统的集中式控制系统发生了质变，提供了更高效、更灵活、更可靠的控制方式。
下面我们将介绍一个DCS控制系统的实例。
在化工厂的生产过程中，存在着多个生产装置，包括反应设备、分离设备、传输设备等。
传统的集中式控制系统在面对这样的多设备、多信号的复杂情况下显得力不从心。
因此，该化工厂决定引入一套DCS控制系统来提高生产效率和质量。
DCS控制系统的实施首先需要进行工程设计。
设计团队对整个生产过程进行分析和细致规划，确定了每个设备的控制目标和要求。
根据实际情况，设计师将生产过程划分为若干控制区域，并在每个控制区域内安装相应的传感器和执行器。
传感器用于采集设备的工艺参数，执行器用于对设备进行控制操作。
此外，设计师还设计了一台主控制器，用于接收和处理各个控制区域传输过来的数据，并发出相应的控制信号。
在该化工厂中，设计师将生产过程划分为三个控制区域，分别为反应区、分离区和传输区。
在反应区，主要涉及反应设备的温度、压力、流量等参数的控制。
设计师在该区域内安装了温度传感器、压力传感器和流量传感器，并配置了温度调节阀、压力控制阀和流量阀等执行器。
主控制器接收到传感器采集的温度、压力和流量数据后，进行处理，并根据设定的控制策略发出相应的控制信号以调节反应设备的工艺参数。
在分离区，主要涉及分离设备的液位、浓度和旋风旋转速度的控制。
设计师在该区域内安装了液位传感器、浓度传感器和旋风转速传感器，并配置了液位调节阀、浓度控制阀和旋风旋转速度调节器等执行器。
主控制器接收到传感器采集的液位、浓度和旋风转速数据后，进行处理，并发出相应的控制信号以调节分离设备的工艺参数。
在传输区，主要涉及传输设备的流量和压力的控制。
设计师在该区域内安装了流量传感器和压力传感器，并配置了流量控制阀和压力控制阀。
过程控制系统设计实例PPT课件
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第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
1. 锅炉汽包水位的动态特性
影响汽包水位变化的因素很多，但主要是锅炉蒸发量（蒸 汽流量D）、给水流量W和燃料量B。
⑴ 在给水流量作用下汽包水位的动态特性
当给水流量扰动作阶跃变化后， 汽包水位起初并不立即上升，而 是呈现出一段起始惯性段，这近 似于一个积分环节和时滞环节的 串联，故可用下列传递函数表示
加法器的运算式为
P C1Ic C2 I F I0
双冲量控制系统 方案1
Ic—液位控制器LC的输出； IF—蒸汽流量变送器的输出； I0 —初始偏置值。 正常负荷下，I0正好与C2IF抵消； C1、C2为加法器系数。
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第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
故对于汽包内水的停留时间、负 荷变化较大的情况不宜采用。
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第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑵ 双冲量控制系统 （前馈-反馈控制系统）
在汽包水位控制中，最主要的干扰就是负荷的变化。如果将 蒸汽量引入系统作为校正信号，就可有效纠正虚假水位引起 的误动作，从而减小水位的波动，提高控制品质。
备群.
火力发电生产过程原理框图
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第9章 过程控制系统设计实例
1. 火力发电厂工艺过程
能 量
燃料的化学能
形 态
蒸汽的热能
的 转
机械能
变
过
程
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
蒸汽的热能（在锅炉中进行） 汽轮发电机旋转的机械能 电能（在发动机中进行）
火电单元机第5组页生/共产41流页程示意图
过程控制系统课程设计
一、设计目的与要求：了解并掌握单回路控制系统的构成和控制原理。
了解PID 参数整定的基本方法，如Ziegler-Nichols 整定方法、临界比例度法或衰减曲线法。
学会用matlab 中的Simulink 仿真系统进行PID 参数整定。
二、设计正文：在热工生产过程中，最简单、最基本且应用最广泛的就是单回路控制系统，其他各种复杂系统都是以单回路控制系统为基础发展起来的。
单回路控制系统的组成方框原理图如图1所示，它是由一个测量变送器、一个控制器和一个执行器（包括调节阀），连同被控对象组成的闭环负反馈控制系统。
干扰图1、单回路控制系统组成原理方框图控制器的参数整定可分为理论计算法和工程整定法。
理论计算方法是基于一定的性能指标，结合组成系统各环节的动态特性，通过理论计算求得控制器的动态参数设定值。
这种方法较为复杂繁琐，使用不方便，计算也不是很可靠，因此一般仅作为参考；而工程整定法，则是源于理论分析、结合实验、工程实际经验的一套工程上的方法，较为简单，易掌握，而且实用。
常用的工程整定法有经验法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法等等，本设计中主要是应用Ziegler-Nichols 整定方法来整定控制器的参数。
参数整定的基本要求如下所述：1、通过整定选择合适的参数，首先要保证系统的稳定，这是最基本的要求。
2、在热工生产过程中，通常要求控制系统有一定的稳定裕度，即要求过程有一定的衰减比，一般要求4：1~10：1。
3、在保证稳定的前提下，要求控制过程有一定的快速性和准确性。
所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差和稳态偏差尽量地小，而快速性就是要求控制时间尽可能地短。
总之，以稳定性、快速性、准确性去选择合适的参数。
目前工程上应用最广泛的控制是PID 控制，这种控制原理简单，使用方便；适应性强；鲁棒性强，其控制品质对被控对象的变化不太敏感。
（1）比例控制（P 控制）：G c (s)=K p =1/δ； （2）比例积分控制（PI 控制）：G c (s)=K p (1+1/T I s)=1/δ(1+1/T I s)； （3）比例积分微分控制（PID 控制）：G c (s)=K p (1+1/T I s+T D s)。
过程控制系统课程设计
2 目录一、设计目的 2二、设计要求 3三、实现过程3 1、 系统概述 (3)1.1加热炉 (3)1.2加热炉工艺过程 ...................................................... 4 13控制参数的选择及控制燃烧方案的确定 . (5)1.4加热炉的工艺结构及其设备组成 (6)1.5生产线的特点 ........................................................ 6 2、 设计与分析 .. (7)2.1加热炉生产工艺和控制要求 (7)2.2燃烧控制系统及仿真 (7)四、总结 11五、附录 12六、参考文献12 一、设计目的经过一个学期的过程控制系统课程的学习，对过程控制有了一个基本的了 解。
然而仅仅在理论方面是远远不够的，需要将所学的应用于实际生产过程中， 惟独这样才干真正的对过程控制有一个比较深入的认识，为以后的学习和工作打 下一个良好的基础。
通过这次课程设计，我们可以了解具体生产工业过程控制系 统设计的基本步骤和方法。
同时也对氧化铝的生产工艺有一个大概的认识，惟独 弄清晰生产工艺对控制的具体要求，才干去设计一个过程控制系统。
同时：1、 提高对所学自动化仪表和过程控制的原理、结构、特性的认识和理解， 加深对所学知识的巩固和融会贯通。
2、针对一个小型课题的设计开辟，培养查阅参考书籍资料的自学能力，通过独立思量，学会分析问题的方法。
3、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。
4、培养学生严谨的工作作风，相互合作的团队精神，提髙其综合素质，获得初级工程应用经验，为将来从事专业工作建立基础。
二、设计要求燃烧量对蒸汽母线压力：G(s)= —?——r+ 100^+11、査阅资料，深入掌握钢铁工业过程的工作原理及控制要求，绘制出钢铁工业生产过程工艺流程图。
2、设计控制方案。
(1)根据燃烧对象特性及控制要求，完成燃烧量的选择、执行器、变送器的选择、控制仪表选择等方案设计。