(何嘉涛)反应器温度控制系统设计.

过程控制系统课程设计

题目：反应器串级控制系统设计——系统设计部分学生：何嘉涛

班级：2013电气7班

学号：*************

指导老师：***

2016年12月12日

目录

前言 (4)

第一章连续槽反应器温度控制系统设计的目的意义 (4)

1.1 连续槽反应器简介 (4)

1.2 目的及意义 (5)

第二章连续槽反应器温度控制系统工艺流程及控制要求 (5)

第三章总体设计方案 (6)

3.1 方案比较 (6)

3.1.1 简单控制系统 (6)

3.1.2 串级控制系统 (7)

3.2 方案选择 (8)

第四章串级控制系统分析 (8)

4.1 主回路设计 (8)

4.2 副回路设计 (8)

4.3 主、副调节器规律选择 (8)

4.4 主、副调节器正反作用方式确定 (9)

第五章仪器仪表的选取及元器件清单 (9)

5.1 温度的测量与变送器的选择 (9)

5.2 调节器的选择 (10)

第六章控制系统的组成 (12)

6.1控制系统仪表元件清单件清及配接 (13)

6.2利用Matlab进行仿真 (13)

串级反应器温度控制系统设计

摘要：在工业过程中，温度是最常见的控制参数之一，反应器温度控制是典型的温度控制系统。对温度的控制效果将影响生产的效率和产品的质量，

如果控制不当将损害工艺设备甚至对人身安全造成威胁。因此反应器

温度的控制至关重要。

连续槽反应器是化学生产的关键设备是一个具有大时滞、非线性和时变特性、扰动变化激烈且幅值大的复杂控制对象。结合控制要求，通过分析工艺流程，本论文设计了串级PID分程控制方案。方案选定后，进行了硬件和软件的选择。硬件上选用西门子公司的S7-200 PLC，并用相应的STEP7软件编程。然后采用北京

三维力控科技有限公司开发的三维力控组态软件设计监控画面并利用Matlab

7.0对系统进行了仿真。

关键词：温度，反应器，串级PID

In the industrial process,temperature is one of the most common control parameters,reactor temperature control system is a typical temperature control system.The temperature control effect will influence the production efficiency and product quality,if it is not controlled properly,process equipment will be damaged,even personal safety will be threatened.Thus the reactor temperature control is essential. Continuous stirred tank reactor is the key equipment in chemical production,it is a complicated control object with a large time delay, nonlinearity,time-varying characteristics and drastic changes and large amplitude disturbance. Combined with the control requirements.The hardware and software selection are done following the selection of control scheme.As to hardware, the S7-200 PLC of Siemens is chosen, and the corresponding software STEP7 is chosen for programming.Then Force Control of Beijing Three-dimensional Force Control Company is

chosen to make the supervision picture.Matlab7.0 work for the simulation.

Keywords: temperature,reactor, cascade PID

前言——串级控制系统

随着科学技术的发展，现代过程工业规模越来越大，复杂程度越来越高，产品的质量要求越来越严格，以及相应的系统安全问题，管理与控制一体化问题等，越来越突出，因此要满足这些要求，解决这些问题，仅靠简单控制系统是不行的，需要引入更为复杂、更为先进的控制系统，由此串级控制系统应运而生。串级控制系统是由两个或两个以上的简单闭合控制系统串联组成的一种比较高级的系统，是改善控制过程极为有效的方法，并且的道理广泛的应用。作为一种比较复杂的系统，串级控制系统有改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量，能迅速克服进入副回路的二次扰动，提高了系统的工作频率，对负荷变化的适应性较强等优点。在一些容量滞后较大的过程，纯延时较大的过程，扰动变化激烈而且幅度大的过程，参数互相关联的过程，非线性过程，应用串级控制可以达到明显的效果。

第一章连续槽反应器温度控制系统设计的目的意义

1.1 连续槽反应器简介

图1-1-1 连续槽反应器结构图

如图1-1-1所示的一个连续槽反应器，物料自顶部连续进入槽中，经反应后从底部排出。反应产生的热量由冷却夹套中的冷却水带走。槽中装有物料搅拌装