1、检测技术与过程控制课程设计任务书课题名称检测技术与过程控制学院 专业建筑设施智能技术班级学生姓名学号月日至月日指导教师(签字) 第一章 过程控制课程设计任务书 3第二章 蒸汽压力波动是主要干扰的设计方案 4一 控制方案、理论依据、控制工艺流程图4二 控制系统原理方框图4三 调节器正反作用的确定，系统工作过程概述4四 设计中用到的仪表的结构、特点说明 5第三章 冷水流量波动是主要干扰的设计方案 7一控制方案、理论依据、控制工艺流程图 7二控制系统原理方框图 7三调节器正反作用的确定，系统工作过程概述 7四设计中用到的仪表的结构、特点说明 8第四章 冷水流量和蒸汽压力均波动明显的设计方案 10一控
2、制方案、理论依据、控制工艺流程图 10二控制系统原理方框图 10三调节器正反作用的确定，系统工作过程概述 10四设计中用到的仪表的结构、特点说明 11第五章 冷水流量、蒸汽压力以及进料压力波动均为主要干扰的设计方案 13一控制方案、理论依据、控制工艺流程图 13二控制系统原理方框图 14三调节器正反作用的确定，系统工作过程概述 14四设计中用到的仪表的结构、特点说明 14第六章 体会与感悟 17参考文献 17附 录 18第一章过程控制课程设计任务书题目A：干燥器温度控制系统方案设计一、工艺过程描述某干燥器的流程所示。干燥器采用夹套加热和真空抽吸并行的方式来干燥物料。夹套内通入的是经列管式加热器
3、加热后的热水，而加热介质采用的是饱和蒸汽。为了提高干燥速度，应有较高的干燥温度，但过高会使物料的物性发生变化，这是不允许的，因此要求对干燥器温度进行严格控制。二、设计要求分别针对以下情况：1 蒸汽压力波动是主要干扰；2 冷水流量波动是主要干扰；3 冷水流量和蒸汽压力均波动明显；4 冷水流量、蒸汽压力以及进料压力波动均为主要干扰；1、 确定控制方案，说明理论依据，画出控制工艺流程图；2、 画出控制系统原理方框图；3、 确定调节器正反作用，阐述系统工作过程。4、 对设计中用到的仪表的结构、特点进行说明。第二章蒸汽压力波动是主要干扰一控制方案、理论依据、控制工艺流程图1.控制方案蒸汽压力波动是主要干
4、扰时, 应采用干燥温度与蒸汽流量的串级控制系统。这时选蒸汽流量作为副变量，一旦蒸汽压力有所波动，引起蒸汽流量变化，马上由副回路及时得到克服，以减少或者消除蒸汽压力波动对主变量的影响，提高控制质量。以热水温度为为副变量,干燥器的温度为主变量串级系统。2.理论依据将蒸汽压力波动这一主要干扰包含在副回路中, 利用副回路的快速有效克服干扰作用抑制蒸汽压力波动对干燥器出口的温度的影响.3.控制工艺流程图二 控制系统原理方框图三调节器正反作用的确定，系统工作过程概述调节阀应该选择气开型，这样一旦气源中断，马上关闭蒸汽阀门，以防止干燥器内温度过高。由于蒸汽流量（副变量）和干燥温度（主变量）升高时，都需要关小
5、调节阀，所以控制器TC应选“-”作用。由于副对象特性为“+”（蒸汽流量因阀的开大而增加），阀的特性也为“+”，故副控制器FC应为“-”作用。四设计中用到的仪表的结构、特点说明在方案一设计中用到的仪表有：1. 温度检测仪表选用: 因被控温度在600以下，热电阻的线性特性要优于热电偶，而且无需进行冷端温度补偿，使用更加方便，故选用热电阻温度计。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差，因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源
6、端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。所以选用三线制接法。并配用温度变送器。（1）双金属温度计HJ-WSS-481W（详细结构及特点见附录）特点：双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测仪表。可以直接测量各种生产过程中的-80+500范围内液体、蒸汽和气体介质温度。生产厂家：淮安华江自动化仪表有限公司 (2)温度变送器SBWZ-2481（详细结构及特点见附录）特点：SBW系列热电偶、热电阻温度变送器是DDZ-S系列仪表中的现场安装式温度变送器单元。它采用二线制传送方式（两根导线作为电源输入，信号输出的公用传输线）。将热电偶、热电阻信号变换
7、成与输入信号或与温度信号成线性的420mA的输出信号。生产厂家：上海自动化仪表六厂2. 温度控制器选用：根据前面的分析可知在此方案中，温度控制器为“-”作用根据过程特性与工艺要求，宜选用将比例与积分组合起来，既能控制及时，又能消除余差的PI控制规律。所以选用TY-S9696温度控制器3. 流量检测仪表 FT选用：由于要检测的为热水的流量，所以选用含有压力变送模块的检测仪表为TLLG-K25H1W生产厂家：江苏特雷默克仪表有限公司4. 流量控制仪表 FC选用：流量控制仪表采用同温度调节器的PID控制器：TY-S9696温度控制器5. 蒸汽调节阀：由于执行器的控制对象为蒸汽，所以在选用执行器时要考
8、虑其耐热性能和耐腐蚀性能。结合前面对阀门控制作用的分析，可以选用：ZJHP-ZHK34型气动单座调节阀第三章冷水流量波动是主要干扰一 控制方案、理论依据、控制工艺流程图如果冷水流量波动是主要干扰，应采用干燥温度与冷水流量的串级控制系统。此时选择冷水流量为副变量，及时克服冷水流量波动对干燥温度的影响。二 控制系统原理方框图三 调节器正反作用的确定，系统工作过程概述调节阀应选择气关型，这样一旦气源关断，调节阀打开，冷水流量加大，以防止干燥器内温度过高。由于冷水流量（副变量）增加时，需关小调节阀；而干燥温度（主变量）升高时，需开大调节阀。主副变量增加时，调节阀的动作方向不一致，所以控制器TC应选择“
9、+”作用，由于副对象特性为“+”（冷水流量因阀的开大而增加），阀的特性为“-”，故副控制器FC应为“+”作用。四 设计中用到的仪表的结构、特点说明在方案二设计中用到的仪表有：1. 温度检测仪表选用: 因被控温度在600以下，热电阻的线性特性要优于热电偶，而且无需进行冷端温度补偿，使用更加方便，故选用热电阻温度计。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差，因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所
10、在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。所以选用三线制接法。并配用温度变送器。（1）双金属温度计HJ-WSS-481W（详细结构及特点见附录）特点：双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测仪表。可以直接测量各种生产过程中的-80+500范围内液体、蒸汽和气体介质温度。生产厂家：淮安华江自动化仪表有限公司 (2)温度变送器SBWZ-2481（详细结构及特点见附录）特点：SBW系列热电偶、热电阻温度变送器是DDZ-S系列仪表中的现场安装式温度变送器单元。它采用二线制传送方式（两根导线作为电源输入，信号输出的公用传输线）。将热电偶、热电阻信号变换成与输入信号或与温度信号成线
11、性的420mA的输出信号。生产厂家：上海自动化仪表六厂2. 温度控制器选用：根据前面的分析可知在此方案中，温度控制器为“+”作用根据过程特性与工艺要求，宜选用将比例与积分组合起来，既能控制及时，又能消除余差的PI控制规律。所以选用TY-S8696温度控制器3. 流量检测仪表 FT选用：由于要检测的为热水的流量，所以选用含有压力变送模块的检测仪表为TLLG-K25H1W生产厂家：江苏特雷默克仪表有限公司4. 流量控制仪表 FC选用：流量控制仪表采用同温度调节器的PID控制器：TY-S8696温度控制器5. 蒸汽调节阀：由于执行器的控制对象为蒸汽，所以在选用执行器时要考虑其耐热性能和耐腐蚀性能。结
12、合前面对阀门控制作用的分析，可以选用：ZJHP-ZHB34型气动单座调节阀第四章冷水流量和蒸汽压力均波动明显一控制方案、理论依据、控制工艺流程图如果冷水流量和蒸汽压力都经常波动，由于它们都会影响加热器的热水出口温度，这时可以选择干燥温度和热水温度的串级控制系统，以干燥温度为主变量，热水温度为副变量。在此系统中，蒸汽流量和冷水流量都可以作为操纵变量，考虑到蒸汽流量的变化对热水温度的影响较大，故选择蒸汽流量为操纵变量。构成的流程图如图所示。二 控制系统原理方框图三 调节器正反作用的确定，系统工作过程概述为了防止干燥温度过高，应选择气开阀门。由于热水温度（副变量）和干燥温度（主变量）升高时，都需要关
13、小调节阀，所以控制器C应选择“反”作用。由于副对象特性为“”（热水温度因蒸汽流量的增大而增大），阀的特性也为“+”，所以副控制器应为“反”作用；四设计中用到的仪表的结构、特点说明在方案三设计中用到的仪表有：1. 温度检测仪表、选用: 因被控温度在600以下，热电阻的线性特性要优于热电偶，而且无需进行冷端温度补偿，使用更加方便，故选用热电阻温度计。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差，因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥
14、的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。所以选用三线制接法。并配用温度变送器。（1）双金属温度计HJ-WSS-481W（详细结构及特点见附录）特点：双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测仪表。可以直接测量各种生产过程中的-80+500范围内液体、蒸汽和气体介质温度。生产厂家：淮安华江自动化仪表有限公司 (2)温度变送器SBWZ-2481（详细结构及特点见附录）特点：SBW系列热电偶、热电阻温度变送器是DDZ-S系列仪表中的现场安装式温度变送器单元。它采用二线制传送方式（两根导线作为电源输入，信号输出的公用传输线）。将热电偶、热电阻信
15、号变换成与输入信号或与温度信号成线性的420mA的输出信号。生产厂家：上海自动化仪表六厂2. 温度控制器、选用：根据前面的分析可知在此方案中，主副两个温度控制器为“-”作用根据过程特性与工艺要求，宜选用将比例与积分组合起来，既能控制及时，又能消除余差的PI控制规律。所以选用TY-S9696温度控制器3. 蒸汽调节阀：由于执行器的控制对象为蒸汽，所以在选用执行器时要考虑其耐热性能和耐腐蚀性能。结合前面对阀门控制作用的分析，可以选用：ZJHP-ZHK34型气动单座调节阀第五章冷水流量、蒸汽压力以及进料压力波动均为主要干扰一控制方案、理论依据、控制工艺流程图1. 控制方案由于冷水流量和蒸汽压力以及进
16、料压力都经常波动，由于它们都会影响加热器的热水出口温度，这时可以将干燥温度和热水温度的串级控制，将进料压力进行前馈控制，形成前馈串级控制系统，其中以干燥温度为主变量，热水温度为副变量，进料压力为前馈量。在此系统中，蒸汽流量和冷水流量都可以作为操纵变量，考虑到蒸汽流量的变化对热水温度的影响较大，故选择蒸汽流量为操纵变量。构成的流程图如图所示。2. 理论依据由于干燥器的出口温度受到冷水流量、蒸汽压力以及进料压力波动多个因素的干扰，而对于干燥器的温度控制来说控制精度和稳定性相对较高，因此采用前馈串级控制。当被控变量为干燥器出口温度时，不宜选冷水流量做操纵变量，而且由于蒸汽压力对于热水温度的影响作用更
17、为明显，故选择蒸汽流量为操纵变量。以干燥器出口温度为被控量、蒸汽流量为操纵变量的控制系统中，控制通道太长，存在较大的时间常数和纯滞后，故选择加热器出口温度为副变量，构成串级控制，利用副回路减小等效时间常数。由于进料压力对出口温度有着影响，且在主回路上，故将进料压力前馈控制，这样能克服进入主回路的系统主要扰动，是系统的控制品质较高。3. 控制工艺流程图二 控制系统原理方框图三 调节器正反作用的确定，系统工作过程概述为了防止干燥温度过高，应选择气开阀门。由于热水温度（副变量）和干燥温度（主变量）升高时，都需要关小调节阀，所以控制器应选择“-”作用。由于副对象特性为“+”（热水温度因蒸汽流量的增大而
18、增大），阀的特性也为“+”，所以副控制器应为“-”作用；四 设计中用到的仪表的结构、特点说明在方案三设计中用到的仪表有：1. 温度检测仪表、选用: 因被控温度在600以下，热电阻的线性特性要优于热电偶，而且无需进行冷端温度补偿，使用更加方便，故选用热电阻温度计。采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差，因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带
19、来的测量误差。所以选用三线制接法。并配用温度变送器。（1）双金属温度计HJ-WSS-481W（详细结构及特点见附录）特点：双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测仪表。可以直接测量各种生产过程中的-80+500范围内液体、蒸汽和气体介质温度。生产厂家：淮安华江自动化仪表有限公司 (2)温度变送器SBWZ-2481（详细结构及特点见附录）特点：SBW系列热电偶、热电阻温度变送器是DDZ-S系列仪表中的现场安装式温度变送器单元。它采用二线制传送方式（两根导线作为电源输入，信号输出的公用传输线）。将热电偶、热电阻信号变换成与输入信号或与温度信号成线性的420mA的输出信号。生产厂家：上海自动化仪表六
20、厂2. 温度控制器、选用：根据前面的分析可知在此方案中，主副两个温度控制器为“-”作用根据过程特性与工艺要求，宜选用将比例与积分组合起来，既能控制及时，又能消除余差的PI控制规律。所以选用TY-S9696温度控制器3. 蒸汽调节阀：由于执行器的控制对象为蒸汽，所以在选用执行器时要考虑其耐热性能和耐腐蚀性能。结合前面对阀门控制作用的分析，可以选用：ZJHP-ZHK34型气动单座调节阀4. 流量检测仪表 FT选用：由于要检测的为热水的流量，所以选用含有压力变送模块的检测仪表为TLLG-K25H1W生产厂家：江苏特雷默克仪表有限公司5. 前馈控制器FFC的选用前馈控制器FFC选用KMM可编程控制器。
21、选用DK系列的KMM调节器KMM 简介及主要特点KMM控制器是Digitronik Line系列可编程数字式控制仪表，他与模拟调节器相比有如下主要特点：1. 与模拟仪表兼容：KMM可编程控制器为盘装式仪表，其面板大体同模拟控制器相似，既有模拟显示又有数字显示；其外形结构、电源、接线端子等均保留了模拟调节器的特征，使用方法也同模拟仪表相似。2. 具有极其丰富的运算，控制功能：KMM控制器具有30个运算单元（运算模块）和45种运算式子（即45种子程序）。能实现前馈控制、采样控制、选择性控制、时延控制和自适应控制等。3. 具有通用性强、可靠性高、使用维护方便的特点：输入输出采用国际标准信号（420m
22、A DC,15VDC）,用户编程采用POL语言。KMM可编程控制器的构成KMM的硬件部分它由CPU、RAM、ROM、输入-输出接口等硬件组成，下面就对于KMM控制器作一些简单的介绍。CPU是该仪表的核心，采用8位微处理器，它接受指令，完成数据传送，运算处理和控制功能。系统ROM存放制造厂家编制好的系统程序，一般用户是无法改变的，其容量为10KB，用来管理用户程序、通信、子程序、入机接口等程序和文件。RAM存放调节器运行中可以修改的参数，存放通信、显示数据及运算时的中间数据等。监视定时器WDT用来监视调节器的运行状态。模拟量输入电路由缓冲器，A/D等组成。模拟量输出电路由D/A转换器，多路开关和
23、保持器等组成。数字量输入电路将面板按钮及5点外部数字信号经晶体管阵列转换成能被CPU接受的数字信号后，通过门控电路送至输入接口。数字量输出电路将来自输出接口的数字信号先送至锁存器、再经驱动送至外部开关电路。输入-输出（I/O）接口由软件设定其工作方式。可分别作为D/A的输入口、数字信号的输入口和输出口，还输入和输出各种逻辑信号。第六章体会与感悟通过这次对干燥器温度过程控制系统设计,使我对过程控制这门课程所学习到的知识有了更加深刻的认识，也对之前学习的知识有了进一步的巩固，更让我了解到了学习这门课程的重要性与意义。通过这几天的设计学习过程中，我接触了许多在课堂上面所学不到的知识和能力。做课程设计
24、的时候面对许许多多的挑战，从刚开始方案的确定优化到最后系统各个部件器件的选择等问题。这对我们利用课上学习到的知识和自己的设计需求查阅资料的能力要求很高，特别作为工程实践类课程，设计方案的合理性、工程可实现性是尤为重要的，当然在工程中必须要考虑的是预算问题，用性价比最高的方法实现设计要求、完成工作目标。图书馆过控仪表类书籍的匮乏，曾一度使设计陷入泥淖，后来通过网上咨询厂家产品信息和登陆中国自动化仪表网（在不同的情形下对于设计方案的确定所要考虑的问题也不同。在蒸汽压力波动是主要干扰、冷水流量波动是主要干扰、冷水流量和蒸汽压力均波动明显、冷水流量、蒸汽压力以及进料压力波动均为主要干扰不同的设计背景下
25、所要考虑因素不同。对于前面三种都采用了相近的思想，在确定方案四时受到许多困扰，刚开始打算用分程控制的方法来实现，但是增加执行机构等设备会使实现成本剧增，后来综合考虑采用了方案四来实现。参考文献1. 过程控制工程邵裕森，戴先中主编机械工业出版社2. 过程控制金以森主编清华大学出版社3. 过程控制及仪表邵裕森主编上海交通大学出版社附录设计方案中涉及仪表简介附录一双金属温度计双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测仪表。可以直接测量各种生产过程中的-80+500范围内液体、蒸汽和气体介质温度。 特点现场显示温度，直观方便；安全可靠，使用寿命长；多种结构形式，可满足不同要求。工作原理双金属温度计是基于
26、绕制成环性弯曲状的双金属片组成。一端受热膨胀时，带动指针旋转，工作仪表便显示出所应的温度值主要技术参数产品执行标准JB/T8803-1998GB3836-83标度盘公称直径：60，100，150精度等级：（1.0），1.5热响应时间：40S防护等级：IP55角度调整误差角度调整误差应不超过其量程的1.0%回差温度计回差应不大于基本误差限的绝对值重复性温度计重复性极限范围应不大于基本误差限绝对值的1/2测温范围工业、商业实验室、小型-80+40-40+80050010001500200030004000500外形及尺寸形式ABCELd轴向型652373-751001502003004005007
27、50100068101052373-1552373-径向型65501103410550110341055011034135向型1052385-1552385-万向型1052317812015523178120型号及规格轴向型型号测温范围精度等级保护管材料规格安装固定装置DLHJ-WSS -330-80+40-40+8005001000150020003001.51Cr18Ni9Ti304316316L哈氏C-27660751001502003004005007501000无固定装置HJ-WSS -440100HJ-WSS -500150HJ-WSS -30160可动外螺纹HJ-WSS -401
28、100HJ-WSS -501150HJ-WSS -30260可动内螺纹HJ-WSS -402100HJ-WSS -502150HJ-WSS -30360固定螺纹HJ-WSS -403100HJ-WSS -503150HJ-WSS -30460固定法兰HJ-WSS -404100HJ-WSS -504150HJ-WSS -30560卡套螺纹HJ-WSS -405100HJ-WSS -505150HJ-WSS -30660HJ-WSS -406100卡套法兰HJ-WSS -506150径向型型号测温范围精度等级保护管材料规格安装固定装置DLHJ-WSS -310-80+40-40+800500100015002000300040005001.51Cr18Ni9Ti304316316L哈氏C-27660751001502003004005007501000无固定装置HJ-WSS -410100HJ-WSS -510150HJ-WSS -31160可动外螺纹HJ-WSS -411100HJ-WSS -511
