化工车间反应罐的流量与温度串级控制.doc

计算机控制课程设计 评语 考勤10守纪10过程0分 设计报告30答辩0分 总成绩（100） 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院 201 年 7月日 1课程设计目的 计算机控制课程设计是重要实践教学环节，强调实际应用技能训练。设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。 (1) 掌握控制系统的工作原理、工作过程以及其控制操作方式。 (2) 掌握控制系统的设计方法。 (3) 掌握控制的设计方法编程方法系统调试方法。.1 反应釜的结构及工作原理 反应釜的基本结构如图2-1所示,由搅拌容器和搅拌机两大部分组成。搅拌容器包括筒体、换热元件及内构件。搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。釜体为一个钢制罐形容器，可以在罐内装入物料，使物料在其内部进行化学反应。为了测量釜内的各项参数，在罐内装有钢制的套管，可将各种传感器放入其中。 图2-1反应釜结构示意图 在进行化学反应之前，先将反应物按照一定的比例进行混合，然后与催化剂一同投入反应釜内，在反应釜的夹套内导入蒸汽加热使釜内物料的温度升高，通过搅拌器的搅拌使物料均匀并提高导热速度，使其温度均匀。当釜内温度达到预定的温度时，保持一定时间的恒温以使化学反应正常进行，反应结束后进行冷却。有时在恒温后还要进行二次升温和恒温。恒温段是整个工艺的关键，如果温度偏高或偏低，会影响反应进行的深度和反应的转化率，从而影响了产品的质量。化学反应过程中一般伴有强烈的放热效应，并且反应的放热速率与反应温度之间是一种正反馈自激的关系。也就是说，若某种扰动使反应温度有所增加，反应的速率就会增加，放热速率也会增加，会使反应温度进一步上升，甚至会引起“聚爆”现象，按照工艺要求，这些反应一般要经过加热、恒温、冷却等过程，当原料配比、浓度确定以后，准确控制反应的温度是保证产品质量和产量的关键。 为了使釜温稳定，在夹套中通以一定的冷却介质，来移走反应放出的多余热量。通过调节流入反应釜夹套中冷却介质的流量，来控制反应釜内物料的温度使之符合工艺要求。 2.2 设计方案 间歇式反应釜是工业生产中常用的设备之一，工艺要求反应物反应所需要的温度为给定值。因此常取釜底温度为被控参数，选取冷剂流量或热剂流量为控制参数。影响釜底温度的因素有很多，主要有反应物的温度、搅拌器的搅拌速度、反应物的浓度等。串级控制系统框图如图2-2所示。 中间被控变量：冷剂或热剂管道；操纵变量：冷剂流量或热剂流量。 图2-2 串级控制系统框图 串级控制系统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。它的主要特点是如下： （1）（2）（3）（4）5）串级控制系统可以实现灵活的控制方式，必要死可切除副调节器 3系统硬件设计 整个过程控制系统由控制器、被控对象、执行器、测量变送组成，其中控制器为主调节器和副调节器，执行器为调节阀，测量变送器为温度变送器，被控对象主变量为反应釜内温度、副变量为输入釜内冷剂或热剂的流量。 3.1调节器 控制器的选型主要根据被控过程的特性、工艺对控制品质的要求、系统的总体设计来综合考虑，根据课题的要求，本次设计选择DDZ-型调节器。DC4～20mA或DC1～5V），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。主调节器的任务是准确保持被调节量符合生产要求，凡是需要采用串级控制的生产过程，对控制的品质都是很高的，不允许被调量存在净差。因此主调节器必须有积分作用，都采用PI调节器。如果控制对象惰性区的容积数目较多，同时又有主要扰动落在副回路以外的话，就可以考虑采用PID调节器。副调节器的任务是要快速动作以迅速消除副回路内的扰动，而且副参数并不要求无净差，所以一般都选P调节器，也可采用PD调节器，但这增加了系统的复杂性，在一般情况下，采用P调节器就够了，如果主副回路频率相差很大，也可以考虑采用PI调节器。主、副控制器的正、反作用的判断先副后主。 3.2温度变送器 测量变送器：检测信号要进入控制系统，必须符合控制系统的信号标准。变送器的任务就是将检测信号转换成标准信号输出。因此，热电偶和热电阻的输出信号必须经温度变送器转换成标准信号后，才能进入控制系统，与调节器等其他仪表配合工作。温度变送器的原理框图如图3-1。 温度变送器采用电动Ⅲ型仪表。其典型控制信号4~20mADC。 图3-1温度变送器的原理框图 3.3温