控制系统工程设计第3章.ppt

3.1 工艺流程及测控要求 1．工艺流程简介 实验室中配置了4个完全相同的白钢聚合釜，进行着完全相同的间歇式反应过程。每个聚合釜浸在一个电加热的油浴里，釜的上部有一个高压组阀，分别控制反应物的进入与排出。 2．测控技术要求 工艺要求聚合釜内的温度应可控制。在正常情况下，要求釜内温度为200℃±5℃。釜内压力需要检测显示，最高可达10MPa。 整个反应过程应在计算机显示屏上实时显示、记录并存储下来，其中包括4个聚合釜釜中的4点温度与4点压力的数据列表与参数变化曲线，而且显示记录参数的时间周期可以在秒、分、时之间任意调整。 聚合釜在加工时已为温度传感器与压力传感器设置了限定条件：在釜的上部已密封焊接了埋入釜内的传感器保护套管，其直径为? 2.0mm，插入深度为100mm；在组阀上留出了压力传感器的设备接口，为外管螺纹，直径为? 14×1.5mm，螺纹长度为10mm，即需要带螺帽的传感器。 电加热器的功率为1000W，220V AC。 3.2 系统总体方案设计 测控任务为：检测并控制4个回路的温度参数与检测4个压力参数，而且要实时地显示、记录、存储这8个参数的动态变化信息，并能根据需要任意改变显示记录的时间周期。 3.2.1 测控系统硬件组成 采用底层测控和上层监视的上、下两层控制模式最为合适。 温度控制系统：4点温度分别采用4块数字调节器构成4个单回路控制系统，调节器的信号输入端口直接接入温度传感器，其输出控制端口连接固态继电器以控制电加热器的通断，另外还应有通信接口，以便实时地把测控信号传送到上层计算机中进行监视。 压力采集系统：4点压力只要采用1块多路巡检显示仪即可，仪表的信号输入端口接入4路压力传感器，不仅可在仪表显示面板上轮流显示4路测量值，而且同样可以通信接口实时地把4路压力信号传送到上层计算机中进行监视。 上层计算机只是普通计算机即可，通过通信电缆实时地采集下层仪表上传的测控数据，并实时地显示、记录、存储。 3.2.2 测控系统软件组成 上位机要完成的任务是实现数据采集、信号数据处理、数据列表、操作图形显示，而且可以实现人机对话，进行实时数据的存储、历史数据的查询，以及实时通信等多个任务。 本章介绍在自动化工程中最流行的可视化组态软件（组态王）与 VB这两种语言的设计编程过程。 3.3.1 工艺控制流程图设计 聚合釜温压测控系统的工艺控制流程图如图3-1所示。4个聚合釜的反应流程完全一样，根据测控要求，共设有4套温度控制系统与4路压力检测系统。 4套温度控制系统由4套温度传感器（TE-01/02/03/04）、4套显示控制仪表（TC-01/02/03/04）及4套电加热器组成。聚合釜温度由热电偶传感器检测送出，当釜内温度与设定温度有偏差时，通过温度控制仪表输出驱动固态继电器，并按时间比例控制电加热器的通断，以调节油浴温度使釜内温度恒定。 4路压力检测系统由4台压力传感器（PE-01/02/03/04）与1台巡回检测仪表（PI-05-1/2/3/4）组成，分别检测4个聚合釜的压力参数。 上述4台温度控制仪表与1台压力巡回检测仪均通过各自的通信接口，经由RS-485总线把温度、压力测量参数传送到上位机中进行集中显示。 3.3.2 测量传感器选型 测量传感器的选型主要依据所测介质的物化特性、介质环境条件及工艺要求来考虑。 1．温度传感器 本系统选用热电偶且为E型铠装（特点是热电势较大，中、低温稳定性好，价格便宜等），且直径为? 1.5～? 2.0mm，插入深度也依据预设的传感器套管深度为100mm。根据显示控制仪表与热电偶之间最长距离，选择补偿导线为3m。据此，选购上海虹天仪表厂生产的型号为WREK-191热电偶，分度号E型，规格?1.5×100mm×3000mm，测量范围0℃～400℃。 2．压力传感器 压力传感器的原理组成及结构形式多种多样，常见的有应变式、电阻式、电容式、电感式、振频式，还有光电式、光纤式、超声式等压力传感器等。 本例的工艺条件十分苛刻：釜内的反应物介质为酸性腐蚀性气体，釜内气体压力最高可达10MPa，而温度在200℃上下，因而必须选择耐酸性腐蚀、耐高温、耐高压的接触式压力传感器。选定北京电通世纪科技开发中心的离子束薄膜压力传感器，型号为TQ-551，量程为0～16MPa，工作电压为24V，输出电流为4～20mA，精度为0.1，适应于?40℃～+400℃的温度环境，而且具有高稳定性、抗震动冲击、耐腐蚀的全不锈钢结构。 3.3.3 温度显示控制仪选型 选取厦门宇光电子公司的AI 人工智能工业调节器/温度控制器，其优点显著——采用先进的模块化结构，提供丰富的输入、输出规格，测量精确稳定，运用人工智能调节算法，具备自整定功能，无超调控制效果，维护方便，抗干扰性能好，良好的人性化操