控制系统工程设计第3章.ppt

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控制系统工程设计第3章

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

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