过程控制课程设计---废液中和过程的分程控制系统设计.doc

一 概述 在工业废液中和过程控制中，由于工业生产中排放的废液来自不同的工序，有时呈酸性，有时呈碱性，因此，需要根据废液的酸碱度，决定加酸或加碱。通常，废液的酸碱度用PH值的大小来表示。当PH值小于7时，废液显酸性；当PH值大于7时，废液显碱性；等于7时，即为中性。工业要求排放的废液要维持在中性。图1-1所示为废液中和过程的控制模型。 图1-1废液中和过程示意图 为此要求设计一自动控制系统来完成该生产工艺。 二 废液中和分程控制系统的方案确定 对于简单控制系统，控制方案的确定主要包括系统被控参数的选择、测量信息的获取及变送、控制参数的选择、调节规律的选取、调节阀（执行器）的选择和调节器正、反作用的确定等内容。在工程实际中，控制方案的确定是一件涉及多方面因素的复杂工作。它既要考虑到生产工艺过程控制的实际要求，又要满足技术指标的要求，同时还要顾及客观环境以及经济条件的约束。一个好的控制方案的确定，一方面要依赖于有关理论分析和计算，另一方面还要借鉴许多实际工程经验。因此，我这里的设计仅仅是从书本的角度出发，联系一点点的实际。 1、被控参数的选取 根据工业中废液处理的要求，废液为中性，可直接取废液PH值做为直接被控参数。 2、控制参数的选择 从该废液处理过程可以看出，液体槽的输入量有三个，废液、酸液和碱液。其中废液中的PH值是生产的工序过程决定的，不可变的，为使液体槽中的废液成中性，必须控制酸液和碱液流量，以调节PH值。因此，要求分别控制酸液和碱液的输入量。这是两种不同控制介质的生产过程，可由分程控制的思想来实现，如图2-1为废液中和分程控制的系统框图。 图2-1 废液中和分程控制的系统的框图 分程控制是根据工艺要求，将调节器的输出信号分段，去分别控制两个或两个以上的调节阀，以便使每个调节阀在调节器输出的某段信号范围内全行程动作。分程控制系统本质上是属于单回路控制系统，因此，单回路控制系统的设计原则完全适用于分程控制系统的设计。但是它与单回路控制系统相比，由于调节器的输出信号要进行分程而且所用的调节阀较多，所以在系统设计上也有一些特殊之处。比如：调节器输出信号的分程需要阀门定位器来实现；多个调节阀的动作选择。 3、测量仪表的选择 根据生产工艺及普遍使用的要求，宜选用DDZ-Ⅲ型仪表 3、1测量元件及变送器的选择 测量废液中的PH值选用工业中应用广泛的PH酸碱度计 PH计是一种常用的仪器设备，主要用来精密测量液体介质的酸碱度值，配上相应的离子选择电极也可以测量离子电极电位MV值，广泛应用于工业、农业、科研、环保等领域。人们根据生产与生活的需要，科学地研究生产了许多型号的酸碱度计： 按测量精度上可分0.2级、0.1级、0.01级或更高精度。 按仪器体积上分有笔式（迷你型）、便携式、台式还有在线连续监控测量的在线式。pa的标准气压信号。这个工作是由电/气转换器完成的。 图2-2 力平衡式电/气转换器的原理图 1-杠杆 2-线圈 3-喷嘴 4-弹簧 5-波纹管 6-支点 7-重锤 8-气动功率放大器 该电/气转换器的工作原理省略。 由于控制介质不同，需要设计分程控制，使用两个调节阀（调节阀A和调节阀B）。根据工艺要求，两个调节阀不能同行动作，只能异向动作，调节阀A选择气闭式，调节阀B选择气开式。其动作示意图如2-3所示。 图2-3 调节阀异向动作示意图 由图2-3可知，当调节器输出信号大于0.02Mpa时，阀A由全开状态开始关闭，阀B处于全闭状态；当信号达到0.06Mpa时，阀A全闭，阀B开是打开；当信号达到0.1Mpa时阀B全开。 调节器输出信号只能是一个，为了使调节器输出信号能分段，通常是采用阀门定位器来实现的。它将调节器的输出信号分成几段，不同区段的信号由相应的阀门定位器将其转换为0.02~0.1Mpa的压力信号，使每个调节阀都作全程动作。图2-3所示带阀门定位器的气动执行器框图。 图2-4 带阀门定位器的气动执行器框图 由图可见，借助于阀杆位移负反馈，使调节阀能按输入信号精确地确定自己的开度。 （1）流量特性的平滑衔接 在有些分程系统中，把两个调节阀作为一个调节阀使用时，要求从一个调节阀向另一个调节阀过渡时，其流量变化要平滑，但由于两个调节阀的增益不同，存在着流量特性的突变，对此必须采用相应的措施。对于线性流量特性的调节阀，只有当两个阀的流通能力很接近时，两阀衔接成直线才能用于分程控制系统。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2－5 对于对数流量特性的调节阀，需通过两个调节阀分程信号部分重迭的办法，使调节阀流量特性衔接线性化，达到平滑过渡。如图2—5所示为线性特性和对数特性。 （2）调节阀的泄露量 在分程控制系统中，必须保证：在调节阀全关时，不泄露或泄露量极小。若大阀的泄露量接近式大于小阀的正常的调节量时，则小阀就不能发挥其应