自动控制系统课设.doc

- PAGE . z. **理工大学 过程控制系统课程设计文件 设计小组名称：******** 设计小组成员： **：陈鑫 沈炜皓 杜永恒 *合东 班级：自动化1305班 ** 2021年6 月 24 日 一、方案设计依据、范围及相关标准 设计依据 〔1〕2021 年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛设计开发型赛项初赛样题及初赛规则 〔2〕反响器控制仿真设备用户手册 〔3〕过程控制设计手册及相关标准 设计范围 温度控制、压力控制、液位控制及温度、压力、液位和流量的检测，相关平安保护措施、预警及处理方案 设计遵循的标准及标准?? 〔1〕HG/T?20505-2000过程测量和控制仪表的功能标志及图形符号?? 〔2〕GB/T?21109-2007过程工业领域平安仪表系统的功能平安? 〔3〕HG/T20636-1998?自控专业设计管理规定?? 〔4〕HG/T20637-1998?自控专业工程设计文件的编制规定?? 〔5〕HG/T20638-1998?自控专业工程设计文件深度的规定?? 〔6〕HG/T20639-1998?自控专业工程设计用典型图表及标准目录?? 〔7〕HG20505-2000?过程检测和控制系统用文字代号和图形符号???? 〔8〕HG/T20519-1992?化工工艺设计施工图内容和深度统一规定?? 〔9〕HG20559-1993?管道仪表流程图设计规定 二、系统分析〔包括控制需求分析、对象特性分析、工艺流程分析、系统平安要求等〕 一、控制需求分析 1．控制物料需求： 该连续反响系统以反响物A与反响物B，在反响温度70.0℃下进展反响，反响的产物为 C。A与B按合理比例流入反响器中。 2．节能要求： A与B按合理比例流入反响器中，防止流量过大在反响器中堆积，反响不充分，造成浪费。控制好冷凝装置中水的流量，防止浪费。 3．平安控制要求： 该反响过程中主要危险在反响器装置中，反响产生大量热量，这需要控制反响物的流量，以及冷凝装置的使用。此外反响过程中可能使反响器中压强增大，这要控制反响物流量，及紧急停顿的程序设计。 二、对象特性分析 〔一〕：反响器作为一个整体，其最终的合格产物C输出会受到诸多扰动因素的影响。 〔二〕: 要到达要求的物料A和物料B 的比例，通过变比值控制系统控制，B为主动量，A为从动量，物料A的流量跟随物料B的流量的变化而变化。 温度控制为通过控制冷却水的进水流量来控制，当温度过高时，增大阀门开度，增加冷却水的进水流量进而降低反响釜的温度。 压力控制是通过控制物料A和物料B的进料流量来控制，当反响器内部压力过高时，减小物料B的进料阀门开度，使物料B进料流量减小。 液位控制也是通过控制物料A和物料B的进料流量来控制液面高度维持在80%，以此使反响产物C的产率维持在较高水平。当液位过高时，减小物料A和物料B进料阀门开度，此时物料A的进料流量随物料B变化而变化，从而改变液位高度。 三、系统平安性分析 本次反响是主要危险地方在于反响器，物料A和物料B在反响器当中反响剧烈使反响器内部压强增高，液位上升。通过温度检测装置，当反响温度高于所设定的戒备值时，对应的指示器变亮；同理，通过压力和液位检测装置，当这两者也高于所设定的戒备值时，各自对应的指示器变亮。当两个或两个以上的指示器亮起时，系统会发出警报声响。 当反响器内温度过高时，会促使内部压力增高，可能会对反响器造成损害且有可能对危及人身平安，造成不可估量的损失。当反响器内部的压力过高时，有可能反响器壁承受不住压力而发生形变甚至爆炸。对反响器周围及反响器本身造成伤害。当反响器内部的液位太高时，会使反响压力增大，造成反响物A和B的堆积和资源浪费，不符合绿色生产和绿色设计的理念，进而影响反响结果。 三、控制系统设计 3.1 根底控制系统及开车顺序控制系统的设计〔包括控制回路、控制算法、被控变量、操纵变量、控制规律、阀门特性、顺序逻辑、平安保障等功能设计，并说明设计理由〕 一、控制流程图 图1 控制流程图 二、控制算法： PID控制：PID控制本质上是一种反响控制，特别适合于过程的动态性能良好而且控制性能要求不太高的情况。他包含三种控制策略：比例控制(控制器的输出信号u与输入信号e成比例关系)、积分控制、微分控制。 三、控制变量： 反响器液位、反响物A、B流量、反响器压力，反响器温度等。 四、控制规律： 反响物A、B的进料流量，冷却水的进水流量。 五、阀门特性： 为保证反响平安进展需要对反响物的控制阀门类型进展选择，冷凝水的控制阀门采用气关式；反响物A、B的进料口控制阀采用气开式；反响产物C的出料口控制阀采用气关式。 六、控制系统分析： 6.1、流量控制系统 图2 流量控制系统 6.2、液位控制系统 本系