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1、Xxx 学院 课题论文（设计）报告课题：机械设计制造及其自动化发展方向的研究 院系 部： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 2011xx1 目 录 机械设计制造及其自动化发展方向研究.1 第一章 序言.2 11机械自动化的产生和定义.2 12 机械自动化的科学技术.2 13 机械设计制造及自动化的符合设计原则.3 第二章 机械自动化系统在化工生产中的应用.4 21 锅炉汽包水位控制方面的研究.4 211 单冲量控制系统.4 212 双冲量控制系统.5 22 冷却器控制方案的研究.7 221控制冷却剂的流量.7 第三章 机械自动化系统的优点与效益.10 结束语.12 致谢.13
2、 参考文献.141 机械设计制造及其自动化发展方向研究 摘要：根据机械自动化在各行各业的应用和发展，显现出了机械自动 化产品的优点和效益。即多功能化、高效率、高可靠性、省材料、省能源，不 断满足人们生活和生产多元化需求。 本文从系统的观念出发，综合运用机械技术、微电子技术，自动化技术， 及过控技术在化工生产中的应用。着重例举了锅炉汽包水位的控制和冷却剂流 量和气氨排量的最佳控制方案。提出了过程自动化控制今后的主要目标，指明 了机械设计制造及其自动化的发展方向。机械设计制造及其自动化发展方向的研究 1 第一章 序言 11 机械自动化的产生和定义 早在 1971年日本的机械设计杂志副刊上刊登了机电
3、一体化这一名词， 后来随着机电一体化的发展而被广泛的应用。美国机械工程师协会于 1984年为 现代机械下了如下定义：“由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械 力、运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统”。它 与前面提及的机电一体化是一致的，因此可以说现代机械就是指机电一体化系 统。20世纪 90年代国际机器与机构理论联合会，给出了这样的定义，机电一 体化是精密机械工程、电子控制和系统思想在产品设计和制造过程中的协同结 合。因此又可以说机电一体化就是在机械设计制造及其自动化基础上的发展。 12 机械自动化的科学技术 机械设计制造及其自动化是机械技术和电子技术为主体，
4、多门技术学科 相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科， 机械自动化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理 体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电器化”迈入了以“机械自动化” 为特征的发展阶段。 它的发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着生产和科学技术的 发展，还将不断被赋予新的内容。但其最基本的特征可概括为：机械自动化的 设计制造是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技 术、计算机技术、信息技术、传感检测技术、电力电子技术、接口技术、信息 变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织结构目 标，在
5、多功能、高质量、高可靠性，低能耗的意义上实现特定功能价值并使整 个系统最优化的系统工程技术。 需要强调的是，机械自动化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综 合性技术，而不是机械技术，以及其他新技术的简单组合、拼凑，这就是现代 机械与机械电气化在概念上的根本区别。现代机械设计制造出的产品，不仅是 人和手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有智能化的特征是现代 机械自动化和传统的机械在功能上的本质区别。1 满足对机器的功能要求2利用先进技术不断创新 毕业设计论文报告 2 13 机械设计制造及自动化的符合设计原则 131 满足对机器的功能要求 132 利用先进技术不断创新 机械设计制造及其自
6、动化发展方向的研究 3 第二章 机械自动化系统在化工生产中的应用生产过程中，对各个工艺过程的物理量（或工艺变量）有着一定的控制 要求。有些工艺变量直接表现生产过程，对产品的数量与质量起着决定性的作 用。例如，精馏塔的塔顶或塔釜温度，一般在操作压力不变的情况下必须保持 一定，才能得到合格的产品；加热炉出口温度的波动不能超过允许范围，否则 将影响后一工段的效果；化学反应器的反应温度必须保持平稳，才能使效率达 到指标。有些工艺变量虽不直接地影响产品的质量和数量，然而保持其平稳却 是使生产获得良好控制的前提。 21 锅炉汽包水位控制方面的研究 锅炉汽包是生产蒸汽的设备，几乎是工业生产不可缺少的设备，保
7、持锅 炉汽包的液位高度在规定范围内是非常重要的，若水位过低，则会影响产气量， 且锅炉易烧干而发生事故；若水位过高，生产蒸汽含水量高，会影响蒸汽质量。 这些都是危险的，因此对汽包的液位严加控制是保证锅炉正常生产必不可少的 措施。 211 单冲量控制系统 汽包水位控制手段是控制给水，基于这一原理，可构成如图 3-1所示的单 冲量控制系统。 LT LC 位 位 位 位 位 位 位 位 位图 3-1 汽包单冲量控制系统 这里的“冲量”一词是指变量，单冲量即汽包水位。这种控制系统毕业设计论文报告 4 典行的简单控制系统。当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于假水位现象，控 制器不但不能开大给水阀来增加给水量，
8、以维持锅炉的物料平衡，而是关小 控制阀的开度，减小给水量。等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量 反而减小，将使水位严重下降，波动很历害，严重时气包水位降到危险程度 以至发生事故。因此对于停留时间短、负荷变动较大的情况，这样的系统不 能适应，水位不能保证。然而对于小型锅炉，由于水在汽包中的停留时间较 长，在蒸汽负荷变化时，假水位的现象并不显著，配上一些联锁报警装置， 也可以保证安全操作，故采用这种单冲量控制系统尚能满足生产要求。 212 双冲量控制系统 在汽包水位的控制中，最主要的扰动是蒸汽负荷的变化。如果根据蒸汽 流量来进行校正，不仅可以补偿“虚假水位”所引起的误动作，而且使给水位控 制阀
9、的动作十分及时，从而减少水位波动，改善控制品质。将蒸汽流量信号引 入，就购入了双冲量控制系统，如图 3-2所示。从本质上看，双冲量控制系统 是一个前馈（蒸汽流量）控制加单回路反馈控制的复合控制系统。这里的前馈 仅为静态前馈，若需要考虑两条通道在动态上的差异，需引入动态补偿环节。 ( 位 位 位 位 位 位 位 位 ) LT LC 位 位 位 位 位 位 IC IF I 位 位 位 F T ( 位 位 位 位 位 位 位 位 ) G m D IF C 2 C 1 G C G V G P G m L X - + IC IO W L G f D图 3-2 汽包双冲量原理图及方框图 图 3-2所示的连
10、接方式中，加法器的输出 I是 IC1ICC2IFI0 式中 IC液位控制器的输出； IF蒸汽流量变送器（一般经开方器）的输出； I0初始偏置值 C1、C2 加法器系数。C1 的设置一般取 1，C2 的值应考虑到静态前 馈补偿，可现场凑试，也可经理论推导得出。 设置 I0的目的是使其在正常负荷下，控制器和加法器的的输出都有一个 比较适中的数值。最好在正常负荷下，I0 和 C2IF 项接近而相互抵消。机械设计制造及其自动化发展方向的研究 5 213 三冲量控制系统 双冲量控制系统还有两个弱点：控制阀的工作特性不一定能成为线性特 性，这样要做到静态补偿就比较困难；同时，对于给水系统的扰动仍不能克服。
11、 为此可再将给水流量信号引入，构成三冲量控制系统。 三冲量控制系统的实施方案较多，如图 3-3所示为其中的典型控制方案之一。 LT LC 位 位 位 位 IC F T d dt F C F T 位 位 位 位 位 图 3-3 汽包三冲量控制系 从该图可以看出，这是前馈控制与串级控制组成的复合控制系统。其中， 汽包水位是主冲量（主变量） ，蒸汽，给水流量为辅助冲量。在汽包停留时间较 短、 “虚假水位”严重时，需引入蒸汽流量信号的微分作用。这种微分信号应是负 微分作用，以避免由于负荷突然增加和减少时，水位偏离设定值过高或过低而 造成锅炉停车。 如图 3-4所示，为三冲量控制系统的方框图，加法器的运算关系与双冲量控制 时相同，各系数设置如下： a 系数 C1 通常可取 1或稍小于 1的数值； b 若采用气开阀；C2 取正值，C2 的值可按物料平衡关系进行计算； c I0的设置和取值仍与双冲量控
