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1、 中南大学中南大学过程控制仪表课课程程设计报设计报告告设计题设计题目目 液液压压控制系控制系统统 指指导导老老师师 王王 莉莉 吴同茂吴同茂 设设 计计 者者 222222 专专业业班班级级 自自动动化化 设设计计日日期期 2010 年年 6 月月 3目 录第一章第一章 过程控制仪表课程设计的目的意义过程控制仪表课程设计的目的意义.31.1 设计目的.31.2 课程在教学计划中的地位和作用.3第二章第二章 压力控制系统压力控制系统（实验部分）.32.1 控制系统工艺流程.32.2 控制系统的控制要求.62.3 系统的实验调试.7第三章第三章 液位控制系统工艺流程及控制要求液位控制系统工艺流程及
2、控制要求.93.1 设计工程分析.93.2 液位控制系统工艺流程.103.3 设计内容及要求.10第四章第四章 总体设计方案总体设计方案.114.1 设计思想.114.2 总体设计流程图.12第五章第五章 硬件设计硬件设计.135.1 硬件设计概要.135.2 硬件选型.13第六章第六章 软件设计软件设计.156.1 控制算法的选择.156.2 PID 控制指令.15第七章第七章 调试中遇到具体问题与调试方法调试中遇到具体问题与调试方法.177.1 调试问题.177.2 调试方法.17第八章第八章 收获和体会收获和体会.18参考文献参考文献.194第一章第一章 设计的目的与意义设计的目的与意义
3、1.11.1 设计目的设计目的本课程设计是为过程控制仪表课程而开设的综合实践教学环节，是对现代检测技术 、 自动控制理论 、 过程控制仪表 、 计算机控制技术等前期课堂学习内容的综合应用。其目的在于培养我们综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，使我们通过自己动手对一个工业过程控制对象进行仪表设计与选型，促进我们对仪表及其理论与设计的进一步认识。课程设计的主要任务是设计工业生产过程经常遇到的压力、流量、液位及温度控制系统，使我们将理论与实践有机地结合起来。这次我们小组的任务是压力控制系统的应用和设计。1.21.2 课程在教学中的地位与作用课程在教学中的地位与作用“过程控制仪表”是自动化专业
4、必修的专业课之一，通过课程设计可以让我们对工业的控制模拟对工业的一些控制有了更深一步的了解，为我们加深对课程理论知识的认识和工业应用，所以本课程在教学中起到了融会贯通的作用，让我们所学到的东四都联系到的一起，是教学中是不可或缺的。第二章第二章 压力控制系统压力控制系统2.12.1 控制系统的工艺流程控制系统的工艺流程该装置有三个互相串联的不同大小的密封压力容器和针型阀、压力阀、及流量等检测变送仪器组成，配套的仪表屏上安装了控制、显示灯仪表，并配有带连接信号插座孔德工程模拟流程图。工艺过程模拟流程图如图 2-1 所示。5图 2-1 压力装置工艺模拟流程图上图中，标有字母方块的各种仪表，O 为各种
5、仪表的输入、输出信号的单线接插件的插座孔（+、插孔） 。其中：C：控制器。该装置配有三个单回路调节器 C1、C2、C3，控制输出信号为420mA，每个调节器设有三对插座孔。其中：PV 孔位测量值输入，SV 孔为外设定输入或阀位反馈信号输入，O 孔为调节器输出。R：记录仪为无纸 3 通道，R3 孔为 3 号通道。每个通道有两个插座孔，其中上孔接变送器来的信号，下孔接到其他仪表作为输入信号，注意不能接错。PT：压力变送器。压力变送器为 LSYB，1#3#输入量程均为 080Kpa，变送输出为 420mA。VL：电子式电动阀为电子小流量调节阀，电动调节阀输入 420mA 电流信号，对应阀门输出开度
6、0100%。FT：流量计。流量计是一种为 LGJ-6 型玻璃浮子流量计，输入流量为 03m*3/h，无信号变送输出，只有浮子指示。V1-2 和 I1-2：两路电压电流转化器。其中 V1 为第 1 路电压输入信号端，H 为第 1 路电流输出信号端，V2 为第 2 路电压输入信号端，I2 为第二路电流输出信号端，O 上孔接电压/电流转换器来的正信号，下孔接电压/电流转换器的6负信号，不能接错。由图 2-1 可见，压缩空气分两路进入压力容器。支路 1 为控制通道，压缩空气经减压调整为 200KPa，通过调节阀的流量可由玻璃转子流量计指示，经 1#罐和针阀 R1（可调电阻） 、2#罐和针阀 R3 最后
7、排放入大气。支路 2 为扰动通道，压缩空气经减压调整为 60kpa，通过调节阀的流量也可由玻璃转子流量计指示，进入 1#罐、2#罐或 3#罐的通路由截止阀 F1、F2 及 F3 控制，相当于扰动的加入位置可以选择。本装置有三个检测变量，可以从中选择一至二位被控变量。有两个可控制的变量（两个经调节阀的压缩空气的流量） ，一般，支路一流量作为操作变量通路，支路 2 则作为扰动输入通路。在确定被被控量、操作变量、主要扰动和控制方案后，只要在模拟控制流程图上的插座孔进行不同的连接，就能方便、迅速地组成不同的控制回路。2.22.2 控制系统的控制要求控制系统的控制要求本实验采用压力串级控制系统。主变量采
8、用 3#的气缸压力，副变量为 1#气缸压力的压力串级控制系统，为了提高控制质量，可以选择 3#气缸压力位主被控变量，1#气缸压力位副被控变量的串级控制方案，把支路 1 通道的阀前压力波动和 F1 扰动纳入副回路。其带控制点的工艺流程图和方块图如图 2-2 与 2-3 所示。图 2-2 3#罐压力简单控制系统的带控制点的工艺流程图72-3 3#气缸压力串级控制系统的方框图通过外界值来确定来测试此系统的线性可控区。要求：1、超调量不超过 5%。2、稳态误差不超过 2%。在符合此条件的工作区则就认为是线性工作区。2.32.3 系统的实验调试系统的实验调试2.3.12.3.1 参数的设定参数的设定1、
9、主控制器一级参数设定：将预算周期 T0 设为 3sPID 参数先设定为 P=100、I=50、D=6二级参数设定PID 作用方式选为反作用 F1=1PID 输出显示 F3=1控制方式选择 IN2=0输出下限 PIDL=0输出上限 PIDH=1002、副控制器将预算周期 T0 设为 3s8PID 参数先设定为 P=100、I=50、D=6二级参数设定PID 作用方式选为反作用 F1=1PID 输出显示 F3=0控制方式选择 IN2=2输出下限 PIDL=0输出上限 PIDH=1002.3.22.3.2 线性区的测试线性区的测试为了使其线性可控性高，我们应该调节其控制参数 PID，经过多次调试其结
10、果为主控制器 P=200、I=50、D=05副控制器 P=161.4、I=60、D=20测得数据为有上可知线性可控区为 2550Kpa给定值25354050测量值24.1-25.834.2-35.838.3-40.648.9-51.39第三章第三章 压力压力控制系统工艺流程及控制要求控制系统工艺流程及控制要求3.13.1 设计工程分析设计工程分析这次设计是以一典型工业生产过程煤气脱硫工艺过程进行分析，并对其中的一个参数（如温度、压力、流量、液位）设计其控制系统。其中煤气脱硫工艺的流程图如下HPFHPF脱硫工艺流程脱硫工艺流程HPF法脱硫是国内新开发的技术,它是以氨为碱源液相催化氧化脱硫新工艺,
11、采用的催化剂HPF是一种复合催化剂,它对脱硫和再生过程均有催化作用。所产废液完全可以回兑到炼焦煤中,从而大大简化了工艺流程。脱硫、脱氰效率较高,一般可达到塔后煤气含H2S100mg/m3，含HCN300mg/m3。HPF法脱硫的工艺流程是:鼓风机后的煤气进入预冷塔与塔顶喷洒的冷却水逆向接触,被冷却为30，冷却水从塔下部用泵抽出,送外冷器被低温水冷至28送回塔顶循环喷洒。采取部分剩余氨水更新循环冷却水,多余循环水返回机械化氨水澄清槽。预冷后的焦炉煤气经过两台并联的脱硫塔,从塔顶喷淋脱硫液以吸收煤气中10的H2S、HCN(同时吸收氨,以补充脱硫脱氰过程中消耗的氨)。脱H2S后的煤气送入洗涤工段。两
12、台并联的脱硫塔都有自己独立的再生系统，吸收了H2S、HCN的溶液从塔溜出，经液封槽进入各自独立的反应槽，再经溶液循环泵送入再生塔。同时由空气压缩机送来的压缩空气鼓入再生塔底部,溶液在塔内即得到再生。再生后溶液经液位调节器返回各自对应的脱硫塔循环使用。浮于再生塔顶的硫泡沫利用位差流入泡沫槽,硫泡沫经泡沫泵送入戈尔膜过滤器分离,清液流入反应槽,硫膏经压缩空气压榨成硫饼装袋外销。为避免脱硫液盐类积累影响脱硫效果,排出少量废液送往配煤。3.23.2 压力控制系统工艺流程压力控制系统工艺流程本次课程设计选择的参数压力，对其进行控制系统的设计。其控制工 艺流程图如 3-1。图 3-1 压力控制工艺流程图3.33.3 设计内容及要求设计内容及要求 1、了解煤气脱硫工艺过程的工艺流程和控制
