溶剂缓冲罐压力控制系统设计

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1、 过程控制 课程设计（论文）题目： 溶剂缓冲罐压力控制系统设计 院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 摘 要 在生产中为了保障罐内物质的安全，通常需要向罐内注入氮气等气体，但是当通入气体过多时会使罐内压力变大，从而引发爆炸的危险；但罐内气体过少时又起不了保护的作用。因此，控制反应罐内压力的大小至关重要。本课设的目的是用溶剂缓冲罐来缓解压力，其设计采用分程控制方案。当压力上升时，让进气阀减小开度并对排气阀适当的增加开度以达到减小压力的目的。当压力降低时采用增大进气阀开度并减小排气阀开度的方法来增大压力。设计中采用压力变送器，控制器和两个调节阀来对缓冲罐压力进行精确的控制，文中并对其进行了

2、仿真分析。采用溶剂缓冲罐压力控制系统具有安全性高，操作简便，灵活性能强等优点。关键词： 分程控制系统；压力调节器；罐内压力目 录第1章 绪论11.1 过程控制技术的发展11.2缓冲罐内压力控制技术1第2章 方案论证32.1 任务分析32.2 分程控制系统方案设计32.3 系统的总体构成4第3章 变送器选型73.1 变送器的选型73.2 控制器的选型73.3 执行器的选型83.4 电器转换器8第4章 控制规律选择104.1 PID选择104.2 控制器的气开气关及正反作用选择11第5章 仿真分析研究135.1 PID对控制的影响135.2 仿真过程分析13第6章 课程设计总结15第1章 绪论1.

3、1 过程控制技术的发展过程控制通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术最重要的组成部分之一。其应用范围覆盖石油、化工、制药、生物、医药、水利、电力、冶金、轻工、纺织、建材、核环境等许多领域，在国民经济中占有极其重要的地位。过程控制的主要任务是对生产过程中的有关参数进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前提下，使连续型生产过程自动地进行下去。连续生产过程的特征是：呈流动状的各种原料中连续流动过程中，伴随着物理变化、化学反应、生化反应、物质能量的转换与传递。连续型生产过程常常要求苛刻的工艺条件，如高温、高压等；现场存在易燃、易爆或有害泄漏等危险，生产条件恶劣；需要有

4、保护人身与生产设备安全的特别措施等。在大型的连续生产系统中，影响生产过程的因素和条件一般不止一个，各自所起到作用也不同，这就决定了过程控制的复杂性和多样性。鉴于控制过程复杂多样、过程控制方案种类丰富，过程控制系统有多种分类方法。按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统，而计算机控制系统还可分为DDC、DCS和现场总线控制系统（FCS）；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按控制规律来分，有比例控制、比例积分控

5、制、比例微分控制、比例积分微分控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。以到底采用哪种分类方法并无原则性的规定。下面介绍两种常见的分类方法：按设定值的形式不同分为定制控制系统、随动控制系统、程序控制系统；按系统的结构特点分为反馈控制系统、前馈控制系统、前馈反馈复合控制系统。1.2缓冲罐内压力控制技术 缓冲罐控制压力控制是通过进气阀将气体输入缓冲罐内，通过控制罐内气体的多少来改变缓冲罐内的压力。主要用于各种系统中缓冲系统的压力波动，使系统工作更平稳，其原理是通过压缩罐内压缩空气来实现，被广泛应用于供水设

6、备和中央空调系统等。本课设的目的是用溶剂缓冲罐来缓解压力，当压力过高过时，压力调节器输出将上升，出气的压力调节阀逐渐关闭，进气的压力调节阀将逐渐打开，罐压力将逐渐下降；当罐内压力下降时，压力调节器输出将下降，出气的压力调节阀逐渐打开， 进气的压力调节阀将逐渐关闭，罐压力将逐渐上升，从而达到控制压力的目的。第2章 方案论证2.1 任务分析本次试验是用溶剂缓冲罐缓解压力，当压力过高过低都影响安全生产。压力过高可以排放到燃烧炉，过低可以补充氮气，总体上要保证压力稳定。当压力过高过时，压力调节器输出将上升，出气的压力调节阀逐渐关闭，进气的压力调节阀将逐渐打开，罐压力将逐渐下降；当罐内压力下降时，压力调

7、节器输出将下降，出气的压力调节阀逐渐打开， 进气的压力调节阀将逐渐关闭，罐压力将逐渐上升，从而达到控制压力的目的。通过分析，可以达到控制压力的系统可以为串级控制系统和分程控制系统。但是因为分程控制系统有着结构简单，易操作，干扰因素少等一系列的优点，因此采用分程控制系统。2.2 分程控制系统方案设计一台调节器去操纵两只调节阀，实施（动作过程）是借助调节阀上的阀门定位器对信号的转换功能。例如图中的A、B两阀，要求A阀在调节器输出信号压力为0.020.06MPa变化时，作阀的全行程动作，则要求附在A阀上的阀门定位器，对输入信号0.020.06MPa时，相应输出为0.020.1MPa，而B阀上的阀门定

8、位器，应调整成在输入信号为0.060.1 MPa时，相应输出为0.020.1MPa。按照这些条件，当调节器（包括电/气转换器）输出信号小于0.06MPa时A阀动作，B阀不动；当输出信号大于0.06MPa时，而B阀动作，A阀已动至极限；由此实现分程控制过程。图2.1分程控制结构图采用分程控制可提高阀的可调比，设控制阀可控最小流量Qmin,可控制最大流量为Qmax,定义可调比R=Qmax/Qmin。其中，控制器采用PIC3624其作用是通过传感器传入的缓冲罐内压力的大小，分别控制进气阀和出气阀的开关。调节阀的作用是调节进气阀和出气阀的开关。其中调节阀A的作用是控制气体进入缓冲罐内的多少；调节阀B的

9、作用是控制从缓冲罐内排出的气体的多少。对象即被控对象，是由两个调节阀共同作用来影响的。调节阀A对象控制器调节阀B测量变送图2.2 分程控制系统框图 2.3 系统的总体构成PVA采用分程系统控制，具体结构图如下： 阀A压力变送器阀BPT排气氮气缓冲罐图2.3 系统总体构成图当反应物进入反应罐中，传感器检测罐内的压力，当传感器检测到罐内增大的时候，为了保障罐内的安全，此时就需要对反应罐进行降压。应用分程控制，将反应物进入罐内的调节阀适当的关闭，并将排除的调节阀适当的开大，从而达到降低罐内压力减小的目的。当传感器检测到反应罐内的压力减小时，控制进气调节阀适当的打开，排出调节阀适当的关闭。从而达到使罐

10、内压力增大的目的。第3章 变送器选型本次研究所用到的主要的器件包括：压力变送器；控制器；执行器和电气转换器。3.1 变送器的选型本次设计缓冲罐内的压力的测量范围是12KPa可设采用分散硅传感器。它是使用硅片的压阻效应，选用I C工艺技术分散四个等值应变电阻，组成惠斯通电桥。不受压力效果时电桥处于平衡状况；当遭到压力(或压差)效果时，电桥的一对桥臂电阻变大，另一对变小，电桥失去平衡。若对电桥加一稳定的电压(电流)，便可检测到对应于所加压力的电压信号，然后到达丈量液体、气体压力巨细的意图。特色：量程规模大，最小0 - 1 0 0 P a最大0 - 1 0 0 M P a；零点小；精度高，可达0 .

11、 1 %；分辩率高；带防腐膜片的传感器，可丈量腐蚀性介质；体积小、高阻抗、低功耗、抗干扰能力强；任务频率高、寿命长、使用规模广泛等特色。变送器基本参数：量程范围: 0-10KPa；精度等级： 0.5级； 环境温度：-2050； 给定方式：内/外给定切换，外给定时，红色灯亮；外给定信号：DC 420mA；适用介质：气体和液体；输出信号：DC 420mA；输出信号指示：误差2.5%；调节动作：比例+积分+微分；3.2 控制器的选型采用沈阳双联仪表有限公司生产的AI系列全通用人工智能调节仪表，其中SA-18智能调节仪控制挂件为AI-741。AI-741型仪表为PID控制型，输出为420mADC信号。

12、AI系列仪表通过RS485串口通信协议与上位计算机通讯，从而实现系统的实时监控。基本参数为：输出信号：DC 420mA；输出信号指示：误差2.5%；调节动作：比例+积分+微分；输入信号：010KPa；3.3 执行器的选型在现代工业中，电动设备比气动设备普遍，因为气动设备需要花费较大的投资而且传递速度较慢，但气动设备的优越性不可忽视，首先是在安全防爆上，气动设备不会产生电火花及发热问题，而且气动设备在发生管路堵塞，气流短路，机件卡涩等故障时绝对不会发热损坏。在耐潮湿和恶劣环境方面也比电动设备强。本设计为汽油管道，所以采用气动执行器。通过调节阀的选择原则及本系统的要求，选择omal公司生产的DA-

13、SR系列调节阀，该阀结构简单,操作方便,选用调温范围广、响应时间快、密封性能可靠,并可在运行中随意进行调节,因而广泛应用于化工、石油、食品、轻纺等部门。1、调节阀技术参数（1） 公称通径(阀座直径mm)：10、12、15、25、80、100、125、150；（2） 公称压力(Mpa)：1.0、1.4、4.0、6.4；（3） 固有流量特性：直线、等百分比；（4） 信号范围：0-10V或4-20mA；（5） 作用方式：气开、气关；2、主要性能指标（1）基本误差：2.5%；（2）额定行程偏差：1.5%；（3） 额定流量系数偏差：10%；为了防止物料的浪费，调节阀采用气开式，一旦调节阀失去能源（断气）

14、，阀将处于关闭状态，不致浪费物料。3.4 电器转换器EPC-3000电-气转换器是一种新型结构的电-气转换单元，它可将调节阀A和调节阀B输入电流信号转换成相对应输出的气动信号。该转换器内部有一个气动功率放大器，可以得到较高输出功率的气动信号到各种气动执行机构，以提高执行机构的动作度。其特点：控制精度高，体积小，灵敏度高，动用速度快，耗气量小，调校方便。基本参数为：基本误差：1；回 差：1；死 区：0.5；气源压力：0.14-0.7Mpa；相对湿度：18-85RH；最大流量m3/h：7.6（0.175KPa时）；20（0.7KPa时）；耗气量m3/h：0.3；环境温度：-35+60；气源接口：6-M101；电源接口：G1/2；外壳材料：铸铝（喷涂工艺处理）；外形尺寸：87160107；97186202（mm）（隔爆型）；重 量：0.94（普通型及本安型）；2.35（隔爆型）。 第4章 控制规律选择4.1 PID选择控制器的作用是对来自变送器的测量信号与给定值比较所产生的偏差e(t)进行