課程設(shè)計(jì)---分程控制在造氣裝置中的應(yīng)用

1、<p>　　工業(yè)過程控制 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　主要內(nèi)容選擇一種合適的組態(tài)軟件，使用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的過程控制設(shè)備，結(jié)合分程控制系統(tǒng)的控制要求和設(shè)計(jì)原則，合理選用控制規(guī)律，設(shè)計(jì)一個(gè)組態(tài)功能合理，畫面美觀，組態(tài)控制程序完善的分程過程控制系統(tǒng)。</p><p>　任務(wù)要求1. 根據(jù)分程控制系統(tǒng)的具體被控對象和控制要求，正確選用過程儀表，獨(dú)立設(shè)計(jì)分程控制系統(tǒng)控制方案。2. 按說

2、明書正確安裝過程儀表和有關(guān)模塊，并完成系統(tǒng)接線。3. 運(yùn)用組態(tài)軟件，合理設(shè)計(jì)分程過程控制系統(tǒng)的組態(tài)畫面，編寫組態(tài)控制程序。4. 分步投運(yùn)系統(tǒng)，正確調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期性能。5. 提交包括上述內(nèi)容的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p>　主要參考資料[1] 過程控制系統(tǒng)．陳夕松，汪木蘭．北京：科學(xué)出版社，2005[2] 過程控制工程．邵裕森．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000[3] InTouch HMI9.5應(yīng)用程

3、序開發(fā)基礎(chǔ)課程，Wonderware公司，2006[4] 過程可視化組態(tài)軟件InTouch應(yīng)用技術(shù)．馬正午，周德興．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006</p><p>　審查意見系（教研室）主任簽字： 年 月 日</p><p>　　分程控制在造氣裝置中的應(yīng)用</p><p><b>　　1．

4、前言</b></p><p>　　一股說來，一臺調(diào)節(jié)器的輸出只控制一臺調(diào)節(jié)閥，若一臺調(diào)節(jié)器的輸出去控制一臺或兩臺以上的調(diào)節(jié)閥并且按輸出信號的不同區(qū)間去控制不同的閥門，這種控制方式習(xí)慣上稱為分程控制。</p><p>　　如圖l所示，圖中表示造氣裝置l 2Ol重油儲罐壓力分程控制系統(tǒng)：</p><p>　　圖1 PIC4101壓力分程控制系統(tǒng)示意圖<

5、/p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)分程調(diào)節(jié)，須借助于調(diào)節(jié)閥上的閥門定位器，借助定位器的轉(zhuǎn)換功能。例如對圖中A、B兩閥，要求B閥在調(diào)節(jié)器輸出壓力為0.02~0.06MPa變化時(shí)，B閥作全程動作；則要求附在B閥上的閥門定位器，對于輸入0.02~0.06Mpa時(shí)，相應(yīng)的輸出為0.02~0.1MPa：而A閥上的閥門定位器應(yīng)調(diào)整成輸入為0.06~0.1Mpa。按照這些條件，當(dāng)調(diào)節(jié)器PIC4l 0l(包括電氣轉(zhuǎn)換器)輸出信號小于0.06

6、Mpa時(shí)B閥動作，A閥不動；當(dāng)信號大于0.06Mpa時(shí)B閥行到極限(全關(guān))，A閥動作， 由此實(shí)現(xiàn)分程控制的作用：</p><p><b>　　2 分程控制方案</b></p><p>　　根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣關(guān)、氣開形式，可分為同向和異向兩種：</p><p>　　2.1 調(diào)節(jié)閥作同向分程動作 （如圖2）</p><p>　　

7、圖2 調(diào)節(jié)閥作同向動作的分程控制系統(tǒng)</p><p>　　2.2 調(diào)節(jié)閥作異向分成動作 （如圖3）</p><p>　　圖3 調(diào)節(jié)閥作異向動作的分程控制系統(tǒng)</p><p>　　同向、異向控制方案的選擇，全由工藝的需要而定。</p><p>　　3．分程控制系統(tǒng)的目的</p><p>　　設(shè)計(jì)分程控制系統(tǒng)的兩個(gè)方面的目

8、的。</p><p>　　3.1擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍，以改善控制系統(tǒng)的品質(zhì)</p><p>　　調(diào)節(jié)閥有一個(gè)重要指標(biāo)，即閥的可調(diào)范圍。它是一項(xiàng)靜態(tài)指標(biāo)，表明調(diào)節(jié)閥執(zhí)行規(guī)定特性（線性特性或等百分比特性）運(yùn)行的有效范圍?？烧{(diào)范圍可用下式表示：</p><p><b>　　（2.5-1）</b></p><p>　　式中 —

9、—閥的最大流通能力，流量單位。</p><p>　　——閥的最小流通能力，流量單位。</p><p>　　國產(chǎn)柱塞型閥固有可調(diào)范圍=30，所以。須指出閥的最小流通能力不等于閥關(guān)閉時(shí)的泄漏量。一般柱塞型閥的泄漏量僅為最大流通能力的0.1～0.01%。對于過程控制的絕大部分場合，采用=30的控制閥已足夠滿足生產(chǎn)要求了。但有極少數(shù)場合，可調(diào)范圍要求特別大，如果不能提供足夠的可調(diào)范圍，其結(jié)果將是或

10、在高負(fù)荷下供應(yīng)不足，或在低負(fù)荷下低于可調(diào)范圍時(shí)產(chǎn)生極限環(huán)。</p><p>　　3.2滿足工藝操作上的特殊要求</p><p>　　在某些間歇式生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)過程中，當(dāng)反應(yīng)物投入設(shè)備后，為了使其達(dá)到反應(yīng)溫度，往往在反應(yīng)開始前需要給它提供一定的熱量。一旦達(dá)到反應(yīng)溫度后，就會隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行不斷釋放出熱量，這些熱量如不及時(shí)移走，反應(yīng)就會越來越激烈，以致會有爆炸的危險(xiǎn)。因此對于這種間歇式化學(xué)反應(yīng)

11、器既要考慮反應(yīng)前的預(yù)熱問題，又要考慮反應(yīng)過程中及時(shí)移走反應(yīng)熱的問題。為此設(shè)計(jì)了如圖2-1所示的分程控制系統(tǒng)。</p><p>　　圖4 間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)圖</p><p>　　圖中溫度調(diào)節(jié)器選擇反作用，冷水調(diào)節(jié)閥選擇氣關(guān)式（A閥），熱水調(diào)節(jié)閥選擇氣開式（B閥）。該系統(tǒng)工作過程如下:在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)前的升溫階段，由于溫度測量值小于給定值，因此調(diào)節(jié)器輸出增大，B閥開大，A閥關(guān)閉，即蒸

12、汽閥開、冷水閥關(guān)，以便使反應(yīng)器溫度升高。當(dāng)溫度達(dá)到反應(yīng)溫度時(shí)，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，于是就有熱量放出，反應(yīng)物的溫度逐漸提高。當(dāng)溫升使測量值大于給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出將減?。ㄓ捎谡{(diào)節(jié)器是反作用），隨著調(diào)節(jié)器的輸出的減小，B閥將逐漸關(guān)小乃至完全關(guān)閉，而A閥則逐漸打開。這時(shí)反應(yīng)器夾套中流過的將不再是熱水而是冷水。這樣一來，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量就被冷水所帶走，從而達(dá)到維持反應(yīng)溫度的目的。</p><p>　　4．造氣1201重油儲罐為

13、何設(shè)計(jì)壓力分程控制系統(tǒng)</p><p>　　首先看一下該罐壓力分程控制流程圖 （如圖5）：</p><p>　　圖5 造氣1201罐封分程控制流程圖</p><p><b>　　圖6 流程圖</b></p><p>　　4.1用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍的情況</p><p>　　可調(diào)范圍是調(diào)節(jié)閥的一

14、個(gè)重要指標(biāo)．它是一個(gè)靜態(tài)指標(biāo)，可用下式表示：</p><p>　　R ：Cmax／Cmin</p><p>　　式中，Cmax為閥的最大流通能力，Cmin為閥的最小流通能力，一般分程控制用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍時(shí)，總是采用兩只同向動作的分程調(diào)節(jié)閥并聯(lián)地安裝在同一流體管道上，如圖5所示。</p><p>　　圖7 流體用于擴(kuò)大可調(diào)范圍的分程控制</p>

15、<p>　　從圖2、圖5、圖7就可以看出PV41 01A／B不是用于擴(kuò)大可調(diào)范圍的控制，這里就不在加以分析。</p><p>　　4.2用于滿足工藝操作的特殊要求</p><p>　　如圖4，1201儲罐存放的重油，為保證油品不與空氣中的氧氣接觸、變質(zhì)，采用罐頂充的方法，使之與外界隔離。實(shí)行封的技術(shù)要求是：要始終保持1201罐內(nèi)的壓力微正壓，罐內(nèi)的重油增加或減少時(shí)，將引起PIC4

16、l0l指示的升降，應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié)。否則，將使儲罐變形，更有甚者，如罐內(nèi)無背壓，將造成P3202泵抽空，時(shí)間一長，會將罐吸扁，造成事故。因此，當(dāng)罐內(nèi)液面上升時(shí)，應(yīng)停止繼續(xù)補(bǔ)充，并將量排入火炬。反之，當(dāng)罐內(nèi)液面下降時(shí)，應(yīng)停止排放，而繼續(xù)補(bǔ)充，這樣，一方面需要安裝兩臺調(diào)節(jié)閥控制充排，另一方面需要設(shè)計(jì)一套分程控制系統(tǒng)，用壓力調(diào)節(jié)器輸出信號的不同區(qū)間來控制這兩臺調(diào)節(jié)閥。</p><p>　　下面分析分程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路：&l

17、t;/p><p>　　4.2.1.確定PV4l0lA／B的氣開、氣關(guān)形式</p><p>　　從安全角度，為避免氣源故障時(shí)．因壓力升高總是氣關(guān)充閥，再開排氣閥，而由于調(diào)節(jié)器PIC4l0l為反作用，當(dāng)壓力升高時(shí)，其輸出信號下降；兩者綜合起來，既要求在信號下降時(shí)，先關(guān)下充閥PV4l0lA，再開排閥PV4l0lB.而PV4l0lA為氣開閥，PV4l0lB為氣關(guān)閥，這就意味著充閥PV4l0lA的分程區(qū)

18、間在高信號區(qū)0.06~0.1Mpa，排閥PV4l0lB的分程區(qū)問在低信號區(qū)0.02~0.06Mpa ，其分程動作關(guān)系如圖6所示：</p><p><b>　　圖8 分程動作關(guān)系</b></p><p>　　4.2.2 120l罐壓力分程控制系統(tǒng)的工作過程</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)剛投用時(shí)，壓力低于設(shè)定值．昕以具有反作用的調(diào)節(jié)器PIC4l0l的

19、輸出信號將會增大，使A閥打開，用于充 ，使l20l罐升壓； 當(dāng)壓力超過設(shè)定值時(shí)，則調(diào)節(jié)器PIC4l0l的輸出信號下降．將漸漸關(guān)PV4l0lA，接著打開PV4l0lB，排走，使壓力下降，從而把l20l罐內(nèi)的壓力控制在設(shè)定值上。</p><p>　　總之．從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，通過對多輸入(兩輸入)單輸出過程的控制分析，它要求這兩個(gè)控制變量的接替變化 這類分程控制系統(tǒng)的設(shè)汁．除需考慮閥的氣關(guān)、氣開特性選擇、分程區(qū)間選擇

20、外，還應(yīng)對控制的性能進(jìn)行分析：對l20l罐</p><p>　　封控制系統(tǒng)用方框表示，見圖7：</p><p>　　圖9 1201罐PIC4101壓力分程控制方框圖</p><p>　　從框圖上看，由于對象相同，若PV4l0lA與PV4l0lB安裝特性的放大倍數(shù)和特性相近，那么調(diào)節(jié)器PIC4l0l在任一種情況(即充或排)。作最佳的PID參數(shù)整定后，系統(tǒng)都能獲得滿意的

21、控制品質(zhì)。</p><p>　　5. 組態(tài)畫面及程序</p><p><b>　　5.1 組態(tài)畫面：</b></p><p>　　5.2 組態(tài)畫面控制程序（部分）</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥==1)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\氮?dú)馊萜?80;</p>&

22、lt;p>　　\\本站點(diǎn)\氮?dú)馊萜?\\本站點(diǎn)\氮?dú)馊萜?6;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\l20l罐=\\本站點(diǎn)\l20l罐+3;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\設(shè)定值=45;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥==1)</p><p

23、>　　{\\本站點(diǎn)\調(diào)節(jié)器=1;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\調(diào)節(jié)閥2=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\l20l罐<=45)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\泵=0;</p><p><b>　　}</b>

24、</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\l20l罐>=45)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\l20l罐=45;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\泵=1;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\氣化爐=\\本站點(diǎn)\氣化爐+10;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥==1 &&\\本{\

25、\本站點(diǎn)\調(diào)節(jié)器=1;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\調(diào)節(jié)閥2=1; }</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\I參數(shù)==\\本站點(diǎn)\I參數(shù)+1)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\Uk=\\本站點(diǎn)\Uk-3;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\Uk<=47)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\Uk=\\

26、本站點(diǎn)\Uk+3;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥=1;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\開度1=\\本站點(diǎn)\P參數(shù)/100;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\開度2=\\本站點(diǎn)\I參數(shù)/100-0.01;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\開度2=0;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\Uk>=

27、43)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\開度1=\\本站點(diǎn)\P參數(shù)/100;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\開度2=\\本站點(diǎn)\I參數(shù)/100-0.01;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\開度1=0;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\調(diào)節(jié)閥2=1;}</p><p>　　站點(diǎn)\l20l罐==45 )</p&g