《过程控制仪表》课程设计报告-HPF脱硫工艺流程设计.doc

过程控制仪表课程设计报告设计题目 hpf脱硫工艺流程设计 指导老师 设计者 专业班级 设计日期 2011年6月 目 录第一章 过程控制仪表课程设计的目的与意义- 2 -1.1课程目的- 2 -1.2 课程设计的基本要求- 2 -1.3 课程设计的地位及作用- 2 -第二章 课程设计实验- 2 -2.1控制系统装置(压力控制系统)- 2 -2.2 控制系统的控制要求及pid参数整定方法- 2 -2.3 控制系统的实验调试- 2 -第三章 hpf脱硫工艺流程系统设计- 2 -3.1 控制系统工艺流程- 2 -3.2 设计内容及要求- 2 -第四章 系统设计构思- 2 -4.1 设计思想- 2 -4.2 总体设计流程图- 2 -4.3 硬件设计概要- 2 -4.4 硬件选型- 2 -第五章 软件设计- 2 -5.1 软件设计流程图及其说明- 2 -第六章 系统调试中遇到的问题及解决方法- 2 -6.1 调试单闭环流量控制系统时遇到的问题- 2 -6.2 调试流量比值控制系统时遇到的问题- 2 -第七章 实验心得- 2 -第一章 过程控制仪表课程设计的目的与意义1.1课程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。其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，使学生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，促进学生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、水位及温度控制系统，使学生将理论与实践有机地结合起来，有效的巩固与提高理论教学效果。1.2 课程设计的基本要求本课程设计主要是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的pid控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。基本要求如下: 1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号；2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号；3. 掌握pid调节器的功能原理，完成相应的压力、流量、水位及温度控制系统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。4 通过对一个典型工业生产过程（如煤气脱硫工艺过程）进行分析，并对其中的一个参数（如温度、压力、流量、水位）设计其控制系统。1.3 课程设计的地位及作用在工程建设中对系统的分析与设计是一个极为重要的环节，是工程项目实施的依据。课程设计就是以模拟工程实践中的任务而进行的对学生综合能力的考核。在实际的工程设计中，没有一个成熟的工程设计思路，就不可能有一个良好的实施结果，甚至会导致工程项目的失败。作为自动化专业的学生，除了要有坚实的理论基础外，还必须掌握一些扎实的工程方面的知识，才能成为合格的自动化工程技术人员。通过此次的课程设计，让我们能建立起过程控制工程设计的概念，对过程控制工程设计有一整体的了解。特别是在老师的指导下，进行自控工程设计的训练，使我们在毕业后走上工作岗位，如果在自控工程领域工作，可大大缩短熟悉的过程。可以说自控工程设计是我们过控专业学生的一项基本功，今后无论从事本学科领域的哪方面工作，都是极为有用的。课程设计是密切结合过程工业实际的实践环节之一，是学习完过程控制仪表课程后进行的一次全面的综合练习。其目的在于加深对过程控制工程设计思想的理解，掌握过程控制领域常用和有效的控制方案和控制系统，掌握过程工业典型操作单元的控制方案和系统特点；并接受严格和系统的实验操作训练，从而为以后的毕业环节工作和担负实际工程任务打下良好和坚实的基础。第二章 课程设计实验本次课程设计实验是在液位、压力、流量等系统中进行选择，我们选择的是压力控制系统。2.1控制系统装置(压力控制系统)该装置由三个互相串联的不同大小的密闭压力容器和针型阀、压力及流量等检测变送仪表组成，配套的仪表屏上安装了控制、显示等仪表,并配有带连接信号插座孔的工艺模拟流程图。工艺过程模拟流程图如图2.1所示 。图2.1 带连接信号插座孔的压力装置工艺模拟流程图上图2.1中，标有字母的方块为各种仪表，为各仪表输入、输出信号的单线接插件的插座孔（，插孔）。其中: c：控制器（调节器）。该装置配有三个单回路调节器c1、c2和c3，控制输出信号为420ma，每个调节器设有三对插座孔（，插孔）。其中:pv孔为测量值输入，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通道记录仪，输入信号420ma，其中r1孔为1号通道，r2孔为2号通道，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（）用来转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号3号输入量程均为080kpa，变送输出为420ma。vl：电子式电动调节阀为电子小流量调节阀，电动调节阀输入420 ma电流信号，对应阀门输出开度0100%。ft：流量计。流量计是一种为lgj-6型的玻璃浮子流量计，输入流量为03m3/h，无信号变送输出，只有浮子指示。v12和i12 ：两路电压/电流转换器。其中v1为第1路电压输入信号端，i1 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2路电流输出信号端，o上孔（插孔）接电压/电流转换器来的正信号，下孔（插孔）接电压/电流转换器来的负信号，不能接错。本装置有三个检测变量（1号气罐、2号气罐、3号气罐罐内压力）， 可从中选择一至二个为被控变量。有两个可控制的变量（两个经调节阀的压缩空气流量），一般，支路流量作为操作变量通路，支路则为扰动输入通路。 在确定被控变量、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。2.2 控制系统的控制要求及pid参数整定方法1. 控制系统的控制要求(1)理解pid控制算法及p、i、d各参数的含义及作用；(2)用工程的方法（看曲线，调参数）整定调节器控制规律及pid参数，并观察pid参数对系统动态、静态性能的影响。(3)测取流量过程控制系统的动态、静态特性； 具体要求：超调量20%，调节时间ts100s，余差1%2. pid参数整定一般原则(1)pid调试方法一般原则: 在输出不振荡时，增大比例增益p。 在输出不振荡时，减小积分时间常数ti。 在输出不振荡时，增大微分时间常数td。(2)pid控制器参数的工程整定,各种调节系统中p.i.d参数经验数据以下可参照：压力p:p=3070%,t=24180s3. pid参数整定方法(1)首先只整定比例部分。即将比例系数由小变大，并观察相应的系统响应，知道得到反应快，超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已小到允许范围只内，并且响应曲线已属满意，那么只须用比例调节器即可。(2)如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则须加入积分环节。整定时首先置积分时间ti为一较大值，并将经第一步整定得到的比例系数略微缩小，然后减小积分时间，使在保持系统良好动态性能的情况下，静差得到消除。再次过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间，以期得到满意的控制过程与整定参数。(3)若使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，则可加入微分环节。在整定时，可先置微分时间td为零。在第二步整定的基础上，增大td，同时相应的改变比例系数和积分时间，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控制参数。2.3 控制系统的实验调试1.压力简单闭环控制系统通常该装置可选择1号罐（2号或3号罐）压力为被控变量，组成压力简单控制系统。如图2.22.3为1号罐压力简单控制系统的带控制点工艺流程图和方块图。图2.2 1号气罐压力简单控制系统的带控制点工艺流程图在上图2.2的压力控制系统中，被控变量是1号气罐罐内压力，设定值为50%（40kpa），操作变量为支路1压缩空气流量，支路2则选作扰动输入，扰动的加入位置f1、f2及f3，可以选择控制截止阀开关。图2.3 1号气罐压力简单控制系统方块图根据图2.2,按照实验要求接线。确认无误后接通电源，按照课本要求设置pid智能控制调节器控制参数（包括二级参数）。（1）实验数据及分析只引入比例控制器 图2.4 只引入比例环节的响应曲线(p=100)图2.5 只引入比例环节的响应曲线（p=50）由上两图可知，比例带由大变小，比例系数由小变大时，系统静差减小。但是单纯的引入比例控制器，尽管静差在减小，仍不能符合实验的要求，并且比例系数增大的同时，误差减小但并不能消除稳态误差，而且过大的比例系数会带来振荡，故根据实验曲线p调节到50。引入比例积分控制器图2.6 引入比例积分环节的响应曲线引入适当的积分环节后，由上图可明显看出，静态误差基本已消除，这也是积分环节的最大作用。在单纯比例环节的基础上，又进一步的调节比例带p值，在不影响响应时间的基础上，使得系统响应曲线的振荡减小。同时，为了使得调节时间能够满足实验要求，经过反复的调节，最后整定在p=42, i=15。（控制周期t=1s）53.88548.4图2.7 引入比例积分微分环节的响应曲线由图可知，引入微分环节后，曲线并没有太多变化，反而在某些时候的扰动让系统不稳定起来，抗干扰能力减弱，故最后没有引入微分环节。（2）实验小结经过调节，最终pid整定为p=42,d=25,d=0,t0=2由图2.7可知： 超调量=（53.8-48)48*100%=12.1%; 调节时间为85s; 稳态误差=(48.4-48)48*100%=0.83%.2.压力串级控制系统主变量为3号气缸压力，副变量为1号气缸压力的压力串级控制系统，为了提高控制质量，选择3号气缸压力为主被控变量，1号气缸压力为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3.83.9所示。图2.8 3号罐压力简单控制系统的带控制点工艺流程图图2.9 3号气缸压力串级控制系统的方块图（1）.实验数据及分析主回路参数整定图2.10 串级控制主回路参数整定先将主副回路的参数都设定为单闭环的参数（p=42，i=15，d=0）。根据串级控制的特点，主回路的参数整定与单闭环实验类似，不需要较大的改变。可见引入了副回路后，整个系统在抑制扰动方面的能力有了很大的提升。但副回路参数的整定尚未进行，使得整个系统的超调量及稳态误差都比较大，并且调节时间明显增长了。副回路参数整定54.512048.8图2.11 串级控制副回路参数整定由图可知，在对副回路进行参数整定后，其性能有了明显的改善。特别是在抗干扰上。同时，系统的响应速度、超调量、稳态误差等都比较满意。(2)实验小结最终pid整定为:主回路:p=42,i=15,d=0,t0=2副回路:p=70,i=20,d=0,t0=2由图2.11可知： 超调量=（54.5-48)48*100%=13.5%; 调节时间为120s; 稳态误差=(48.8-48)48*100%=1.67%.本次实验是在单闭环实验的基础上进行的，由于在时间上的连续，因此在仪器的熟悉及使用与pid的调节上有一定巩固效果。但此次实验中遇到了不少的困难。刚开始调节时，不知道原理，主副调节器仪器一起调节，以至于调节了很久都没有消除曲线的振荡，后来经过吴老师的指导，才开始一级一级的逐个调节。还有就是参数设置上，开始的时候只是从低到高的改变控制值（即40kpa到48kpa），没有注意到从高到底的改变情况，使得在调节过程中，经常出现一会稳定一会振荡十分厉害的情况。最主要的问题还是在pid数值整定上，开始一直在增加比例带，但是每次在调节完主副回路的比例带后，都发现静差不能很好的满足要求，并且系统非常不稳定，而在调节积分环节的时候，尽管使静差满足了要求，但是调节时间却大大超过了控制的要求。所以在协调两者上花费了很多的时间，最后才基本接近要求，但是超调时间和静差都没有符合控制要求。第三章 hpf脱硫工艺流程系统设计3.1 控制系统工艺流程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,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。脱硫工艺的流程如图3.1所示。图中l表示液位；p表示压力；t表示温度；f表示流量；i表示指示；c表示控制；v表示阀门；q表示累计。图3.1 hpf脱硫工艺流程流程图3.2 设计内容及要求1）了解系统脱硫工艺以及要求。2）了解流量控制系统对于整个系统的作用。3）循环上水的流量范围在8001000m3/h，精度要求为5%。4）抽水高度（即预冷塔高度）约20m。第四章 系统设计构思4.1 设计思想 设计的关键在于循环水的抽送、流量的检测和控制，分别可以通过选择合适的工业水泵、流量计、无纸记录仪和流量积分演算智能调节器、电动调节阀完成相关功能。另外，假设氨水与循环上水的流量比值有固定要求，可增加比值器实现流量比值控制。设循环上水的流量为主控量q1，氨水的流量给定则为q2s=q1*k，二者的配比为氨水：循环上水=k：1，则可用实验中的流量比值控制系统实现该控制环节。4.2 总体设计流程图循环上水给定量q1s偏差q1i调节器fc1调节阀vl1循环上水流量检测及变送器ft1反馈q1f+q1比值器k+调节器fc2调节阀vl2氨 水q2流量检测及变送器ft1-图4.1 双闭环比值控制方块流程图4.3 硬件设计概要 硬件设计主要是智能调节器的设计，可采用单片机做实时监控芯片，结合外围电路实现流量信号的变换、采集、pid运算与控制输出等功能。为了能实时调整pid参数，需增加键盘扫描电路；为了显示pid参数和流量的大小，需增加显示模块。4.4 硬件选型4.4.1 智能调节器的自行设计i/v转换可用op07构成的比例放大器实现。由于adc0809的转换速度只有几十微妙，相对流量的变化时间很小，可以不要保持器。而adc0809与dac0832都是八位的转换器件，理论上的控制精度可达到1/255*100%=0.4%，足以满足流量控制的精度要求。v/i转换可用rcv420转换器。单片机选择stc89c52一是cmos工艺的单片机功耗较低；二是价格便宜；再者内部程序存储器有8kb的flash rom，能满足绝大部分工控过程实时监控程序的烧写需求。显示部分用lcd，采用长沙太阳人电子的smc1602a字符型液晶显示器。键盘扫描可用8279加4*4矩阵键盘以中断方式实现。4.4.2 智能调节器选型4.4.1的部分可以用虹润的hr-wp-xls80智能调节器代替，其参数如下输入信号：模 拟 量 热电偶：b、e、j、k、s、t、wre3-25、f2电阻：pt100、pt100.1、cu50、cu100、ba1、ba2 电流 010ma、420ma、020ma，输入阻抗250 电压 05v、15v 波 形 矩形、正弦或三角波幅度 光电隔离，大于4v（或根据用户要求任定）频 率 010khz（或根据用户要求任定）输出信号：模拟量输出dc 010ma（负载电阻750）dc 420ma（负载电阻500）dc 05v（负载电阻250k） dc 15v（负载电阻250k）报警输出 继电器控制输出继电器on/off带回差。ac220v/3a，dc24v/6a （阻性负载）通讯输出 光电隔离，rs-485/rs-232c接口，波特率12009600bps可设置， 采用标准modbus rtu通信协议馈电输出 dc241v，负载电流30ma精度： 测量显示精度 0.5%fs或0.2%fs频率转换精度 1脉冲（lms）一般优于0.2%显示方式： 099999瞬时流量测量值显示099999999999累积值显示-1999999999温度补偿测量值显示-1999999999压力补偿测量值显示-1999999999流量（差压、频率）测量值显示高亮度led（数码管）测量显示发光二极管工作状态显示设定方式： 面板轻触式按键数字设定参数设定值断电后永久保存参数设定值密码锁定保护方式： 断电后流量累积值时间保持大于两年，设定参数永久性保持 电源欠压自动复位工作异常自动复位（watch dog）使用环境： 环境温度 050相对湿度 85%rh 避免强腐蚀性气体工作电源： 常规型 ac220v%（50hz2hz，线性电源）特殊型 ac90v265v开关电源dc24v2v开关电源功 耗： 6w（ac220v线性电源供电）6w（ac90265v开关电源供电）6w（dc24v电源供电）重 量： 500g(ac220v供电) 300g(开关电源)4.4.3电动调节阀选型采用湖南力升信息设备有限公司的lsdz-50电动调节机构，技术指标如下出轴力矩(n.m)：50动作范围：0360动作时间（s）:20驱动电机（w）:10控制电路选项:4-20ma输入位置输出：4-20ma直流动力电源：220vac 50hz精度：定位精度：0.5%，位置反馈精度：0.5%环境温度：-25+55重量：2kg4.4.4流量计选型采用北京尺度方圆传感器有限公司的lwgy-250a05s，技术指标如下精度： 0.5%r口径： 250mm, 标准量程1201200m3/h重复性： 0.05%0.2%4.4.5比值器选型采用虹润的hr-wp-xqs80，技术指标如下 性:显示方式：以双排四位led显示第一路测量值（pv1）和第二路测量值（pv2），以红色/绿色光柱进行两路测量值百分比的模拟显示。显示范围：-19999999字。测量精度：0.2%fs或0.5%fs；0.1%fs（需特殊订制）。分 辨 率：1字。报警方式：1-4个报警点控制（1al、2al、3al、4al）led指示。报警精度：1字。保护方式：输入回路断线、输入信号超/欠量程报警；输入回路断线变送输出保持、最大、最小可选。设定方式：面板轻触式按键数字设定，设定值断电永久保存。运算模型加减运算：s0=as1bs2 公式4.1乘法运算：s0=as1bs2 公式4.2除法运算：s0=as1bs2 公式4.3计算精度：0.5%fs1字或0.2%fs1字运算周期：0.4秒注：s0输出信号； s1、s2输入信号；a、b系数输入信号热 电 偶： k、e、s、b、j、t、r、wre3-25；冷端温度自动补偿范围050，补偿准确度1。热 电 阻：pt100、cu100、cu50、ba2、ba1；引线电阻补偿范围15。线性电阻：0400远传电阻：30350（远传压力表）。直流电压：020mv、0100mv、05v、15v、05v开方、15v开方、-55v；-10v10v、010v(订货时需指定，与其他信号不兼容)。直流电流：010ma、420ma 、020ma、010ma开方、420ma开方。输入阻抗：电压信号ri500k。输出信号输出精度：同测量精度。 电流信号：dc 420ma，负载电阻r500；dc 010ma，负载电阻r750。电压信号：dc 05v；dc 15v，负载电阻r250k，否则不保证连接外部仪表后的输出准确度。报警输出：继电器控制输出继电器on/off带回差，触点容量-ac220v/1a； dc24v/3a （阻性负载）通讯输出：波特率2400、4800、9600bps内部自由设定，采用modbus rtu 通讯协议。配电输出：dc241v，负载电流 30ma。使用环境环境温度：-1055；环境湿度：1090%rh。耐压强度：输入/输出/电源/通讯相互之间 （1000v.ac/分钟）。绝缘阻抗：输入/输出/电源/通讯相互之间 100m。交流电源：90265v（开关电源），频率：50hz/60hz直流电源：24v2v（开关电源）。功耗：1m；热电阻：要求三线电阻平衡，引线电阻10。电 压：(05)v、(15)v、mv信号；电 流：(010)ma、(420)ma；热电阻： pt100、cu50、ba1、ba2；热电偶：s、b、k、t、e、j、r、n；表4.1hr-ssr万能输入量程表输入类型量程范围输入类型量程范围型：010ma，05v-999919999热电偶b型5001800型：420ma，15v-999919999s型-100160020mv020mvk型-1001300100mv0100mve型-1001000热电阻cu50-50140j型-1001000ba1-100600r型-501600ba2-100600n型-2001300pt100-200650t型-100380电阻0350-999919999传感器配电 24vdc；输出规格：模拟输出 4-20ma输出；12路可组态继电器触点输出：触点容量为3a、250vac（阻性负载）；报警输出 上上限、上限、下限、下下限；补偿运算： 蒸汽 根据ifc67公式计算蒸汽密度补偿饱和蒸汽与过热蒸汽的质量流量或热流量。一般气体温度、压力补偿测量标准体积流量。天然气温度、压力补偿测量标准体积流量。液体 温度补偿测量标准体积流量或质量流量。补偿范围：蒸汽压力 0.14.5mpa 温度 100500 密度 0.1100kg/m3比焓 25083224kj/kg一般气体压力 060mpa温度 -100500液体温度 100500累积范围： 099999999通讯、打印：通讯接口：rs232c或rs485波特率：1200、2400、9600、57600打印接口：rs232c直接连接微型打印机记录时间：记录间隔：1、2、5、10、15、30、60、120、240秒可选。记录长度：八笔记录，72小时/笔 （记录间隔1秒）720天/笔（记录间隔4分）。记录间隔可根据对象的不同而不同：对于变化缓慢的信号如温度，其记录间隔可取得大些，如 30 秒；而对于变化比较快的信号如流量，其记录间隔可取 15 秒；其他如液位信号，其记录间隔可取110秒。数据备份和转存： 128m、256m 、512m、1g u盘可选热电偶冷端补偿误差： 1断电保护时间： 内置flash存储器保护参数和历史数据，断电后可永久保存。集成硬件时钟，掉电后也能准确运行。时钟误差： 1分/月供电电源： 开关电源 85vac265vac，50hz5%环境温度： 050环境湿度： 085%rh4.4.7水泵选型采用威乐山姆逊(北京)水泵系统有限公司的立式单级管道泵 il，技术指标如下：流量范围: 900m3/h压力范围: 最大扬程：85m 功率范围: 0.25kw至200kw说明：需用两台泵并联抽水。第五章 软件设计5.1 软件设计流程图及其说明5.1.1主函数8279初始化lcd初始化定时/计数器t0初始化显示pv、sv值等待中断中断方式初始化图5.1 智能调节器（主函数流程图设计）开始说明：8279工作于二键锁定、编码方式；t0工作于定时方式1；pid参数的设置由键盘中断完成；pid运算过程和输出控制由t0中断完成；pv值为当前流量，sv为给定量。5.1.2 键盘中断函数键值处理调用相应的参数修改函数图5.2 读键值修改pid参数中断函数读8279回送键值中断开始中断返回5.1.3 定时器t0中断函数启动a/d转换获取当前流量调用积分分离pid函数完成控制输出更新pv显示值更新定时初值，启动下一次定时图5.3 定时器t0采样中断流程图中断开始中断返回5.1.4 lcd显示函数清当前lcd显示内容显示sv、pv值图5.4 lcd显示函数流程图中断开始中断返回中断开始5.1.5 参数（p、ti、td、a、ts）设置函数清当前lcd显示内容显示当前设置参数类型读键值（09）确认键？数据长度超限？将键值赋给相应位更新当前设置参数yynn图5.5 pid参数设置函数流程图子函数返回第六章 系统调试中遇到的问题及解决方法6.1 调试单闭环流量控制系统时遇到的问题6.1.1 阀门开度100%，流量最大值才150l/h我首先想到的是量程范围是否设置错误了，于是检查了一次智能调节器的二级参数，结果没找出错误。于是很冒昧地请了吴老师帮忙，结果是分流开关被我开的过大导致主回路的流量过小，把分流开关关小就可以提高主回路的流量值了。我完全忘了那是分流开关，只好乖乖接受吴老师的批评教育了。6.1.2无纸记录仪显示反馈流量振荡200图6.1 比例带过小300y (l/h)y (l/h)tt图6.2 比例带适中150s200解决方法增大比例带p，由200调到了800，反馈流量最终能稳定在给定值200l/h附近，此时调节时间（由振荡到稳定在给定值%5）为150s，未达到控制要求。6.1.3 调节时间过大解决方法：减小积分时间ti，由30s减小到22.5s，调节时间减少到100s左右。然后增加微分时间td，由0增加到0.5s，可使调节时间小于90s，达到控制要求。同时，从无纸记录仪上观察到流量过渡曲线（在给定值200与给定值300之间）超调小于5%，稳态误差也小于5%，各项指标达到控制要求。之后又多试了几组参数，最终得到较为理想的一组参数如下:比例带p=620，积分时间ti=22.5s，微分时间td=0.5s，运算周期to=2s。对应流量控制指标为：从200l/h到300l/h，调节时间为80s，无超调，稳态误差2%。6.2 调试流量比值控制系统时遇到的问题6.2.1 不了解比值器的连线方式实验时第一次接触比值器，虽然知道x、y是输入，z是输出，但不知道面板上标的x、y、z该怎么连线，问搭档和周围的同学没人知道，看实验指导书也没有介绍怎么接线，因为怕接错了把仪表烧坏，所以求吴老师指导。在吴老师的细心指导下我了解了比值器中的信号为直流电流信号，所以无论输入或者输出都要串联连接。而且由公式4.1、公式4.2、公式4.3可知比值器应工作在运算方式2（即加法运算，公式4.1），比例因子a即为流量比值k，比例因子b置0。6.2.2 副回路流量为0，与给定200l/h有明显偏差，但调节器无输出“有偏差就肯定有控制输出”，本着这个想法，我怀疑是不是接线有问题，于是检查了一次接线，可是没发现错误。接着我想到了输出是有的，可能极性反了，即调节器的正反作用设置有误。结果一查二级参数，调节器工作在正作用方式下，将其改为反作用方式后电动调节阀立刻产生动作，流量迅速提升。6.2.3 调节器2的比例带已经调到999.9最大值，副回路流量仍然振荡200图6.3 副回路td=1的响应曲线300y (l/h)y (l/h)tt120s200图6.3 副回路td=0的响应曲线这完全可以肯定振荡与比例带无关，可以考虑调节积分时间和微分时间。先去掉fc2的微分作用，使td=0，观察无纸记录仪发现副回路流量不再振荡。6.2.4 主回路已稳定，改变比例k时副回路的过渡时间（2分钟）太长图6.5 副回路ti=15s的响应曲线300y (l/h)y (l/h)tt200图6.6 副回路ti=7.5s的响应曲线300200120s70s0s0s要使副回路响应加快首先可以调节fc2的比例带p，可是调小了容易振荡，调大了对减少调节时间的作用不明显。于是将fc2的比例带固定在680，减小积分时间ti，使ti=7.5s，结果可使调节时间减少到70s。最后多试了几组参数，最佳的参数如下主回路保持单闭环实验的参数不变，副回路调节器fc2的比例带p=680，积分时间ti=7.5s，微分时间td=0，运算周期to=2s,积分分离值at=100。可得控制指标为主回路q1稳定，改变比值k：副回路的调节时间为80s，无超调，稳态误差2%比值k确定，主回路q1随给定qs改变：主回路q1的过渡时间为75s，无超调，稳态误差小于5%。副回路调节时间约90s（即主被控量q1稳定后q2经15秒左右稳定），无超调，稳态误差约2%。以上指标完全符合流量比值控制系统要求。第七章 实验心得课程设计是对整个课程的最终的考核，也是对课程当中所学内容的综合应用，由于过程控制仪表课程是一门综合性课程，其内容涉及到对工业系统的各方面的管理和应用，因此在其课程设计当中，也涉及到其它课程当中的很多相关内容，如微型计算机控制技术、现代检测技术、自动控制理论以及汇编编程的内容。此设计采用双回路控制系统，方案简单、并且在设计中采用了智能仪表能够更好的适应环境变化对于控制系统的要求。在整个课程设计过程中，我切实感受到一句话“实践出真知”的分量。有些东西是教堂上的课本没有的或者根本找不到，或者没有现成的例子，这就要综合自己所学的知识技能再加上临时的补充去解决这些问题。比如hpf脱硫工艺，我刚开始看到那流程图时头都大了，尽是些没接触过的东西，心里很是抗拒。可是心里还是很想做好这次课程设计，于是硬着头皮把说明的文字对着图看了好几遍，最后弄明白了整个工艺流程，并提取出需要我设计的流量控制部分。在编写软件和实验调试时都遇到了不少问题，或是查阅相关资料，或是求助同学和老师，最终能按时按质地完成本次课程设计的任务，在此想对帮助我、指导我的老师和同学说声由衷的感谢。 随着知识的深入也随着学龄的增加，发现知识的积累已经可以帮助我们解决一些生产中遇到的问题，在本次课程设计中逐步领悟到了控制类学生需要在将来工业发展中所需要的努力，希望大学所学的知识可以为自动化事业做出自己的贡献！附录1#includereg52.h#includeabsacc.h#includemath.h#includeintrins.h#includestring.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/*8279地址*/ #define m8279_con xbyte0xf9ff#define m8279_data xbyte0xf8ff/*ad0809地址*/#define startad xbyte0x7fff#define adresult xbyte0x7fffsbit adbusy=p33;/*液晶控制位定义*/sbit lcd_rs = p24; sbit lcd_rw = p23; sbit lcd_en = p22; uchar data tabarryp4=300; /比例带范围为11000uchar data tabarryi3=50; /积分时间范围为1120suchar data tabarryd3=1; /微分时间范围为0120s uchar data tabarryts2=10; /采样周期150msuchar data tabarrya3=100; /积分分离值0%100%uchar data tabarryq04=800; /给定值8001000uchar data tabarrycurrentq3=0;uint data ts,td,ti,pp,setq0,currentq;float data en,en_1,en_2,at,kd,ki,kp,pp,pd,pi,pn,pn_1;float data setq,currentq0;uchar ad0809() /ad转换程序 uchar result; startad=0; while(adbusy=1); while(adbusy=0); result=adresult; return(result); void pid_init() /pid系数初始化,无符号字符型转化为浮点型 uint i,j; i=strlen(tabarrya); at=0; for(j=0;ji;j+) at+=(uint)(tabarryaj&0x0f)*pow(10,i-j-1); /更新采样周期 if(atat) /误差超过积分分离值a则去掉积分作用 pn=pn_1+pp+pd; else pn=pn_1+pp+pd+pi; if(pn1) pn=1; /输出限幅 if(pn0) pn=0; en=en_1; en_1=en_2; pn_1=pn; pid_result=pn*0xff; return pid_result; void init_8279() /8279初始化uchar s; m8279_con=0xdf; do s=m8279_con; while(s&0x80=1); m8279_con=0x00; m8279_con=0x3f;void delay(int ms) /延迟程序 int i; while(ms-) for(i = 0; i 250; i+) _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); /*检查lcd忙状态*/*lcd_busy为1时，忙，等待。lcd-busy为0时,闲，可写指令与数据*/bit lcd_busy() bit result; lcd_rs = 0; lcd_rw = 1; lcd_en = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); r