过程控制设计课题

1、学院澡堂温度控制系统分析通过去学院澡堂控制室的实地考察，我了解到了学院澡堂目前的热水供应状况。我们学院的澡堂的用的是板式热交换器（板式换热器具有结构简单，热效率高，适应性强的特点，可用于矿山、石油、化工、食品、冶金、饮料、电力、造纸、制药、船舶、集中供热、空调制冷等冷却、加热、冷凝、蒸发、灭菌等工艺要求。型号：BRS06A 试验压力：1.6Mpa 实验压力：2.0Mpa 质量：1252kg 设计温度：150 换热面积：6.0）来实现热水的供给，板式热交换器分别连着由进气阀（气 阀 压 力 表 ：0.08Mpa）控制的进气管道和用进水阀（冷水进水压力表：0.02Mpa）控制的进水（凉水）管道，经

2、过热交换器的作用，水变热，冷凝水流出，从而得到我们所需的热水。但是，通过和工作人员的沟通，我也发现了几个问题。首先是凉水的供应不稳定。当然，控制室中安装有两个深井泵，可以在凉水供应不上时使设备仍能正常工作。其次是由于气压水压的不稳定，导致水温忽高忽低。其实，进水阀旁边有一台闲置的自动控制系统，只是由于水压气压的不稳定，目前还不能投入使用。水温的控制一般是由控制室的监测人员通过手动控制进水阀门来调节进水量，从而调节温度的。由于人不是确定的因素，因此不能使水温一直保持在一个相对稳定的范围，导致水温忽冷忽热。让同学们无法舒适的洗澡。这也就是我们设计的意义所在，我们希望通过我们的设计来使水温更加稳定，

3、使同学们不必再为水温问题而困扰。节省了人力资源。串级控制系统两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。根据扰动施加点的位置不同，分种情况进行分析： 1）扰动作用于副回路 2）扰动作用于主过程 3）扰动同时作用于副回路和主过程 分析可以看到：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。 3. 系统特点及分析 改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。 能迅速克服进入副回路的二次扰动

4、。 提高了系统的工作频率。 对负荷变化的适应性较强 4. 工程应用场合 * 应用于容量滞后较大的过程 * 应用于纯时延较大的过程 * 应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程 * 应用于参数互相关联的过程 * 应用于非线性过程前馈控制系统利用输入或扰动信号的直接控制作用构成的开环控制系统。这类按输入或扰动的开环控制通常与包含按偏差的闭环控制共同组成反馈-前馈控制系统，称为复合控制系统。由于按偏差确定控制作用以使输出量保持其在期望值的反馈控制系统，对于滞后较大的控制对象，其反馈控制作用不能及时影响系统的输出，以致引起输出量的过大波动，直接影响控制品质。如果引起输出量较大波动的主要外扰动参量是可量测和可

5、控制的，则可在反馈控制的同时，利用外扰信号直接控制输出（实施前馈控制），构成复合控制能迅速有效地补偿外扰对整个系统的影响，并利于提高控制精度。这种按外扰信号实施前馈控制的方式称为扰动控制，按不变性原理，理论上可做到完全消除主扰动对系统输出的影响。比值控制系统在化工、炼油及其他工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系，比例一旦失调，将影响生产或造成事故。 实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之流量比值控制系统。 比值控制系统可分为：开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系

6、统，变比值控制系统，串级和比值控制组合的系统等。如果系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环。与闭环控制系统相对。控制系统中，将输出量通过 开环控制系统的结构适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。系统的控制输入不受输出影响的控制系统。在开环控制系统中，不存在由输出端到输入端的反馈通路（见反馈控制系统）。因此，开环控制系统又称为无反馈控制系统。开环控制系统由控制器与被控对象组成。控制器通常具有功率放大的功能。同闭环控制系统相比，开环控制系统的结构要简单得多，同时也比较经济。 开环控制系统主要是用于增强型的系统。

7、闭环控制系统 由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，又称反馈控制系统。同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。控制器的选择电子式温度控制器介绍：电子式温度控制器（电阻式）是采用电阻感温的方法来测量的，

8、一般采用白金丝、铜丝、钨丝以及半导体（热敏电阻等）为测温电阻，这些电阻各有其优缺点。家用空调的传感器大都是以热敏电阻式。工作原理：电子式的通过热电偶、铂电阻等温度传感装置，把温度信号变换成电信号，通过单片机、PLC等电路控制继电器使得加热（或制冷）设备工作（或停止）。执行器的选择温度调节阀 用途与特点 自力式电控温度调节阀（适用于较大口径及导热油控制），该阀最大的特点只需普通220V电源，利用被调介质自身能量,直接对蒸汽、热水、热油与气体等介质的温度实行自动调节和控制，亦可使用在防止对过热或热交换场合，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，

9、因而广泛应用于化工、石油、食品、轻纺、宾馆与饭店等部门的热水供应。 结构与原理： 调节阀由主阀、智能执行器与传感器三部分组成，根据用户需要，分别有加热型与冷却型两种结构。 工作前主阀芯处于半开位置，传感器处于自然状态。接上电源，主阀芯全开。介质由箭头方向流入主阀体、经阀芯对储热箱进行加热。当温度升到相应设定值时，传感器即产生相应线性信号输入一体化智能执行机构，随即驱动阀杆、阀芯产生位移，关闭主阀芯停止加热。当温度低于设定值时，传感器即产生线性信号输入执行机构，驱动阀芯渐开，使介质按抛物线特性流入储热箱，进行加热直至设定值。这样被控介质始终在设定温度范围内被控制，从而达到控温目的。温度变送器选用

10、一体化温度变送器一般由测温探头（热电偶或热电阻传感器）和两线制固体电子单元组成。采用固体模块形式将测温探头直接安装在接线盒内，从而形成一体化的变送器。一体化温度变送器一般分为热电阻和热电偶型两种类型。 工作原理：热电阻温度变送器是由基准单元、R/V转换单元、线性电路、反接保护、限流保护、V/I转换单元等组成。测温热电阻信号转换放大后，再由线性电路对温度与电阻的非线性关系进行补偿，经V/I转换电路后输出一个与被测温度成线性关系的420mA的恒流信号。 热电偶温度变送器一般由基准源、冷端补偿、放大单元、线性化处理、V/I转换、断偶处理、反接保护、限流保护等电路单元组成。它是将热电偶产生的热电势经冷

11、端补偿放大后，再帽由线性电路消除热电势与温度的非线性误差，最后放大转换为420mA电流输出信号。为防止热电偶测量中由于电偶断丝而使控温失效造成事故，变送器中还设有断电保护电路。当热电偶断丝或接解不良时，变送器会输出最大值（28mA）以使仪表切断电源。 一体化温度变送器具有结构简单、节省引线、输出信号大、抗干扰能力强、线性好、显示仪表简单、固体模块抗震防潮、有反接保护和限流保护、工作可靠等优点。 一体化温度变送器的输出为统一的420mA信号；可与微机系统或其它常规仪表匹配使用。也可用户要求做成防爆型或防火型测量仪表。特点温度变送器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过

12、程温度参数的测量和控制。 带传感器的变送器通常由两部分组成：传感器和信号转换器。传感器主要是热电偶或热电阻；信号转换器主要由测量单元、信号处理和转换单元组成（由于工业用热电阻和热电偶分度表是标准化的，因此信号转换器作为独立产品时也称为变送器），有些变送器增加了显示单元，有些还具有现场总线功能。如图所示：变送器如果由两个用来测量温差的传感器组成，输出信号与温差之间有一给定的连续函数关系。故称为温度变送器。 变送器输出信号与温度变量之间有一给定的连续函数关系（通常为线性函数），早期生产的变送器其输出信号与温度传感器的电阻值（或电压值）之间呈线性函数关系。 标准化输出信号主要为0mA10mA和4mA20mA（或1V5V）的直流电信号。不排除具有特殊规定的其他标准化输出信号。 温度变送器按供电接线方式可分为两线制和四线制。 变送器有电动单元组合仪表系列的（DDZ-型、DDZ-型和DDZ-S型）和小型化模块式的，多功能智能型的。前者均不带传感器，后两类变送器可以方便的与热电偶或热电阻组成带传感器的变送器。智能型特点：超级的测量性能，用于压力、差压、液位、流量测量 数字精度：+（-）0.05% 模拟精度：+（-）0.75%+（-）0.