《《過程控制儀表》課程設計報告HPF脫硫工藝流程設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《《過程控制儀表》課程設計報告HPF脫硫工藝流程設計（46頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 《過程控制儀表》 課程設計報告 設計題目 HPF脫硫工藝流程設計 指導老師 設計者 專業(yè)班級 設計日期 2011年6月 目 錄 第一章 過程控制儀表課程設計的目的與意義 - 2 - 1.1課程目的 - 2 - 1.2 課程設計的基本要求 - 2 - 1.3 課程設計的地位及作用 - 2 - 第二章 課程設計實驗 - 2 - 2.1控制系統(tǒng)裝置(壓力控制系統(tǒng)) - 2 - 2.2

2、 控制系統(tǒng)的控制要求及PID參數(shù)整定方法 - 2 - 2.3 控制系統(tǒng)的實驗調(diào)試 - 2 - 第三章 HPF脫硫工藝流程系統(tǒng)設計 - 2 - 3.1 控制系統(tǒng)工藝流程 - 2 - 3.2 設計內(nèi)容及要求 - 2 - 第四章 系統(tǒng)設計構(gòu)思 - 2 - 4.1 設計思想 - 2 - 4.2 總體設計流程圖 - 2 - 4.3 硬件設計概要 - 2 - 4.4 硬件選型 - 2 - 第五章 軟件設計 - 2 - 5.1 軟件設計流程圖及其說明 - 2 - 第六章 系統(tǒng)調(diào)試中遇到的問題及解決方法 - 2 - 6.1 調(diào)試單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)時遇到的問題 - 2

3、 - 6.2 調(diào)試流量比值控制系統(tǒng)時遇到的問題 - 2 - 第七章 實驗心得 - 2 - 第一章 過程控制儀表課程設計的目的與意義 1.1課程目的 本課程設計是為《過程控制儀表》課程而開設的綜合實踐教學環(huán)節(jié)，是對《現(xiàn)代檢測技術(shù)》、《自動控制理論》、《過程控制儀表》、《計算機控制技術(shù)》等前期課堂學習內(nèi)容的綜合應用。其目的在于培養(yǎng)學生綜合運用理論知識來分析和解決實際問題的能力，使學生通過自己動手對一個工業(yè)過程控制對象進行儀表設計與選型，促進學生對儀表及其理論與設計的進一步認識。課程設計的主要任務是設計工業(yè)生產(chǎn)過程經(jīng)常遇到的壓力、流量、水位及溫度控制系統(tǒng)，使學生將理論與實踐有

4、機地結(jié)合起來，有效的鞏固與提高理論教學效果。 1.2 課程設計的基本要求 本課程設計主要是通過對典型工業(yè)生產(chǎn)過程中常見的典型工藝參數(shù)的測量方法、信號處理技術(shù)和控制系統(tǒng)的設計，掌握測控對象參數(shù)檢測方法、變送器的功能、測控通道技術(shù)、執(zhí)行器和調(diào)節(jié)閥的功能、過程控制儀表的PID控制參數(shù)整定方法，進一步加強對課堂理論知識的理解與綜合應用能力，進而提高學生解決實際工程問題的能力。基本要求如下: 1. 掌握變送器功能原理，能選擇合理的變送器類型型號； 2. 掌握執(zhí)行器、調(diào)節(jié)閥的功能原理，能選擇合理的器件類型型號； 3. 掌握PID調(diào)節(jié)器的功能原理，完成相應的壓力、流量、水位及溫度控制系統(tǒng)的

5、總體設計，并畫出控制系統(tǒng)的原理圖和系統(tǒng)主要程序框圖。 4． 通過對一個典型工業(yè)生產(chǎn)過程（如煤氣脫硫工藝過程）進行分析，并對其中的一個參數(shù)（如溫度、壓力、流量、水位）設計其控制系統(tǒng)。 1.3 課程設計的地位及作用 在工程建設中對系統(tǒng)的分析與設計是一個極為重要的環(huán)節(jié)，是工程項目實施的依據(jù)。課程設計就是以模擬工程實踐中的任務而進行的對學生綜合能力的考核。在實際的工程設計中，沒有一個成熟的工程設計思路，就不可能有一個良好的實施結(jié)果，甚至會導致工程項目的失敗。作為自動化專業(yè)的學生，除了要有堅實的理論基礎外，還必須掌握一些扎實的工程方面的知識，才能成為合格的自動化工程技術(shù)人員。通過此次的課程設計，讓

6、我們能建立起過程控制工程設計的概念，對過程控制工程設計有一整體的了解。特別是在老師的指導下，進行自控工程設計的訓練，使我們在畢業(yè)后走上工作崗位，如果在自控工程領域工作，可大大縮短熟悉的過程?？梢哉f自控工程設計是我們過控專業(yè)學生的一項基本功，今后無論從事本學科領域的哪方面工作，都是極為有用的。 課程設計是密切結(jié)合過程工業(yè)實際的實踐環(huán)節(jié)之一，是學習完《過程控制儀表》課程后進行的一次全面的綜合練習。其目的在于加深對過程控制工程設計思想的理解，掌握過程控制領域常用和有效的控制方案和控制系統(tǒng)，掌握過程工業(yè)典型操作單元的控制方案和系統(tǒng)特點；并接受嚴格和系統(tǒng)的實驗操作訓練，從而為以后的畢業(yè)環(huán)節(jié)工作和擔負實

7、際工程任務打下良好和堅實的基礎。 第二章 課程設計實驗 本次課程設計實驗是在液位、壓力、流量等系統(tǒng)中進行選擇，我們選擇的是壓力控制系統(tǒng)。 2.1控制系統(tǒng)裝置(壓力控制系統(tǒng)) 該裝置由三個互相串聯(lián)的不同大小的密閉壓力容器和針型閥、壓力及流量等檢測變送儀表組成，配套的儀表屏上安裝了控制、顯示等儀表,并配有帶連接信號插座孔的工藝模擬流程圖。工藝過程模擬流程圖如圖2.1所示 。 圖2.1 帶連接信號插座孔的壓力裝置工藝模擬流程圖 上圖2.1中，標有字母的方塊為各種儀表，○為各儀

8、表輸入、輸出信號的單線接插件的插座孔（＋，－插孔）。其中: C：控制器（調(diào)節(jié)器）。該裝置配有三個單回路調(diào)節(jié)器C1、C2和C3，控制 輸出信號為4~20mA，每個調(diào)節(jié)器設有三對插座孔（＋，－插孔）。其中:PV孔為測量值輸入，SV孔為外設定輸入或閥位反饋信號輸入，O孔為調(diào)節(jié)器輸出。 R：記錄儀為無紙3通道記錄儀，輸入信號4~20mA，其中R1孔為1號通道，R2孔為2號通道，R3孔為3號通道。每個通道有兩個插座孔，其中上孔（＋）接變送器來的信號，下孔（－）用來轉(zhuǎn)接到其他儀表作為輸入信號，注意不能接錯。 PT：壓力變送器。壓力變送器為LSYB，1號~3號輸入量程均為0~80KPa，變送輸出為

9、4~20mA。 VL：電子式電動調(diào)節(jié)閥為電子小流量調(diào)節(jié)閥，電動調(diào)節(jié)閥輸入4~20 mA電流信號，對應閥門輸出開度0~100%。 FT：流量計。流量計是一種為LGJ-6型的玻璃浮子流量計，輸入流量為0~3m3/h，無信號變送輸出，只有浮子指示。 V1~2和I1~2 ：兩路電壓/電流轉(zhuǎn)換器。其中V1為第1路電壓輸入信號端，I1 為第1路電流輸出信號端，V2為第2路電壓輸入信號端，I2 為第2路電流輸出信號端，O上孔（＋插孔）接電壓/電流轉(zhuǎn)換器來的正信號，下孔（－插孔）接電壓/電流轉(zhuǎn)換器來的負信號，不能接錯。 本裝置有三個檢測變量（1號氣罐、2號氣罐、3號氣罐罐內(nèi)壓力）， 可從中選擇一至二個

10、為被控變量。有兩個可控制的變量（兩個經(jīng)調(diào)節(jié)閥的壓縮空氣流量），一般，支路１流量作為操作變量通路，支路２則為擾動輸入通路。 在確定被控變量、操作變量、主要擾動和控制方案后， 只要在模擬控制流程圖上的插座孔進行不同的連接，就能方便、迅速地組成不同的控制回路。 2.2 控制系統(tǒng)的控制要求及PID參數(shù)整定方法 1. 控制系統(tǒng)的控制要求 (1)理解PID控制算法及P、I、D各參數(shù)的含義及作用； (2)用工程的方法（看曲線，調(diào)參數(shù)）整定調(diào)節(jié)器控制規(guī)律及PID參數(shù)，并觀察PID參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)、靜態(tài)性能的影響。 (3)測取流量過程控制系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)特性； 具體要求：超調(diào)量σ＜20%，調(diào)節(jié)時間

11、Ts≤100s，余差＜1% 2. PID參數(shù)整定一般原則 (1)PID調(diào)試方法一般原則: 在輸出不振蕩時，增大比例增益P。 在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)Ti。 在輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Td。 (2)PID控制器參數(shù)的工程整定,各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)以下可參照：壓力P:P=30~70%,T=24~180s 3. PID參數(shù)整定方法 (1)首先只整定比例部分。即將比例系數(shù)由小變大，并觀察相應的系統(tǒng)響應，知道得到反應快，超調(diào)小的響應曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小到允許范圍只內(nèi)，并且響應曲線已屬滿意，那么只須用比例調(diào)節(jié)器即可。 (2)如果在比例調(diào)節(jié)的基礎上系統(tǒng)的

12、靜差不能滿足設計要求，則須加入積分環(huán)節(jié)。整定時首先置積分時間TI為一較大值，并將經(jīng)第一步整定得到的比例系數(shù)略微縮小，然后減小積分時間，使在保持系統(tǒng)良好動態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。再次過程中，可根據(jù)響應曲線的好壞反復改變比例系數(shù)與積分時間，以期得到滿意的控制過程與整定參數(shù)。 (3)若使用比例積分調(diào)節(jié)器消除了靜差，但動態(tài)過程經(jīng)反復調(diào)整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)。在整定時，可先置微分時間TD為零。在第二步整定的基礎上，增大TD，同時相應的改變比例系數(shù)和積分時間，逐步湊試，以獲得滿意的調(diào)節(jié)效果和控制參數(shù)。 2.3 控制系統(tǒng)的實驗調(diào)試 1.壓力簡單閉環(huán)控制系統(tǒng) 通常該裝置可選擇1號罐（2號

13、或3號罐）壓力為被控變量，組成壓力簡單控制系統(tǒng)。如圖2.2~2.3為1號罐壓力簡單控制系統(tǒng)的帶控制點工藝流程圖和方塊圖。 圖2.2 1號氣罐壓力簡單控制系統(tǒng)的帶控制點工藝流程圖 在上圖2.2的壓力控制系統(tǒng)中，被控變量是1號氣罐罐內(nèi)壓力，設定值為50%（40Kpa），操作變量為支路1壓縮空氣流量，支路2則選作擾動輸入，擾動的加入位置F1、F2及F3，可以選擇控制截止閥開關。 圖2.3 1號氣罐壓力簡單控制系統(tǒng)方塊圖 根據(jù)圖2.2,按照實驗要求接線。確認無誤后接通電源，按照課本要求設置PID智能控制調(diào)節(jié)器控制參數(shù)（包括二級參數(shù)）。 （1）實驗數(shù)據(jù)及分析 ①只

14、引入比例控制器 圖2.4 只引入比例環(huán)節(jié)的響應曲線(P=100) 圖2.5 只引入比例環(huán)節(jié)的響應曲線（P=50） 由上兩圖可知，比例帶由大變小，比例系數(shù)由小變大時，系統(tǒng)靜差減小。但是單純的引入比例控制器，盡管靜差在減小，仍不能符合實驗的要求，并且比例系數(shù)增大的同時，誤差減小但并不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而且過大的比例系數(shù)會帶來振蕩，故根據(jù)實驗曲線P調(diào)節(jié)到50。 ②引入比例積分控制器 圖2.6 引入比例積分環(huán)節(jié)的響應曲線 引入適當?shù)姆e分環(huán)節(jié)后，由上圖可明顯看出，靜態(tài)誤差基本已消除，這也是積分環(huán)節(jié)的最大作用。在單純比例環(huán)節(jié)的基礎上，又進一步的調(diào)節(jié)比例帶P值，在不影響響應時

15、間的基礎上，使得系統(tǒng)響應曲線的振蕩減小。同時，為了使得調(diào)節(jié)時間能夠滿足實驗要求，經(jīng)過反復的調(diào)節(jié)，最后整定在P=42, I=15。（控制周期T=1S） 53.8 85 48.4 圖2.7 引入比例積分微分環(huán)節(jié)的響應曲線 由圖可知，引入微分環(huán)節(jié)后，曲線并沒有太多變化，反而在某些時候的擾動讓系統(tǒng)不穩(wěn)定起來，抗干擾能力減弱，故最后沒有引入微分環(huán)節(jié)。 （2）實驗小結(jié) 經(jīng)過調(diào)節(jié)，最終PID整定為P=42,D=25,D=0,T0=2 由圖2.7可知： 超調(diào)量=（53.8-48)\48*100%=12.1%; 調(diào)節(jié)時間為85s; 穩(wěn)態(tài)誤差=(48.4-48)\48*10

16、0%=0.83%. 2.壓力串級控制系統(tǒng) 主變量為3號氣缸壓力，副變量為1號氣缸壓力的壓力串級控制系統(tǒng)，為了提高控制質(zhì)量，選擇3號氣缸壓力為主被控變量，1號氣缸壓力為副被控變量的串級控制方案，把支路1通道的閥前壓力波動和F1擾動納入副回路。其帶控制點的工藝流程圖和方塊圖如圖3.8~3.9所示。 圖2.8 3號罐壓力簡單控制系統(tǒng)的帶控制點工藝流程圖 圖2.9 3號氣缸壓力串級控制系統(tǒng)的方塊圖 （1）.實驗數(shù)據(jù)及分析 ①主回路參數(shù)整定 圖2.10 串級控制主回路參數(shù)整定 先將主副回路的參數(shù)都設定為單閉環(huán)的參數(shù)（P=42，I=15，D=0）。根據(jù)串級控制的特點，主回路

17、的參數(shù)整定與單閉環(huán)實驗類似，不需要較大的改變?？梢娨肓烁被芈泛?，整個系統(tǒng)在抑制擾動方面的能力有了很大的提升。但副回路參數(shù)的整定尚未進行，使得整個系統(tǒng)的超調(diào)量及穩(wěn)態(tài)誤差都比較大，并且調(diào)節(jié)時間明顯增長了。 ②副回路參數(shù)整定 54.5 120 48.8 圖2.11 串級控制副回路參數(shù)整定 由圖可知，在對副回路進行參數(shù)整定后，其性能有了明顯的改善。特別是在抗干擾上。同時，系統(tǒng)的響應速度、超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差等都比較滿意。 (2)實驗小結(jié) 最終PID整定為: 主回路:P=42,I=15,D=0,T0=2 副回路:P=70,I=20,D=0,T0=2 由圖2.11可知： 超調(diào)

18、量=（54.5-48)\48*100%=13.5%; 調(diào)節(jié)時間為120s; 穩(wěn)態(tài)誤差=(48.8-48)\48*100%=1.67%. 本次實驗是在單閉環(huán)實驗的基礎上進行的，由于在時間上的連續(xù)，因此在儀器的熟悉及使用與PID的調(diào)節(jié)上有一定鞏固效果。 但此次實驗中遇到了不少的困難。剛開始調(diào)節(jié)時，不知道原理，主副調(diào)節(jié)器儀器一起調(diào)節(jié)，以至于調(diào)節(jié)了很久都沒有消除曲線的振蕩，后來經(jīng)過吳老師的指導，才開始一級一級的逐個調(diào)節(jié)。還有就是參數(shù)設置上，開始的時候只是從低到高的改變控制值（即40KPa到48KPa），沒有注意到從高到底的改變情況，使得在調(diào)節(jié)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)一會穩(wěn)定一會振蕩十分厲害的

19、情況。最主要的問題還是在PID數(shù)值整定上，開始一直在增加比例帶，但是每次在調(diào)節(jié)完主副回路的比例帶后，都發(fā)現(xiàn)靜差不能很好的滿足要求，并且系統(tǒng)非常不穩(wěn)定，而在調(diào)節(jié)積分環(huán)節(jié)的時候，盡管使靜差滿足了要求，但是調(diào)節(jié)時間卻大大超過了控制的要求。所以在協(xié)調(diào)兩者上花費了很多的時間，最后才基本接近要求，但是超調(diào)時間和靜差都沒有符合控制要求。 第三章 HPF脫硫工藝流程系統(tǒng)設計 3.1 控制系統(tǒng)工藝流程 HPF法脫硫是國內(nèi)新開發(fā)的技術(shù),它是以氨為堿源液相催化氧化脫硫新工藝,采用的催化劑HPF是一種復合催化劑,它對脫硫和

20、再生過程均有催化作用。所產(chǎn)廢液完全可以回兌到煉焦煤中,從而大大簡化了工藝流程。脫硫、脫氰效率較高,一般可達到塔后煤氣含H2S≤100mg/m3，含HCN≤300mg/m3。 HPF法脫硫的工藝流程是:鼓風機后的煤氣進入預冷塔與塔頂噴灑的冷卻水逆向接觸,被冷卻為30℃，冷卻水從塔下部用泵抽出,送外冷器被低溫水冷至28℃送回塔頂循環(huán)噴灑。采取部分剩余氨水更新循環(huán)冷卻水,多余循環(huán)水返回機械化氨水澄清槽。 預冷后的焦爐煤氣經(jīng)過兩臺并聯(lián)的脫硫塔,從塔頂噴淋脫硫液以吸收煤氣中的H2S、HCN(同時吸收氨,以補充脫硫脫氰過程中消耗的氨)。脫H2S后的煤氣送入洗滌工段。 兩臺并聯(lián)的脫硫塔都有自己獨立的再

21、生系統(tǒng)，吸收了H2S、HCN的溶液從塔溜出，經(jīng)液封槽進入各自獨立的反應槽，再經(jīng)溶液循環(huán)泵送入再生塔。同時由空氣壓縮機送來的壓縮空氣鼓入再生塔底部,溶液在塔內(nèi)即得到再生。再生后溶液經(jīng)液位調(diào)節(jié)器返回各自對應的脫硫塔循環(huán)使用。 浮于再生塔頂?shù)牧蚺菽梦徊盍魅肱菽?硫泡沫經(jīng)泡沫泵送入戈爾膜過濾器分離,清液流入反應槽,硫膏經(jīng)壓縮空氣壓榨成硫餅裝袋外銷。為避免脫硫液鹽類積累影響脫硫效果,排出少量廢液送往配煤。 脫硫工藝的流程如圖3.1所示。圖中L表示液位；P表示壓力；T表示溫度；F表示流量；I表示指示；C表示控制；V表示閥門；Q表示累計。 圖3.1 HPF脫硫工藝流程流程圖 3.

22、2 設計內(nèi)容及要求 1）了解系統(tǒng)脫硫工藝以及要求。 2）了解流量控制系統(tǒng)對于整個系統(tǒng)的作用。 3）循環(huán)上水的流量范圍在800~1000m3/h，精度要求為5%。 4）抽水高度（即預冷塔高度）約20m。 第四章 系統(tǒng)設計構(gòu)思 4.1 設計思想 設計的關鍵在于循環(huán)水的抽送、流量的檢測和控制，分別可以通過選擇合適的工業(yè)水泵、流量計、無紙記錄儀和流量積分演算智能調(diào)節(jié)器、電動調(diào)節(jié)閥完成相關功能。 另外，假設氨水與循環(huán)上水的流量比值有固定要求，可增加比值器實現(xiàn)流量比值控制。設循環(huán)上水的流量為主控量Q1，氨水的流量給定則為Q2s=Q1*K，二者的配比為氨

23、水：循環(huán)上水=K：1，則可用實驗中的流量比值控制系統(tǒng)實現(xiàn)該控制環(huán)節(jié)。 4.2 總體設計流程圖 循環(huán)上水給定量Q1s 偏差Q1i 調(diào)節(jié)器FC1 調(diào)節(jié)閥VL1 循環(huán)上水 流量檢測及變送器FT1 反饋Q1f + — Q1 比值器 K + 調(diào)節(jié)器FC2 調(diào)節(jié)閥VL2 氨 水 Q2 流量檢測及變送器FT1 - 圖4.1 雙閉環(huán)比值控制方塊流程圖 4.3 硬件設計概要 硬件設計主要是智能調(diào)節(jié)器的設計，可采用單片機做實時監(jiān)控芯片，結(jié)合外圍電路實現(xiàn)流量信號的變換、采集、PID運算與控制輸出等功能。為了能實時調(diào)整PID參數(shù)，需增加鍵盤掃描電路；為

24、了顯示PID參數(shù)和流量的大小，需增加顯示模塊。 4.4 硬件選型 4.4.1 智能調(diào)節(jié)器的自行設計 I/V轉(zhuǎn)換可用OP07構(gòu)成的比例放大器實現(xiàn)。由于ADC0809的轉(zhuǎn)換速度只有幾十微妙，相對流量的變化時間很小，可以不要保持器。而ADC0809與DAC0832都是八位的轉(zhuǎn)換器件，理論上的控制精度可達到1/255*100%=0.4%，足以滿足流量控制的精度要求。V/I轉(zhuǎn)換可用RCV420轉(zhuǎn)換器。 單片機選擇STC89C52一是CMOS工藝的單片機功耗較低；二是價格便宜；再者內(nèi)部程序存儲器有8KB的FLASH ROM，能滿足絕大部分工控過程實時監(jiān)控程序的燒寫需求。 顯示部分用LCD，采用

25、長沙太陽人電子的SMC1602a字符型液晶顯示器。 鍵盤掃描可用8279加4*4矩陣鍵盤以中斷方式實現(xiàn)。 4.4.2 智能調(diào)節(jié)器選型 4.4.1的部分可以用虹潤的HR-WP-XLS80智能調(diào)節(jié)器代替，其參數(shù)如下 ①輸入信號：模 擬 量 熱電偶：B、E、J、K、S、T、WRe3-25、F2 電阻：Pt100、Pt100.1、Cu50、Cu100、BA1、BA2 電流 0～10mA、4～20mA、0～20mA，輸入阻抗≦250Ω 電壓 0～5V、1～5V 波 形 矩形、正弦或三角波 幅度 光電隔離

26、，大于4V（或根據(jù)用戶要求任定） 頻 率 0～10KHz（或根據(jù)用戶要求任定） ②輸出信號： 模擬量輸出DC 0～10mA（負載電阻≤750Ω） DC 4～20mA（負載電阻≤500Ω） DC 0～5V（負載電阻≥250KΩ） DC 1～5V（負載電阻≥250KΩ） 報警輸出 繼電器控制輸出－－繼電器ON/OFF帶回差。AC220V/3A，DC24V/6A （阻性負載） 通訊輸出 光電隔離，RS-485/RS-232C接口，波特率1200～9600bps可設置， 采用標準MODBUS RTU通信協(xié)議 饋電輸出 DC241V，負

27、載電流≤30mA ③精度： 測量顯示精度 0.5%FS或0.2%FS 頻率轉(zhuǎn)換精度 1脈沖（LMS）一般優(yōu)于0.2% ④顯示方式： 0～99999瞬時流量測量值顯示 0～99999999999累積值顯示 -19999～99999溫度補償測量值顯示 -19999～99999壓力補償測量值顯示 -19999～99999流量（差壓、頻率）測量值顯示 高亮度LED（數(shù)碼管）測量顯示 發(fā)光二極管工作狀態(tài)顯示 ⑤設定方式： 面板輕觸式按鍵數(shù)字設定 參數(shù)設定值斷電后永久保存 參數(shù)設定值密碼鎖定 ⑥保護方式： 斷電后流量累積值時間保持大于兩年，設定參

28、數(shù)永久性保持 電源欠壓自動復位 工作異常自動復位（Watch Dog） ⑦使用環(huán)境： 環(huán)境溫度 0～50℃ 相對濕度 ≤85%RH 避免強腐蝕性氣體 ⑧工作電源： 常規(guī)型 AC220V%（50Hz2Hz，線性電源） 特殊型 AC90V～265V－－開關電源 DC24V2V－－開關電源 ⑨功 耗： ≤6W（AC220V線性電源供電） ≤6W（AC90～265V開關電源供電） ≤6W（DC24V電源供電） ⑩重 量： 500g(AC220V供電) 300g(開關電源) 4.4.3電動調(diào)節(jié)閥選型 采用湖南力升信息設備有限公司的LSDZ-5

29、0電動調(diào)節(jié)機構(gòu)，技術(shù)指標如下 出軸力矩(N.m)：50 動作范圍：0~360 動作時間（S）:20 驅(qū)動電機（W）:10 控制電路選項:4-20mA輸入 位置輸出：4-20mA直流 動力電源：220VAC 50Hz 精度：定位精度：0.5%，位置反饋精度：0.5% 環(huán)境溫度：-25~+55℃ 重量：2Kg 4.4.4流量計選型 采用北京尺度方圓傳感器有限公司的LWGY-250A05S，技術(shù)指標如下 精度： 0.5%R 口徑： 250mm, 標準量程120—1200m3/h 重復性： 0.05%～0.2% 4.4.5比值器選型 采用虹潤的HR-WP-XQ

30、S80，技術(shù)指標如下 ① 性: 顯示方式：以雙排四位LED顯示第一路測量值（PV1）和第二路測量值（PV2），以紅色/綠色光柱進行兩路測量值百分比的模擬顯示。 顯示范圍：-1999～9999字。 測量精度：0.2%FS或0.5%FS；0.1%FS（需特殊訂制）。 分 辨 率：1字。 報警方式：1-4個報警點控制（1AL、2AL、3AL、4AL）LED指示。 報警精度：1字。 保護方式：輸入回路斷線、輸入信號超/欠量程報警；輸入回路斷線變送輸出保 持、最大、最小可選。 設定方式：面板輕觸式按鍵數(shù)字設定，設定值斷電永久保存。 ②運算模型 加減運算：S0=AS1BS2

31、 公式4.1 乘法運算：S0=AS1BS2 公式4.2 除法運算：S0=AS1BS2 公式4.3 計算精度：0.5%FS1字或0.2%FS1字 運算周期：0.4秒 注：S0—輸出信號； S1、S2—輸入信號；A、B—系數(shù) ③輸入信號 熱 電 偶： K、E、S、B、J、T、R、Wre3-25；冷端溫度自動補償范圍0～50℃，補償準確度1℃。 熱 電 阻：Pt100、Cu100、Cu50、BA2、BA1；引線電阻補償范圍≤15Ω。 線性電阻

32、：0～400Ω 遠傳電阻：30～350Ω（遠傳壓力表）。 直流電壓：0～20mV、0～100mV、0～5V、1～5V、0～5V開方、1～5V開方、-5～5V；-10V～10V、0～10V(訂貨時需指定，與其他信號不兼容)。 直流電流：0～10mA、4～20mA 、0～20mA、0～10mA開方、4～20mA開方。 輸入阻抗：電壓信號Ri≥500KΩ。 ④輸出信號 輸出精度：同測量精度。 電流信號：DC 4～20mA，負載電阻R≤500Ω；DC 0～10mA，負載電阻R≤750Ω。 電壓信號：DC 0～5V；DC 1～5V，負載電阻R≥250KΩ，否則不保證連接外部儀表后的輸出

33、準確度。 報警輸出：繼電器控制輸出─繼電器ON/OFF帶回差，觸點容量---AC220V/1A； DC24V/3A （阻性負載） 通訊輸出：波特率─2400、4800、9600bps內(nèi)部自由設定，采用MODBUS RTU 通訊協(xié)議。 配電輸出：DC241V，負載電流 ≤30mA。 ⑤使用環(huán)境 環(huán)境溫度：-10～55℃；環(huán)境濕度：10～90%RH。 耐壓強度：輸入/輸出/電源/通訊相互之間 （1000V.AC/分鐘）。 絕緣阻抗：輸入/輸出/電源/通訊相互之間 ≥100MΩ。 交流電源：90～265V（開關電源），頻率：50Hz/60Hz 直流電源：24V2V（開關

34、電源）。 功耗：<5W。 4.4.6無紙記錄儀選型 采用虹潤的HR-SSR單色無紙記錄儀，技術(shù)指標如下 顯示器：采用160*128點陣、高亮度黃底黑字液晶屏，LED背光、畫面清晰； 基本誤差：0.2%F.S 輸入規(guī)格： 全隔離萬能輸入 1～8通道信號輸入，通道間全隔離，隔離電壓大于400 輸入阻抗： 電流：250Ω，電壓>1MΩ； 熱電阻：要求三線電阻平衡，引線電阻<10Ω。 電 壓：(0～5)V、(1～5)V、mV信號； 電 流：(0～10)mA、(4～20)mA； 熱電阻： PT100、Cu50、BA1、BA2； 熱電偶：S、B、K、T、E、J、R、N；

35、 表4.1 HR-SSR萬能輸入量程表 輸入類型 量程范圍 　 輸入類型 量程范圍 Ⅱ型：0~10mA，0~5V -9999~19999 　 熱 電 偶 B型 500~1800℃ Ⅲ型：4~20mA，1~5V -9999~19999 　 S型 -100~1600℃ 20mV 0~20mV 　 K型 -100~1300℃ 100mV 0~100mV 　 E型 -100~1000℃ 熱 電 阻 Cu50 -50~140℃ 　 J型 -100~1000℃ BA1 -100℃～600℃ R型

36、 -50℃～1600℃ BA2 -100℃～600℃ N型 -200℃～1300℃ Pt100 -200~650℃ 　 T型 -100~380℃ 電阻0~350Ω -9999~19999 　 　 　 　 傳感器配電 24VDC； 輸出規(guī)格： 模擬輸出 4-20mA輸出； 12路可組態(tài)繼電器觸點輸出：觸點容量為3A、250VAC（阻性負載）； 報警輸出 上上限、上限、下限、下下限； 補償運算： 蒸汽……… 根據(jù)IFC67公式計算蒸汽密度補償飽和蒸汽與過熱蒸汽的質(zhì)量流量或熱流量。 一般氣體……溫度、壓力補償測量標準體積流量。 天然氣…

37、……溫度、壓力補償測量標準體積流量。 液體 ……… 溫度補償測量標準體積流量或質(zhì)量流量。 補償范圍：蒸汽 壓力 0.1～4.5MPa 溫度 100～500℃ 密度 0.1～100Kg/m3 比焓 2508～3224KJ/Kg 一般氣體 壓力 0～60MPa 溫度 -100～500℃ 液體 溫度 －100～500℃ 累積范圍： 0～99999999 通訊、打印：通訊接口：RS232C或RS485 波特率：1200、2400、9600、57600 打印接口：RS232C直接連接微型打印機 記錄時間：記錄間隔：1、2、5、10、15、30、60、120

38、、240秒可選。 記錄長度：八筆記錄，72小時/筆 （記錄間隔1秒）～720天/筆（記錄間隔4分）。記錄間隔可根據(jù)對象的不同而不同：對于變化緩慢的信號如溫度，其記錄間隔可取得大些，如 30 秒；而對于變化比較快的信號如流量，其記錄間隔可取 1～5 秒；其他如液位信號，其記錄間隔可取1～10秒。 數(shù)據(jù)備份和轉(zhuǎn)存： 128M、256M 、512M、1G U盤可選 熱電偶冷端補償誤差： 1℃ 斷電保護時間： 內(nèi)置FLASH存儲器保護參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，斷電后可永久保存。集成硬件時鐘，掉電后也能準確運行。 時鐘誤差： 1分/月 供電電源： 開關電源 85VAC～265VAC，

39、50Hz5% 環(huán)境溫度： 0～50℃ 環(huán)境濕度： 0～85%RH 4.4.7水泵選型 采用威樂山姆遜(北京)水泵系統(tǒng)有限公司的立式單級管道泵 IL，技術(shù)指標如下： 流量范圍: 900m3/h 壓力范圍: 最大揚程：85m 功率范圍: 0.25kw至200kw 說明：需用兩臺泵并聯(lián)抽水。 第五章 軟件設計 5.1 軟件設計流程圖及其說明 5.1.1主函數(shù) 8279初始化 LCD初始化 定時/計數(shù)器T0初始化 顯示PV、SV值 等待中斷 中斷方式初始化 圖5.1 智能調(diào)節(jié)器（主函數(shù)流程圖設計） 開始 說明：8279工作于二鍵鎖定

40、、編碼方式；T0工作于定時方式1；PID參數(shù)的設置由鍵盤中斷完成；PID運算過程和輸出控制由T0中斷完成；PV值為當前流量，SV為給定量。 5.1.2 鍵盤中斷函數(shù) 鍵值處理 調(diào)用相應的參數(shù)修改函數(shù) 圖5.2 讀鍵值修改PID參數(shù)中斷函數(shù) 讀8279回送鍵值 中斷開始 中斷返回 5.1.3 定時器T0中斷函數(shù) 啟動A/D轉(zhuǎn)換獲取當前流量 調(diào)用積分分離PID函數(shù) 完成控制輸出 更新PV顯示值 更新定時初值，啟動下一次定時 圖5.3 定時器T0采樣中斷流程圖 中斷開始 中斷返回 5.1.4 LCD顯示函數(shù) 清當前LCD顯示內(nèi)容 顯示SV、P

41、V值 圖5.4 LCD顯示函數(shù)流程圖 中斷開始 中斷返回 中斷開始 5.1.5 參數(shù)（P、Ti、Td、A、Ts）設置函數(shù) 清當前LCD顯示內(nèi)容 顯示當前設置參數(shù)類型 讀鍵值（0~9） 確認鍵？ 數(shù)據(jù)長度超限？ 將鍵值賦給相應位 更新當前設置參數(shù) Y Y N N 圖5.5 PID參數(shù)設置函數(shù)流程圖 子函數(shù)返回 第六章 系統(tǒng)調(diào)試中遇到的問題及解決方法 6.1 調(diào)試單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)時遇到的問題 6.1.1 閥門開度100%，流量最大值才150L/h 我首先想到的是量程范圍是否設置錯誤了，于是檢查了一次智能調(diào)節(jié)器的二級參數(shù)

42、，結(jié)果沒找出錯誤。于是很冒昧地請了吳老師幫忙，結(jié)果是分流開關被我開的過大導致主回路的流量過小，把分流開關關小就可以提高主回路的流量值了。我完全忘了那是分流開關，只好乖乖接受吳老師的批評教育了。 6.1.2無紙記錄儀顯示反饋流量振蕩 200 圖6.1 比例帶過小 300 y (L/h) y (L/h) t t 圖6.2 比例帶適中 150s 200 解決方法——增大比例帶P，由200調(diào)到了800，反饋流量最終能穩(wěn)定在給定值200L/h附近，此時調(diào)節(jié)時間（由振蕩到穩(wěn)定在給定值%5）為150s，未達到控制要求。 6.1.3 調(diào)節(jié)時間過大 解決方法：減小積分時間

43、Ti，由30s減小到22.5s，調(diào)節(jié)時間減少到100s左右。然后增加微分時間Td，由0增加到0.5s，可使調(diào)節(jié)時間小于90s，達到控制要求。同時，從無紙記錄儀上觀察到流量過渡曲線（在給定值200與給定值300之間）超調(diào)小于5%，穩(wěn)態(tài)誤差也小于5%，各項指標達到控制要求。 之后又多試了幾組參數(shù)，最終得到較為理想的一組參數(shù)如下: 比例帶P=620，積分時間Ti=22.5s，微分時間Td=0.5s，運算周期To=2s。 對應流量控制指標為：從200L/h到300L/h，調(diào)節(jié)時間為80s，無超調(diào)，穩(wěn)態(tài)誤差2%。 6.2 調(diào)試流量比值控制系統(tǒng)時遇到的問題 6.2.1 不了解比值器的連線方式

44、實驗時第一次接觸比值器，雖然知道X、Y是輸入，Z是輸出，但不知道面板上標的X、Y、Z該怎么連線，問搭檔和周圍的同學沒人知道，看實驗指導書也沒有介紹怎么接線，因為怕接錯了把儀表燒壞，所以求吳老師指導。在吳老師的細心指導下我了解了比值器中的信號為直流電流信號，所以無論輸入或者輸出都要串聯(lián)連接。而且由公式4.1、公式4.2、公式4.3可知比值器應工作在運算方式2（即加法運算，公式4.1），比例因子A即為流量比值K，比例因子B置0。 6.2.2 副回路流量為0，與給定200L/h有明顯偏差，但調(diào)節(jié)器無輸出 “有偏差就肯定有控制輸出”，本著這個想法，我懷疑是不是接線有問題，于是檢查了一次接線，可

45、是沒發(fā)現(xiàn)錯誤。接著我想到了輸出是有的，可能極性反了，即調(diào)節(jié)器的正反作用設置有誤。結(jié)果一查二級參數(shù)，調(diào)節(jié)器工作在正作用方式下，將其改為反作用方式后電動調(diào)節(jié)閥立刻產(chǎn)生動作，流量迅速提升。 6.2.3 調(diào)節(jié)器2的比例帶已經(jīng)調(diào)到999.9最大值，副回路流量仍然振蕩 200 圖6.3 副回路Td=1的響應曲線 300 y (L/h) y (L/h) t t 120s 200 圖6.3 副回路Td=0的響應曲線 這完全可以肯定振蕩與比例帶無關，可以考慮調(diào)節(jié)積分時間和微分時間。先去掉FC2的微分作用，使Td=0，觀察無紙記錄儀發(fā)現(xiàn)副回路流量不再振蕩。 6.2.4 主回路

46、已穩(wěn)定，改變比例K時副回路的過渡時間（2分鐘）太長 圖6.5 副回路Ti=15s的響應曲線 300 y (L/h) y (L/h) t t 200 圖6.6 副回路Ti=7.5s的響應曲線 300 200 120s 70s 0s 0s 要使副回路響應加快首先可以調(diào)節(jié)FC2的比例帶P，可是調(diào)小了容易振蕩，調(diào)大了對減少調(diào)節(jié)時間的作用不明顯。于是將FC2的比例帶固定在680，減小積分時間Ti，使Ti=7.5s，結(jié)果可使調(diào)節(jié)時間減少到70s。 最后多試了幾組參數(shù)，最佳的參數(shù)如下 主回路保持單閉環(huán)實驗的參數(shù)不變，副回路調(diào)節(jié)器FC2的比例帶P=680，積分時間Ti

47、=7.5s，微分時間Td=0，運算周期To=2s,積分分離值AT=100。 可得控制指標為 ①主回路Q1穩(wěn)定，改變比值K：副回路的調(diào)節(jié)時間為80S，無超調(diào)，穩(wěn)態(tài)誤差2% ②比值K確定，主回路Q1隨給定Qs改變：主回路Q1的過渡時間為75s，無超調(diào)，穩(wěn)態(tài)誤差小于5%。副回路調(diào)節(jié)時間約90s（即主被控量Q1穩(wěn)定后Q2經(jīng)15秒左右穩(wěn)定），無超調(diào)，穩(wěn)態(tài)誤差約2%。 以上指標完全符合流量比值控制系統(tǒng)要求。 第七章 實驗心得 課程設計是對整個課程的最終的考核，也是對課程當中所學內(nèi)容的綜合應用，由于《過程控制儀表》課程是一門綜合性課程，其內(nèi)容涉及到對工業(yè)系統(tǒng)的各方

48、面的管理和應用，因此在其課程設計當中，也涉及到其它課程當中的很多相關內(nèi)容，如《微型計算機控制技術(shù)》、《現(xiàn)代檢測技術(shù)》、《自動控制理論》以及匯編編程的內(nèi)容。 此設計采用雙回路控制系統(tǒng)，方案簡單、并且在設計中采用了智能儀表能夠更好的適應環(huán)境變化對于控制系統(tǒng)的要求。在整個課程設計過程中，我切實感受到一句話——“實踐出真知”的分量。有些東西是教堂上的課本沒有的——或者根本找不到，或者沒有現(xiàn)成的例子，這就要綜合自己所學的知識技能再加上臨時的補充去解決這些問題。比如HPF脫硫工藝，我剛開始看到那流程圖時頭都大了，盡是些沒接觸過的東西，心里很是抗拒?？墒切睦镞€是很想做好這次課程設計，于是硬著頭皮把說明的文

49、字對著圖看了好幾遍，最后弄明白了整個工藝流程，并提取出需要我設計的流量控制部分。 在編寫軟件和實驗調(diào)試時都遇到了不少問題，或是查閱相關資料，或是求助同學和老師，最終能按時按質(zhì)地完成本次課程設計的任務，在此想對幫助我、指導我的老師和同學說聲由衷的感謝。 隨著知識的深入也隨著學齡的增加，發(fā)現(xiàn)知識的積累已經(jīng)可以幫助我們解決一些生產(chǎn)中遇到的問題，在本次課程設計中逐步領悟到了控制類學生需要在將來工業(yè)發(fā)展中所需要的努力，希望大學所學的知識可以為自動化事業(yè)做出自己的貢獻！ 附錄1 #include"reg52.h" #include"absacc.h" #includ

50、e"math.h" #include"intrins.h" #include"string.h" #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /*****************8279地址*****************/ #define M8279_CON XBYTE[0xF9FF] #define M8279_DATA XBYTE[0XF8FF] /***************AD0809地址***************/ #define STARTAD XBYTE[0x7fff] #d

51、efine ADRESULT XBYTE[0x7fff] sbit ADBUSY=P3^3; /*************液晶控制位定義***************/ sbit LCD_RS = P2^4; sbit LCD_RW = P2^3; sbit LCD_EN = P2^2; uchar data tabArryP[4]={"300"}; //比例帶范圍為1~1000 uchar data tabArryI[3]={"50"}; //積分時間范圍為1~120s uchar data t

52、abArryD[3]={"1"}; //微分時間范圍為0~120s uchar data tabArryTs[2]={"10"}; //采樣周期1~50ms uchar data tabArryA[3]={"100"}; //積分分離值0%~100% uchar data tabArryQ0[4]={"800"}; //給定值800~1000 uchar data tabArryCurrentQ[3]={"0"}; uint data Ts,Td,Ti,PP,SetQ0,CurrentQ; float data En,En_1,En_2,AT,Kd,

53、Ki,Kp,pp,pd,pi,pn,pn_1; float data SetQ,CurrentQ0; uchar AD0809() //AD轉(zhuǎn)換程序 { uchar result; STARTAD=0; while(ADBUSY==1); while(ADBUSY==0); result=ADRESULT; return(result); } void PID_Init() //PID系數(shù)初始化,無符號字符型轉(zhuǎn)化為浮點型 { uint i,j; i=strlen(tabArryA);

54、 AT=0; for(j=0;j

55、PID_Init(); pp=Kp*(En-En_1); pi=Ki*En; pd=Kd*(En-2*En_1+En_2); if(abs(En)>AT) //誤差超過積分分離值A則去掉積分作用 {pn=pn_1+pp+pd; } else {pn=pn_1+pp+pd+pi;} if(pn>1) pn=1; //輸出限幅 if(pn<0) pn=0; En=En_1; En_1=En_2; pn_1=pn; PID_result=pn*0xff; return PID_result; }

56、 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) //延遲程序 { int i; while(ms--) { for(i = 0; i< 250; i++) {

57、 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } } } /*檢查LCD忙狀態(tài)*****************************************************/ /*lcd_busy為1時，忙，等待。lcd-busy為0時,閑，可寫指令與數(shù)據(jù)*********/ bit lcd_busy() { bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1;

58、 LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); result = (bit)(P0&0x80); LCD_EN = 0; return result; } /*寫指令數(shù)據(jù)到LCD **************************************************/ /*RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼。 *****************************/ void lcd_wcmd(uchar cmd)

59、 { while(lcd_busy()); LCD_RS = 0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; _nop_(); _nop_(); P0 = cmd; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 0; }

60、 /*寫顯示數(shù)據(jù)到LCD ***********************************************/ /*RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數(shù)據(jù)。********************************/ void lcd_wdat(uchar dat) { while(lcd_busy()); LCD_RS = 1; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; P0 = dat; _nop_(); _nop_(

61、); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); LCD_EN = 0; } /****設定顯示位置 **************************************************/ void lcd_pos(uchar pos) { lcd_wcmd(pos|0x80); //數(shù)據(jù)指針=80+地址變量 }

62、 /** LCD初始化設定 ************************************************/ void lcd_init() { lcd_wcmd(0x38); //16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù) delay(5); lcd_wcmd(0x38); delay(5); lcd_wcmd(0x38); delay(5); lcd_wcmd(0x0f); //

63、顯示開，開光標 delay(5); lcd_wcmd(0x06); //移動光標 delay(5); lcd_wcmd(0x01); //清除LCD的顯示內(nèi)容 delay(5); } void SETP() //設定比例帶P {uchar ch; int i,j; lcd_wcmd(0x06); lcd_pos(0); lcd_wdat(P); //顯示當前比例帶 l

64、cd_wdat(=); i=0; while(tabArryP[i]==0x30) i++; while(tabArryP[i] != \0) { lcd_wdat(tabArryP[i]); i++; } i=0; lcd_pos(2); while((ch!=0x17)&&(i!=4)) {if(P3^2!=1) {M8279_CON=0x40; //讀數(shù)字 ch=M8279_DATA; ch=ch&0x3f; switch(ch) {case 0x04:{tabA

65、rryP[i]=0x31;lcd_wdat(1);break;} case 0x0c:{tabArryP[i]=0x32;lcd_wdat(2);break;} case 0x14:{tabArryP[i]=0x33;lcd_wdat(3);break;} case 0x05:{tabArryP[i]=0x34;lcd_wdat(4);break;} case 0x0d:{tabArryP[i]=0x35;lcd_wdat(5);break;} case 0x15:{tabArryP[i]=0x36;lcd_wdat(6);break;} case 0x06:{tabArryP[i]=0x37;lcd_wdat(7);break;} case 0x0e:{tabArryP[i]=0x38;lcd_wdat(8);break;} case 0x16:{tabArryP[i]=0x39;lcd_wdat(9);break;} case 0x0f:{tabArryP[i]=0x30;lcd_wdat(0);break;} default:break; } i++; } } i=strle