乳液干燥控制系统课程设计详解Word下载.docx

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根据生产工艺，水分含量与干燥温度密切相关。

考虑到一般情况下的测量水分的仪表精度较低，故选用间接参数，即干燥的温度为被控参数，水分与温度一一对应，将温度控制在一定数值上。

2）控制参数的选择

经过对装置的分析，可知影响干燥器温度的因素有乳液流量，旁路空气流量，和加热蒸汽流量。

选其中任意变量都可作为控制参数，均可构成温度控制系统。

但并不是每个变量都是最优的选择，为此根据调节阀1，2，3的位置分别画出了其各自的系统框图，对其进行近一步的分析一边选取最优的方案。

（1）首先对图2进行分析可知，乳液直接进入干燥器，控制通道的滞后最小，对被控温度的校正作用最灵敏，而且干扰进入系统的位置远离被控量，所以将乳液流量作为控制参数应该是最佳的控制方案;

但是，由于乳液流量是生产负荷，工艺要求必须稳定，若作为控制参数则很难满足工艺要求。

所以，将乳液流量作为控制参数的控制方案应尽可能避免。

（2）对图3进行分析可知，旁路空气量与热风量混合，经风管进入干燥器，它与图2控制方案相比，控制通道存在一定的纯滞后，对干燥温度校正作用的灵敏度虽然差一些，但可通过缩短传输管道的长度而减小纯滞后时间。

（3）按照图4所示的控制方案分析可知，蒸汽需经过换热器的热交换，才能改变空气温度。

由于换热器的时间常数较大，而且该方案的控制通道既存在容量滞后又存在纯滞后，因而对干燥温度校正作用的灵敏度最差。

方案1以乳液流量f1（t）为控制变量，得到如下控制方案方框图：

图2乳液流量为系统参数的系统框图

方案2以风量f2（t）为控制变量，得到如下控制方案方框图：

方案3以加热蒸汽量f3（t）为控制变量，得到如下控制方案方框图：

图4蒸汽量为系统参数的系统框图

根据以上分析可知，选择风量作为控制参数的方案比较适宜。

2.2控制系统流程图及方框图

图5控制系统流程图

图6干燥设备控制系统的系统框图

图6控制系统方框图

3检测变送仪表的选择

根据生产工艺要求，此次设计选用DDZ-III型仪表，具体选择如下：

温度检测仪表的种类很多.在选用时应注意每种仪表的特性和适用范围。

这是确保测量精度的第一个关键环节。

仪表的选择应遵循如下原则。

（1）必须满足生产工艺要求.正确选择仪表的址程和精度，正常使用温度范围一般为量程的30%-90%.热电阻适用于测址500℃以下的中、低谧度;

热电偶适用于测量500-1800℃的中、高温度;

辐射式温度计一般适用于2000℃以上的高温测量。

（2）必须满足使用要求。

对于一些重要的测温点，可选用白动记录型仪表;

对于一般场合只要选择指示型仪表即可;

如果要实现温度自动控制，则需要配用温度变送器。

对于就地指示要求的.可选择双金属温度计;

对于需要远传测量信号的.则可选择热电偶或热电阻变送器等。

（3）必须注意工作环境。

为了确保仪表工作的可靠性和提高仪表的使川寿命.必须注意生产现场的使用环境.如工艺现场的气体性质（氧化性、还原性、腐蚀性等）、环境温度等。

并需要采取相应的技术措施。

另外，在选用温度检测仪表时.除了要综合考虑以上要求外，还要考虑介质的性质、信号制的要求、稳定性等技术要求.选择适当的保护套管、连接导线等附件。

因被控温度在600摄氏度以下，热电阻的线性特性要优于热电偶，而且无需进行冷端温度补偿，使用更加方便，故选用热电阻温度计。

由于热电阻的三线制接法可利用电桥平衡原理较好地消除导线电阻的影响，所以选用三线制接法。

并配用温度变送器。

4控制器的选择

4.1控制器的特点

控制器是在模拟仪表，计算机控制和集散控制系统发展的基础上以微处理器为核心，能实现高级过程控制的一种新型的数字控制仪

1）可编程数字控制器的主要特点

（1）功能丰富它具有丰富的运算和控制功能。

控制器的多种运算和控制功能是由若干个运算模块和控制模块来实现的，他根据系统需要将这些模块灵活组态，便可完成数十种运算公式和实现各种复杂了的控制算法。

它具有良好的通讯功能。

控制器具有准通讯接口，可以与局部显示操作站连接，实现小规模系统的集中监视和操作，还可以通过与数据总线遇上位机连接，形成中、大规模的多级、分散型综合控制系统。

控制器大都具有停电恢复处理功能与自诊断功能，以提高控制器的在线利用率。

（2）通用性强可变数字控制其采用盘装方式和标准尺寸，输入输出信号采用统一的标准信号1~5VDC和4~20mADC，与模拟式仪表可兼容。

可变数字控制器的显示和操作方式也沿袭模拟式仪表的人-机联系方式，易于被人们所接受，便于推广使用。

在编程工作上采用POL语言，不需要专门的软件知识，便于学习，易于掌握。

（3）可靠性好这类控制器的内部结构是完全微机化的。

通过硬件和软件两方面采取里一系列措施，可以是控制器的硬件故障率降低，软件上可开发自诊断功能、连锁保护功能等，因此控制器具有安全可靠性、维护方便的优点。

2）DDZ-3控制器的特点

①电器零点不是从零开始的，且不与机械零点重合，因此，不但充分利用运算放大器的线性段，而且容易识别断电、断线等故障；

②本信号控制的电流/电压转换电阻为250Ω，如果更换电阻，便可接受1：

5的电流信号，例如1~5mA、10~50mA，DC信号；

③由于联络信号为1~5VDC，可采用并联信号制，因此干扰少，连接方便。

由于采用了线性集成电路，给仪表带来了如下优点：

①由于集成运算放大器均为差分放大器，且输入对称性好，漂移小，仪表的稳定性得到提高；

②由于集成运算放大器高增益的特点，因而开环放大倍数很高，这使仪表的精度得到了提高；

③由于采用集成电路，焊点少，强度高，大大提高了仪表的可靠性。

压力控制器的选择：

根据工艺要求压力控制器具有精确度高，灵敏度好反映快的特点故选择DDZ-3控制器。

4.2控制器参数整定

对与调节起的参数整定我选择的是临界比例度的整定放法。

临界比例度法是一种闭环整定方法。

由于该方法直接在闭环系统中进行，不需要测试过程的动态特性，其方法简单、使用方便，因而获得广泛应用。

调节器参数整定的任务是根据被控过程的特性，确定PID调节器的比例度、积分时间TI以及微分时间TD的大小。

在简单过程控制系统中，调节器的参数整定通常以系统瞬态响应的衰减率为主要指标，以保证系统具有一定的稳定裕量。

另外还应满足系统稳态误差、最大动态偏差（或超调量）和过渡过程时间等其它指标。

具体整定过程步骤如下：

1）将调节器的积分时间置于最大，微分时间置零，比例度置为较大的数值。

2）等系统运行稳定后，对设定值施加一个阶跃变化，并减小直到出现下图所示的等幅振荡曲线为止。

见下图：

图7等幅振荡曲线

记录下此时的临界比例度和等幅振荡周期.按经验公式计算出调节器的、TI、TD如我们假设控制对象传递函数，

因调节器选用PI，则可设

根据临界比例度法，先将调节器的积分时间TI置于最大，

则GC≈1/8K此时系统传函

特征方程

其中，

为满足等幅振荡条件，将S=JW带入，令实部，虚部为0

解得K=6.3即=0.16.。

查表可得KC=2.84,TI=4.76

运用这样的整定方法我们就可以获得工艺生产所要求的参数了，满足过程特性和工艺要求，生产出合格的产品。

表1控制器参数经验数据

系统

参数

δ/%

Ti/min

Td/min

温度

20~60

3~10

0.5~3

流量

40~100

0.1~1

压力

30~70

0.4~3

液位

20~100

4.3经验试凑法整定控制器参数

先整定δ，再整定Ti，最后整定Td

①比例度整定首先置积分时间至最后，微分时间为0，再将比例度由大逐渐减小，观察由此而得的一系列控制过程曲线，查到曲线认为最佳为止。

②积分时间整定把δ稍放大10%~20%，引进积分；

将积分时间由大到小进行改变，使其得到比较好的控制曲线；

最后在这个积分时间下再改变比力度，看控制过程曲线有无变化，如有变好，则就朝那个方向再整定比例度；

若没有变化，可将原整定比力度减小一些，改变积分时间看控制过程有否变好，这样经过多次的反复试凑，就可得到满意的过程曲线。

③微分时间整定然后引入微分作用，使微分时间由小而大进行变化，但增大微分时间时，可适当减小比力度和积分时间，然后对微分时间进行逐步试凑，直至最佳。

再整定中，若观察到曲线振荡频繁，应当增大比例度（目的是减小比例作用）以减小振荡；

曲线最大偏差大且趋于非周期时，说明比例控制作用小，应当加强，即应减小比例度。

当曲线偏离设定值，长时间不回复，应减小积分时间，增强积分作用；

如果曲线一直波动不止，说明振荡严重，应当加长积分时间以减弱积分作用。

如果曲线振荡的频率快，很可能是微分作用强了，应减小微分时间；

如果曲线波动大而且衰减慢，说明微分作用较小，未能抑制住波动，应加长微分时间。

总之，一面看曲线，一面分析和调整，直到满意为止。

4.4控制规律的选用

①对于对象控制通道时间常数较小，负荷变化不大，工艺要求不太高，被控变量可以有余差以及一些不太重要的控制系统，可以用比例控制规律（P）。

②对于控制通道时间常数较小，负荷变化不大，工艺变量不允许由余的系统差，应当选用比例积分控制规律（PI）。

③由于微分作用对克服容量滞后有较好的效果，对容量滞后大的对象一般引入微分作用，构成PD或PID控制规律。

鉴于本控制系统为温度流量控制控制系，故应选用PID规律。

5执行器的选择

执行器可分为气动、液动、和电动执行器，液动执行器使用较少，气动执行器是以压缩空气为能源的执行器（气动调节阀），主要特点是：

结构简单、动作可靠、性能稳定、故障率低、价格便宜、维修方便、本质防爆、容易做成大功率等。

与电动执行器相比，性能优越得多，故应用广泛。

本控制方案选择气动执行器。

5.1控制阀的尺寸选择

控制阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。

在节流式测量原理中，已经知道，对不可压缩的流体，流经控制阀的流量可写为

Q=αF0√（2（p1-p2）/ρ）

式中α流量系数

F0控制阀的选择

ρ流体密度

Δp=p1-p2控制阀前后差压

Q流体的体积流量

令C=√2αF0，带入上式得

C=Q√ρ/Δρ

C称为控制阀的流量系数，它与阀芯和阀座的结构、阀前后的压差、流体性质等因素有关。

因此，表达控制阀的流通能力，必须规定一定的条件。

调节阀的尺寸通常用公称直径Dg和阀座直径dg表示，它们的确定是合理应用执行器的前提条件。

确定调节阀尺寸的主要依据是流通能力，它定义为调节阀全开、阀前后压差为0.1MPa、流体重度为1g/cm3时，每小时通过阀门的流体流量（m3或kg）。

可见流通能力直接代表了调节阀的容量。

由流体力学理论可知，当流体为不可压缩时，通过调节阀的体积流量为：

式中，α为流量系数，它取决于调节阀的结构形状和流体流动状况，可从有关手册查阅或由实验确定；

A0