玫瑰净油生产过程控制系统.docx
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玫瑰净油生产过程控制系统
引言
香水类化妆品是人们常用的日用品，是由香料和溶剂所配制而成，乙醇溶液香水是目前市场上最流行最普通的一类香水。
玫瑰净油是是香水中的皇后，被誉为“精油皇后”、“液体黄金”,国际市场价与黄金等价。
随着我国经济的高速发展，我国玫瑰净油市场需求量以每年8%趋势递增，搞玫瑰净油加工可以提高玫瑰的附加值，带动大批山区农民走上玫瑰种植致富之路。
玫瑰净油的精炼过程非常复杂，而且条件较为恶劣，它涉及到温度、压力、流量、物位等大量物理参数，包括物理变化、化学反应等复杂过程。
针对甘油生产工艺这样复杂的生产过程，自动控制的主要目标是在保证人身和设备安全的情况下，稳定生产工艺状况，避免人为因素造成产品质量和产量的剧烈波动，确保生产能够获得最大的效益。
这就对生产过程自动化控制提出了更高的要求。
必须通过先进的控制手段实现关键工艺参数的稳定化监控，保证生产产量和质量目标的实现，以获得最大的生产效益。
1玫瑰净油生产工艺过程
乙醇溶液香水一般在装有不锈钢反应器内进行，因黏度低很容易混合，首先将玫瑰净油与80％的乙醇比值维持在1：
3，然后用泵抽入陈化锅进行长期陈化，为了保证产品品质，按照行业要求陈化时间为180天。
因陈化过程锅内压力会增加，所以要通过安全阀进行放气减压，陈化锅压力超标时能自动报警，陈化好的香水进入冷却锅冷却，冷却器冷却温度为-5℃～5℃，再去除冷却后的少量残渣送入制品贮存锅，等待送入包装车间进行分装包装。
2玫瑰净油反应控制分析
2.1控制方案的确定
在过程控制中单回路控制系统是过程控制中结构最简单的一种形式，它只用一个调节器，调节器也只有一个输入信号，从系统方框图看，只有一个闭环。
在大多数情况下，这种简单系统已经能够满足工艺生产的要求。
但有些调节对象的动态特性虽然并不复杂，但控制的任务却比较特殊，则单回路控制系统就无能为力了。
另外，随着生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对操作条件要求更加严格，参数间相互关系更加复杂，对控制系统的精度和功能提出许多新的要求，对能源消耗和环境污染也有明确的限制。
为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成复杂控制系统，而串级控制系统就是其中一种改善和提高控制品质的极为有效的控制系统。
温度和流量是工业生产过程中最常用的两个参数，对温度和流量进行控制的装置在工业生产中应用的十分普遍。
温度的时间常数T一般很大，因此有很大的容积迟延，如果用单回路控制系统来控制，可能无法达到较好的控制质量。
而串级控制系统可以用一般常规仪表来实现，成本增加也不大，却可以起到十分明显的提高控制质量的效果，因此往往采用串级控制系统对温度进行控制。
在该过程中，为了防止当流量突变时，温度传感器还没来得及反应而导致生产损失，因此采用一个流量报警器来监控液体的流量。
同时由于温度的要求较严，温度的波动范围小，且主要的干扰--流量的惯性较大，时间常数较长，所以在使用了流量报警器的同时，还需要使用串级控制。
其中反应产生的热量及压力变化引起的热量的变化为副回路的主要扰动，气体流量和热量的变化所引起的温度的变化为主回路的主要扰动。
2.2控制规律及控制器的确定
串级控制中，主调节器起定值控制的作用，一般要求无余差，因此选用PI或PID控制规律，而副调节器主要起随动控制的作用，主要是为了保证主参数的控制质量，可以在一定的范围内变化，允许有余差，因此只要选用P控制规律就可以了，一般不引入积分和微分控制，积分控制会延长控制过程，减弱副回路的快速作用，微分控制会使调节阀动作过大，对控制不利。
从生产工艺安全出发，调节阀选用气开式，一旦调节阀损坏，调节阀处于全关状态，以切断蒸汽进入反应器，确保其设备安全。
对于副回路控制，当调节阀开度增大时，蒸汽流量增大，温度升高，故副过程的系数为正，要整个副回路为负反馈，则要求控制器为反作用式；管内温度升高，反应器内温度也升高，为保证整个回路为负反馈，则主调节器应为反作用式。
3玫瑰净油生产过程系统设计
3.1搅合器比例混合控制系统
香水生产的初级过程是用香料纯水混合物与乙醇以一定的比例在搅合器里混合均匀。
在这个生产阶段是采用比值控制系统。
凡是两个或两个以上参数自动维持一定比值的关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。
常用的比值控制系统有单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统和变比值控制系统。
单闭环比值控制结构简单，可克服作用于从动量回路的扰动，应用于主动量可测而不可控的场所。
双闭环比值控制是有一个定值控制的主动量控制闭环和一个跟随主动量变化的从动量控制闭环组成。
它可实现主动量定值控制，使总物料量稳定。
可同时克服主动量和从动量的扰动。
不管是单闭环或是双闭环比值控制系统，其控制的目的就是要保证两种物料流量的比值固定不变。
而在有些生产过程中，流量比值只是一种控制手段，而不是最终目的，这就是变比值控制系统。
变比值控制系统要求两种物料流量的比值，随第三个参数的需要而变化，它通过控制流量比值来实现第三个参数的稳定不变。
图1该比值控制系统工艺流程图
因为乙醇、玫瑰净油香料纯水混合物两物料流量因管线压力波动而经常变化，且对两物料的流量比值要求严格，故设计为双闭环比值控制系统。
由于玫瑰净油香料纯水混合物物料受到生产负荷制约有可能供应不足，所以应选择玫瑰净油香料纯水混合物物料为主动量，乙醇物料为从动量。
根据玫瑰净油香料纯水混合物物料的实际流量值来控制乙醇物料的流量，这样一旦主物料玫瑰净油香料纯水混合物因供应不足而失控，即调节阀全部打开尚不能达到规定值时，就根据这是玫瑰净油香料纯水混合物物料的实际流量值去控制乙醇物料的流量而始终保持两物料的流量比值的不变。
如果反过来，选择乙醇物料为主动量，就有可能在玫瑰净油香料纯水混合物物料供应不足时，调节阀全部打开，玫瑰净油香料纯水混合物物料流量仍达不到按比值要求的流量值，这样就会造成比值关系失控，容易引发事故，这是不允许的。
此系统采用主、从回路调节器均选用PI控制规律。
图2控制系统方框图
Wc1、Wc2分别为主从控制器，Wv1、Wv2分别为主从回路的开方器，Wm1、Wm2分别为主从测量变送器，K是比值控制器的比值。
Q1、Q2分别是玫瑰净油香料纯水混合物和乙醇的物料输出量。
如上图，它是由一个定值控制系统的主动量回路和一个跟随主动量变化的从动量控制回路组成。
主动量控制回路能克服主动量扰动，实现定值控制。
从动量控制回路能克服从动量扰动，实现随动控制。
当扰动消失后，主从回路能恢复到原设定值，其比值不变。
由于扰动使输出Q1发生变化时，通过闭环控制的反馈作用可以使Q1回到原来的设定值。
当Q1变化时，Q2也会发生变化，此时从回路的反馈作用也起作用，当主回路Q1恢复到原来值时，从回路通过调节也恢复到原来的值，即达到与主动量的比值保持不变，从而可以是乙醇与玫瑰净油香料纯水混合物的3:
1关系保持不变。
3.2陈化锅稳压控制系统
被控参数：
压强控制参数：
气体放出量控制器正反作用：
反作用控制器
单回路过程控制系统简称单回路系统，一般是指针对一个被控过程，采用一个测量变送器检测被控过程，采用一个控制器来保持一个被控参数恒定，其输出也只控制一个执行机构。
单回路系统结构简单，投资少，易于调整和投运，又能满足不少工业生产过程的控制要求，因此应用十分广泛。
因为这个控制系统中只用一个压力控制器、一个压力变送器、一个减压阀，因而可采用单回路控制系统。
图3该陈化锅稳压控制系统的示意图
由于将混合液注入到陈化锅后，需要180天的陈化。
然而陈化过程中锅内压力会增加，所以要陈化锅内安装一套自动稳压装置。
具体原理：
首先用压力变送器检测陈化锅内的压力，将压力数据转化为相应的电信号给压力控制器，与原来设定的压力值进行对比，将差值作为压力控制器的输入值，进而使压力控制器去相应的调节减压阀；当压力满足要求时，压力控制器的输入值为零，压力控制器不做动作；从而实现自动控制陈化锅内的压力。
图4系统框图
3.3冷却锅温度控制系统
单回路系统仅适用于比较简单的单输出生产过程的控制，不能解决多输出过程的控制问题。
因此，对于一些复杂的控制任务，必须采用复杂的过程控制系统。
常见的复杂控制系统有串级控制系统、前馈控制与大滞后系统控制、比值控制、分程与选择控制等等。
串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一。
而冷却锅内温度要求-5℃-5℃。
因此此系统可采用串级控制系统。
串级控制系统特点与分析：
串级控制系统与单回路控制系统相比一个显著的区别，即其在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环。
串级控制系统，就其主回路来看是一个定值控制系统，而副回路则为一个随动系统。
与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一个测量变送器与一个控制器，增加的投资并不多，但控制效果却显著提高。
其原因是在串级控制系统中增加了一个包括二次扰动的副回路，使系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；对二次干扰有很强的克服能力；提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。
主副变量的确定：
主变量的选择原则与单回路控制系统的选择原则是一致的，即选择直接或间接地反映生产过程的产品产量、质量等控制目的的参数作为主变量。
冷却锅内主要要求温度为-5℃-5℃，因此冷却锅内温度选为主变量，而冷冻机内液体流量为副变量。
控制规律的选择：
因为冷却锅内温度是生产工艺的重要指标，要求较高。
所以主控制器选择PI调节器。
为了克服对象的容量滞后，进一步提高主变量的控制质量，可再加入微分作用，即选择PID控制。
副控制器一般选择P调节器就可以了。
冷却锅串级控制系统的工作过程是：
当处于稳定工况时，被冷冻物料的流量和温度不变，搅拌机转速保持稳定，冷却锅内温度和冷冻机内液体流量处于相对平衡状态，此时，冷却锅内温度稳定在给定值上，当扰动破坏了平衡工况时，串级控制系统便开始了控制过程。
图5带检测点的控制系统流程
图6控制系统框图
4仪表选型
玫瑰精油的合成过程是一个化学过程，任何化学过程都要受到许多因素的影响，主反应与副反应的速度都受到这些因素的制约，因此，我们必须从生产工艺过程出发，在防止其他因素的影响下，力求生产效率高，保证生产过程的稳定安全，为了对监控系统进行科学地设计我们必须第一合成加脂剂的基本原理有充分的了解，这也是过程控制人员设计调试时所必须掌握的。
在控制系统中，一次仪表及其测量点的位置的选择是非常重要的，它直接关系到系统能否可靠运行，因此，我们在选择仪表时，应主要着眼于尽可能地减小测量滞后，同时也要装配维修方便。
在本系统中，主要需要检测点之一就是温度的检测。
因为他测量范围都在-5℃～5℃，所以我采用分度号为Pt100的铂电阻作为传感器，铂电阻的阻值R与温度基本成线性关系，且线性度好，特别是在温度不太高的范围内，可以认为是线性的，并且铂的稳定性很高，特性的重复性强。
根据合成加脂剂的生产要求，我们设有超限声光报警系统，当监控参数超出报警上下限设定值是，电笛响起，报警指示灯亮，并且报警器的灵敏度要求要高。
表1仪表一览表
元器件名称
型号
参数
数量
温度测量器
PT100
热电阻，温度范围-50～200℃，防护等级：
IP65，精度：
0.1℃，能多点测量
1
温度控制器
AI-508
防护等级：
表壳IP53，量程范围：
-100～230℃，0.3级精度
1
流量测量器
2HQ3512
防护等级IP67，行程精度：
<1%,转矩精度：
<10%，输出转速：
5/14，全程时间：
30S
3
流量控制器
7ME6910
环境温度0～500℃，外壳防护等级：
IP65，耐压：
2MPa
3
压力测量器
SYB-511智能型压力变送控制器
多种量程：
从-1～0bar到0～160bar（相对压力）；精度：
±0.5%FS；输出：
4～20mA、0～5/10VDC；工作温度：
-40～150℃
1
压力控制器
比值控制器
BURKERT8601
比列电磁阀，PWM频率无限可调，可选RS232、RS485接口
1
报警器
TAD-167
温度超过设置上下限时报警，监测温度-50～+150℃，报警音量：
<120分贝，测量精度：
±0.1℃
1
液位测量器
ATE-BP500
测量范围：
0.3~100m，精度：
0.2级，工作温度：
-20℃~200℃，防护等级：
IP68。
4
5总结
通过这次过程控制系统课程设计，我们不仅进一步的了解了锅炉温度控制系统的构成，而且对前馈控制系统以及串级控制系统有了更深入的了解。
此外在网上寻找各种自动化设备和仪表的过程中，我搜寻了多家公司和网站，这不仅是我扩大了知识面，而且对各种仪表、控制器、变送器的工作原理和应用场所有了更多的认识。
这次课程设计让我们明白了要学好过程控制系统这门课程仅仅靠上课听课和看书是不够的，只有针对具体一项工程，仔细分析它的要求，计算系统中的参数，才能明白其中的道理，才能提高我们的水平
在这次课程设计中，我们小组分工明确，这不仅加深了我们之间的友谊，更锻炼了我们的团队合作精神。
总之这次课程设计让我们受益匪浅。
参考文献
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[7]仪器设备的型号查询相关网站
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