过程控制与仪表课设液压控制系统
中南大学过程控制仪表课程设计报告设计题目 液压控制系统 指导老师 王 莉 吴同茂 设计者 222222专业班级 自动化设计日期 2010年6月 目 录第一章 过程控制仪表课程设计的目的意义31.1 设计目的31.2课程在教学计划中的地位和作用3第二章 压力控制系统（实验部分）32.1 控制系统工艺流程32.2 控制系统的控制要求62.3 系统的实验调试7第三章 液位控制系统工艺流程及控制要求93.1 设计工程分析93.2 液位控制系统工艺流程103.3 设计内容及要求10第四章 总体设计方案11 4.1 设计思想11 4.2 总体设计流程图12第五章 硬件设计135.1 硬件设计概要135.2 硬件选型13第六章 软件设计156.1 控制算法的选择156.2 PID控制指令15第七章 调试中遇到具体问题与调试方法177.1 调试问题177.2 调试方法17第八章 收获和体会18参考文献19第一章 设计的目的与意义1.1 设计目的 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。其目的在于培养我们综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，使我们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，促进我们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、液位及温度控制系统，使我们将理论与实践有机地结合起来。这次我们小组的任务是压力控制系统的应用和设计。1.2 课程在教学中的地位与作用“过程控制仪表”是自动化专业必修的专业课之一，通过课程设计可以让我们对工业的控制模拟对工业的一些控制有了更深一步的了解，为我们加深对课程理论知识的认识和工业应用，所以本课程在教学中起到了融会贯通的作用，让我们所学到的东四都联系到的一起，是教学中是不可或缺的。 第二章 压力控制系统2.1 控制系统的工艺流程 该装置有三个互相串联的不同大小的密封压力容器和针型阀、压力阀、及流量等检测变送仪器组成，配套的仪表屏上安装了控制、显示灯仪表，并配有带连接信号插座孔德工程模拟流程图。工艺过程模拟流程图如图2-1所示。 图2-1压力装置工艺模拟流程图 上图中，标有字母方块的各种仪表，O为各种仪表的输入、输出信号的单线接插件的插座孔（+、插孔）。其中： C：控制器。该装置配有三个单回路调节器C1、C2、C3，控制输出信号为420mA，每个调节器设有三对插座孔。其中：PV孔位测量值输入，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，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#3#输入量程均为080Kpa，变送输出为420mA。 VL：电子式电动阀为电子小流量调节阀，电动调节阀输入420mA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型玻璃浮子流量计，输入流量为03m*3/h，无信号变送输出，只有浮子指示。 V1-2和I1-2：两路电压电流转化器。其中V1为第1路电压输入信号端，H为第1路电流输出信号端，V2为第2路电压输入信号端，I2为第二路电流输出信号端，O上孔接电压/电流转换器来的正信号，下孔接电压/电流转换器的负信号，不能接错。 由图2-1可见，压缩空气分两路进入压力容器。支路1为控制通道，压缩空气经减压调整为200KPa，通过调节阀的流量可由玻璃转子流量计指示，经1#罐和针阀R1（可调电阻）、2#罐和针阀R3最后排放入大气。支路2为扰动通道，压缩空气经减压调整为60kpa，通过调节阀的流量也可由玻璃转子流量计指示，进入1#罐、2#罐或3#罐的通路由截止阀F1、F2及F3控制，相当于扰动的加入位置可以选择。 本装置有三个检测变量，可以从中选择一至二位被控变量。有两个可控制的变量（两个经调节阀的压缩空气的流量），一般，支路一流量作为操作变量通路，支路2则作为扰动输入通路。在确定被被控量、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 本实验采用压力串级控制系统。 主变量采用3#的气缸压力，副变量为1#气缸压力的压力串级控制系统，为了提高控制质量，可以选择3#气缸压力位主被控变量，1#气缸压力位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2-2与2-3所示。 图2-2 3#罐压力简单控制系统的带控制点的工艺流程图 2-3 3#气缸压力串级控制系统的方框图通过外界值来确定来测试此系统的线性可控区。要求：1、超调量不超过5%。 2、稳态误差不超过2%。在符合此条件的工作区则就认为是线性工作区。2.3 系统的实验调试2.3.1参数的设定 1、主控制器 一级参数设定： 将预算周期T0 设为3s PID参数先设定为 P=100、I=50、D=6 二级参数设定 PID作用方式选为反作用 F1=1 PID输出显示 F3=1 控制方式选择 IN2=0 输出下限PIDL=0 输出上限PIDH=100 2、副控制器 将预算周期T0 设为3s PID参数先设定为 P=100、I=50、D=6 二级参数设定 PID作用方式选为反作用 F1=1 PID输出显示 F3=0 控制方式选择 IN2=2 输出下限PIDL=0 输出上限PIDH=1002.3.2线性区的测试 为了使其线性可控性高，我们应该调节其控制参数PID，经过多次调试其结果为主控制器P=200、I=50、D=05副控制器P=161.4、I=60、D=20测得数据为给定值25354050测量值24.1-25.834.2-35.838.3-40.648.9-51.3有上可知线性可控区为2550Kpa第三章 压力控制系统工艺流程及控制要求3.1设计工程分析 这次设计是以一典型工业生产过程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、液位）设计其控制系统。其中煤气脱硫工艺的流程图如下HPF脱硫工艺流程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。3.2 压力控制系统工艺流程本次课程设计选择的参数压力，对其进行控制系统的设计。其控制工艺流程图如3-1。图3-1压力控制工艺流程图3.3设计内容及要求 1、 了解煤气脱硫工艺过程的工艺流程和控制要求；2、 了解压力控制在整个工作流程中的作用。3、 设计其工业生产过程中压力控制系统（包括控制系统的软硬件的总体设计，如参数检测变送器、控制器、执行器及调节阀的选型和控制算法的程序设计及控制系统参数整定）；4、完成对压力的系统调试实验；5、提交课程设计报告一份，阐述系统设计思想和方案，包括对所选取工业生产过程的工艺分析、控制要求、总体方案设计。第四章 总体设计方案4.1设计思想通过对煤气脱硫过程及压力控制部分的分析，由于其只需一个检测量，即预冷塔内液面的位置，因此采用单回路控制就可以满足生产的要求。其中单回路的压力控制系统的方框图4-1图4-1压力单回路控制系统压力控制系统由下列四个部分组成：1被控对象密闭的压力容器，2电动阀，3压力变送器和4PID智能调节器等。它们连结成控制系统的方框图如上图。图4-1中被控对象是三个互相串联的不同大小的密闭压力容器，被调参数是密闭压力容器的压力，调节参数是流入密闭压力容器的气流量Q，密闭压力容器压力由压力变送器检测得到压力反馈信号PTf，它和压力设定信号PTS进行比较，得到偏差信号PTI，调节器对输入偏差PTI进行PID运算，输出变化量Y控制信号，控制电动调节阀门的阀位，改变调节参数Q，使被调参数PT保持在设定值。其中f为扰动量。4.2 总体设计流程图总体方案设计流程图如下当系统运行时，压缩空气进入管道，之前管道上PIC控制器设有气体压力给定量，以保证系统内气压力稳定。当检测到管道内压力大于给定值时，PIC控制器会控制电动阀将阀门调小，从而使管道内压强减小，反之，PIC控制器会控制电动阀将阀门调大，从而使管道内压强增大。第五章 硬件设计5.1 硬件设计概要该系统硬件设计主要包括检测单元、执行单元和控制单元的设计。利用工业控制计算机 (IPC) 作为上位机，利用MCGS软件作为程序开发平台，下位机采用可编程序控制器 (三菱FX2N16M PLC)，组成一个压力过程控制监控系统（如图5.1）。MCGSIPC 工控机PLC上位机下位机图5.1 压力过程监控系统5.2 硬件选型压力变送器压力变送器的被测介质的两种压力通入高、低两压力室，低压室压力采用大气压或真空，作用在元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充
