[畢業(yè)設(shè)計(jì)精品]啤酒生產(chǎn)線殺菌預(yù)熱區(qū)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-08-11 13:40 本頁面
【正文】 用 PID 調(diào)節(jié)器。高精度溫度控制系統(tǒng)則常采用串級控制。串級控制系統(tǒng)由主回路和副回路兩個(gè)回路構(gòu)成，具有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)快、動態(tài)偏差小等優(yōu)點(diǎn)，常用于干擾強(qiáng) ,且溫度要求精確的生產(chǎn)過程 ,如化工生產(chǎn)中反應(yīng)器的溫度控制。 多數(shù)溫度控制系統(tǒng)中被控對象在進(jìn)行熱交換時(shí)的溫度變化過程，它既是一個(gè)時(shí)間過程，也是沿空間的一個(gè)傳播過程，需要用偏微分方程來描述各點(diǎn)溫度變化的規(guī)律。因此溫度控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè) 分布參數(shù)系統(tǒng)。分布參數(shù)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)理論還很不成熟，而且往往過于復(fù)雜而難于在工程實(shí)際問題中應(yīng)用。解決的途徑有二：一是把溫度控制系統(tǒng)作為時(shí)滯系統(tǒng)來考慮。時(shí)滯較大時(shí)采用時(shí)滯補(bǔ)償調(diào)節(jié)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具有時(shí)滯是多數(shù)溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)之一。另一途徑是采用分散控制方式，把分布參數(shù)的被控過程在空間上分段化，每一段過程可作為集中參數(shù)系統(tǒng)來控制，構(gòu)成空間上分布的多站控制系統(tǒng)。采用分散控制?？色@得較好的控制精度。 4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用的兩個(gè)重要內(nèi)容：控制方案的設(shè)計(jì)、選擇檢測變送器、選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié) 閥、選擇調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)器整定參數(shù)值的確定等幾個(gè)部分。 控制系統(tǒng)方案選擇 設(shè)計(jì)和應(yīng)用好一個(gè)過程控制系統(tǒng)，首先應(yīng)全面了解被控制過程，其次根據(jù)工藝要求對系統(tǒng)進(jìn)行研究，確定最佳的控制方案，最后，對過程控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，整定和投運(yùn)。對于過程控制系統(tǒng)而言，控制方案的選擇和調(diào)節(jié)器參數(shù)整定是其兩個(gè)重要的內(nèi)容，如果控制方案設(shè)計(jì)不合理，僅憑調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定無法獲得良好的控制質(zhì)量；相反控制方案很好，但是調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的不合適，也不能使系統(tǒng)《 過程控制系統(tǒng) 》課程設(shè)計(jì)說明書 5 運(yùn)行在最佳狀態(tài)。 過程控制系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)形式可分為單回路系統(tǒng)和多回路系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)包 含一個(gè)測量變送器，一個(gè)調(diào)節(jié)器，一個(gè)執(zhí)行器和對象，對對象的某一個(gè)被控制參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)負(fù)反饋控制。在系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)和整定中，單回路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是最基本的方法，適用于其他各類復(fù)雜控制系統(tǒng)的分析，設(shè)計(jì)，整定和投運(yùn)。本次溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中啤酒溫度被作為被控量，為了使系統(tǒng)變得簡單無需設(shè)置副被控量，因此采用單回路控制系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)預(yù)熱區(qū)溫度的控制。詳細(xì)的原因?qū)⒃谙乱还?jié)和串級系統(tǒng)比較中重點(diǎn)介紹。 采用單回路控制方式來實(shí)現(xiàn)啤酒生產(chǎn)線殺菌預(yù)熱區(qū)溫度控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖： 圖 41 單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 調(diào)節(jié)器 —— PID 調(diào)節(jié)器 執(zhí) 行器 —— 氣動薄膜式執(zhí)行器 被控對象 —— 換能器 被控量 —— 啤酒溫度 檢測變送器 —— DDZⅢ型熱電阻溫度變送器 系統(tǒng)控制過程分析 溫度控制系統(tǒng)的控制階段主要分為：平衡階段和抗干擾調(diào)節(jié)階段。下面我將分別對這兩個(gè)階段進(jìn)行分析。下圖問系統(tǒng)控制圖： 《 過程控制系統(tǒng) 》課程設(shè)計(jì)說明書 6 圖 42 控制圖 系統(tǒng)動態(tài)平衡階段分析 系統(tǒng)由蒸汽給未經(jīng)殺菌的啤酒傳遞熱量使其保持預(yù)熱溫度。當(dāng)蒸汽的量和品質(zhì)不變，未殺菌的啤酒的量和品質(zhì)也保持不便，則控制系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，并保持此動態(tài)平衡狀態(tài)，直至有新干擾發(fā)生，或人們對被預(yù)熱區(qū)的出口溫度 T 有新的要求 。 系統(tǒng)抗干擾調(diào)節(jié)階段分析 該溫控系統(tǒng)干擾主要來自：啤酒流量的變化、啤酒溫度的變化、蒸汽源不夠穩(wěn)定、蒸汽溫度的變化、換能器環(huán)境溫度的變化。 干擾產(chǎn)生的結(jié)果主要有： 1 啤酒流量的變化：流量上升，出口溫度 T 下降； 2 啤酒溫度上升，出口溫度 T 上升； 3 蒸汽壓力上升導(dǎo)致流量的上升，出口溫度 T 上升。 無論是由于何種原因，何種干擾，只要它的作用使出口溫度 T 有了變化，控制系統(tǒng)就能通過調(diào)節(jié)器來克服，使出口溫度 T 回到原來的平衡狀態(tài)。顯然出口溫度 T 只能有兩種改變，一種是溫度上升，還有一種是溫度下降。下面我將分 別對這兩種變換進(jìn)行分析： 1 溫度 T 上升： 當(dāng)外界干擾使出口溫度 T 上升時(shí)，溫度變送器的熱電阻阻值增加，電流值增大，使反饋測量值 Z 增大，偏差 E 因此減小，控制器發(fā)揮作用使氣動執(zhí)行器的開度減小，熱蒸汽流量減小，使出口溫度 T 下降。 2 溫度 T 下降： 當(dāng)外界干擾使出口溫度 T 下降時(shí)，溫度變送器的熱電阻阻值降低，電流值《 過程控制系統(tǒng) 》課程設(shè)計(jì)說明書 7 減小，使反饋測量值 Z 減小，偏差 E 因此增大，控制器發(fā)揮作用使氣動執(zhí)行器的開度增大，熱蒸汽流量增大，使出口溫度 T 上升。 單回路與串級控制系統(tǒng)的比較 單回路反饋控制系統(tǒng)，又稱簡單控制系統(tǒng)，是指由一個(gè)被控過 程、一個(gè)檢測變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)執(zhí)行器所組成的．對一個(gè)被控變量進(jìn)行控制的單回路反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。 簡單控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的基本單元、其結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于調(diào)整和投運(yùn)，能滿足一般工業(yè)生產(chǎn)過程的控制要求、因此在工業(yè)生產(chǎn)小應(yīng)用十分廣泛，尤其適用于被控過程的純滯后和慣性小、負(fù)荷和擾動變化比較平緩，或者控制質(zhì)量要求不太高的場合。 串級控制系統(tǒng)的采用了兩個(gè)控制器，我們將溫度控制器稱為主控制器，把流量控制器稱為副控制器。主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定，然后由副控制器的輸出去操縱調(diào)節(jié)閥。在串級控制系統(tǒng)中出 現(xiàn)了兩個(gè)被控對象，即主對象（溫度對象）和副對象（流量對象），所以有兩個(gè)被控參數(shù)，主被控參數(shù)（溫度）和副被控參數(shù)（流量）。主被控參數(shù)的信號送往主控制器，而副被控參數(shù)的信號被送
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