【正文】 控制技術(shù)》等前期課堂學習內(nèi)容的綜合應(yīng)用，使學生加深對過去已修課程知識的理解，運用本課程所學的基本理論和方法，同時綜合計算機控制技術(shù)，傳感與檢測技術(shù)，解決生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域的實際問題，為學生今后從事過程控制領(lǐng)域的工和學習作打下堅實的基礎(chǔ)。，它能使我們更可能早的接觸到生產(chǎn)過程領(lǐng)域的知識，因此本次此課程在教學計劃中具有重要的地位和作用。 要求完成的主要任務(wù) （1）、了解被控對象及自來水廠的生產(chǎn)工藝（2）、繪制水泵流量控制系統(tǒng)方案圖（3）、確定系統(tǒng)所需檢測元件、執(zhí)行元件、調(diào)節(jié)儀表技術(shù)參數(shù)（4）、撰寫系統(tǒng)調(diào)節(jié)原理及調(diào)節(jié)過程說明書2 自來水廠生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)工藝 眾所周知，由于自然因素和人為因素，原水里含有各種各樣的雜質(zhì)。從給水處理角度考慮，這些雜質(zhì)可分為懸浮物、膠體、溶解物三大類。城市水廠凈水處理的目的就是去除原水中這些會給人類健康和工業(yè)生產(chǎn)帶來危害的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、細菌及其他有害成分，使凈化后的水能滿足生活飲用及工業(yè)生產(chǎn)的需要。市自來水總公司水廠采用常規(guī)水處理工藝，它包括混合、反應(yīng)、沉淀、過濾及消毒幾個過程。 （1）混凝反應(yīng)處理 原水經(jīng)取水泵房提升后，首先經(jīng)過混凝工藝處理，即： 原水 + 水處理劑 → 混合 → 反應(yīng) → 礬花水 自藥劑與水均勻混合起直到大顆粒絮凝體形成為止，整個稱混凝過程。常用的水處理劑有聚合氯化鋁、硫酸鋁、三氯化鐵等。汕頭市使用的是堿式氯化鋁。根據(jù)鋁元素的化學性質(zhì)可知，投入藥劑后水中存在電離出來的鋁離子，它與水分子存在以下的可逆反應(yīng)： Al3+ + 3H2O ←→ Al(OH)3 + 3H+ 氫氧化鋁具有吸附作用，可把水中不易沉淀的膠粒及微小懸浮物脫穩(wěn)、相互聚結(jié)，再被吸附架橋，從而形成較大的絮粒，以利于從水中分離、沉降下來。 混合過程要求在加藥后迅速完成?；旌系哪康氖峭ㄟ^水力、機械的劇烈攪拌，使藥劑迅速均勻地散于水中。 經(jīng)混凝反應(yīng)處理過的水通過道管流入沉淀池，進入凈水第二階段。 （2）沉淀處理 混凝階段形成的絮狀體依靠重力作用從水中分離出來的過程稱為沉淀，這個過程在沉淀池中進行。水流入沉淀區(qū)后，沿水區(qū)整個截面進行分配，進入沉淀區(qū)，然后緩慢地流向出口區(qū)。水中的顆粒沉于池底，污泥不斷堆積并濃縮，定期排出池外。 （3）過濾處理 過濾一般是指以石英砂等有空隙的粒狀濾料層通過黏附作用截留水中懸浮顆粒，從而進一步除去水中細小懸浮雜質(zhì)、有機物、細菌、病毒等，使水澄清的過程。 （4）濾后消毒處理 水經(jīng)過濾后，濁度進一步降低，同時亦使殘留細菌、病毒等失去渾濁物保護或依附，為濾后消毒創(chuàng)造良好條件。消毒并非把微生物全部消滅，只要求消滅致病微生物。雖然水經(jīng)混凝、沉淀和過濾，可以除去大多數(shù)細菌和病毒，但消毒則起了保證飲用達到飲用水細菌學指標的作用，同時它使城市水管末梢保持一定余氯量，以控制細菌繁殖且預(yù)防污染。消毒的加氯量（液氯）。主要是通過氯與水反應(yīng)生成的次氯酸在細菌內(nèi)部起氧化作用，破壞細菌的酶系統(tǒng)而使細菌死亡。消毒后的水由清水池經(jīng)送水泵房提升達到一定的水壓，在通過輸、配水管網(wǎng)送給千家萬戶。 生產(chǎn)工藝流程圖首先從泵房將水打到水池，經(jīng)初濾，再加水沉淀劑聚合、過濾得到清水，加氯氣消毒（小水廠加二氧化氯），將水儲入清水池備用，再經(jīng)高壓泵壓出供水。流程圖如圖21所示。進水泵蓄水池澄清池過濾池加藥池過濾池澄清池出水泵圖21 自來水廠生產(chǎn)工藝流程圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 控制方案 整個過程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測量變送、被控對象四部分組成。在本次過程控制系統(tǒng)中控制器為計算機，采用的算法為PID控制規(guī)律，調(diào)節(jié)器為電磁閥，測量變送為HB、FT兩個組成，被控對象為流量PV。結(jié)構(gòu)組成如下圖31所示。當系統(tǒng)啟動后，水泵開始抽水，通過管道將水送到水箱，由HB返回信號，判斷是加大調(diào)節(jié)閥流量還是減小調(diào)節(jié)閥流量。若需要加大（即水位過低），則通過電磁閥控制流量的大小，加大流量，從而保證流量控制在500177。3立方米/小時；若不需要，則通過電磁閥使流量保持或減小。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過程控制系統(tǒng)由四大部分組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器、被控對象、測量變送。本次設(shè)計為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖31。 圖31 流量單回路控制系統(tǒng)框圖4被控變量與控制變量選擇根據(jù)被控參數(shù)的選擇與生產(chǎn)工藝密切相關(guān)，被控參數(shù)的選擇通常有兩種方法。一種是選擇能直接反映生產(chǎn)過程中產(chǎn)量和質(zhì)量，又易于測量的參數(shù)作為被控參數(shù)，稱為直接參數(shù)法。如果生產(chǎn)過程是按質(zhì)量指標進行控制，按理應(yīng)以直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控參數(shù)，但有時由于缺乏檢測直接反映產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)的有效手段，無法對產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)進行直接檢測；雖能檢測，但檢測信號很微弱或滯后很大，直接參數(shù)檢測不能及時、正確地反映生產(chǎn)過程的實際情況。這時可以選擇與質(zhì)量指標有單值對應(yīng)關(guān)系、易于測量的變量作為被控參數(shù)，簡介反映產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)過程的實際情況。在選擇被控參數(shù)時，還要求所選參數(shù)有足夠的靈敏度。選取被控參數(shù)的基本原則是首先考慮選擇對產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行和環(huán)境保護具有決定性作用、可直接測量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)；當直接參數(shù)不易測量，或其測量之后很大時，應(yīng)選擇一個易于測量，與直接參數(shù)有單值關(guān)系的簡接參數(shù)作為被控參數(shù)；同時兼顧工藝上的合理性和所用儀表的性能及經(jīng)濟性。設(shè)計單回路控制系統(tǒng)時，選擇控制變量的原則可歸納為以下幾條：1)控制變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。2)控制變量一般應(yīng)比其他干擾對被控參數(shù)的影響靈敏。為此，應(yīng)通過合理選擇控制變量，使控制通道的放大系數(shù)大、時間常數(shù)小、純滯后時間越小越好。3)為使干擾對被控參數(shù)的影響小，應(yīng)使干擾通道的放大系數(shù)盡可能小、時間常數(shù)盡可能大。擾動引入系統(tǒng)(控制通道)的位置要遠離被控參數(shù)，盡可能靠近調(diào)節(jié)閥(控制器)。4)被控過程存在多個時間常數(shù)，在選擇設(shè)備及控制參數(shù)時，應(yīng)盡量使時間常數(shù)錯開，使其中一個時間常數(shù)比其他時間常數(shù)大很多，同時注意減小其他時間常數(shù)。這一原則同樣適用于控制器、調(diào)節(jié)閥和測量變送器時間常數(shù)的選擇?？刂破鳌⒄{(diào)節(jié)閥和測量變送器(三者均為系統(tǒng)控制通道中的環(huán)節(jié))的時間常數(shù)應(yīng)遠小于被控過程中最大的時間常數(shù)(這個時間常數(shù)一般難以改變)。5)在選擇控制變量時，除了從提高控制品質(zhì)的角度考慮外，還要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)效率及生產(chǎn)過