【正文】 控制技術(shù)》等前期課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的綜合應(yīng)用，使學(xué)生加深對(duì)過(guò)去已修課程知識(shí)的理解，運(yùn)用本課程所學(xué)的基本理論和方法，同時(shí)綜合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，傳感與檢測(cè)技術(shù)，解決生產(chǎn)過(guò)程控制領(lǐng)域的實(shí)際問(wèn)題，為學(xué)生今后從事過(guò)程控制領(lǐng)域的工和學(xué)習(xí)作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。，它能使我們更可能早的接觸到生產(chǎn)過(guò)程領(lǐng)域的知識(shí)，因此本次此課程在教學(xué)計(jì)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(duì)象及自來(lái)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(cè)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(guò)程說(shuō)明書(shū)2 自來(lái)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(huì)給人類健康和工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)危害的懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)、細(xì)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(lái)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(guò)濾及消毒幾個(gè)過(guò)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(guò)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(gè)稱混凝過(guò)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(xué)性質(zhì)可知，投入藥劑后水中存在電離出來(lái)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(lái)。 混合過(guò)程要求在加藥后迅速完成?；旌系哪康氖峭ㄟ^(guò)水力、機(jī)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(guò)的水通過(guò)道管流入沉淀池，進(jìn)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(lái)的過(guò)程稱為沉淀，這個(gè)過(guò)程在沉淀池中進(jìn)行。水流入沉淀區(qū)后，沿水區(qū)整個(gè)截面進(jìn)行分配，進(jìn)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(guò)濾處理 過(guò)濾一般是指以石英砂等有空隙的粒狀濾料層通過(guò)黏附作用截留水中懸浮顆粒，從而進(jìn)一步除去水中細(xì)小懸浮雜質(zhì)、有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等，使水澄清的過(guò)程。 （4）濾后消毒處理 水經(jīng)過(guò)濾后，濁度進(jìn)一步降低，同時(shí)亦使殘留細(xì)菌、病毒等失去渾濁物保護(hù)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(guò)濾，可以除去大多數(shù)細(xì)菌和病毒，但消毒則起了保證飲用達(dá)到飲用水細(xì)菌學(xué)指標(biāo)的作用，同時(shí)它使城市水管末梢保持一定余氯量，以控制細(xì)菌繁殖且預(yù)防污染。消毒的加氯量（液氯）。主要是通過(guò)氯與水反應(yīng)生成的次氯酸在細(xì)菌內(nèi)部起氧化作用，破壞細(xì)菌的酶系統(tǒng)而使細(xì)菌死亡。消毒后的水由清水池經(jīng)送水泵房提升達(dá)到一定的水壓，在通過(guò)輸、配水管網(wǎng)送給千家萬(wàn)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(guò)濾得到清水，加氯氣消毒（小水廠加二氧化氯），將水儲(chǔ)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(jìn)水泵蓄水池澄清池過(guò)濾池加藥池過(guò)濾池澄清池出水泵圖21 自來(lái)水廠生產(chǎn)工藝流程圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 控制方案 整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測(cè)量變送、被控對(duì)象四部分組成。在本次過(guò)程控制系統(tǒng)中控制器為計(jì)算機(jī)，采用的算法為PID控制規(guī)律，調(diào)節(jié)器為電磁閥，測(cè)量變送為HB、FT兩個(gè)組成，被控對(duì)象為流量PV。結(jié)構(gòu)組成如下圖31所示。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，水泵開(kāi)始抽水，通過(guò)管道將水送到水箱，由HB返回信號(hào)，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(guò)低），則通過(guò)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(shí)；若不需要，則通過(guò)電磁閥使流量保持或減小。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過(guò)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(duì)象、測(cè)量變送。本次設(shè)計(jì)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(guò)程中產(chǎn)量和質(zhì)量，又易于測(cè)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(guò)程是按質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)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(shí)由于缺乏檢測(cè)直接反映產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)的有效手段，無(wú)法對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行直接檢測(cè)；雖能檢測(cè)，但檢測(cè)信號(hào)很微弱或滯后很大，直接參數(shù)檢測(cè)不能及時(shí)、正確地反映生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際情況。這時(shí)可以選擇與質(zhì)量指標(biāo)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系、易于測(cè)量的變量作為被控參數(shù)，簡(jiǎn)介反映產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際情況。在選擇被控參數(shù)時(shí)，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(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和環(huán)境保護(hù)具有決定性作用、可直接測(cè)量的工藝參數(shù)為被控參數(shù)；當(dāng)直接參數(shù)不易測(cè)量，或其測(cè)量之后很大時(shí)，應(yīng)選擇一個(gè)易于測(cè)量，與直接參數(shù)有單值關(guān)系的簡(jiǎn)接參數(shù)作為被控參數(shù)；同時(shí)兼顧工藝上的合理性和所用儀表的性能及經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)時(shí)，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(duì)被控參數(shù)的影響靈敏。為此，應(yīng)通過(guò)合理選擇控制變量，使控制通道的放大系數(shù)大、時(shí)間常數(shù)小、純滯后時(shí)間越小越好。3)為使干擾對(duì)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(shí)間常數(shù)盡可能大。擾動(dòng)引入系統(tǒng)(控制通道)的位置要遠(yuǎn)離被控參數(shù)，盡可能靠近調(diào)節(jié)閥(控制器)。4)被控過(guò)程存在多個(gè)時(shí)間常數(shù)，在選擇設(shè)備及控制參數(shù)時(shí)，應(yīng)盡量使時(shí)間常數(shù)錯(cuò)開(kāi)，使其中一個(gè)時(shí)間常數(shù)比其他時(shí)間常數(shù)大很多，同時(shí)注意減小其他時(shí)間常數(shù)。這一原則同樣適用于控制器、調(diào)節(jié)閥和測(cè)量變送器時(shí)間常數(shù)的選擇?？刂破鳌⒄{(diào)節(jié)閥和測(cè)量變送器(三者均為系統(tǒng)控制通道中的環(huán)節(jié))的時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)小于被控過(guò)程中最大的時(shí)間常數(shù)(這個(gè)時(shí)間常數(shù)一般難以改變)。5)在選擇控制變量時(shí)，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(guò)