過控課設精餾塔溫度控制系統(tǒng)設計與仿真(已修改)
2025-02-20 05:38 本頁面
【正文】 1 自自 動動 化化 工工 程程 與與 科科 學學 學學 院院 過程控制系統(tǒng)與儀表課程設計 —— 精餾塔溫度控制系統(tǒng)設計與仿真 班級： 11級自動化 2 班 姓名： 董文杰 學號： 202130610309 指導老師： 哀薇 日期： 20210707 2 過程控制系統(tǒng)課程設計 —— 精餾塔溫度控制系統(tǒng)設計與仿真 一、 研究對象 FB , xBVQHPDGLLDLBFmD , xDmmLQVVRTTSu1 u2Pp 圖 1 精餾塔溫度控制問題 某精餾塔的工藝流程如圖 1 所示，現(xiàn)要求對精餾段溫度 TR和提餾段溫度 TS 都進行有效的控制，以確保塔頂和塔底產(chǎn)品的質(zhì)量。圖 1 中， F 為進料量，它受上游流程控制，為精餾塔溫度的主要干擾之一，其它干擾包括進料組成與溫度變化、塔底蒸汽量變化、塔頂回流冷凝后溫度變化等； L 為塔頂冷回流量，擬作為精餾段溫度 TR的控制手段；塔底蒸汽量 QH 擬作為提餾段溫度 TS 的控制手段。 u1為調(diào)節(jié)閥 VL 的相對輸入信號， u2為調(diào)節(jié)閥 VQ的相對輸入信號（以 DDZ III 型為例，當輸入電流為 4 mA 時，對應相對輸入信號為 0 %；當輸入電流為 20 mA 時，對應相對輸入信號為 100 %）， P 為精餾塔頂壓力，其變化可基本忽略， Pp 為泵出口壓力， Pp 受塔頂產(chǎn)品調(diào)節(jié)閥 VD開度的影響，變化范圍較大。圖 1 中 Lm、 Vm、 Fm分別為 L、 V、 F 的測量值。 為便于控制方案研究，假設如下： （ 1） 該精餾塔的靜態(tài)工作點為 T0 = 140 ℃， F0 = 60 T/hr（噸 /小時）， L0 = 20 T/hr，V0 = 15 T/hr， u10 = 25 %， fL0 = 75 %， u20 =25 %， fQ0 = 25 %， Pp0 = MPa，Pt0 = 。這 里， fQ為調(diào)節(jié)閥 VQ 相對流通面積， fL 為調(diào)節(jié)閥 L 相對流通面積。 （ 2） 精餾段和提餾段溫度的測量范圍都為 0 ~ 200 ℃，進料量 F的測量范圍為 0 ~ 100 T/hr，塔頂冷回流量 L的測量范圍為 0 ~ 50 T/hr，塔底回流量 V的測量范圍為 0 ~ 25 T/hr。 L、 V、 F 的測量值： Lm、 Vm、 Fm均用 %來表示，即 Lm、 Vm、 Fm的最小值為 0，最大值為 100。 （ 3） 流量測量儀表的動態(tài)滯后忽略不計；而溫度測量環(huán)節(jié)可用帶純滯后的一階環(huán)節(jié)來近似，溫度測量環(huán)節(jié)的一階時間常數(shù) ?RT ， ?sT ，純滯后時間 ＝R? ，＝s? ，單位為分。 （ 4） 考慮到精餾塔操作的安全性，控制閥 VL 選用氣關閥，控制閥 VQ 選用氣開閥，假 3 設控制閥都為線性閥，其動態(tài)滯后忽略不計，動態(tài)特性可表示為 1)( )()( 1 ????? su sfsG LL ， 1)( )()( 2 ???? su sfsG 。 （ 5） 對于塔頂冷回流對象，假設控制通道與擾動通道的動態(tài)特性可表示為： 1)( )(L)( 2 2R ????? sT Ksf ssG R RLp，2R2 )( )()( dpRd KsP sLsG ????。 其中 )(sfL? 為控制閥 VL 相對流通面積的變化量， %； TR2 基本不變，這里設 ?RT 分； KR KRd2在一定范圍內(nèi)變化，這里設 KR KRd2 的變化范圍分別為 ],[2 ?RK (T/hr)/%； ]200,100[2 ?RdK (T/hr)/MPa。 （ 6） 對于塔底回流對象，假設控制通道與擾動通道的動態(tài)特性可表示為 : 1)( )()( 2 22 ????? sT Ksf sQsG S SVHSp，2S2 )( )()( dd KsV sTsG ????。 其中 )(sfV? 為控制閥 VR 相對流通面積的變化量， %； TS2 基本不變，這里設 ?ST 分； KS KSd2 在一定范圍內(nèi)變化，這里設 KS KSd2 的變化范圍分別為 ],[2 ?SK (T/hr)/%； ]25,10[2 ?SdK T/hr。 （ 7） 對于溫度對象，假設控制通道與擾動通道的動態(tài)特性可表示為 1221 2211 1211 1221 2221 221111sRssSkk eT s T sGG kkeeT s T s??????????????????? ????? ； ? ? ? ?ssT KsF sTsG RdRd RdRRd ??????? e xp1)( )()( 1 1； ? ? ? ?ssT KsF sTsG SdSd SdSSd ??????? e xp1)( )()( 1 1 其中對象特性參數(shù)均可能在以下范圍內(nèi)變化： ],[11 ???K ℃ /(T/hr)，],[12 ?K ℃ /(T/hr)， ],[21 ?K ℃ /(T/hr)， ],[22 ?K ℃ /(T/hr)，],[11 ?T 分， ],[12 ?T 分， ],[21 ?T 分， ],[22 ?T 分，],[12 ?? 分， ],[21 ?? 分， ],[22 ?? 分；],[1 ???RdK ℃ /(T/hr)， ],[1 ?RdT 分， ],[?Rd? 分，],[1 ???SdK ℃ /(T/hr)， ],[1 ?SdT 分， ],[?Sd? 分。 二、 研究任務 對于上述被控過程，假設被控變量 T 所受的主要擾動為進料量 F、泵出口壓力 Pp 的變化、蒸汽壓力變化 Pf ，而且變化范圍為： 2060??F T/hr ， ??pP MPa, 20 5fP Kpa?? ；另外，被控變量 T 的設定范圍為 15140,
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