【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .............. 43 結(jié) 論 ................................................................................................................................... 45 致 謝 ................................................................................................................................... 46 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................ 47 附錄一 圖表目錄 .............................................................................................................. 48 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 48 頁(yè) 第 1 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 1. 緒論 HDU40002 型過程控制綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng) 系統(tǒng)組成 典型化工流程 過程控制綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由： （ 1） 典型化工流程過程控制綜合實(shí)訓(xùn)對(duì)象系統(tǒng)； （ 2） 典型化工流程過程控制綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)檢測(cè)傳感執(zhí)行裝置； （ 3） 智能儀表及電器控制屏臺(tái)； （ 4） 典型化工流程過程控制綜合實(shí)訓(xùn) DCS 控制系統(tǒng)組成。 典型化工流程過程控制綜合實(shí)訓(xùn)對(duì)象系統(tǒng) 典型化工流程過程控制綜合實(shí)訓(xùn)對(duì)象系統(tǒng) 采用化工釜式反應(yīng)系統(tǒng)的工藝控制流程且結(jié)構(gòu)為開放式，學(xué)生可進(jìn)入系統(tǒng)操作。 對(duì)象系統(tǒng)由：實(shí)訓(xùn)控制對(duì)象仿工業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備感；具有較豐富的設(shè)備種類，包括： ? 框架系統(tǒng)： 3000X2020X2800mm；（ 100179。 50179。 4mm 方鋼管， 50179。 5 角鐵， 60179。 6槽鋼，扶手護(hù)欄： 1 寸及 4分鋼管），防銹紅丹底漆，噴烤漆處理； ? 反應(yīng)器：采用蒸餾反應(yīng)釜，不銹鋼，高徑比分別為 1: 2（內(nèi)膽配置冷卻盤管、耐壓 、夾套加熱方式為熱水加熱），帶攪拌電機(jī)及及漿葉式攪拌漿）； ? 液位容器：采用￠ 377X800，及￠ 300X800 不銹鋼密閉容器作為兩個(gè)高位槽儲(chǔ)罐 . ? 加熱容器：￠ 377X800 加熱爐 (外帶不銹鋼包裹的硅酸鋁保溫棉 )； ? 壓力容器：采用工業(yè)￠ 300X1000 的工業(yè)壓力儲(chǔ)罐做為壓力容器，安全且儲(chǔ)氣容量大，易做壓力控制實(shí)驗(yàn)； ? 換熱器：采 用￠ 1597X1000 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)列管換熱器，換熱效果明顯； ? 滯后盤管：溫度滯后控制實(shí)驗(yàn)用（滯后時(shí)間 15秒）； ? 管道及閥門： DN25 和 DN20 工業(yè)不銹鋼管道；永德信銅球閥及閘閥閥門。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見化工過程控制實(shí)訓(xùn)裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖 : 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 48 頁(yè) 第 2 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 HDU40002型過程控制綜合實(shí)訓(xùn)系統(tǒng) 反應(yīng)釜描述 反應(yīng)釜主要應(yīng)用于石油、聚合、化工、橡膠、農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥、食品，用來(lái)完成硫化、硝化、氫化、烴化、縮合等工藝過程 的壓力容器 。根據(jù)不同的因素反應(yīng)釜可分為很多種類，實(shí)驗(yàn)室用的是不銹鋼反應(yīng)釜。 不銹鋼反應(yīng)釜的適用范圍：適用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金、科研、大專院校等部門進(jìn)行高溫、高壓的化學(xué)反應(yīng)試驗(yàn)，對(duì)粘稠和顆粒的物質(zhì)均能達(dá)到高攪拌的效果。 不銹鋼反應(yīng)釜的優(yōu)點(diǎn) 具有如下這些優(yōu)點(diǎn) ： 不銹鋼材質(zhì)具有優(yōu)良的機(jī)械性能，可承受較高的工作壓力，也可承受塊狀固體物料加料時(shí)的沖擊。 不銹鋼反應(yīng)釜耐熱性能好，工作溫度范圍很廣 (196~600℃ )。在較高溫度下不會(huì)氧化起皮，故可用于直接火加熱。 不銹鋼反應(yīng)釜具有很好的耐腐蝕性能，無(wú)生銹現(xiàn) 象。 傳熱效果比搪瓷反應(yīng)釜好，升溫和降溫速度較快。 反應(yīng)釜如圖 ： 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 48 頁(yè) 第 3 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 不銹鋼反應(yīng)釜 反應(yīng)釜內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理 反應(yīng)釜結(jié)構(gòu) 反應(yīng)釜結(jié)構(gòu)：由釜體、釜蓋、夾套、攪拌器、傳動(dòng)裝置、軸封裝置、支承等組成，電加熱的配有電加熱棒，有的釜內(nèi)含冷卻（加熱）盤管。不銹鋼材質(zhì)一般有 0Cr18Ni9（ 304）， 1Cr18Ni9Ti（ 321）， 00Cr17Ni14Mo2（ 316L）。 由于用戶因生產(chǎn)工藝、操作條件不盡相同，攪拌形式一般有錨式、槳式、渦輪式、推進(jìn)式或框式等。不銹鋼反應(yīng)釜加熱方式有 電加熱、熱水加熱、導(dǎo)熱油循環(huán)加熱、遠(yuǎn)紅外加熱、外（內(nèi)）盤管加熱等。密封形式有填料密封、機(jī)械密封。支承座有支承式或耳式支座等。 使用電加熱反應(yīng)釜夾套內(nèi)放置導(dǎo)熱油，由電熱棒加熱，同時(shí)要保持放空口暢通。轉(zhuǎn)速超過 160轉(zhuǎn)以上宜使用齒輪減速機(jī)。開孔數(shù)量、規(guī)格或其它要求可根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)、制作。 反應(yīng)釜工作原理 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 48 頁(yè) 第 4 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 加熱不銹鋼反應(yīng)釜夾套內(nèi)放置導(dǎo)熱油，由電熱棒加熱，夾套上開有進(jìn)、排油、溢測(cè)量、放空及電熱棒、測(cè)溫等接管孔。采用蒸汽加熱的不銹鋼反應(yīng)釜?jiǎng)t直接在夾套內(nèi)充蒸汽加熱，蒸汽加熱反應(yīng)釜需要有穩(wěn)定蒸汽熱源供應(yīng)， 通常加配鍋爐。 液位控制系統(tǒng)控制要求 以過程控制實(shí)驗(yàn)裝置中的反應(yīng)釜液位作為被控對(duì)象、主回路流量作為調(diào)節(jié)對(duì)象， PLC 作為控制器、靜壓式壓力表作為檢測(cè)元件、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行器構(gòu)成一個(gè)反應(yīng)釜雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)釜液位的恒值控制。 PLC 控制器采用 PID 算法，各項(xiàng)控制性能滿足要求：超調(diào)量 10%，穩(wěn)態(tài)誤差≤177。 ；調(diào)節(jié)時(shí)間 ts≤ 120s； 組態(tài)測(cè)控界面上，實(shí)時(shí)設(shè)定并顯示液位給定值、測(cè)量值及控制器輸出值；實(shí)時(shí)顯示液位給定值實(shí)時(shí)曲線、液位測(cè)量值實(shí)時(shí)曲線； 選擇合適的整定方法確定 PID 參數(shù) ，并能在組態(tài)測(cè)控界面上實(shí)時(shí)改變 PID 參數(shù)； 通過 S7300PLC 編程軟件 Step7實(shí)現(xiàn) PLC 程序設(shè)計(jì)與調(diào)試； 分析系統(tǒng)基本控制特性，并得出相應(yīng)的結(jié)論； 設(shè)計(jì)完成后，提交打印設(shè)計(jì)報(bào)告。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 48 頁(yè) 第 5 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 2. 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì) 控制思想 總體控制思想 根據(jù)反應(yīng)釜當(dāng)前生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況，反應(yīng)釜的送料完全是人工控制，通過磁力泵從原料罐送到反應(yīng)釜的，由于產(chǎn)品的不同，混合原料的粘度和比重均不相同，因此單位時(shí)間內(nèi)磁力泵輸送的原料重量是不同的變化的，反應(yīng)釜的化學(xué)反應(yīng)速度，在 很大程度上取決于原料，以及氧化劑和還原劑的加入速度?，F(xiàn)在只能由人工依據(jù)反應(yīng)釜的溫度和出口溫度，初略判斷反應(yīng)釜內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)情況，控制閥門開度，這樣就很難真正控制好化學(xué)反應(yīng)速度，使產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和進(jìn)一步提高反應(yīng)釜的生產(chǎn)能力都受到了制約。 經(jīng)過仔細(xì)的系統(tǒng)分析，參照近代控制論原理，借鑒最新型的控制技術(shù)，本方案擬在原料罐磁力泵的出口增加一套電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，并在氧化劑、還原劑的氣動(dòng)輸送泵管路上，再分別各安裝電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。由 PLC 系統(tǒng)根據(jù)反應(yīng)釜內(nèi)的溫度及出口溫度，自動(dòng)調(diào)節(jié)加料閥門的開度，同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)反應(yīng)釜夾套冷卻水回流閥門的 開度，組成一個(gè)智能化的多參數(shù)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，以達(dá)到進(jìn)一步綜合控制好化學(xué)反應(yīng)速度，最終優(yōu)化整個(gè)反應(yīng)過程的升溫曲線的目的。 控制過程說明 本控制系統(tǒng)仍以日本三菱公司 Q 系列 PLC 可編程控制器為核心，上位機(jī)采用高性能的組態(tài)軟件，開發(fā)操作可靠、簡(jiǎn)單易學(xué)、實(shí)用穩(wěn)定的監(jiān)控程序，具有全中文界面，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、流量和溫控曲線、報(bào)警和操作記錄，以及完整的生產(chǎn)報(bào)表等管理功能，并嵌入反應(yīng)釜智能化自動(dòng)控制模塊。 控制方案 液位 — 流量串級(jí)控制系統(tǒng) （ 1）被調(diào)參數(shù)：反應(yīng)釜液位； （ 2）調(diào)節(jié)參數(shù)：主 回路流量； （ 3）主、副參數(shù)的選擇 ①主參數(shù)的選擇 ： 串級(jí)控制系統(tǒng)的主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng) ,副回路要包括主要干擾，我們選擇液位作為主被控量。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 48 頁(yè) 第 6 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ②副回路的設(shè)計(jì)依據(jù)以下原則： 副回路應(yīng)包括盡可能多的擾動(dòng) .副回路包含的二次擾動(dòng)以及非線性參數(shù)、負(fù)荷變化有很強(qiáng)的抑制能力與一定的自適應(yīng)能力，因此副回路應(yīng)包括生產(chǎn)過程中變化劇烈、頻繁且幅度大的主要擾動(dòng)。在此系統(tǒng)中，主控參數(shù)液位的高低與進(jìn)出水的流量有關(guān)，即流量是影響液位的最大擾動(dòng)信號(hào)。在出水流量一定的情況下，我們選取進(jìn)水流量作為被控副參數(shù)。 主、副調(diào)節(jié)器控 制規(guī)律的選擇 在串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器的工作情況不一樣，主調(diào)節(jié)器起定值調(diào)節(jié)作用，而副調(diào)節(jié)器主要起隨動(dòng)調(diào)節(jié)作用。主參數(shù)要求無(wú)余差，副參數(shù)卻允許在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，這樣能保證主參數(shù)的調(diào)節(jié)。 主參數(shù)是工藝操作的主要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范圍比較小，一般要求無(wú)余差，因此，主調(diào)節(jié)器選擇 PID 控制規(guī)律。副參數(shù)的設(shè)置是為了保證主參數(shù)的控制質(zhì)量，可以在一定范圍內(nèi)變化 ,允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器選擇用 P 控制規(guī)律，一般不引人積分控制規(guī)律和微分控制規(guī)律。 液位 —— 流量串級(jí)控制系統(tǒng)如圖： 調(diào) 節(jié) 閥 水 槽 反 應(yīng)