【文章內(nèi)容簡介】 程控制儀表》課程而開設的綜合實踐教學環(huán)節(jié)，是對《現(xiàn)代檢測技術》、《自動控制理論》、《過程控制儀表》、《計算機控制技術》等前期課堂學習內(nèi)容的綜合應用，使學生加深對過去已修課程的理解，用本課程所學的基本理論和方法，運用計算機控制技術，解決過程控制領域的實際問題，為學生今后從事過程控制領域的工作打下基礎。因此本課程在教學計劃中具有重要的地位和作用。第二章 流量控制系統(tǒng)（實驗部分） 控制系統(tǒng)工藝流程MFC1FT1VL1Q1 電加熱器MSSR 內(nèi)容器單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)工藝流程圖說明：FT為流量變送器，F(xiàn)C為智能調(diào)節(jié)器，VL為電動閥，SSR為固態(tài)繼電器控制輸出，Q表示流量。被控制量Q1給定量Qs偏差Qi調(diào)節(jié)器D/A電子閥流量對象內(nèi)容器擾動f流量變送器無紙記錄儀A/D反饋Qf+ 內(nèi)容器單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)方塊流程圖PID智能調(diào)節(jié)器MFC1FT1VL1Q1 電加熱器MSSR 雙閉環(huán)比值控制工藝流程圖FT2FC2KQ2給定量Qs偏差Qi調(diào)節(jié)器FC1調(diào)節(jié)閥VL1流量對象內(nèi)容器流量檢測及變送器FT1反饋Qf+Q1乘法器K調(diào)節(jié)器FC2調(diào)節(jié)閥VL2流量對象夾套Q2流量檢測及變送器FT1+ 雙閉環(huán)比值控制方塊流程圖 控制系統(tǒng)的控制要求 單閉環(huán)控制要求給定流量范圍為0~400L/h，流量從200L/h穩(wěn)態(tài)向300L/h穩(wěn)態(tài)過渡的調(diào)節(jié)時間不超過100s，超調(diào)量不超過5%，穩(wěn)態(tài)誤差不超過177。5%. 雙閉環(huán)比值控制主回路（）要求如單閉環(huán)控制要求，副回路（FC2調(diào)節(jié)的回路）~，具體情況分為①主回路Q1穩(wěn)定，改變比值K：副回路的調(diào)節(jié)時間不超過100S，超調(diào)量不超過5%，穩(wěn)態(tài)誤差不超過177。5%②比值K確定，主回路Q1隨給定Qs改變：在Q1穩(wěn)定在給定Qs后，副回路調(diào)節(jié)時間不超過50s，超調(diào)量不超過5%，穩(wěn)態(tài)誤差不超過177。5% 系統(tǒng)的實驗調(diào)試①在實驗面板上接好線，確認無誤后打開實驗機柜電源和水泵開關；②將智能調(diào)節(jié)器FC1設置為單路輸入內(nèi)給定、人工模糊自整定PID調(diào)節(jié)方式；③調(diào)節(jié)PID參數(shù)：積分分離值為0，先使積分時間TI為一較大值，微分時間TD為0；調(diào)節(jié)比例帶P，使流量Q1能穩(wěn)定到給定值附近，且過渡時間不太大、超調(diào)量滿足工藝要求；再調(diào)節(jié)積分時間TI，使流量Q1的穩(wěn)態(tài)誤差減小以滿足工藝要求。若此時過渡時間也能達到工藝要求，則可以不要微分作用，若不能滿足則慢慢增加微分時間TD，使調(diào)節(jié)時間減小以滿足工藝要求。說明：在調(diào)節(jié)比例帶P使流量能穩(wěn)定到給定值附近后，主要需解決的是減少穩(wěn)態(tài)誤差（減小TI）、減少超調(diào)量（增加比例帶P或積分時間TI）和減少過渡時間（增加微分時間TD或減小積分時間TI），P、TI、TD這3個參數(shù)主要需調(diào)節(jié)的是P和TI，觀察無紙記錄儀的響應曲線，多試幾組參數(shù)，使流量控制達到工藝要求。①，將其做為主回路，不需再改動其參數(shù)。②將調(diào)節(jié)器FC2設置為雙路輸入外給定、人工模糊自整定PID調(diào)節(jié)方式。③將比值器設置為加法方式，比例系數(shù)A=（~），B=0。④Q1穩(wěn)定后，副回路的給定也就一定了。調(diào)節(jié)PID參數(shù)（調(diào)節(jié)方法如單閉環(huán)控制），給調(diào)節(jié)器FC2選擇合適的PID值以滿足工藝要求。特別說明：以上兩個實驗的調(diào)試問題在第七章詳細講述，此處只說明步驟。第三章 HPF脫硫工藝流程及控制要求 控制系統(tǒng)工藝流程HPF法脫硫是國內(nèi)新開發(fā)的技術,它是以氨為堿源液相催化氧化脫硫新工藝,采用的催化劑HPF是一種復合催化劑,它對脫硫和再生過程均有催化作用。所產(chǎn)廢液完全可以回兌到煉焦煤中,從而大大簡化了工藝流程。脫硫、脫氰效率較高,一般可達到塔后煤氣含H2S≤100mg/m3，含HCN≤300mg/m3。HPF法脫硫的工藝流程是:鼓風機后的煤氣進入預冷塔與塔頂噴灑的冷卻水逆向接觸,被冷卻為30℃，冷卻水從塔下部用泵抽出,送外冷器被低溫水冷至28℃送回塔頂循環(huán)噴灑。采取部分剩余氨水更新循環(huán)冷卻水,多余循環(huán)水返回機械化氨水澄清槽。預冷后的焦爐煤氣經(jīng)過兩臺并聯(lián)的脫硫塔,從塔頂噴淋脫硫液以吸收煤氣中的H2S、HCN(同時吸收氨,以補充脫硫脫氰過程中消耗的氨)。脫H2S后的煤氣送入洗滌工段。兩臺并聯(lián)的脫硫塔都有自己獨立的再生系統(tǒng)，吸收了H2S、HCN的溶液從塔溜出，經(jīng)液封槽進入各自獨立的反應槽，再經(jīng)溶液循環(huán)泵送入再生塔。同時由空氣壓縮機送來的壓縮空氣鼓入再生塔底部,溶液在塔內(nèi)即得到再生。再生后溶液經(jīng)液位調(diào)節(jié)器返回各自對應的脫硫塔循環(huán)使用。浮于再生塔頂?shù)牧蚺菽梦徊盍魅肱菽?硫泡沫經(jīng)泡沫泵送入戈爾膜過濾器分離,清液流入反應槽,硫膏經(jīng)壓縮空氣壓榨成硫餅裝袋外銷。為避免脫硫液鹽類積累影響脫硫效果,排出少量廢液送往配煤。圖中L表示液位；P表示壓力；T表示溫度；F表示流量；I表示指示；C表示控制；V表示閥門；Q表示累計。 HPF脫硫工藝流程流程圖 設計內(nèi)容及要求1).循環(huán)上水的流量范圍在800~1000m3/h，精度要求為177。5%。2).抽水高度（即預冷塔高度）約20m。第四章 總體設計方案 設計思想 設計的關鍵在于循環(huán)水的抽送、流量的檢測和控制，分別可以通過選擇合適的工業(yè)水泵、流量計、無紙記錄儀和流量積分演算智能調(diào)節(jié)器、電動調(diào)節(jié)閥完成相關功能。另外，假設氨水與循環(huán)上水的流量比值有固定要求，可增加比值器實現(xiàn)流量比值控制。設循環(huán)上水的流量為主控量Q1，氨水的流量給定則為Q2s=Q1*K，二者的配比為氨水：循環(huán)上水=K：1，則可用實驗中的流量比值控制系統(tǒng)實現(xiàn)該控制環(huán)節(jié)。 總體設計流程圖循環(huán)上水給定量Q1s偏差Q1i調(diào)節(jié)器FC1調(diào)節(jié)閥VL1循環(huán)上水流量檢測及變送器FT1反饋Q1f+Q1比值器K調(diào)節(jié)器FC2調(diào)節(jié)閥VL2氨 水Q2流量檢測及變送器FT1+ 雙閉環(huán)比值控制方塊流程圖 硬件設計概要 硬件設計主要是智能調(diào)節(jié)器的設計，可采用單片機做實時監(jiān)控芯片，結合外圍電路實現(xiàn)流量信號的變換、采集、PID運算與控制輸出等功能。為了能實時調(diào)整PID參數(shù)，需增加鍵盤掃描電路；為了顯示PID參數(shù)和流量的大小，需增加顯示模塊。 硬件選型 智能調(diào)節(jié)器的自行設計I/V轉(zhuǎn)換可用OP07構成的比例放大器實現(xiàn)。由于ADC0809的轉(zhuǎn)換速度只有幾十微妙，相對流量的變化時間很小，可以不要保持器。而ADC0809與DAC0832都是八位的轉(zhuǎn)換器件，理論上的控制精度可達到1/255*100%=%，足以滿足流量控制的精度要求。V/I轉(zhuǎn)換可用RCV420轉(zhuǎn)換器。單片機選擇STC89C52一是CMOS工藝的單片機功耗較低；二是價格便宜；再者內(nèi)部程序存儲器有8KB的FLASH ROM，能滿足絕大部分工控過程實時監(jiān)控程序的燒寫需求。顯示部分用LCD，采用長沙太陽人電子的SMC1602a字符型液晶顯示器。鍵盤掃描可用8279加4*4矩陣鍵盤以中斷方式實現(xiàn)。 智能調(diào)節(jié)器選型，其參數(shù)如下①輸入信號：模 擬 量 熱電偶：B、E、J、K、S、T、WRe32F2 電阻：Pt100、Cu50、Cu100、BABA2 電流 0～10mA、4～20mA、0～20mA，輸入阻抗≦250Ω 電壓 0～5V、1～5V 波 形 矩形、正弦或三角波幅度 光電隔離，大于4V（或根據(jù)用戶要求任定） 頻 率 0～10KHz（或根據(jù)用戶要求任定）②輸出信號：模擬量輸出DC 0～10mA（負載電阻≤750Ω） DC 4～20mA（負載電阻≤500Ω） DC 0～5V（負載電阻≥250KΩ） DC 1～5V（負載電阻≥250KΩ）報警輸出 繼電器控制輸出－－繼電器ON/OFF帶回差。AC220V/3A，DC24V/6A（阻性負載）通訊輸出 光電隔離，RS485/RS232C接口，波特率1200～9600bps可設置， 采用標準MODBUS RTU通信協(xié)議饋電輸出 DC24177。1V，負載電流≤30mA③精度： 測量顯示精度 177。%FS或177。%FS頻率轉(zhuǎn)換精度 177。1脈沖（LMS）%④顯示方式： 0～99999瞬時流量測量值顯示0～99999999999累積值顯示19999～99999溫度補償測量值顯示19999～99999壓力補償測量值顯示19999～99999流量（差壓、頻率）測量值顯示高亮度LED（數(shù)碼管）測量顯示發(fā)光二極管工作狀態(tài)顯示⑤設定方式： 面板輕觸式按鍵數(shù)字設定參數(shù)設定值斷電后永久保存參數(shù)設定值密碼鎖定⑥保護方式： 斷電后流量累積值時間保持大于兩年，設定參數(shù)永久性保持 電源欠壓自動復位工作異常自動復位（Watch Dog）⑦使用環(huán)境： 環(huán)境溫度 0～50℃相對濕度 ≤85%RH 避免強腐蝕性氣體⑧工作電源： 常規(guī)型 AC220V%（50Hz177。2Hz，線性電源） 特殊型 AC90V～265V－－開關電源 DC24V177。2V－－開關電源⑨功 耗： ≤6W（AC220V線性電源供電） ≤6W（AC90～265V開關電源供電） ≤6W（DC24V電源供電）⑩重 量： 500g(AC220V供電) 300g(開關電源)除智能調(diào)節(jié)器以外的硬件選擇如下：采用湖南力升信息設備有限公司的LSDZ50電動調(diào)節(jié)機構，技術指標如下出軸力矩()：50動作范圍：0~360176。動作時間（S）:20驅(qū)動電機（W）:10控制電路選項:420mA輸入位置輸出：420mA直流動力電源：220VAC 50Hz精度：定位精度：%，位置反饋精度：%環(huán)境溫度：25~+55℃重量：2Kg采用北京尺度方圓傳感器有限公司的LWGY250A05S，技術指標如下精度： 177。%R口徑： 250mm, 標準量程120—1200m3/h重復性： %～%采用虹潤的HRWPXQS80，技術指標如下①特性顯示方式：以雙排四位LED顯示第一路測量值（PV1）和第二路測量值（PV2），以紅色/綠色光柱進行兩路測量值百分比的模擬顯示。顯示范圍：1999～9999字。測量精度：177。%%FS；177。%FS（需特殊訂制）。分 辨 率：177。1字。報警方式：14個報警點控制（1AL、2AL、3AL、4AL）LED指示。報警精度：177。1字。保護方式：輸入回路斷線、輸入信號超/欠量程報警；輸入回路斷線變送輸出保持、最大、最小可選。設定方式：面板輕觸式按鍵數(shù)字設定，設定值斷電永久保存。②運算模型加減運算：S0=AS1177。BS2 乘法運算：S0=AS1BS2 除法運算：S0=AS1247。BS2 計算精度：177。%FS177。1字或177。%FS177。1字運算周期：注：S0—輸出信號； SS2—輸入信號；A、B—系數(shù)③輸入信號熱 電 偶： K