【正文】 最后，感謝所有關(guān)心我、支持我和幫助過我的同學(xué)，是你們給予我努力學(xué)習(xí)的信心和力量。我學(xué)到了控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和步驟，拓展了知識面，了解了工業(yè)工程中控制系統(tǒng)起到的重要作用。 經(jīng)反復(fù)主回路 PID 控制器 K=10， TI=4， TD=1，仿真得到 曲線如圖所示： 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 控制功能的實現(xiàn) 32 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 結(jié)束語 33 結(jié)束語 在為期兩個多月的畢業(yè)設(shè)計中， 我熟悉了二元精餾的工藝流程，了解了二元精餾塔的特性和結(jié)構(gòu)及其工藝計算，結(jié)合以前所學(xué)的知識，認真學(xué)習(xí)測控儀表教材，了解了二元精餾系統(tǒng)流程儀表的位號和特點。 串級溫度控制系統(tǒng)仿真 建立了精餾塔的動態(tài)仿真數(shù)學(xué)模型；然后，將該模型應(yīng)用于實際連續(xù)多相精餾塔，并編程進行了仿真，通過改變精餾塔迸料流量、進料組成、加熱蒸汽量和回流比等操作變量對該塔進行擾動實驗，得到一系列精餾塔組分濃度變化的過渡過程曲線，從而了解 該塔的動態(tài)特性。 具體步驟如下： （ 1） 斷開主回路，閉合副回路，按單回路控制系統(tǒng)的整定方法整定副控制器參數(shù)。逐步逼近法就是在主回 路斷開的情況下，求取副控制器的整定參數(shù)，然后將副控制器的參數(shù)設(shè)置在求取值的數(shù)值上，使串級控制系統(tǒng)主回路閉合求取主控制器的整定參數(shù)，再將控制器的參數(shù)設(shè)置在所求的數(shù)值上，進行整定，求出第二次副控制器的整定參數(shù)值。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 控制功能的實現(xiàn) 29 結(jié)論：通過采用串級控制系統(tǒng)，塔釜溫度控制更加平穩(wěn)，產(chǎn)品純度很高，隨著控制系統(tǒng)軟件和硬件的不斷發(fā)展和完善，計算機集散型控制系統(tǒng)的應(yīng)用和普及，精餾塔的分離質(zhì)量將會越來越好，分離精度也將會越來越高。而對于精餾段不存在 ??2y t ， ??2u t ，則二元精餾塔的模型： (214) 上式 p? 為出口流量，而本課題研究的是對出口溫度 T的控制，所以上式需轉(zhuǎn)變?yōu)闇囟鹊暮瘮?shù)，由于存在 ? ?()G s KT s? ，則精餾塔主對象傳遞函數(shù)可簡化為： 01() 1sKeGs TS ??? ? (215) 副對象是采用典型的慣性環(huán)節(jié) ，傳遞函數(shù)是 02K1 Ts? 調(diào)節(jié)閥 v()vW s K? ，取 vK =1 副調(diào)節(jié)器采用比例調(diào)節(jié)（ P）規(guī)律，傳遞函數(shù)為 ? ?22ccW s K? ， 調(diào)節(jié)閥和副測量變送器分別為 ()vW s K? ， 22 2() 1 mm mKWs Ts? ?。 2 0 202 2 0 2s) 1 cvcvK K KK K K K? ?（為等效被控過程的放大系數(shù)， 02022 0 2 m2TT 1 K K K Kcv? ?’ 等效被控過程的時間常數(shù)。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 控制功能的實現(xiàn) 27 圖 52 精餾塔精餾段溫度串 級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖 53 精餾塔精餾段溫度控制系統(tǒng)方框圖 式 39。 實驗和經(jīng)驗表明，塔溫控制對象可近似為一個純滯后環(huán)節(jié)和一個一階環(huán)節(jié)組 成 。 當(dāng)擾動發(fā)生在副回路內(nèi)，例如液位發(fā)生波動引起精餾段的溫度變化時，由于有副控回路的存在，液位調(diào)節(jié)器能及時地動作，河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 控制功能的實現(xiàn) 26 快速消除了擾動的影響；當(dāng)擾動發(fā)生在副控回路以外時，如物料、能量的轉(zhuǎn)輸變化引起提餾段的溫度變化，溫度調(diào)節(jié)器及時改變其輸出信號，由副控回路去改變流量，克服了 擾動 影響。當(dāng)溫度發(fā)生變化時，由主調(diào)節(jié)器（ 溫度調(diào)節(jié)器 TC）進行控制，其輸出作為副調(diào)節(jié)器（液位調(diào)節(jié)器 LC）的給定值，最終控制閥門的開度 ， 主控回路的輸出作為副控回路設(shè)定值修正的依據(jù)，副控回路的輸出作為真正的控制量作用于被控對象 ， 液位一旦發(fā)生變化，副控回路及時地控制閥門的開度位置，較快地克服了液位的變化對出料溫度的影響 如果液位是 恒定的，只需測量實際溫度，并使其與溫度設(shè)定值相比較，利用二者的偏差控制管道上的閥門就能保持溫度的恒定 。 單回路控制系統(tǒng)能解決工業(yè)過程自動化過程的大量參數(shù)定值控制問題。同時，壓環(huán)內(nèi)墊也實現(xiàn)良好的密封，使閥門工作的泄漏為零。它主要由缸體、彈簧、活塞、活塞桿、前后缸蓋、齒條、輸出軸等零部件組成。 本設(shè)計中選用 RQ672 氣動球閥，以下是 RQ672 氣動球閥的簡介及其技術(shù)參數(shù)。 執(zhí)行器按其能源形式可分為氣動、電動、液動三大類。 %，177。 ③ 信號轉(zhuǎn)換器用環(huán)氧樹脂封裝成模塊，具有抗震動、耐腐蝕、防潮濕等優(yōu)點，可用于條件較差的場所。 （ 2） XPZX 隔爆型一體化溫度變送器的主要特點 ① 二線制傳送。目前已廣泛用于石油、化工、冶金、電站、輕工等部門，與調(diào)節(jié)器、記錄儀表、計算機等配套使用，組成各種測量控制系統(tǒng)。這些材料是經(jīng)過精選而且標(biāo)準(zhǔn)化了的，它們分別被用在各溫度范圍內(nèi)，測量效果良好。 溫度測量儀表 熱電偶是工業(yè)上最常用的一種測溫元件（感溫元件）。（測界面） 介質(zhì)粘度：≤ 液位報警開關(guān)可實現(xiàn)液位上下控制、限位報警和聯(lián)鎖；液位遠傳變送器可將液位變化線性地轉(zhuǎn)換成直流 4— 20mA 輸出，實現(xiàn)遠距離的液位指示、檢測、控制和記錄。 防爆類型：本安型；防爆標(biāo)志： ExiaⅡ CT6。 規(guī)格（管道內(nèi)徑）： 2 3 50、 6 80、 100、 12 150、 200、 250、300、 350、 400、 500mm。 工作壓力： 。 重復(fù)性：準(zhǔn)確度的 1/3。 ％； ｂ .液體，指示值的177。廣泛應(yīng)用于過熱蒸汽、飽和蒸汽、壓縮氣體 和一般氣體，以及各種液體的質(zhì)量流量和體積流量的測量。 （ 2）技術(shù)參數(shù) : 壓力范圍 :－ ～ 0～ 60MPa 電源電壓 :220VAC 輸出信號 :0/4～ 10/20mADC 0/1～ 5/10VDC 使用溫度 :－ 10℃～ 60℃ (介質(zhì)溫度為 1080) 存儲 : － 40℃ ﹢ 125℃ 相對濕度 :0～ 80% 振動頻率 :0～ 300HZ 輸出信號精度 :≤177。 ② 零位、量程可用電位器調(diào)整。在生產(chǎn)過程中需要測量的參數(shù)是多種多樣的，相應(yīng)的測量方法及儀表的結(jié)構(gòu)原理也各不相同，但從測量過程的實質(zhì)來看，都是將被測參數(shù)與其相應(yīng)的測量單位進行比較的過程，而測量儀表就是實現(xiàn)這種比較的工具。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了正確指導(dǎo)生產(chǎn)操作、保證生產(chǎn)安全運行、提高產(chǎn)品質(zhì)量和實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，一項必不可少的工作是準(zhǔn)確而及時地檢測出生產(chǎn)過程中的各個有關(guān)參數(shù)，例如壓力、流量、物位及溫度等。在模擬儀表中，標(biāo)準(zhǔn)信號通常采用420mA,15V,010mA 電流或電壓信號， 20100kPa 氣壓信號；在現(xiàn)場總線儀表中，標(biāo)準(zhǔn)信號為數(shù)字信號。方案 b 至少引起塔頂部波動，而方案 a引起整個塔的波動。 方案 a 適合于溫度靈敏點在進料以下的場合，方案 b 適合于溫度靈敏點在進料以上的場合。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 精餾 過程的控制方案設(shè)計 16 圖 37 精餾過程的控制方案 a （ 2） 圖 38 為精餾控制系統(tǒng)的控制方案 b，是根據(jù)物料平衡設(shè)計的精餾 過程的另一個控制方案。當(dāng)塔 釜溫度變化時，溫度傳感器測量到溫度值并將其變送到主調(diào)節(jié)器，與溫度設(shè)定值比較。同樣，方案 b更直接地控制塔頂產(chǎn)品組成，因而當(dāng)塔頂產(chǎn)品組成要求嚴(yán)格時，采用方案 b較為有力。本文設(shè)計了兩種串級控制方案（控制方案 a和 b）來調(diào)節(jié)精餾塔塔釜溫度?？刂破鞲鶕?jù)差值發(fā)出控制信 號，控制閥的開度，改變塔頂采出量，以此維持回流罐液位在設(shè)定數(shù)值。由于塔釜液位的變化不快，采用單回路控制滯后不大，完全可以達到控制要求。塔頂壓力控制方案如圖 32 所示： 圖 32 塔頂壓力控制方案示意圖 精餾塔塔釜和回流罐液位控制方案設(shè)計 (1)塔釜液位控制方案：丁醇塔塔釜液位控制回路是單回路，由精餾塔塔釜的產(chǎn)品采出量來控 制，保持恒定。 分程控制的方框圖如圖 31 所示： 考慮調(diào)節(jié)閥的分程區(qū)間信號對分程控制系統(tǒng)的影響。 精餾塔塔頂壓力控制方案設(shè)計 壓力點取在丁醇塔塔頂出口管線上。此控制方案通過調(diào)節(jié)進出塔的物料流量控制產(chǎn)品組成、回流量或加熱量作為自由變量。若溫度控制不能與組成很好關(guān)聯(lián)，或?qū)M成變化反應(yīng)不靈敏，河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 精餾過程的控制分析 10 則溫度控制將失去作用，因此 ，一般采用提餾段靈敏板溫度作為主參數(shù)，以實現(xiàn)對塔的間接分離質(zhì)量控制。而流量的波動又會影響到壓力的平穩(wěn)，所以精餾塔的流量控制是必不可少的?；亓鞴逎M，造成塔內(nèi)氣相介質(zhì)無法冷卻，使得塔內(nèi)壓力急劇上升，易造成安全閥起跳或全塔操作混亂。 塔釜液化氣主要受塔釜產(chǎn)品產(chǎn)出量、塔壓力、塔釜溫度等影響，可根據(jù)造成塔釜液位變化的原因進行調(diào)節(jié)。由此可見，壓力控制對精餾塔的操縱有主導(dǎo)作用。 壓力控制 精餾塔對壓力的平衡要求很嚴(yán)格。液位恒定阻止了液位積累，壓力恒定阻止了氣體積累。 精餾過程的控制需求分析 精餾塔的控制是從物料平衡、熱量平衡、相平衡及精餾塔的性能等幾個方面考慮的，通過控制系統(tǒng)建立并調(diào)節(jié)塔的操作條件，使精餾塔滿足分離要求。操作壓力，高壓控制器將調(diào)節(jié)回流罐的氣相排放量，來控制塔內(nèi)壓力穩(wěn)定。再沸器采用蒸汽加熱。 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 精餾過程的控制分析 8 原料為 ℃丁醇塔的釜液 (主要有 C C C C C重組分等 )，由丁醇塔的第 16 塊板進料 (全塔共 32 塊板 ),進料量由流量控制器控制。本流程是利用精餾方法，在丁醇塔中將丁醇從塔釜混合物中分離出來。在此重點討論間接產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的選擇。 精餾塔最直接的質(zhì)量指標(biāo)是產(chǎn)品成分。同樣 B 的變化也是通過 V 的變化（在塔釜液位不變時）才能影響到塔內(nèi)的氣液平衡，從而控制產(chǎn)品的質(zhì)量 Dx 和 Bx 。當(dāng)再沸器加熱量 Q 的增加而引起 V 的增加，通過改善氣、液接觸，可以減少組分的滯后。且需花費更多的時間。 由此可得出這樣的結(jié)論：要使塔上的任何一處（除塔頂塔板外）的氣液比發(fā)生變化，用再沸器的加熱量作 為控制手段，要比回流量的響應(yīng)快。因此從定性的角度來 分析精餾塔的動態(tài)影響，對合理設(shè)計控制方案有積極的指導(dǎo)意義。 由于各部分的動態(tài)方程。因此，弄清精餾塔中的物料平衡和能量平衡關(guān)系，為確定合理的控制方案奠定了基礎(chǔ)。 對于一個既定的塔，包括進料組分一定，只要 FD/ 和 FV 一定，這個它的分離結(jié)果，即 Dx 與 Bx 將被完成確定。 由式（ 28）、（ 29）可以看出，隨著 FV 增加， s 值提高。 2．能量平衡關(guān)系 在建立能量平衡關(guān)系時，首先要了解一個分離度的概念。而當(dāng) FB 增加時將引起頂、底餾出液中輕組分含量增加。以圖 21所示的二元簡單精餾過程為例，說明精餾塔的基本關(guān)系。一般說來，精餾塔的控制目標(biāo)，應(yīng)該在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下， 使塔的回收率最高、能耗最低，即 使塔的總收益（利潤）最大或總成本最小。再沸器為混合物液相中的輕組分轉(zhuǎn)移提供能量；冷凝器將塔頂來的上升蒸汽冷凝為液相并提供精餾所需的回流；精餾塔是實現(xiàn)混合物組分分離的主要設(shè)備，其一般形式為圓柱形體，內(nèi)部裝有提供汽液分離的塔板，塔身設(shè)有混合物進料口和產(chǎn)品出料口。設(shè)計 的二元精餾系統(tǒng)應(yīng)穩(wěn)定改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量，優(yōu)化操作，降低能耗，使系統(tǒng)更加平穩(wěn)有效的運行。從某種意義上說，高效的精餾塔控制技術(shù)為我們創(chuàng)造了不可忽視的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著我國化工行業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)原料供應(yīng)難以自給自足的矛盾日益明顯。使精餾塔控制系統(tǒng)達到工業(yè)生產(chǎn)的要求。精餾的目的是利用混合液中各組分具有不同的揮發(fā)度，將各組分分離并達到規(guī)定的純度要求。 精餾過程的實質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，即同一溫度下各組分的蒸汽分壓不同，使液相中輕組分轉(zhuǎn)移到氣相 ,氣相中的重組分轉(zhuǎn)移到液相，實現(xiàn)組分的分離。 關(guān)鍵詞：精餾，控制系統(tǒng)， 串級控制 ， 分程控制