過程控制課程設計—三容水箱液位控制系統(tǒng)的設計-展示頁
2025-06-19 09:36本頁面
【正文】 中不可缺少的消費食品。 過程控制系統(tǒng)課程設計報告 三容水箱液位控制系統(tǒng)的設計 指導教師：黃毅卿 學 生： 專 業(yè)： 自 動 化 班 級： 設計日期： — 目錄 1 問題描述 1 2 建立模型 3 3 3 3 3 5 7 3 算法描述 8 8 8 9 PID 調節(jié)器 11 PID調節(jié)器參數(shù)初值 11 PI 調節(jié)器 12 PID調節(jié)器 14 串級反饋調節(jié) 16 4 參考文獻 20 三容水箱液位控制系統(tǒng)的設計 1 1 問題描述 飲料工業(yè)是改革開放以后發(fā)展起來的新興行業(yè)， 1982 年列為國家計劃管理產品，當年全國飲料總產量 40 萬噸。三十多年來，我國飲料工業(yè)從小到大，已出具規(guī)模，成為有一定基礎，并能較好地適應市場需要的食品工業(yè)重點行業(yè)之一。 圖 1 2021 年中國飲料人均消費量 上圖為 2021 年中國飲料人均消費量，其中軟飲料的年人均消費量最多，嚴格說來，軟飲料包含了碳酸飲料、果蔬飲料和水飲料。如何生產出優(yōu)質的飲料產品已經成為飲料行業(yè)重要的任務。 植物蛋白飲料的生產工藝流程圖如圖 2 所示。其中過 濾、調配、均質均可以在物料罐中進行。在過濾環(huán)節(jié)將 植物如大豆浸泡去皮后加入適量水研磨成漿體， 經離心過濾機過濾分離，除去殘余的 豆渣和 雜質 等 。均質環(huán)節(jié)將調配后的漿體 經均質機均質，使 漿體 進一步破碎， 更加細膩。 浸泡磨漿200目過濾調配一次均質 ( 2 0 MPa )緩沖罐灌裝、封鋁膜二次均質 ( 3 8 MPa )殺菌高位罐化糖罐穩(wěn)定劑白砂糖 圖 2 植物蛋白飲料生產流程圖 現(xiàn)代生產過程中將檢 測技術，自動控制理論，通信技術和計算機技術結合在三容水箱液位控制系統(tǒng)的設計 2 一起組成一套完整的過程控制系統(tǒng)，三容水箱模型簡化圖如圖 3 所示。 現(xiàn)要設計控制系統(tǒng)控制物料罐 F3 內液位高度保持與設定值一致，對物料灌F1 和物料灌 E2 中的液位高度無特殊要求，可將泵保持為全開狀態(tài)。 進料口V 1V 2V 3V 4過濾罐調配罐均質罐泵出料口F 1F 2F 2三容水箱液位控制系統(tǒng)的設計 3 2 建立模型 被控量的選擇是控制系統(tǒng)的方案設計中必須首先解決的重要內容，他的選擇對穩(wěn)定生產，提高產品的產量和質量，節(jié)料節(jié)能，改善勞動條件，以及保護環(huán)境都有決定性的意義。在植物蛋白飲料的生產過程中，控制要求就是使產品達到一定的濃度，充分發(fā)揮產品的營養(yǎng)作用。但是由于，目前對于成分的檢測還存在不少問題，例如，介質本身的物理、化學性質及使用條件的限制，使準確檢測還有困難，取樣周期也長，這樣往往滿足不了自動控制的要求，故本次設計采用物料罐內物料的液位這個間 接參數(shù)作為被控量。它可以直接對均質物料罐內物料的液位進行控制，同時由于兩兩相連的物料罐之間的管道長度有限，對生產的延時影響忽略不計。 模型 的選擇 單容 水箱數(shù)學模型 圖 4 所示的就是單容水箱的結構圖，圖中不斷有 液體 流入水箱，同時也有液體 不斷由水箱流出。 三容水箱液位控制系統(tǒng)的設計 4 圖 4 單容 水箱結構圖 先分析控制閥開度 u 與液位 h1 的數(shù)學關系。隨著 h1 上升，閥 V2 兩側差壓變大，流出量 也增大，這樣在不斷的調節(jié)下，當 時， 液 位重新穩(wěn)定在一個全新 高度 。 將 ， 代入式 可得 （ 211） 取拉普拉斯變換得到單容水箱控制通道的傳遞函數(shù)，即 （ 212）
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