【正文】 制及其理論與設(shè)計(jì)的進(jìn)一步 認(rèn)識(shí)。 如圖 1 所示 ， 這是 一個(gè) 流量控制系統(tǒng)原理圖，按照生產(chǎn)的要求，一般設(shè)計(jì)成 定值 控制系統(tǒng) ， 要求流量穩(wěn)定在某個(gè)值， 根據(jù)較快較穩(wěn) 較準(zhǔn)和抗干擾 的性能要求 下 ，采用單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和 PID 控制規(guī)律， 閉環(huán)控制系統(tǒng)相比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，性能更加優(yōu)越。 3 立方米 /小時(shí)，以滿足 生產(chǎn) 要求。 ，它能使我們更可能早的接觸到生產(chǎn)過(guò)程領(lǐng)域的知識(shí)， 因此本 次此 課程在教學(xué)計(jì)劃中具有重要的地位和作用 。從給水處理角度考慮，這些雜質(zhì)可分為懸浮物、膠體、溶解物三大類(lèi)。市自來(lái)水總公司水廠采用常規(guī)水處理工藝，它 包括混合、反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾及消毒幾個(gè)過(guò)程。常用的水處理劑有聚合氯化鋁、硫酸鋁、三氯化鐵等。根據(jù)鋁元素的化學(xué)性質(zhì)可知，投入藥劑后水中存在電離出來(lái)的鋁離子，它與水分子存在以下的可逆反應(yīng)： Al3+ + 3H2O ←→ Al(OH)3 + 3H+ 武 漢理工大學(xué)《 儀表與過(guò)程控制系統(tǒng) 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 8 氫氧化 鋁具有吸附作用，可把水中不易沉淀的膠粒及微小懸浮物脫穩(wěn)、相互聚結(jié)，再被吸附架橋，從而形成較大的絮粒，以利于從水中分離、沉降下來(lái)?；旌系哪康氖峭ㄟ^(guò)水力、機(jī)械的劇烈攪拌，使藥劑迅速均勻地散于水中。 （ 2）沉淀處理 混凝階段形成的絮狀體依靠重力作用從水中分離出來(lái)的過(guò)程稱(chēng)為沉淀，這個(gè)過(guò)程在沉淀池中進(jìn)行。水中的顆粒沉于池底，污泥不 斷堆積并濃縮，定期排出池外。 （ 4）濾后消毒處理 水經(jīng)過(guò)濾后，濁度進(jìn)一步降低，同時(shí)亦使殘留細(xì)菌、病毒等失去渾濁物保護(hù)或依附，為濾后消毒創(chuàng)造良好條件。雖然水經(jīng)混凝、沉淀和過(guò)濾，可以除去大多數(shù)細(xì)菌和病毒，但消毒則起了保證飲用達(dá)到飲用水細(xì)菌學(xué)指標(biāo)的作用，同時(shí)它使城市水管末梢保持一定余氯量，以控制 細(xì)菌繁殖且預(yù)防污染。主要是通過(guò)氯與水反應(yīng)生成的次氯酸在細(xì)菌內(nèi)部起氧化作用，破壞細(xì)菌的酶系統(tǒng)而使細(xì)菌死亡。 生產(chǎn)工藝流程圖 首先從泵房將水打到水池，經(jīng)初濾，再加水沉淀劑聚合、過(guò)濾得到清水，加氯氣消毒（小水廠加二氧化氯），將水儲(chǔ)入清水池備用，再經(jīng)高壓泵壓出供水。 進(jìn)水泵 蓄水池 澄清池 過(guò)濾池 加藥池 過(guò)濾池 澄清池 出水泵 武 漢理工大學(xué)《 儀表與過(guò)程控制系統(tǒng) 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 圖 21 自來(lái)水廠生產(chǎn)工藝流程圖 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 控制方案 整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測(cè)量變送、被控對(duì)象 四部分 組成。結(jié)構(gòu)組成如下圖 31 所示。若需要加大（即水位過(guò)低），則通過(guò)電磁閥控制流量的大小，加大流量，從而保證流量控制在 500177。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 過(guò)程控制系統(tǒng)由四大部分組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器、被控對(duì)象、測(cè)量變送。 武 漢理工大學(xué)《 儀表與過(guò)程控制系統(tǒng) 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 計(jì) 算 機(jī)控 制 器電 動(dòng)調(diào) 節(jié) 閥管 道流 量 檢 測(cè)傳 感 器_P VS PP V 1 圖 31 流量單回路控制系統(tǒng)框圖 4 被控變量與控制變量選擇 被控變量選擇原則 根據(jù)被控參數(shù)的選擇與生產(chǎn)工藝密切相關(guān)，被控參數(shù)的選擇通常有兩種方法。 如果生產(chǎn)過(guò)程是按質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行控制，按理應(yīng)以直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控參數(shù)，但有時(shí)由于缺乏檢測(cè)直接反映產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)的有效手段，無(wú)法對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行直接檢測(cè)；雖能檢測(cè)，但檢測(cè)信號(hào)很微弱或滯后很大，直接參數(shù)檢測(cè)不能及時(shí)、正確地反映生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)際情況。在選擇被控參數(shù)時(shí)，還要求所選參數(shù)有足夠的靈敏度。 控制變量選擇原則 設(shè)計(jì)單回路控制系統(tǒng)時(shí)，選擇控制變量的原則可歸納為以下幾條： 1)控制變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。為此，應(yīng)通過(guò)合理選擇控制變量，使控制通道的放大系數(shù) 0K 大、時(shí)間常數(shù) 0T 小、純滯后時(shí)間 0? 越小越好。擾動(dòng)引入系統(tǒng) (控制通道 )的位置要遠(yuǎn)離被控參數(shù)，盡可能靠近調(diào)節(jié)閥 (控制器 )。這一原則同樣適用于控制器、調(diào)節(jié)閥和測(cè)量變送器時(shí)間常數(shù)的選擇。 5)在選擇控制變量時(shí)，除了從提高控制品質(zhì)的角度考慮外，還要考慮工藝的合理性與生產(chǎn)效率及生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。另外，從經(jīng)濟(jì)性考慮，應(yīng)盡可能地降低物料與能量的消耗。在選擇控制變量時(shí)，要從所有允許控制的變量中盡可能地選擇一個(gè)對(duì)被控參數(shù)影響顯著、控制性能好的輸入變量作為控制變量。 5 檢測(cè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì) 檢測(cè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)原則 過(guò)程控制系統(tǒng)中的檢測(cè)元件指的是用于參數(shù) 檢測(cè)的傳感器、變送器。測(cè)量信號(hào)是調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制的基本依據(jù)，被控參數(shù)迅速、準(zhǔn)確地測(cè)量是實(shí)現(xiàn)高性能控制的重要條件。 武 漢理工大學(xué)《 儀表與過(guò)程控制系統(tǒng) 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 (1)傳感器、變送器測(cè)量范圍與精度等級(jí)的選擇 在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)要檢測(cè)的參數(shù)和變量都有明確的測(cè)量精度要求，參數(shù)與變量可能的變化范圍一般都是已知的。 (2)盡可能選擇時(shí)間常數(shù)小的傳感器、變送器 傳感器、變送器都有一定的響應(yīng)時(shí)間，特別是測(cè)溫元件。因此，控制系統(tǒng)中測(cè)量環(huán)節(jié)的常數(shù)不能太大，最好選用惰性小的快速測(cè)量元件。 對(duì)于傳送滯后較大的氣動(dòng)信號(hào)，一般氣壓信號(hào)管路不能超過(guò) 300m，直徑不能小于6mm，或者用閥門(mén)定位器、氣動(dòng)放大器增大輸出功率，以減小傳送滯后。 (3)合理選擇檢測(cè)點(diǎn)，減小測(cè)量純滯后 0? 要合理地選擇測(cè)量信號(hào)的檢測(cè)點(diǎn)，避免由于傳感器安裝位置不合適引起的純滯后。另外，檢測(cè)位置的選擇還要使檢測(cè)參數(shù)能夠真實(shí)反映生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)，因此，盡量將傳感器安裝在能夠直接代表生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)的位置。測(cè)量某些參數(shù)時(shí)，測(cè)量值要受到其他參數(shù)的影響，為了保證測(cè)量精度，需要進(jìn)行校正與補(bǔ)償處理。在測(cè)量某些過(guò)程參數(shù)時(shí)，由于其本身特點(diǎn)和環(huán)境干擾的存在，測(cè)量信號(hào)中含有干擾噪聲，如不采用措施，將會(huì)影響系統(tǒng)控制等質(zhì)量。一些檢測(cè)傳感器的非線性，使傳感 器的檢測(cè)信號(hào)與被測(cè)參數(shù)間呈非線性關(guān)系。 本系統(tǒng)檢測(cè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì) 武 漢理工大學(xué)《 儀表與過(guò)程控制系統(tǒng) 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 流量傳感器用來(lái)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進(jìn)行檢測(cè)?？膳c顯示，記錄儀表，積算器或調(diào)節(jié)器配套。主要優(yōu)點(diǎn)： (1)采用整體焊接結(jié)構(gòu)，密封性好； (2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 可靠，內(nèi)部無(wú)活動(dòng)部件，幾乎無(wú)壓力損失； (3)采用低頻矩形波勵(lì)磁，抗干擾性能好，零點(diǎn)穩(wěn)定； (4)儀表反映靈敏，輸出信號(hào)與流量呈線性關(guān)系 ,量程比寬； (5)流量轉(zhuǎn)換器采用 LDZ4 型電磁流量傳感器配套使用，輸入信號(hào)： 0~ 輸出信號(hào)： 4~20mA DC, 許負(fù)載電阻為 0~750 歐姆，基本誤差：輸出信號(hào)量程的 %。從提高系統(tǒng)控制品質(zhì)、增強(qiáng)生產(chǎn)系統(tǒng)及設(shè)備安全性的角度，對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有關(guān)執(zhí)行器選型需要關(guān)注的問(wèn) 題進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。在過(guò)程控制過(guò)程中，確定控制閥的口徑尺寸是選擇控制閥的重要內(nèi)容之一，在正常工況下要求調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度在 15%~85%之間。因此，調(diào)節(jié)閥口徑選擇一定要合適。調(diào)節(jié)閥的流量特性選 擇一般分兩步進(jìn)行。 (3)調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)作用方式選擇。 武 漢理工大學(xué)《 儀表與過(guò)程控制系統(tǒng) 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 本系統(tǒng)執(zhí)行器設(shè)計(jì) 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)控制回路流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化，可靠性高，操作方便，并可與計(jì)算機(jī)配套使用，組成最佳調(diào)節(jié)回路。采用 PS 電子式直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 420mA 閥位反饋信號(hào)輸出雙導(dǎo)向單座柱塞式閥芯，流量具有等百分比特性，直線特性和快開(kāi)特性，閥門(mén)采用彈簧連接，可預(yù)置閥門(mén)關(guān)斷力，保證閥門(mén)的可靠關(guān)斷，防止泄露。 7 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 調(diào)節(jié)器正反作用選 取 調(diào)節(jié)器的輸出決定于被控參數(shù)的測(cè)量值與設(shè)定值之差，被控參數(shù)的測(cè)量值與設(shè)定值變化，對(duì)輸出的作用方向是相反的。反之，如果測(cè)量值增加或設(shè)定值減小時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出減小，則稱(chēng)為“反作用”方式。在傳感器、被控過(guò)程、執(zhí)行器 (調(diào)節(jié)閥 )的符號(hào)已確定的條件下，為了保證單回路控制 系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器的符號(hào) (“正”、“反”作用 )選擇應(yīng)滿足單回路各環(huán)節(jié)符號(hào)的乘積必須為“ ”。由此可知，當(dāng)控制閥與被控過(guò)程符號(hào)相同時(shí)，控制器應(yīng)選