气罐压力控制系统
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过程控制仪表课程设计
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2010年12月30日
一、系统简介
气罐是工业生产过程中常见的装置和设备,其主要作用是存储生产过程中的气体,它是一种压力容器。气罐中的压力关乎整个生产过程的安全,因此对气罐压力的控制显得非常重要。气罐在生产过程中不是一个很复杂的控制对象,其输入量是输入气体流量,输出量是输出气体流量,是一个单输入单输出设备,而气罐中的气体压力则是我们主要控制的目标。
二、控制方案简介
本设计是以控制气罐中的压力为目的的控制系统。气罐是一个单输入单输出系统,因此在保证一定的安全性和经济性情况下,采用简单的单输入单输出控制方案即可满足要求。
气罐压力控制系统如图1所示,该方案采用了最简单的单回路闭环控制系统,系统中只有一个调节器。控制系统方框图如图2所示,其主要由压力变送器、控制器、执行器和被控对象(气罐)组成。压力变送器实时检测气罐中的压力,并将其转换成相应的信号,然后将其输入到调节器的信号测量端,与调节器的给定值进行偏差计算,偏差信号在调节器中进行PID运算,输出相应的信号到执行机构,按偏差方向调节阀门的开度,直到被控压力稳定在给定值。
图1.气罐压力控制系统
图2.气罐压力控制系统框图
该压力控制方案中,统一采用DDZ-Ⅲ型系列仪表,仪表间传输信号为4—20mA直流电流信号,抗干扰能力强,误差小,利于远传。
三、仪表选型
1、调节器选型
1)型号:KSC5-AH智能PID调节仪。
KSC5系列智能PID调节仪与各类传感器、变送器配合,可实现对温度、压力、液位、成分等过程的测量、变换、显示、通讯和控制。采用先进的PID智能控制算法,抗超调,具备自整定功能。误差小,并具备调校、数字滤波功能,可帮助减少传感器、变送器误差,有效提高测量、控制精度。适用于电压、电流、热电阻、热电偶、mV、电位器、远传压力表等信号类型。
2)参数
①输入
电流:4~20mA、0~10mA、0~20mA可通过设定选择
电压:1~5V、0~5V可通过设定选择
热电阻:Pt100、Cu100、Cu50、BA1、BA2、G53可通过设定选择
热电偶:K、S、R、B、N、E、J、T可通过设定选择
②调节方式
连续PID调节
位式PID调节
③精度
测量周期:0.3s
控制周期:0.3s~75.0s可设置
测量精度:±0.2%F·S±1个字,自动对温漂、时漂进行补偿
测量分辨率:1/16000、14位A/D转换器
显示范围:-1999~9999
热电阻输入导线电阻:小于20Ω
热电偶输入冷端补偿范围:0~60℃,精度±1℃
设定精度:与显示值一致无相对误差
④输出
控制输出:
可控硅无触点开关输出:100V-240V AC、0.2A(持续)、1A(20ms瞬时,重复周期大于5s)
可控硅过零触发输出:可触发5A-500A的双向可控硅、2个单向可控硅反并联连接或可控硅功率模块
SSR电压输出:8V DC,40mA(用于驱动SSR固态继电器)
继电器输出:触电容量220V AC,3A
线性电流/电压输出:同变送输出(如下)
变送输出:
光电隔离
4~20mA、0~10mA、0~20mA直流电流,可通过设定选择。负载能力大于600Ω输出分辨力:1/1000,误差小于±0.5%FS
报警输出:
12种报警方式,通过设定选择。具备延时报警功能
继电器输出:触电容量220V AC,3A
⑤其他
电源:220V AC,功耗小于7VA
工作环境:0~50℃,湿度低于90%RH
显示范围:-1999~9999,小数点位置可设定
显示分辨力:1/10000
基本误差:小于±0.2%FS
测量分辨力:1/60000,16位A/D转换器
测量控制周期:最短0.2s,可通过参数设定
手/自动输出:自动/手动双向无扰动切换
外供电源:24V DC
3)仪表接线端子
图3.KSC5-AH接线端子图
表1. KSC5-AH接线端子说明表
2、变送器选型
1)型号:DBS308系列压力变送器。
DBS308采用进口扩散硅作为压力检测元件,传感信号经高性能电子放大器件转换成4~20mA DC统一输出信号。
2)参数
电源电压:24V DC
量程范围:0~70KPa
精度等级:0.25%
输出信号:4~20mA DC
输出负载:0-600Ω
非线性误差:≤±0.3%FS
滞后误差:≤±0.3%FS
防爆标志:Exia Ⅱ CT4-6
3)仪表接线端子
图3.DBS308接线端子图
表2. DBS308接线端子说明表
3、执行器选型
(1)调节阀
1)型号:KVHQ电动调节球阀。
KVHQ电动开关型球阀,配用电动执行机构,单相电源即可控制运行,实现对压力、流量、温度、液位等参数的调节。
2)参数
公称通径:DN25-300mm
公称压力:PN1.6,4.0,6.4MPa
连接形式:法兰式按JB/T79.2-94凹或按JB78-5P对夹式法兰连接
阀芯形式:O形缺口半球体
流量特性:近似等百分比或近似直线特性及快开特性
球体阀杆材料:2Cr131Gr18Ni9Ti oCr17NI17Mo2(316L)
金属阀座材料:与阀杆材料相同,密封堆焊钴铬硬质合金
非金属阀座材料:增强聚四氟乙烯
动作范围:0~90º
允许压差:小于公称压力(1.6MPa)
控制精度:基本误差:±2% ;回差≤2% ;死区≤1%
可调范围:250:1
环境温度:-20~60º
(2)执行机构
1)型号:3610R系列角行程电子式电动执行机构,规格361RSB-10。
3610R系列角行程全电子式电动执行机构,以AC220单相交流电源作为驱动电源,直接接受来自DCS、PLC系统或调节仪表操作器的控制信号,是以角度(0~90º)位移运动的执行机构。
2)参数
电源电压:220VAC,50Hz
驱动电机:AC可逆单相齿轮减速电机
耗电功率:150VA