过程控制系统方案设计
自来水流量单回路过程控制系统方案
目录1 设计目的与要求 01.1 设计目的 02 自来水生产工艺 (3)2.1 生产工艺 (1)2.2 生产工艺流程图 (2)3 系统结构设计 (3)3.1 控制方案 (3)3.2 系统结构 (3)4被控变量与控制变量选择 (3)4.1被控变量选择原则 (3)4.2控制变量选择原则 (4)4.3本系统被控变量与控制变量的选择 (5)5检测环节设计 (5)5.1检测环节设计原则 (5)5.2本系统检测环节设计 (6)6执行器设计 (6)6.1执行器设计原则 (6)6.2本系统执行器设计 (7)7调节器设计 (7)7.1调节器正反作用选取 (7)7.2调节器规律的选择 (8)7.3调节器参数整定 (9)心得体会 (10)参考文献 (13)自来水厂流量控制系统的设计1 设计目的与要求1.1 设计目的如图，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用单闭环控制结构和PID控制规律，对自来水厂用泵将水打入水槽（泵1和泵2同时用），以备下一道工艺生产需要，进行设计将流量控制在500±3立方米/小时，以满足要求。
1.2 要求完成的主要任务1、了解对象及自来水厂生产工艺2、绘制流量控制系统方案图3、确定系统所需检测元件、执行元件、调节仪表技术参数4、撰写系统调节原理及调节过程说明书2 自来水厂生产工艺2.1 生产工艺众所周知，由于自然因素和人为因素，原水里含有各种各样的杂质。
从给水处理角度考虑，这些杂质可分为悬浮物、胶体、溶解物三大类。
城市水厂净水处理的目的就是去除原水中这些会给人类健康和工业生产带来危害的悬浮物质、胶体物质、细菌及其他有害成分，使净化后的水能满足生活饮用及工业生产的需要。
市自来水总公司水厂采用常规水处理工艺，它包括混合、反应、沉淀、过滤及消毒几个过程。
（1）混凝反应处理原水经取水泵房提升后，首先经过混凝工艺处理，即：原水 + 水处理剂→混合→反应→矾花水自药剂与水均匀混合起直到大颗粒絮凝体形成为止，整个称混凝过程。
sama图（精品）
《过程控制工程》课程设计指导书“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。
通过实际题目、控制方案的选择、工程图纸的绘制等基础设计和设计的学习，培养学生理论与实践相结合能力、工程设计能力、创新能力，完成工程师基本技能训练。
一、过程控制系统设计及其主要内容过程控制系统设计是为实现生产过程自动化，应用图纸资料和文字资料来表达设计思想和工程实现方法。
设计分为两个阶段：（一）设计前期工作主要内容：1．查阅资料，对被控对象动态特性进行分析，确定控制系统的被调量和调节量；2．确定自动化水平，包括确定自动控制范围、控制质量指标、报警设限及手自动切换水平；3．提出仪表选型原则，包括测量、变送、调节及执行仪表的选型。
（二）设计工作主要内容：1．根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，完成控制系统原理图；2．根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，完成控制系统工艺流程图（PID图）；3．根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图（包括系统功能图和系统逻辑图）；4．对所设计的系统进行仿真试验，并进行调节器参数整定；5．编写设计说明书：（1）提出控制系统的基本任务和要求；（2）被控对象动态特性分析；（3）选择控制系统控制结构，画控制原理图；（4）选择测点和调节机构画控制系统工艺流程图；（5）选择控制仪表，画SAMA图（标出调节器作用方向）；（6）根据控制原理图，进行控制系统仿真实验，控制器参数整定；（7）设计总结。
二、绘制设计图（一）系统控制原理图控制原理图应反映控制系统的结构。
（二）管道及仪表流程（PID）（工艺控制流程图）管道仪表流程图画法规定1．管道及仪表流程图适用于生产工艺装置，是用图示的方法把工艺流程所需的全部设备、机器、管道及管件和仪表表示出来。
它是设计和施工的依据，也是运行和检修的指南。
2．管道及仪表流程图安装比例。
1）一般设备（机器）图只取相对比例。
2）实际尺寸大设备（机器），适用缩小。
第八章控制系统工程设计 过程控制系统课件
第八章 控制系统工程设计
8.1.3 自控系统工程设计的方法
接到一个工程项目后，在进行自控系统的工程设计时，一般应按照 以下所述的方法来完成。
（1）熟悉工艺流程 熟悉工艺流程是自控设计的第一步。自控设计人员对工艺流程熟悉
和了解的深度将决定设计的好坏与成败。在此阶段还需收集工艺中有关的 物性参数和重要数据。
而文字资料则是对设计第八章控制系统工程设计表81被测变量和仪表功能的字母代号首位字母后继字母被测变量修饰词读出功能输出功能修饰词a分析报警b喷嘴火焰供选用供选用供选用c电导率控制d密度差e电压电动势检测元件f流量比分数g供选用视镜观察h手动高i电流指示j功率扫描第八章控制系统工程设计自动手动操作器k时间时间程序变化速率l物位指示灯低m水分或湿度瞬动中中间n供选用供选用供选用供选用oo供选用节流孔p压力真空连接或测试点q数量积算累计r核辐射记录s速度频率安全开关联锁第八章控制系统工程设计t温度传送变送u多变量多功能多功能多功能v振动机械监视阀风门百叶窗w重量或力套管x未分类x轴未分类未分类未分类y供选用y轴继动器继电器计算器转换器z位置尺寸z轴驱动器执行元件第八章控制系统工程设计对于表81中所涉及的内容简要说明如下
第八章 控制系统工程设计
8.1.1 工程设计的基本任务和设计步骤
1．基本任务与设计宗旨 自控系统工程设计的基本任务是：依据生产工艺的要求， 以企业经济效益、安全、环境保护等指标为设计宗旨，对生产 工艺过程中的温度、压力、流量、物位、成分及火焰、位置、 速度等各类质量参数进行自动检测、反馈控制、顺序控制、程 序控制、人工遥控及安全保护（如自动信号报警与联锁保护系 统等）等方面的设计，并进行与之配套的相关内容（如控制室、 配电、气源，以及水、蒸汽、原料、成品计量等）的辅助设计。 在实际工作中，必须按照国家的经济政策，结合工艺特点 进行精心设计。一切设计既要注意厂情，又要符合国情，严格 以科学的态度执行相关技术标准和规定，在此基础上建树设计 项目的特色。总之，工程设计的宗旨应切合实际、技术上先进、 系统安全可靠、经济投入/效益比要小。
过程控制课程设计
过程控制课程设计 Modified by JEEP on December 26th, 2020.辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）题目：精馏塔塔内压力控制系统设计院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：测控技术与仪器注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要精馏塔是石油、化学加工工业(CPI)中使用量最大、能耗最高、应用面极广的分离单元操作设备。
本设计采用单回路控制系统对塔内压力进行实时控制，采用PID算法的DTZ—2100控制器对HK-613系列通用型压力变送器采集到的塔内压力值进行处理，并将控制信号传递给ZXS型新系列气动薄膜角形单座调节阀，令其对冷却量进行控制，从而达到对塔内压力的控制。
精馏塔的控制最终目标是：在保证产品质量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大生产设备自动化程度的提高，有利于降低工厂成本、促进生产线的柔性化和集成化，有利于提高产品的产量、质量以及产品的竞争力。
从某种意义上说，高效的精馏塔控制技术为我们创造了不可忽视的经济效益和社会效益。
关键词：精馏塔；分离单元；PID算法目录第1章绪论研究背景及意义精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。
而石油化工是基础性产业，它为农业、能源、交通、机械、电子、纺织、轻工、建筑、建材等工农业和人民日常生活提供配套和服务，在国民经济中占有举足轻重的地位，在现代生活中，几乎随时随地都离不开化工产品，从衣、食、住、行等物质生活到文化艺术、娱乐等精神生活，都需要化工产品为之服务。
精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。
精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。
1.精馏过程的核心在于回流，而回流必须消耗大量能量。
第六章典型过程控制系统应用方案案例
按照图 6-5 分析可知，乳液直接进入干燥器，滞后最小，对于 干燥温度的校正作用最灵敏， 而且干扰进入装置最靠近调节阀 1， 似 乎控制方案最佳。但是，乳液流量即为生产负荷，一般要求能保证 产量稳定。若作为控制参数，则在工艺上不合理。所以不宜选乳液 流量为控制参数，该控制方案不能成立。 再对图 6-6 进行分析，可以发现，调节旁路空气流量与热风量 混合后，再经过较长的风管进行干燥器。如图 6-5 所示方案相比， 由于混合空气传输管道长， 存在管道传输滞后,故控制通道时间滞后 教大，对于干燥温度校正作用的灵敏度要差一些。若按照图 6-7 所 示调节换热器的蒸汽流量，以改变空气的温度，则由于换热器通常 为一双容过程，时间常数较大，控制通道的滞后最大，对干燥温度 的校正作用灵敏度最差。显然，选择旁路空气量作为控制参数的方 案最佳。 （1） 过程检测控制仪表的选用 根据生产工艺和用户的要求， 选用电动单元组合仪表（DDZ–Ⅲ型）
6.1 热交换器温度反馈-----静态前馈控制系统
6.2 单回路控制系统的应用
6.3 计算机数字控制的典型实例 6.4 流体输送设备的控制 6.5 反应器的控制 附录:思考题与习题
6.1 热交换器温度反馈——静态前馈控制系统 6.1.1 生产过程对系统设计的要求
在氮肥生产过程中有一个变换工段 ,把煤气发生炉来的一氧化 碳同水蒸汽的混合物转换成生产合成氨的原料七,在转换过程中释放 大量的热,使变换气体温度升高,变换气体在送至洗涤塔之前需要降 温,而进变换炉的混合物需要升温,因此通常利用变换气体来加热一 氧化碳与水蒸气的混合气体,这种冷热介质的热量交换是通过热交换 器来完成的。在许多工业生产过程中都用到热交换器设备，对热交 换器设备的控制就显得非常重要。 热交换器主要的被控制量是冷却介质出热交换器的温度。 图 6-1 表示一个进出热交换器的典型参数。其中加热介质是工厂生产过程 中产生的废热热源(成品、半成品或废气、废液),为了节省能量,这部 分热量要求最大限度的加以利用。所以通常不希望对其流量进行调 节,而被加热介质的温度一般是通过调节加热介质的流量来实现的。
过程控制系统课程设计题目
(一)采用 MATLAB 仿真；所有仿真，都需要做出以下结果：( 1 ) 超调量( 2 ) 峰值时间( 3 ) 过渡过程时间(4) 余差( 5 ) 第一个波峰值( 6 ) 第二个波峰值( 7 ) 衰减比( 8 ) 衰减率( 9 ) 振荡频率( 10 ) 全部 P 、I 、 D 的参数( 11 ) PID 的模型(二)每人一个题目，自己完成课程设计报告，报告的格式如图论文格式一． 液氨的水温控制系统设计液氨蒸发器主、副对象的传递函数分别为：G (s) = 1 ，G (s) = 1 e 一0.1s 01 (20s +1)(30s +1) 02 0.2s +1主、副扰动通道的传递函数分别为：G (s) = 1 ，G (s) = 1 f 1 0.2s +1 f 2试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：( 1 ) 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭环系统原理图；( 2 ) 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能(包括一次扰动和二次扰动)；( 3 ) 说明不同控制方案对系统的影响。
二．炉温控制系统设计设计任务：某加热炉的数学模型为G(s) = e一150s ，试设计大时延控制系统，具体要求如下：( 1 ) 仿真分析以下控制方案对系统性能的影响： PID 、微分先行、中间微分、Smith 预估、增益自适应预估；给出相应的闭环控制系统原理图；( 2 ) 在不同控制方式下进行仿真实验，比较系统的跟踪性能和抗干扰性能；选择一种较为理想的控制方案进行设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定。
三．锅炉夹套与被加热介质的温度控制1.设计任务(可 2 人选此题)了解、熟悉锅炉夹套与内胆温度控制系统的工艺流程和生产过程的静态、动态特性，根据生产过程对控制系统所提出的安全性、经济性和稳定性要求，结合所学知识实现温度的控制。
2.设计要求( 1 ) 从组成、工作原理上对工业型传感器、执行机构有一定的了解和认识。
过程控制系统的设计与实现
过程控制系统的设计与实现随着工业自动化的不断提高和科技的不断发展，越来越多的企业和生产厂家开始采用过程控制系统，以提高生产效率和产品质量。
过程控制系统是指利用计算机、传感器等技术手段对工艺流程进行实时监测和控制的系统。
本文将着重讨论过程控制系统的设计与实现过程。
具体内容如下：一、需求分析进行过程控制系统的设计与实现，需要首先进行需求分析。
需求分析主要包括以下几个方面：1.生产需求：明确生产厂家的生产要求和目标，制定相应的生产计划。
2.设备要求：确定所需的硬件设备、软件系统及其规格和参数。
3.控制策略：根据生产需求和设备要求，确定相应的控制策略和规则。
4.安全性：保障系统的安全性和可靠性，防止系统被外界攻击或故障。
在需求分析阶段，我们需要与生产厂家充分沟通，了解其需求和要求，制定相应的控制方案，并确定相应的设计方向和目标。
二、系统设计在需求分析阶段完成后，需要对过程控制系统进行系统设计。
系统设计主要包括以下几个步骤：1.系统架构：确定过程控制系统的总体架构，包括硬件、软件和网络架构等。
2.功能设计：确定系统要实现的功能和特性，如控制、监测、报警等。
3.软件设计：设计系统所需要的软件，包括编写代码、测试程序、编写文档等。
4.硬件设计：根据系统架构和功能要求，设计硬件系统，选择合适的传感器、执行器、控制器等等。
5.集成测试：将软件、硬件、网络等各个部分进行集成测试，确保系统能够正常运行。
在系统设计阶段，需要充分考虑系统的可扩展性、灵活性和稳定性等要求。
三、系统实现系统实现是指将以上设计方案付诸实践的过程。
系统实现主要包括以下几个步骤：1.硬件搭建：根据设计方案，选择合适的硬件设备并进行搭建。
2.软件编码：根据设计方案，编写相应的代码并进行调试。
3.测试和调试：对已实现的系统进行测试和调试，确保系统能够正常运行。
4.安装和调试：将系统安装到实际生产环境中，并进行调试和实验，确保系统能够满足生产需求。
在系统实现阶段，需要根据系统设计方案进行具体实现，并进行现场实验和调试，确保系统能够正常运行。
过程控制系统设计
❖ 具体步骤:
1．根据工艺要求和控制目标确定系统变量 2．建立数学模型 3．确定控制方案 4．选择硬件设备 5．选择控制算法，进行控制器设计 6．软件设计
设备安装、调试与整定、运行
❖ 3-2 确定控制变量与控制方案 根据稳定性、安全性和经济性原则确定控制目标
❖ 1．被控变量 在定性地确定目标以后，需要用工业过程的被控变 量来定量地表示控制目标 被控变量也是工业过程的输出变量
❖ 检测部件一般宜采用定型产品，设计过程控制系统 时，根据控制方案选择测量仪表和传感器 选型原则：
❖ （1） 可靠性原则 可靠性是指产品在一定的条件下，能长期而稳定地 完成规定功能的能力。 是测量仪表和传感器的最重要选型原则。
❖ （2） 实用性原则 完成具体功能要求的能力和水平。根据工艺要求
考虑实用性，既要保证功能的实现，又应考虑经济 性，并非功能越强越好。
❖
模拟量控制回路较少，开关量较多的过程控制系统 宜采用PLC控制。
❖ 测量仪表和传感器的选型原则
一个简单的控制系统就是由被控对象、检测部件（ 测量仪表和传感器）和执行机构组成
❖ 自动控制系统中检测部件的作用相当于人的感觉器 官，它直接感受被测参数的变化，提取被测信息， 转换成标准信号供显示和作为控制的依据
2．输入变量
有两类：
控制（或操作）变量，扰动变量。
研究调节阀的流量特性对于选用调节阀有重要意义。
研究调节阀的流量特性对于选用调节阀有重要意义。
②旁路阀逐渐开启，旁路流量增加，则B值减小，可调比下降；
（2）实际可调比
在实际使用中，调节阀前后的压降是随管道阻力的变化而改的。
把控制器比喻为自动调节系统中的“头脑”,则调节阀就是自动调节系统的“手脚”。
过程控制第三章第9,10,11讲
过程静态特性是选择控制参数的重要依据。 结论：扰动通道静态放大系数Kf 越大，则系统 的稳态误差越大，降低了控制质量。控制通道 的静态放大系数K0越大，表示控制作用越灵敏， 克服扰动的能力越强。 因此确定控制参数时，使K0大于Kf是合理的。 这一要求不能满足时，调节Kc的值来补偿，使 K0 Kc值远大于Kf 。
结论：扰动通道的时间常数 T f 愈大，容积愈多，则扰动
通道对被控参数的影响也愈小，控制质量也愈好
（2）时延τf 的影响
有纯滞后时系统对扰动的闭环传递函数为
Y ( s) F ( s ) 1 Wc ( s )W0 ( s)
根据拉氏变换的平移定理，被控量的时间响应为
W f ( s )e
f s
y(∞) t
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图1.3 闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线
控制系统的阶跃响应性能指标小结
稳定性 衰减比n = 4:1~10:1最佳
准确性 余差C小好
最大偏差 A 小好 快速性 过渡时间 Ts 短好
各品质指标之间既有联系、又有矛盾。例如， 过分减小最大偏差，会使过渡时间变长。因此， 应根据具体工艺情况分清主次，对生产过程有决 定性意义的主要品质指标应优先予以保证。
三、控制参数的选择
控制参数又称为控制变量或控制量。 在生产过程中，可能有几个控制量可供 选择来影响被控参数。选择不同的控制 参数就有不同的控制通道和扰动通道。 不同的控制通道和扰动通道的控制质量 是不相同的。因此应选择较优的控制参 数，即正确选择控制通道。
三、控制参数的选择
（一）过程静态特性分析
在新稳态值（ 205℃）两侧以宽度为±4.1℃画一 区域（阴影线）。曲线进入时间点 Ts = 22min
过控控制方案
过控控制方案第1篇过控控制方案一、方案背景随着我国经济的快速发展，工业生产规模不断扩大，对生产过程的控制要求越来越高。
过程控制系统（Process Control System，简称PCS）在保障生产安全和提高生产效率方面发挥着重要作用。
本方案旨在针对现有过程控制系统存在的问题，提出一套合法合规的过控控制方案，以提高生产过程的自动化、智能化水平，确保生产过程的安全、稳定和高效。
二、方案目标1. 提高生产过程的自动化水平，降低人工干预程度，减少人为操作失误。
2. 提高生产过程的稳定性，降低生产过程中的波动，提高产品质量。
3. 提高生产效率，缩短生产周期，降低生产成本。
4. 确保生产过程符合国家相关法律法规和行业标准，保障生产安全。
三、方案内容1. 系统架构本方案采用分布式控制系统（Distributed Control System，简称DCS）作为过程控制系统的基础架构。
DCS具有高可靠性、高灵活性、易于扩展和维护等优点，能够满足复杂生产过程的需求。
2. 系统硬件（1）控制器：选用具有高性能、高可靠性的控制器，负责采集现场仪表数据，执行控制算法，输出控制信号。
（2）现场仪表：根据生产过程需求，选用合适的传感器、执行器等现场仪表，实现生产过程的实时监测和控制。
（3）通信网络：采用工业以太网技术，实现控制器与现场仪表、控制器与上级监控系统之间的数据通信。
3. 系统软件（1）控制策略：根据生产工艺要求，制定合理的控制策略，包括PID控制、前馈控制、模糊控制等。
（2）数据处理与分析：对采集到的数据进行处理和分析，为优化控制策略提供依据。
（3）监控与报警：实时监控生产过程，对异常情况进行报警，并采取相应措施。
4. 人机界面（1）操作界面：设计简洁、直观的操作界面，方便操作人员实时监控生产过程，进行手动控制和参数调整。
（2）报警界面：设计明确的报警界面，显示报警信息，便于操作人员及时处理。
（3）趋势分析：提供历史数据和实时数据趋势分析功能，帮助操作人员掌握生产过程变化。
过程控制系统课程设计报告.doc
目录第一章概述 (1)1.1 设计目的 (1)1.2 具体任务 (1)1.3 氧化铝生产的意义 (2)第二章氧化铝高压溶出工序介绍 (3)2.1 铝工业的国内外现状 (3)2.2 氧化铝生产过程 (4)2.3 高压溶出工序 (9)第三章氧化铝高压溶出工序生产设备及控制要求 (12)3.1 双程预热器 (12)3.2 溶出器 (12)3.3 自蒸发器 (13)3.4 蒸汽缓冲器 (14)第四章氧化铝高压溶出工序3#溶出器温度控制系统设计 (16)4.1 方案论证 (16)4.2 硬件设计 (17)4.3 控制算法 (20)4.4 软件设计 (21)第五章总结 (24)5.1 方案评价及改进方向 (24)5.2 收获及体会 (24)参考文献 (26)第一章概述现代工业生产过程，随着生产规模的不断扩大，生产过程的强化，对产品质量的严格要求，以及各公司的激烈竞争，人工操作与控制已远远不能满足现代化生产的要求，工业过程控制系统已成为工业生产过程必不可少的设备，因为，它是保证现代企业安全、优化、低功耗和高效益生产的主要技术手段。
由于工业生产过程各种各样而且非常复杂，工业生产过程可分连续的生产过程和离散的生产过程。
因此，在设计工业生产过程控制系统时，必须花大量的时间和精力了解该工业生产过程的基本原理、操作过程和过程特性，这是设计和实现一个工业生产过程控制系统的首要条件。
工业生产过程由简单到复杂，规模由小到大。
至今，已有各种各样的生产工业过程，生产出各种各样的产品满足人们的生活需要。
作为工业生产过程的一部分的工业过程控制系统也在不断发展和提高。
在工业生产过程中，通常需要测量和控制变量有：温度、压力、流量、物位（液位）、物质成分和物性（PH值）等。
1.1 设计目的经过一个学期的过程控制系统课程的学习，对过程控制有了一个基本的了解。
然而仅仅在理论方面是远远不够的，需要将所学的应用于实际生产过程中，只有这样才能真正的对过程控制有一个比较深入的认识，为以后的学习和工作打下一个良好的基础。
基于微波通信的过程控制系统方案设计
基 于微 波 通 信 的 过 程 控 制 系统 方 案 设 计
・ ７・ ５
基于微波通信 的过程控制 系统方案 设计
郭荣祥 ，张继红
（ 内蒙古科技大学 信 息工程学 院， 内蒙古 包 头 ０４１ ） １ ０ ０
摘要 ： 简要介 绍 了过程控制 系统 的概 念以及在 工业生产现 场的重要地位 ， 重点设计 了以德 国西 门子 小型可编程逻辑控制 器
￥ －０ ７２ ０系列 Ｐ Ｃ的 组 网微 波 通 信 方 案 ， 出 了过 程 控 制 系统 中主 站 与从 站 的硬 件 构 成 原 理 与 软 件 编 制 流 程 ， 后 设 计 了 Ｌ 给 最
通信过程 中的误码检错 方法。整套设备在 现场运行 前对 信号的传输 过程进 行 了性 能测试 ， 果表明 ： 结 所设计 系统操 作简
单、 性能 可靠 、 通信 无误 ， 具有较 高的工程应 用价值 。
关键 词 ： 可编 程 逻 辑 控 制 器 ； 过程 控 制 系统 ； 波 通 信 ； 感 器 微 传
中图分类号 ： Ｐ７ Ｔ２８
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ０—８２ （０ ７ ０ １０ ８９ ２ ０ ）６—０ ５ ０ ０ ７— ３
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过程控制系统方案设计
过程控制系统方案设计过程控制系统是指将传感器、执行器和控制算法等组成的一套系统，用于监测和控制工业过程中的温度、压力、流量等参数。
本文将从系统组成、功能设计、安全性设计和可扩展性设计等方面，详细介绍过程控制系统的方案设计。
1.系统组成-传感器：用于采集工业过程中的参数，如温度传感器、压力传感器、液位传感器等。
-执行器：用于根据控制算法的输出执行动作，如电动阀门、电机等。
-控制算法：通过对传感器采集的参数进行处理，并根据设定的控制策略输出控制信号给执行器。
-人机界面：通过图形化界面使操作人员能够监视和控制整个系统。
-通信网络：用于传输传感器采集的数据和控制信号。
-数据存储和处理单元：用于存储历史数据和对数据进行处理分析。
-电源供应：为系统提供电力。
2.功能设计-参数采集：通过传感器采集工业过程中的参数，并将其转化为数字信号。
-数据处理：对传感器采集的数据进行滤波、去噪等处理，以满足控制算法的要求。
-控制策略生成：根据设定的控制策略，利用控制算法对传感器采集的数据进行处理，从而生成控制信号。
-执行动作控制：将控制信号传递给执行器，通过调节执行器的状态来控制工业过程中的参数。
3.安全性设计-可靠性：系统需要具备高可靠性，能够正常工作并保证工业过程的稳定性。
-网络安全：通过加密通信、防火墙等措施，确保系统在网络通信中的安全性。
-级联保护：当系统中的一些部分出现故障时，能够及时发出警报并采取相应的保护措施。
-系统备份：对系统进行定时备份，以保证系统数据的安全性。
-权限管理：通过设定用户权限，限制非授权人员对系统的访问和操作。
4.可扩展性设计-模块化设计：将系统划分为多个模块，每个模块具有独立的功能和接口，方便对系统的扩展和维护。
-开放式接口：提供开放式接口，允许第三方设备和软件与系统进行集成。
-标准化协议：采用标准化协议，方便系统与其他设备进行通信和交互。
-可定制性：根据用户需求，对系统进行定制化开发，以满足不同工业过程的需求。
过程控制系统课程设计
课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化0905班指导教师：傅剑工作单位：自动化学院题目: 锅炉汽包水位单冲量控制系统的设计初始条件锅炉汽包水位自动调节的任务是给水量与锅炉蒸发量相平衡，并维持汽包水位在工艺规定的范围内。
汽包水位过高会影响汽水分离效果，水位过低则损坏锅炉。
以汽包水位为控制量，以给水量为被控量。
该对象的只要蒸汽负荷为扰动量，试设计一控制系统，使汽包水位维持在120㎝，稳态误差±0.4㎝，以满足生产要求。
要求完成的主要任务:1、了解锅炉生产蒸汽工艺设备及其工作流程2、基于对象特点分析，绘制液位控制系统方案图3、确定系统所需检测元件、执行元件、控制器技术参数4、撰写系统调节原理及调节过程说明书5、锅炉汽包水位单冲量控制系统进行数值仿真6、总结课程设计的经验和收获时间安排1月14日选题、理解课题任务、要求1月15日方案设计1月16日-17日参数计算、撰写说明书1月18日答辩指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备，为确保安全，稳定生产，对锅炉的自动控制十分重要，其中汽包水位是一个非常重要的被控变量。
锅炉是一个较为复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。
汽包水位是锅炉运行的主要指标。
保持的水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。
因为水位过高，会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸气带水过多，使过热器管壁结垢并损坏，同时使过热蒸汽的温度急剧下降。
如果该带液蒸汽被用户用来带汽轮机，将会损坏汽轮机的叶片。
水位过低，由于汽包内的水量较少，而负荷很大时，水的汽化速度加快，来不及时加以控制，将使汽包内的水全部汽化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。
因此必须对锅炉汽包水位进行严格控制.汽包水位自动调节的任务是给水量与锅炉蒸发量相平衡，并维持汽包水位在工艺规定的范围内。
保持锅炉汽包水位在一定范围是锅炉稳定安全运行的主要指标。
过程控制系统课程设计
2 目录一、设计目的 2二、设计要求 3三、实现过程3 1、 系统概述 (3)1.1加热炉 (3)1.2加热炉工艺过程 ...................................................... 4 13控制参数的选择及控制燃烧方案的确定 . (5)1.4加热炉的工艺结构及其设备组成 (6)1.5生产线的特点 ........................................................ 6 2、 设计与分析 .. (7)2.1加热炉生产工艺和控制要求 (7)2.2燃烧控制系统及仿真 (7)四、总结 11五、附录 12六、参考文献12 一、设计目的经过一个学期的过程控制系统课程的学习，对过程控制有了一个基本的了 解。
然而仅仅在理论方面是远远不够的，需要将所学的应用于实际生产过程中， 惟独这样才干真正的对过程控制有一个比较深入的认识，为以后的学习和工作打 下一个良好的基础。
通过这次课程设计，我们可以了解具体生产工业过程控制系 统设计的基本步骤和方法。
同时也对氧化铝的生产工艺有一个大概的认识，惟独 弄清晰生产工艺对控制的具体要求，才干去设计一个过程控制系统。
同时：1、 提高对所学自动化仪表和过程控制的原理、结构、特性的认识和理解， 加深对所学知识的巩固和融会贯通。
2、针对一个小型课题的设计开辟，培养查阅参考书籍资料的自学能力，通过独立思量，学会分析问题的方法。
3、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。
4、培养学生严谨的工作作风，相互合作的团队精神，提髙其综合素质，获得初级工程应用经验，为将来从事专业工作建立基础。
二、设计要求燃烧量对蒸汽母线压力：G(s)= —?——r+ 100^+11、査阅资料，深入掌握钢铁工业过程的工作原理及控制要求，绘制出钢铁工业生产过程工艺流程图。
2、设计控制方案。
(1)根据燃烧对象特性及控制要求，完成燃烧量的选择、执行器、变送器的选择、控制仪表选择等方案设计。
过程控制系统方案设计
过程控制系统方案设计过程控制系统是一种用于监测和控制工业过程的自动化系统，能够实时收集和处理过程数据，并根据设定的控制策略自动调节设备和参数，以达到最优的生产效果。
在过程控制系统的方案设计中，需要考虑多个因素，包括硬件设备的选择、软件系统的设计、通信协议的确定等。
本文将从这些方面对过程控制系统的方案设计进行详细介绍。
一、硬件设备的选择在过程控制系统的方案设计中，硬件设备的选择是十分重要的一环。
根据具体的控制需求，可以选择合适的传感器、执行器、PLC等设备。
传感器用于采集过程数据，执行器用于调节设备参数，PLC用于控制逻辑的实现。
在选择硬件设备时，要考虑其性能、可靠性、兼容性等因素，并保证其与软件系统的适配性。
二、软件系统的设计软件系统是过程控制系统的核心，对于实现控制策略和数据处理起到至关重要的作用。
软件系统的设计包括数据采集、控制算法、人机界面等方面。
在数据采集方面，可以使用实时数据库进行数据存储和管理，以方便后续的数据处理和分析。
在控制算法方面，要根据具体的控制需求选择合适的算法，并采用合理的控制策略。
在人机界面方面，可以使用图形化界面进行操作和监控，方便用户进行参数设置和过程状态的监测。
三、通信协议的确定通信协议是过程控制系统与外部设备之间实现数据交换的桥梁，确定合适的通信协议可以提高系统的可靠性和性能。
常用的通信协议包括Modbus、Profibus、CAN等。
在确定通信协议时，要考虑系统的实时性和响应性能要求，以及设备的兼容性和可扩展性。
四、系统安全性的考虑过程控制系统在设计时应考虑系统的安全性，保证系统的数据和操作的安全可靠。
可以采用多种方法提高系统的安全性，包括密码学技术、访问控制、数据加密等。
此外，还要做好系统的备份和恢复工作，以防止数据丢失和系统故障。
五、系统测试和调试在过程控制系统的方案设计完成后，还需要进行系统测试和调试工作，以保证系统的正常运行和稳定性。
测试和调试包括软件测试、硬件测试、联调测试等。
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过程控制仪表与系统题目：工业含硫废气控制系统方案设计
学院：信息科学与工程学院
专业班级：测控技术与仪器1503班
学号： 7
学生姓名：王哲
教师：李飞
工业含硫废气控制系统方案设计
摘要：许多化工厂在厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中都会产生各种含有污染的有害气体，其中含硫的气体对环境造成的污染尤为严重。
因此对含硫废气正确合理的处理至关重要。
在我国工业含硫废气一般多采用焚烧工艺，经焚烧炉焚烧，使污染性气体转换成安全物质。
经方案论证后，本设计采用双闭环串级控制系统，控制目标温度在600-800℃设定尾气焚烧炉炉温波动范围不超过±30℃。
该控制系统中运用PID算法，传感器将检测到的模拟信号送到变送器，变送器输出4～20mA的电流信号。
将变送器输出的标准信号送入控制器中，控制器通过分析比较所测参数与预设参数之后输出控制信号，执行器根据传送过来的信号进行变化，最终达到对系统温度的控制。
关键词：双闭环串级控制系统；炉温控制；流量控制；变送器
1 引言
含硫废气与加氢反应器出口过程器被加热至270-320℃左右与外补富氢气混合后进入加氢反应器在加氢催化剂的作用下转化为H2S。
加氢反应为放热反应，离开反应器的尾气-换热器换冷却后进入冷凝塔。
废气在冷凝塔中利用循环机冷水来降温。
70℃冷凝水自冷凝塔底部流出，经济冷泵加压后经急冷水冷却器用循环水冷却至40℃，循环至冷却塔顶。
部分急冷水经急冷水过滤器过滤后返回急冷水泵入口。
尾气中的水蒸气被冷凝，产生的酸性水由急冷水泵送至酸性水处理处。
为防止酸性水对设备的腐蚀，需向急冷水中注入氨根据ph值大小决定注入氨的量。
冷凝后的尾气离开冷凝塔进入回收塔，用30%的甲基二乙醇胺溶液吸收废气中的硫化氢，同时吸收部分二氧化碳。
吸收塔底富液用富液泵送至溶剂再生部分统一处理。
从塔顶出来的净化气经尾气分液罐分液后进入焚烧炉燃烧，有燃料气流量控制炉膛温度；废气中残留的硫化氢几乎全转化成二氧化硫，最后再对二氧化硫进行处理。
焚烧炉要控制温度在600-800℃，保证尾气可以充分燃烧，对环境和人的健康都没有危害。
温度控制系统可采用的方法有双闭环串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、前馈-反馈控制系统、分程控制系统等。
2 系统方案设计
系统分析
在含硫废气焚烧炉炉温控制系统的设计中，主被控参数是焚烧炉的炉膛温度。
瓦斯气流量和空气流量等参数的变化都会对温度控制形成干扰。
工业上正常生产时会产生温度过高和温度过低两种情况。
温度过高的影响因素有：瓦斯流量大、压力高，瓦斯带油或过程气S和H2S含量高等因素。
这时调节的方法联系公司调度至稳定瓦斯压力。
加强瓦斯罐排凝。
还可能温度过低，原因可能是瓦斯压力过低，瓦斯带水，瓦斯流量小等。
措施是加强瓦斯排凝，加大流量。
同时本设计也充分考虑到控制环境存在腐蚀性以及易爆性，采用安全方式设计，保证生产安全。
方案论证
本设计可采用的方法有双闭环串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、前馈-反馈控制系统。
下面为该系统的设计方案分析。
方案一：
采用双闭环串级控制系统。
本系统中，炉膛温度是主控参数，影响其温度的因素有很多，例如瓦斯压力，瓦斯带水，瓦斯流量等等。
本设计要通过控制空气的进入量还有瓦斯气的进入量来达到控制炉温的目的。
双闭环串级系统流
图1 双闭环串级系统流程图
方案二：
采用前馈-反馈单回路控制系统择炉膛温度为被控参数，瓦斯气流量为前馈控制器的输入干扰，其他影响炉膛温度的因素作为系统的干扰变量。
当瓦斯气流量受到扰动后，反馈系统马上开始控制，使瓦斯流量不至于波动过大，从而使炉内温度稳定。
具体控制系统框图如图2所示：
图2 单回路控制系统框图
综上所述，方案1中副回路的设计，对系统的稳定性更有保障而且它的调节速度更快，追去额度更高。
双闭环比值控制器的引入是流量风容易控制，提高系统的控制性能。
在方案2中一个前馈控制器只能抑制一个干扰对被控参数的影响，而在实际的工业生产过程中存在大量扰动因素，不可能仅对单一扰动进行控制，方案二存在一定的弊端。
鉴于以上原因，本次设计采用双闭环串级控制系统。
根据双闭环串级控制系统框图，可以分析含硫废气焚烧炉炉温控制系统的生产工艺过程：当炉内温度过低时，温度传感器检测到温度反馈回信号与设定值比较，产生的偏差促使执行器开始工作。
瓦斯气和空气的进气阀开度变大，是炉内温度升高。
当温度过低时，反馈回来的温度信号与设定值比较，使调节阀开度减小，使炉内温度下降从而达到稳定炉内温度的作用。
双闭环串级控制系统框图如图3所示：
图3 双闭环串级控制系统框图
3 方案设计的可行性
设计方案对安全、环境及社会的影响
工业废气焚烧炉的选择
工业废气处理常选用的焚烧工艺，即焚烧炉分以下几种：
一、蓄热式热力焚烧炉(Regenerative Thermal Oxidizers，简称RTO)
工作原理：在高温下将废气中的有机物(VOCs)氧化成对应的二氧化碳和水，从而净化废气，并回收废气分解时所释放出来的热量，三室RTO废气分解效率达到99%以上，热回收效率达到95%以上。
RTO主体结构由燃烧室、蓄热室和切换阀等组成。
二、催化氧化炉(Catalytic Oxidizer)
工作原理：催化剂焚烧炉的设计是依废气风量，VOCs浓度及所需知破坏去除效率而定。
操作时含VOCs的废气用系统风机导入系统内的换热器，废气经由换热器管侧而被加热后，再通过燃烧器，这时废气已被加热至催化分解温
度，再通过催化剂床，催化分解会释放热能，而VOCs被分解为二氧化碳及水气。
之后此一热且经净化气体进入换热器之壳侧将管侧未经处理的VOC废气加热，此换热器会减少能源的消耗，最后，净化后的气体从烟囱排到大气中。
四、直接热力焚烧炉(Direct Fired Thermal Oxidizer，简称DFTO)
工作原理：直接燃烧式焚烧炉，将废气、废液焚烧直接通入炉膛内进行彻底焚烧，燃烧温度控制在1000～1150℃左右，最高不能超过1200℃，最低不能低于900℃。
焚烧后烟气温度可通过余热锅炉进行再利用产生蒸汽，烟气温度经过再利用后温度从1100℃降到300℃左右，最低不能低于280℃。
废气进口温度通常为常温，经过焚烧余热利用后温度300℃，即废气温升约280℃左右。
焚烧炉内氧含量控制范围10%～16%。
对进入焚烧炉的废气浓度理论上没有限制，而且浓度越高越经济，但要保证输送过程安全。
因为燃烧焚烧高，故焚烧效率比RTO更高，但是运行费用和投资成本也更高。
对比一下以上几种工艺的优缺点，如下表1所示：
表1 工艺优缺点对比
综上所述，考虑到二次污染及经济方面原因，选取催化剂焚烧炉最为合适。
设计方案的确定
由于生产过程中存在易燃易爆气体，综上所述，本次试验充分考虑拿到实际生产过程的安全性，可行性，选择采用双闭环串级控制系统。
由于所处条件
易燃易爆，本实验采用两个气动调节阀，确保安全生产。
与此同时，焚烧炉所设置的位置要尽量远离工厂设备及人员工作和居住的位置，同时也要保证良好的通风，提高设备使用率，使其能够对含硫废气充分处理，达到良好的效果。
参考文献
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