过程控制系统设计 PPT课件

注意：考虑工艺的合理性、被控变量必须是独立可控。
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（一）确定控制变量与控制方案
2、操纵变量的选择 选择时考虑：
（1）工艺合理性 （2）被控对象的特性
操纵变量
q
干 扰
ƒ
对象
被控变量
y
（a）使被控对象控制通道的放大倍数较大，时 间常数较小，纯滞后越小越好；
（b）使被控对象干扰通道的放大倍数尽可能小， 时间常数越大越好
阻力越大，C值越小
CF
P
C的大小反映调节阀流量F的大小， 故习惯称为流通能力
C的定义：调节阀全开，阀两端压差为100Kpa，介质密度
为1g/cm3时，每小时流过调节阀的流量（m3/h）。
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1、有关的系数 （1）阻塞流
当阀前压力一定，通过阀的流量随阀前后差压的增大而增 大，到达临界状态时，流量不随△P变化，为最大流量的流 动状况。 阻塞流的流量与差压的关系不遵循流量方程。
第4章 工程设计
4.1 概述 4.2 工程设计步骤 4.3 工程设计内容 4.3.1 确定控制变量与控制方案 4.3.2 硬件选择 4.3.3节流元件计算 4.3.4 调节阀选择 4.3.5 计算举例
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4.1概述
4.1.1工程设计的定义
把生产过程自动化的各种控制方案，用设 计图纸资料和设计文件资料表达出来的全 部工作。
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4.1.2自控工程设计的基本任务
从我国的实际情况出发，结合本厂的特点，确定 生产过程自动化水平。
根据工艺要求，确定各种检测参数。 主要控制参数的控制系统的设计。 工艺生产过程必要的信号报警和联锁保护设计。 控制室、仪表盘的设计。 仪表车间的设计。
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4.1.3对工程设计人员的要求
在工厂建设中，要求设计人员综合地考虑 某项工程的经济性、安全性、耐久性和企 业的特点，消除公害的措施，与各部门的 相互配合等等，制订出合理的计划。自控 设计是工厂建设的一个重要组成部分，也 同样需要运用系统工程的思想指导它的设 计与施工的全过程。为此对设计人员提出 以下要求：
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4.1.3对工程设计人员的要求
（1）接到设计任务书后，要认真领会设计任务书 的要求，并严格地贯彻执行一系列技术条例和规 定。
（2）按照任务书的要求，从实践中取得第一手资 料，作出合理的设计，使设计建立在可靠和落实 的基础上，决不能闭门造车。
（3）在设计中要认真贯彻勤俭建国的方针，加强 经济观点，注意经济效益。对自动化水平的确定 要适合国情，对仪表的投资要进行经济概算。
可靠、实用、先进、经济
3、其它 报警、联锁、保护
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（三）节流装置计算
1、节流元件 2、取压方式 3、确定节流元件开孔直径
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（四）调节阀口径计算
1、有关的系数 2、流量系数C的计算 3、调节阀口径的计算步骤
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调节阀的流量基本方程
C的表达式：
F C P
C：流量系数
C n A 5.04 A
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4.2 工程设计步骤 工程设计分两步进行：
（1）初步设计 （2）施工图设计
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4.2.1初步设计内容
初步设计的主要目的，是报有关领导审批， 并为定货做好准备。在该设计阶段必须要 了解工艺生产的特点，环境特性，确定控 制方案，对重要的控制系统要作出详细的 说明；正确地选择仪表和其他自动化技术 工具，主要材料的选型，确定控制水平， 动力供应等，进行设计概算。
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（一）确定控制变量与控制方案
例一：加热炉
选： t为被控变量；
t
q燃为操纵变量。 q
q燃
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（一）确定控制变量与控制方案
确定控制方案
1、控制结构 反馈控制 前馈控制
串级、比值、均匀、分程 、选择控制 2、控制算法 选取控制规律：P PI PD PID
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（二）硬件选择
控制装置
DCS PLC
1、检测变送 2、执行器
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初步设计设计资料的主要内容
初步设计说明书 带控制点流程图 主要仪表设备、材料汇总表 初步设计概算
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4.2.2 施工图设计
（1）自控图纸目录 （2）施工图说明书 （3）带控制点的工艺流程图 （4）自控设备汇总表 （5）自控设备表 （6）综合材料表 （7）电气设备材料表 （8）电缆、电线表 （9）管缆表
（4）自控设计是整个工程设计的一部分，与工艺、 化工设备、电气、土建等其它专业都有联系。
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4.1.3对工程设计人员的要求
（5）现代生产中由于电子计算机及分析仪 表的在线控制，因此微弱信号的传递，取 样管的安装，配线施工中的干扰问题也突 出出来，所以设计人员要引起高度的重视。
（6）现代工业生产中，对于特殊工艺条件 下的检测和控制技术要求比较高，仪表本 身的质量固然重要，但施工方法不能忽视。 设计人员不仅要熟悉常规的自动化仪表的 各种安装规范外，对于特殊的检测和控制 也要推荐一定的施工方法。
4.3工程设计内容
（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 之后进行安装确定控制变量与控制方案
确定控制目标
1、被控变量 (1)选择直接变量 (2)选择与直接变量有单值关系的间接变量
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（10）测量管线表 (11）仪表及管线绝热保温表 （12）节流装置计算数据表 （13）调节阀计算数据表 （14）液位计参数表 （15）管件及工件明细表 （16）供电系统图 （17）信号及连锁原理图
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（18）（控制室）仪表盘正面布置总图 （19）仪表盘正面布置图 （20）半模拟盘正面布置图 (21）继电器箱正面布置图 （22）仪表盘背面电气接线图 （23）半模拟盘背面电气接线图 （24）继电器箱电气接线图 （25）仪表盘背面气动管线接线图 （26）仪表供气空视图
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（27）仪表及管线伴热保温系统图 （28）气动管线外部连接系统图 （29）接管箱接线图 （30）电缆、电线外部连接系统图 （31）供电箱（或接线端子箱）接线图 （32）电缆、管缆平面敷设图 （33）复杂控制系统图 （34）非标准部件安装制造图 （35）工艺管道及控制流程图
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是否形成阻塞流，流量系数的计算公式不同。
在阻塞流，计算C时，对不可压缩、可压缩、低雷诺数流 体都要修正