过程控制系统课程设计

过程控制系统课程设计

报告书

专业班级：自动化0905

课设小组：第五小组

姓名：

组员学号：

同组人:

指导老师 :

日期：2013年1月14日

目录

第1章题目要求 (1)

第2章具体设计 (2)

2.1 符号介绍 (2)

2.2 控制系统设计 (3)

2.2.1 单回路液位控制系统 (3)

2.2.2 锅炉液位串级控制系统原理 (5)

2.3 仪表的选择 (6)

2.3.1 调节器的选择 (6)

2.3.2 液位变送器的选择 (7)

2.3.3 执行器的选择 (8)

2.3.4 调节阀的选择 (9)

第3章仪表选型 (9)

第4章现场仪表说明 (10)

第5章总结 (11)

参考文献.. (11)

第1章题目要求

附图为某过程控制实验装置的P&ID图，该图为一示意图，并不完全符合规范。根据该图，请完成以下任务：

不完全符合规范的P&ID图

1、指出该图不符合“自控专业工程设计用图形符号和文字代号（HG/T20637.2）”的地方。

2、如果该系统采用DCS集中控制，测量，依据相关标准重新绘制PID图。

3、在该图的基础上，设计至少两个单回路控制系统，一个串级控制系统。控制仪表选用单回路盘装控制仪表，根据设计，简化该图，去掉不必要的阀门，测量元件，增加必要的控制仪表，重新绘制P&ID图。

4、依据设计，根据图中提供的有关数据，分析系统的工作原理、环境、条件，选取图中所涉及的测量元件及变送器，填写所有仪表数据表。并说明量程选择的依据。

5、具体要求为：

锅炉液位L2定值调节之一（VC1作进水量执行器）

压力P2定值调节之五（用水泵作水源、变频器作执行器的串联式压力调节）

- 1 -

锅炉液位L2调节之一串级进水流量F1调节

第2章 具体设计

2.1 符号介绍

过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号

1、常用检测元件的图形符号

热电偶

热电阻

嵌在管道中的检测元件 孔板 取压接头

2、仪表的图形符号 就地安装 盘面安装 盘后安装

3、执行机构的图形符号

电动调节阀

气动调节阀

带电-气阀门定位器的气动阀 电磁阀

如上表所示，文字代号由两部分组成：字母部分与数字部分。字母部分即圆中上部分代号；数字部分即圆中下部分代号。字母部分由两部分，第一个字母为所处理的变量，例如温度T、压力P、物位L、流量F。需要时其后面可跟一个修饰字母，例如‘F’表示‘比’、‘D’表示‘差’、‘Q’表示‘累计’。

根据国标改后的P&ID图

2.2 控制系统设计

2.2.1单回路液位控制系统

单回路液位控制系统是由下列4部分组成的：（1）被控对象——锅炉；（2）电子阀；（3）液位变送器；（4）PID智能调节器等组成。如下图所示。

- 3 -

被控量是锅炉的液位Hs ，调节参数是流入水箱的流量Q ，锅炉液位由液位变送器检测得液位反馈信号Hf ，它和液位设定信号Hs 进行比较，得到偏差信号Hi ，调节器对输入偏差Hi 进行PID 运算，输出变化量u 控制信号，控制电子调节阀门的阀位，改变调节参数Q ，使被调节参数H 保持着设定值。其中f 为系统扰动信号。

锅炉液位L2定值调节之一（VC1作进水量执行器）

被控量是压力Hs ，调节参数是水泵，压力由压力变送器检测得反馈信号Hf ，它和压力设定信号Hs 进行比较，得到偏差信号Hi ，调节器对输入偏差Hi 进行PID 运算，输出变化量u 控制信号，控制水泵，使被调节参数H 保持着设定值。其中f 为系统扰动信号。

扰动f

H

- 5 -

压力P2定值调节之五（用水泵作水源、变频器作执行器的串联式压力调节） 2.2.2 锅炉液位串级控制系统原理

扰动f

量

Hs是主参数给定值，H1是被控的主参数，H2是副参数，f1是作用在主对象上的扰动，f2是作用在副对象上的扰动。

对于此液位控制系统，最终目的是在串级控制情况下，实现PID调节的最大范围。

锅炉液位串级控制系统的工艺框图为：

锅炉液位L2调节之一串级进水流量F1调节

锅炉液位控制器给出控制信号给出水流量控制器，副回路中，出水流量控制器根据给定值给出出水流量控制电动阀控制指令，从而控制出水压力，出水压力传感器采集出水压力值，反馈到出水流量控制器，与给定值进行比较后得出的残差信号再次输出给定水流量控制电动阀，控制出水压力；主回路中，出水流量值影响锅炉液位，锅炉液位传感器采集锅炉液位值，反馈到锅炉液位控制器，与最初给定值进行比较得出残差信号再次输出给出水流量控制器的副回路控制出水流量，从而达到控制锅炉液位的目的。2.3 仪表的选择

2.3.1 调节器的选择

DDZ-III型仪表采用了集成电路和安全火花型防爆结构，提高了仪表精度、仪表可靠性和安全性，适应了大型化工厂、炼油厂的防爆要求。III型仪表具有以下主要特点： A．采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一信号标准，现场传输信号为DC4~20mA，控制室联络信号为DC1~5V，信号电流与电压的转换电阻为250 。

B．广泛采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、可靠性提高、维修工作量减少。

- 7 -

C ．整套仪表可构成安全火花型防爆系统。DDZ-III 型仪表室按国家防爆规程进行设计的，而且增加了安全栅，实现了控制室与危险场所之间的能量限制于隔离，使仪表能在危险的场所中使用。

电动指示调节仪工作原理的整个电路按其功能可分为指示放大电路、虚地电路、输入电路、PID 调节电路、输出电路、手自动切换电路六个部分。它的工作原理如图所示：

此调节器的主要技术指标为： ①输入信号：1~5VDC ②输出信号：4~20mADC

③给定方式：内外给定由开关选择 ④调节形式：比例＋积分＋微分

⑤手自动切换特性：自动≒手动１≒手动２（直线是无扰动，无平衡） ⑥供电电压：24V ±5%DC ⑦消耗功率：光柱不大于

10W

2.3.2 液位变送器的选择

本设计采用GHR900系列液位变送器。变送器工作原理是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用隔离型扩散硅敏感元件的压阻效应，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号(一般为4～20mA)。

基本性能指标：

基本误差：±0.2%F.S;±0.5%F.S 电源电压：24V ±5%DC,(12~36VDC)

工作温度：-20~+80℃（介质无结晶）超出此范围可采用螺纹或法兰式底部取压，中间加隔离器。

贮存温度：-40~+125℃