过程控制系统方案设计4.doc
现代过程控制基础 1 过程控制系统综述
1.1.4 过程控制系统的品质指标
a-发散震荡过程
b-等幅震荡过程
c-衰减震荡过程
d-非周期过程
几种不同的过渡过程
递减比： 积分性能指标：
动态偏差：B1 调整时间：TC 静态偏差 C
1.2 单回路控制系统
f
r
e
u
q
y
调节器 调节阀 被控对象
－
z 检测元件、变送器
r：给 定 值 e：偏 差 u：控 制 量 q：操 纵 量 y： 输 出 f： 扰 动 z： 测 量 值
• 过程扰动通道的放大系数Kf应尽可能小；时间 常数Tf要大；引入系统的位置要远离被控参数；
• 应尽量设法把广义过程的几个时间常数错开， 使其中一个时间常数比其他时间常数大得多；
• 注意工艺操作的合理性、经济性。
1.2.9 控制系统投运(1)
• 投运：在控制系统方案设计、仪表安装 调校就绪后，或者经过停车检修之后， 再将系统投入生产使用的过程。
具有两个以上的检测元件和变送器， 或调节器，或执行器的控制系统
1.3.1 串级控制系统
r 主调节器
－ 主回路
副回路
d2
副调节器 －
阀 副对象
副变送器
主变送器
d1
y 主对象
d1：一次扰动 d2：二次扰动
1.3.1.1 串级控制系统的结构
串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一， 在过程控制中得到了广泛地应用。
• 一 次 扰动——不包括在副回路内的扰动。 • 二 次 扰动——包括在副回路内的扰动。
1.3.1.3 串级控制系统主要特点
• 1.改善了被控过程的动态特性； • 2.提高了系统的工作频率； • 3.具有较强的抗扰动能力； • 4.具有一定的自适应能力。
过程控制系统与设计
1．汽包水位过程的动态特性 输入量有两个：一是给水流量（操作量），另一个为过热蒸汽流量（干扰量）。被控量为汽包
从工作过程看，给水经省煤气加热后送到汽包，经加热蒸发为气体，再经过热器后供使用。
水位。控制的基本思路是，通过维持汽包水位恒定，达到供给水与蒸发气体流量的平衡。给水
被控过程结构如图 10-3 所示。
10.2.2 汽包水位控制系统
使锅炉汽包水位处在一定范围是锅炉稳定而安全运行的基本要求。这是因为，如果汽包水 位过高，饱和蒸汽带水过多，水汽难分离，从而使过热管壁结垢，过热蒸汽温度因为传热阻力 增大而下降。如果该过热蒸汽作为汽轮机动力源，则蒸汽带水会损坏汽轮机叶片，进而影响运 行的安全性；如果汽包水位过低，则汽包水量较少，当负荷较大时，水的汽化速度快，因水量 供给不足，会使汽包内的水全部汽化，进而导致锅炉烧坏或爆炸。所以，汽包水位过高或过低， 都将产生较为严重的后果，必须将其控制在一个较为严格的范围之内。
（7）控制室与现场设备之间相关连接的设计：根据现场设备的位置，进行现场与控制室之 间仪表管线的配置。并画出相关的图纸和表格，例如，电缆表、管缆表、仪表伴热绝热表、配 线图、配管图、仪表电缆桥架布置图等。 （8）根据与控制相关的设备、材料的选用情况，编制有关设计文件：在进行仪表与控制设 备的设计、安装和使用中，可能会选用一些辅助设备和材料，需要根据施工要求，画出相关图 纸、编制相关材料表格。 （9）编写设计文件目录，归档编号等：整理设计文件，编制设计文件目录、仪表规定和施 工要求等工程设计文件，统一定制归档编号。 3. 工程安装与仪表调试 工程安装是保证系统正常工作的前提。工程安装是依据施工图纸，对控制系统进行装配与 调试。安装完毕后，需对照图纸逐项逐条检查核实，然后对每台仪表进行单独校验，接着对每 个控制回路进行校验，对控制器还需进行参数整定（属下面的内容），待各部分完成调试后， 还需进行整个系统进行联动校验。由于这部分内容实践性较强，需在现场实际操作才能获得具 体的技能。 4. 控制器参数整定 在控制方案正确、安装无误的情况下，需进行控制器参数整定，即通过调整控制器参数， 使系统运行在最佳的状态，并使各项指标满足要求。这是过程控制设计中重要的环节之一。如 果多次进行控制器参数整定，仍达不到预期的控制效果，此时应考虑控制方案是否合理，控制 器选择是否恰当等பைடு நூலகம்题。
dcs工程项目方案设计(2篇)
第1篇一、项目背景随着我国工业自动化程度的不断提高，过程控制系统（DCS）在工业生产中的应用越来越广泛。
DCS（Distributed Control System）即分布式控制系统，是一种广泛应用于化工、石油、电力、冶金等行业的自动化控制系统。
DCS系统具有高度集成、可靠性高、易于维护等优点，能够实现对生产过程的实时监控和精确控制。
本文针对某化工企业的DCS工程项目，进行方案设计。
二、项目需求分析1. 生产工艺需求本项目涉及的生产工艺包括原料进料、反应、分离、精制等环节。
根据生产工艺要求，需要对生产过程中的关键参数进行实时监控，如温度、压力、流量、液位等，并实现对关键参数的精确控制。
2. 安全性需求为了保证生产安全，DCS系统应具备以下功能：（1）安全联锁：在工艺参数出现异常时，系统应能自动切断相关设备，防止事故扩大。
（2）紧急停车：在紧急情况下，操作人员可手动启动紧急停车，迅速切断所有设备。
（3）故障报警：系统应能实时检测设备故障，并及时发出报警信号。
3. 可靠性需求DCS系统应具备以下可靠性要求：（1）冗余设计：关键部件应采用冗余设计，确保系统在单点故障情况下仍能正常运行。
（2）故障自恢复：系统应具备故障自恢复功能，在检测到故障后，自动切换至备用设备。
（3）数据备份：系统应定期对数据进行备份，防止数据丢失。
4. 通信需求DCS系统应具备以下通信需求：（1）现场总线：采用符合国际标准的现场总线，实现现场设备与控制室之间的通信。
（2）以太网：采用高速以太网，实现控制室与上层管理系统之间的通信。
（3）无线通信：在必要时，支持无线通信，实现远程监控和控制。
三、方案设计1. 系统架构本项目DCS系统采用分层分布式架构，主要包括以下层次：（1）现场设备层：包括传感器、执行器、现场控制器等。
（2）控制层：包括工程师站、操作员站、现场控制器等。
（3）管理层：包括生产管理站、调度管理站、企业资源计划（ERP）系统等。
过程控制系统概述
过程控制系统概述杨峰电信学院06自动化3班学号：40604010321所谓过程控制（Process Control）是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。
一﹑过程控制的特点随着生产过程的连续化﹑大型化和不断强化, 随着对过程内在规律的进一步了解,以及仪表﹑计算机技术的不断发展, 生产过程控制技术近年来发展异常迅速.所谓生产过程自动化, 一般指工业生产中(如石油﹑化工﹑冶金﹑炼焦﹑造纸﹑建材﹑陶瓷及热力发电等)连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制.凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数(如温度﹑压力﹑流量等)进行的自动控制统称为过程控制.生产过程的自动控制, 一般要求保持过程进行中的有关参数为一定值或按一定规律变化. 由于被控参数不但受内﹑外界各种条件的影响, 而且各参数之间也会相互影响, 这就给对某些参数进行自动控制增加了复杂性和困难性. 除此之外, 过程控制尚有如下一些特点:1. 被控对象的多样性.对生产过程进行有效的控制, 首先得认识被控对象的行为特征, 并用数学模型给以表征, 这叫对象特性的辨识. 由于被控对象多样性这一特点, 就给辨识对象特性带来一定的困难.2. 被控对象存在滞后.由于生产过程大多在比较庞大的设备内进行, 对象的储存能力大, 惯性也大. 在热工生产过程中, 内部介质的流动和热量转移都存在一定的阻力, 因此对象一般均存在滞后性. 由自动控制理论可知, 如系统中某一环节具有较大的滞后特性, 将对系统的稳定性和动态质量指标带来不利的影响, 增加控制的难度.3. 被控对象一般具有非线性特点.当被控对象具有的非线性特性较明显而不能忽略不计时, 系统为非线性系统, 必需用非线性理论来设计控制系统, 设计的难度较高. 如将具有明显的非线性特性的被控对象经线性化处理后近似成线性对象, 用线性理论来设计控制系统, 由于被控对象的动态特性有明显的差别, 难以达到理想的控制目的.4. 控制系统比较复杂.控制系统的复杂性表现之一是其运行现场具有较多的干扰因素. 基于生产安全上的考虑, 应使控制系统具有很高的可靠性.由于以上特点, 要完全通过理论计算进行系统设计与控制器的参数整定至今乃存在相当的困难, 一般是通过理论计算与现场调整的方法, 达到过程控制的目的.二﹑过程控制系统的组成过程控制系统的组成, 一般可用如下框图表示被控参数（变量）y(t ) ;控制（操纵）参数（变量）q(t) ;扰动量f(t) ;给定值r(t) ;当前值z(t); 偏差e(t) ;控制作用u(t)三、过程控制系统的分类按系统的结构特点来分反馈控制系统，前馈控制系统，复合控制系统（前馈-反馈控制系统）按给定值信号的特点来分定值控制系统，随动控制系统1.反馈控制系统偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。
以工作过程为导向的《过程控制技术》项目化教学
以工作过程为导向的《过程控制技术》项目化教学过程控制技术是在工业自动化领域中被广泛应用的重要技术，它准确地控制和监控工业的运行过程。
以工作过程为导向的《过程控制技术》项目化教学不仅能培养学生们的实践能力，还能帮助学生学习和理解过程控制技术，加深其对实践的认识，还能提高学生的学习兴趣。
本文将从以下几个方面介绍以工作过程为导向的《过程控制技术》项目化教学：原理、方案设计、实施流程和效果评价。
一、原理以工作过程为导向的《过程控制技术》项目化教学按照全面、完善、有效的教学原则，以实际工作过程为导向，以解决实际问题为中心，利用实践方法以及相关的理论解决实际问题，实现课程教学目标。
二、方案设计1.课程安排和内容以工作过程为导向的《过程控制技术》项目化教学课程安排，要求学生在每次练习中掌握本节课的主要内容，也要求学生在实践中发现解决问题存在的问题，从而提高学生的实践能力和解决问题的能力。
本课程的内容包括：（1）过程控制基础知识：如介绍过程控制的概念、原理、结构和基本技术；（2）过程控制系统实现原理：如介绍过程控制系统的组成、软硬件系统结构、端到端流程；（3）过程控制实践：结合实践，学习过程控制技术的设计、安装、调试和维护方法；（4）过程控制应用：引导学生学习过程控制技术的实际应用，从中提升学生的解决实际问题的能力。
2.教学形式以工作过程为导向的《过程控制技术》项目化教学实施的形式，通常采用小组讨论的方式，以此增强学生的实践能力，锻炼学生的团队协作能力和理解力。
在教学过程中，教师可以采取讲课、实验、小组讨论、实践项目等多种形式来帮助学生掌握技术知识，并尝试解决各种复杂问题。
三、实施流程1.准备阶段在进行《过程控制技术》项目化教学前，教师需要对课程内容进行全面的备课工作，包括准备课程教案，准备实验教材，选择实验设备。
2.开展阶段通过讲解、实验、小组讨论等形式，引导学生掌握过程控制技术的基本原理和实现方法，帮助学生了解过程控制技术的实际应用。
过程控制系统
反应器是任何化学品生产过程中的关键设备，决定了化工产品的品质、品种和生产能力。
带搅拌釜式反应器是一种最为常见的反应器，广泛的应用于化工生产的各个领域。
带搅拌釜式反应器有一些非常重要的过程参数，如：进料流量（进料流量比）、液体反应物液位、反应压力、反应温度等等[1-5]。
对于这些参数的控制至关重要，其不但决定着产品的质量和生产的效率，也很大程度上决定了生产过程的安全性。
由于非线性和温度滞后等很多因素，使得常规方法对釜式反应器的控制效果不是很理想。
本文以带搅拌釜式反应器的工业生产过程作为被控对象，结合模糊PID 控制、串级控制、前馈控制和变比值控制等多种控制方式，设计了一套基于西门子PCS7 的自动化控制系统。
本文章节安排如下：第二部分简单介绍被控对象的工艺过程和控制要求；第三部分介绍了控制系统的硬件设计，给出了控制系统的硬件配置和网络拓扑结构；第四部分介绍了控制系统的控制算法和方案设计，给出了各控制子系统的控制方式和详细的控制算法设计，并对各控制算法的实施给出了框图；最后一部分，简单对本文进行了总结2 系统的工艺过程及控制要求2.1 被控对象的工艺过程本文的被控对象为过程工业常见的带搅拌釜式反应器（CSTR）系统。
反应器为标准盆头釜，反应釜直径1000 mm，釜底到上端盖法兰高度1376 mm，反应器总容积0.903 m3，耐压2.5MPa。
为安全起见，要求反应器在系统开、停车全过程中压力不超过1.5 MPa。
反应器压力报警上限组态值为1.2 MPa。
反应器的工艺流程如图 1 所示。
图1该系统中主要测控参数如表1 所示。
各个阀门的设备参数如表2 所示，其中，Dg 为阀门公称直径、Kv 为国标流通能力。
表1 主要测控参数一览表表2 设备参数一览表由图1 可以看出，该被控对象的反应过程为反应物A 与反应物B 在催化剂C 的作用下，在反应温度70 ± 1.0℃下发生反应，生成产物D。
反应初期用热水诱发，当反应开始后由冷却水通过蛇管与夹套进行冷却。
计算机控制系统及过程控制系统课程设计
计算机控制系统及过程控制系统课程设计摘要在工业生产过程控制中，常需要用闭环控制方式来实现温度、流量的控制。
因为PID（比例、积分、微分）调节不需要精确的控制系统数学模型而且易于实现，所以单闭环温度PID控制、单闭环流量PID控制是常见的闭环控制方式，工程上易于实现。
比例作用可以对系统作出快速响应积分作用可以消除系统的静差，微分作用有助于减小超调，克服震荡。
比例、积分、微分三者有效地结合可以满足不同的控制要求。
PLC作为一种新型的工业控制装置，在工业控制、生产生活的诸多领域得到了越来越广泛的应用。
本次设计利用西门子PLC实现对温度和流量的PID的闭环控制，具有用户使用方便，可靠性高、抗干扰能力强等优点。
本次课程设计在THJ-FCS型高级过程控制系统实验装置上做实验，配套计算机及相关软件。
关键词：PID；西门子PLC；THJ-FCS型高级过程控制系统实验装置目录1计算机控制系统部分 (1)1.1温度控制对象 (1)1.1.1功能特点与技术参数 (1)1.1.2控制手段 (1)1.2方案设计 (2)1.2.1现场总线概述 (2)1.2.2 WinCC+S7-200温度控制系统的硬件组成 (2)1.3W IN CC+S7-200温度控制系统的软件配置 (4)1.3.1 STEP7-Micro/WIN32的介绍 (4)1.3.2 WinCC的介绍 (4)1.3.3 PC ACCESS的介绍 (5)1.3.4 WinCC+S7-200温度控制系统的网络结构 (6)1.3.5 温度控制算法 (6)1.4S7-200PLC控制程序的设计 (9)1.4.1 控制程序的组成 (9)1.4.2 温度采集程序设计 (9)1.4.3 数字滤波程序设计 (10)1.4.4 PID控制程序设计 (12)1.5W IN CC组态 (13)1.5.1 变量组态 (13)1.5.2 画面组态 (13)1.5.3 变量连接 (14)1.6程序调试 (16)1.6.1 PLC调试方法与结果 (16)1.6.2 WinCC调试方法与结果 (16)1.7PID参数的整定 (17)1.7.1 整定方法 (17)1.7.2 整定结果及分析 (18)1.8梯形图程序 (19)2过程控制系统部分 (25)2.1概述 (25)2.1.1 设计目的 (25)2.1.2 课程设计主要任务及要求 (25)2.1.3 过程控制系统简介 (25)2.1.4 单回路控制系统的概述 (27)2.2控制规律的选择 (29)2.3调节器参数的整定方法 (30)2.4实验原理 (33)2.5实验控制系统流程图 (34)2.6实验内容与步骤 (35)2.7测试结果 (37)2.7.1不同控制规律下的系统响应 (37)2.7.2 结论 (41)结束语 (42)参考文献 (43)1计算机控制系统部分1.1温度控制对象温度控制对象，在工业控制过程中，是相当重要的控制对象，因为温度直接的影响到了燃烧、化学反应、发酵、烘烤、蒸馏、浓度，结晶以及空气流动等物理的和化学的变化过程。
过程控制工程第四版课程设计
过程控制工程第四版课程设计一、概述本文档是对过程控制工程第四版课程设计的说明和实现。
该课程设计旨在通过实例学习，培养学生的过程控制工程设计能力和实践能力，提高学生的综合素质，为其今后从事过程控制工程行业打下基础。
二、课程设计要求1. 课程设计主题课程设计的主题是生产实现一个完整的过程控制工程项目。
该项目包括以下内容：传感器获取数据、PLC控制、人机界面设计等模块。
2. 设计内容2.1 项目设计参考工业领域实际生产需求，对过程控制工程要求进行具体规划和设计，明确项目的功能、要求和流程。
2.2 编程设计使用PLC编程软件，实现数据的采集、处理和传输，控制生产过程。
2.3 人机界面设计通过人机界面，实现对PLC的管理、监控、调试和诊断，方便用户进行操作。
3. 课程设计要求3.1 设计理念设计要以可行性为原则，注重实现过程的可操作性、可维护性和可扩展性，尽可能满足工业应用需求。
3.2 设计模块和功能设计需要分模块实现，可分为数据采集、数据处理、数据传输、控制模块等多个模块。
每个模块需要满足相应的功能需求，模块之间需要具备良好的兼容性。
3.3 设计效果设计需在实体机器上进行验证测试，能正常运行并达到设计效果。
三、实施步骤1. 需求分析通过理解工业过程控制的需求，明确本项目目标，为后续的设计提供依据。
2. 方案设计根据需求分析结果，设计过程控制系统的硬件组成和软件实现。
3. 硬件构建使用所需的硬件，如PLC、传感器、人机界面等，组成过程控制系统。
4. 软件编写使用PLC编程软件编写程序，并进行测试，确保与硬件系统正确互动。
5. 功能测试对系统实际进行运行测试，检查系统的各项功能是否可正常发挥作用。
6. 优化改进根据测试结果及用户反馈，对系统进行调整及优化改进。
7. 可行性验证最终在实际产线应用中对系统进行长期运行测试，验证系统的可用性。
四、总结本次过程控制工程第四版课程设计旨在培养学生的过程控制工程设计能力和实践能力，提高学生的综合素质。
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。
《过程控制系统及应用》课程标准
《过程控制系统及应用》课程标准课程代码：B0703313 B0703413 课程类别：必修课授课系（部）：自动化工程系学分学时：7.5 140学时一、课程定位与作用1．课程性质本课程是工业过程自动化技术专业学生在学习相关专业基础课后开设的一门专业必修课，是将控制理论及其工程应用紧密联系的一门课程，为后续《计算机控制技术》等课程奠定专业基础。
2．课程作用《过程控制系统及应用》是工业过程自动化技术专业的一门重要专业课，是理论与实践联系非常紧密的一门课程。
该课程的内容主要包括两部分：第一部分主要以传递函数为工具，采用时域分析法分析控制系统的一阶、二阶系统的动态响应指标。
第二部分主要介绍化工生产过程常用的单回路控制、串级控制、前馈控制、均匀控制、比值控制、分程控制、选择控制等控制方案的特点、结构、应用场合，以及各种控制方案的实施方法，如：控制规律的选择、PID参数的整定、系统投运方法。
通过本课程的学习，将控制理论和工程实施方法相结合，为学生从事控制系统的设计、调试、投运和维护打下良好的基础。
3. 与其他课程的关系本门课程需用到前期所学《高等数学》、《典型化工生产技术》、《大学物理》等课程的相关知识，同时为后续《计算机控制技术》、《安全仪表系统》、《交流调速系统》等课程的学习打下基础。
二、课程目标通过《过程控制系统及应用》课程的学习，使学生具备化工检测技术和控制系统方面的基本知识，为学习和掌握专业知识和职业技能打下基础。
1．知识目标（1）熟悉传递函数求系统响应的方法（2）掌握典型环节传递函数表达方法（3）掌握使用传递函数分析一阶、二阶系统动态指标的方法（4）掌握时域分析法求一阶、二阶系统动态指标的方法（5）掌握单回路控制方案的特点及方案设计方法（6）掌握串级、前馈、比值、分程、选择性、均匀控制方案的特点及工程实施方法（7）掌握单回路、串级控制方案系统的调试、投运方法（8）掌握单回路、串级控制方案系统的PID参数整定的方法（9）熟悉前馈、比值、分程、选择性、均匀控制系统的系统投运方法2．能力目标（1）能够使用MATLAB编程软件仿真、得到系统的动态响应曲线（2）能够使用时域分析法分析一阶、二阶系统的动态性能（3）能够根据工艺要求选择并实施简单控制、串级控制等系统的控制方案（4）能够选择合适的控制规律并完成PID参数的整定（5）能够完成控制系统的调试、投运（6）能够初步完成简单控制系统的设计3．素质目标（1）培养学生谦虚、好学的能力（2）培养学生勤于思考、做事认真的良好作风（3）培养学生团队协作能力（4）培养学生的质量意识、安全意识、环保意识及良好的职业道德三、课程设计1.设计基本理念以过控人员的工作任务作为切入口，根据工作对象、内容、手段与成果的要求，将基于学科知识系统的课程教学方式转换为基于工作过程的课程教学方式。
过程控制第5章简单控制系统设计
3、干扰通道动态特性的影响
干扰通道传函：
W f (s)
Kf Tf s 1
e
f s
干扰通道时间常数 Tf ？ Tf越大越好，干扰对被控变量的影响越缓慢，越 有利于改善控制质量 干扰通道滞后时间τ
f
无纯滞后 有纯滞后
?
干扰通道的纯滞后τ f仅使干扰对被控变量的 影响推迟了时间τ f ，不会影响控制质量
5.1 简单控制系统的构成
PC 101
压力控制系统
压力控制系统流程图
被控变量：水泵出口压力。 控制变量：旁路流量。
5.1.2 控制系统的工程表示及方框图
工艺控制流程图： 管道、仪表流程图 在工艺设计 给出的流程 图上，按流 程顺序标注 出相应的测 量点、控制 点、控制系 统及自动信 号。
(1)图形符号
GP(S)
蒸 汽
fP
1 100S+1
1 100S+1
e-3S
e-2S (8.5S+1)(8.5S+1)(8.5S+1)
T1
乳化物干燥系统示意图
乳化物干燥系统被控对象对象方块图
fQ
fW 1 100S+1 e-3S e-2S (8.5S+1)(8.5S+1)(8.5S+1) T1
控制方案：
fQ
fP
1 100S+1
Y(S) Km TmS+1 Z(S) U(S) (TdS+1)
测量、变送装置与微分器连接示意图
U ( s) 若Td Tm时 : Km Y ( s)
但是，微分环节会放大测量、变送回路的高频噪声，使得系统稳定 性变差，因此，要合理使用。
2. 测量信号的处理
过程控制系统课程设计题目
过程控制系统课程设计题目 要求：〔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：011()(201)(301)G s s s =++， 0.1021()0.21s G s e s -=+主、副扰动通道的传递函数分别为：11()0.21f G s s =+， 2()1f G s = 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） 分别进展控制方案设计，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） 进展仿真实验，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1507()3201s G s e s -=+，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展仿真实验，比拟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展设计，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〔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平安性、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。
2012-2013过程控制系统课程设计题目和要求
本次课程设计采用MATLAB仿真完成。
设计题目分为二个部分。
答疑时间：15周周四（12月13日）下午2：00-4：30；地点：工学二号馆501；有问题可以发邮件或者打电话。
课程设计报告：按照设计题目的要求完成报告；答辩时间：自动化0901：16周周五上午8：30-12：00，地点：工学二号馆513；自动化0902：16周周五下午1：30-5：00，地点：工学二号馆513；答辩要求：（1）长学号（如3109001440）末位数相同的若干位同学一起答辩；（2）要求演示仿真程序；（3）答辩时交课程设计报告。
第一部分：要求：按照长学号（如3109001440）的末位数选做下列题目。
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（12）设计思路0、精馏塔塔内温度的阶跃响应曲线数据如下表所示，控制量阶跃变化50∆=。
试根据实验uδ≤的无差控制系统。
数据设计一个超调量25%p具体要求如下：（1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3）根据设计方案选择相应的控制仪表；（4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。
1、锅炉汽包液位的阶跃响应曲线数据如下表所示，控制量阶跃变化5∆=。
试根据实验数u据设计一个超调量25%δ≤的无差控制系统。
p（1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3）根据设计方案选择相应的控制仪表；（4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。
2、加热炉出口温度控制系统，测取温度对象的过程为：当系统稳定时，在温度调节阀上做试根据实验数据设计一个超调量25%δ≤的无差控制系统。
过程控制系统教案
过程控制系统教案第三章简单的过程控制系统同学们好现在我们开始上课今天我们讲过程控制系统的第三章简单的过程控制系统回顾前两章我们大约了解了过程控制系统通常是石油，化工，电力，冶金，轻工，纺织，建材，原子能等工业部门生产过程的自动化。
并且熟悉了各个仪表，变量检测及变送。
今天我们就学习过程控制系统的设计内容。
设计方法，设计过程，这章的难点就在于控制方案的确定，pid参数的整定。
简单的过程控制系统也就是单回路控制系统的工程设计。
一般是针对一个被控过程（调节对象），采用一个测量变送器检测被控过程，采用一个控制器来保持一个被控参数的恒定，其输出椰汁控制一个执行机构，从系统的空图看，只有一个闭环回路。
单回路系统结构简单，投资少，易于调整和投运，又能瞒住不少工业生产的控制要求。
第一节我们主要讲解4个方面：1、对过程控制系统设计的一般要求（安全性稳定性经济性）2、过程控制系统设计过程（建立被控对象的数学模型，选择控制方案，选择设备，实验和仿真）3、过程控制系统设计的主要内容（方案设计工程设计工程安装和仪表调校）4、过程控制系统设计中的若干问题（越限报警与连锁保护，其他系统安全保护对策）举一个图解释这个简单的过程控制系统。
第二节我们主要讲解3个方面：1、过程控制系统的性能指标；（运动中有两种状态。
一种是稳态。
另一种是动态。
）（一）系统阶跃响应的性能指标。
（静态偏差衰减率最大偏差A 过渡过程时间Ts）（二）偏差积分的性能指标是以目标函数形式表示的，属于综合指标。
2、被控参数的选择（直接参数法间接参数法）3、控制参数的选择（过程静态特性的分析过程动态性能的分析）1 / 1。
《过程控制系统》课程教学大纲
过程控制系统课程教学大纲（ProcessContro1System）学时数：40学时其中：实验学时：课外学时：学分数：2.5适用专业：电气工程与自动化一、课程的性质、目的和任务《过程控制系统》课程是电气工程与自动化专业的一门专业主干课程，具有很强的实践性。
通过本课程的学习，要使学生在掌握自动控制理论和过程检测与控制仪表等知识的基础上，用工程处理的方法去解决控制系统的分析、设计与研究方面的问题。
二、课程教学的基本要求（一）单回路控制系统特点、适用场合及分析设计方法：（二）深刻理解、牢固掌握各种复杂控制系统的特点、适用场合及分析设计方法；（≡）通过对典型案例的学习，掌握对各典型单元操作静、动态特性的分析方法，和与之相匹配的典型控制方案的设计，了解其发展动态。
本课程总学时为40学时，2.5学分，设置在第七学期。
其中相关实验安排在综合实验中。
三、课程的教学内容、重点和难点第一章单回路控制系统（10学时）一、基本内容本章是过程控制系统课程的基础。
主要有单回路控制系统的方案设计、调节参数整定以及控制系统的投运等内容。
二、基本要求1、了解过程控制系统工程设计概要；2、了解和掌握单回路控制系统方案设计；3、了解和掌握测量变送器选型；4、了解和掌握执行器（调节阀）选型；5、了解和掌握控制器（调节器）控制规律选取；6、了解和掌握单回路控制系统参数整定和系统投运方法。
第二章复杂过程控制系统（16学时）一、基本内容主要介绍为提高控制品质或满足特殊操作要求的过程控制系统及应用中的有关问题。
包括串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、分程控制、选择性、阀位控制和推断控制等系统结构及分析。
二、基本要求1、了解和掌握串级控制系统；2、了解和掌握比值控制系统；3、了解和掌握均匀控制系统；4、了解和掌握前馈控制系统；5、了解和掌握分程控制系统；6、了解和掌握选择性控制系统；7、了解和掌握阀位控制方案；8、了解和掌握推断控制系统。
第三章流体传送设备的控制（2学时）一、基本内容流体传送设备（泵及压缩机）及其运行特点，控制方案及特殊控制方案。
《过程控制技术》课程教学大纲(本科)
《过程控制技术》课程教学大纲课程编号：04225课程名称：过程控制技术英文名称：Process Control System课程类型：专业课课程要求：选修学时/学分：32/2 （讲课学时：28 实验学时：4）适用专业：智能科学与技术一、课程性质与任务过程控制工程作为研究工业过程控制系统组成，基本控制规律，以及工业过程控制系统的设计，投运的课程，是智能科学与技术专业开设的专业课之一。
课程的任务是使学生通过本课程的学习，获得工业过程控制系统的基本理论、基本知识和基本技能，掌握测量与变送器、执行器、智能控制仪表、以及工业生产过程中的一些具体设备等自动化装置的原理与使用方法，使学生掌握简单控制系统、复杂控制系统和先进控制系统的结构、原理、特点、适用场合、系统设计及应用等问题。
本课程将为从事复杂生产过程智能控制以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础, 对培养学生综合分析问题、解决问题能力，提高学生处理实际问题能力具有重要的作用。
（支撑毕业要求 1.2, 2.2, 2.3, 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 4.3, 9.1, 9.3, 10.2, 10.1）二、课程与其他课程的联系本课程的先修课是自动控制原理和控制工程，在掌握自动控制原理、控制工程的基本理论基础上学习本课程，本课程将为后续的智能控制综合实践、智能优化及调度课程设计和毕业设计打下基础。
三、课程教学目标1.了解过程控制发展概况、特点和过程控制系统的组成及分类，能够通过文献检索等途径了解过程控制系统的最新进展与发展动态，具有跟踪学科发展前沿的意识和基本技能；（支撑毕业要求10.1）2.掌握阶跃响应曲线法和脉冲响应曲线实验建模方法，了解最小二乘建模方法。
理解自平衡能力和无自平衡能力对象的有关概念；（支撑毕业要求1.2）3.掌握单回路控制系统、串级控制系统、前馈控制系统、大时滞过程控制系统及其它特定要求的控制系统的分析与设计方法，包括控制方案设计、性能分析、参数检测与变送的传感器选型的基本方法和调节器参数整定；（支撑毕业要求2.2, 2.3）4.通过过程控制系统工程设计，培养学生的工程实践学习能力，使学生掌握复杂工程控制系统的控制方案设计方法，设计中考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素；（支撑毕业要求3.1, 3.2）5.通过实验，培养学生基于过程控制的基础理论对复杂工程问题进行研究，设计实验和实施实验，并将理论分析结果同实验结果进行比较，总结实验结果、解释结果、形成结论和提出建议，最后撰写报告；（支撑毕业要求4.1, 4.2, 4.3）6.通过大作业和实验，培养学生的团队合作和沟通能力，能够撰写研究报告或学术报告，表达对复杂工程问题的认识或研究结果。
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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过程控制系统方案设计4
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：150401327
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
2.1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H
S含量高等因素。
这时调
2
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。
2.2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。
2.3.1 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。
双闭环串级系统流程图如
图1 双闭环串级系统流程图
2.3.1 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
3.1设计方案对安全、环境及社会的影响
3.3.1 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。