过程控制系统设计实例
第10章_过程控制系统实例
乳液流量是生产负荷,一般要求能保证产量稳定, 若作为控制参数,则在生产工艺上不合理,所以不宜选为控制参数
10.2 干燥过程的控制系统设计
系统设计
控制方案2----选择蒸汽量作为控制变量
调节换热器的蒸汽流量,以改变空气温度。由于换热器通常为一 双容过程,时间常数大,此方案控制通道的滞后最大,对于干燥温 度的校正作用灵敏度最差。
4.执行器的选择
1）执行器的选型 综合考虑生产过程的特点、对执行器推力的需求、被控介质特性及安全 性等因素来确定执行器类型。
2）气动执行器的气开、气关形式选择 ①控制器输出信号为零或气源中断时使生产过程处于安全状态； ②在系统安全运行的条件下，综合考虑节能、控制便捷等因素。 3）调节阀尺寸的选择 调节阀尺寸主要包括调节阀的开度和口径大小。 在正常运行条件下，一般要求调节阀开度处于15%～85%之间。 4）调节阀流量特性的选择 为保证系统总的开环增益在整个工作范围内都保持线性、恒定,需要通 过选择调节阀的非线性流量特性来补偿被控过程的非线性特性。
10.2 干燥过程的控制系统设计
系统设计
控制方案3----选择风量作为控制变量
由于混合管道过长,存在管道传输滞后, 故控制通道事件滞后较 大,对于干燥温度的校正的作用的灵敏度要差些。
10.2 干燥过程的控制系统设计
系统设计Biblioteka 测量元件及变送器 被控温度在600度以下，选用铂热电阻温度计 为提高检测精度，应用三线制接法
10.1过程控制系统设计概述--控制方案确定
3. 被控变量的检测与变送
测量元件安装位置不当及测量仪表本身特性等,易引入纯滞后。
使测量信号不能及时反映被控参数的实际值, 引起测量动态误差, 降低过程控制系统的控制质量。
过程控制系统方案设计
过程控制系统方案设计(总7页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。
第10章 过程控制系统应用实例
过程控制系统与仪表 第10章
按照上述思路就构 成了双冲量控制系统， 系统中增加了针对主要 干扰——蒸汽流量扰动 的补偿通道，使调节阀 及时按照蒸汽流量扰动 进行水量补偿，而其它 干扰对水位的影响由反 馈控制回路克服，这是 一个前馈－反馈复合控 制系统。
蒸汽流量D
汽包 省煤器
FT LT LC
u
u1
c0
过程控制系统与仪表 第10章
在双冲量水位控制的基础
蒸汽流量D
上，将给水流量信号作为
副变量，就构成如图所示 的三冲量水位控制系统。
汽包
FT LT LC
汽包水位是主变量，也
u
u1
称主冲量；给水流量为 副变量，蒸汽流量是前 馈补偿的主要扰动，给
省煤器
c0
U
水流量与蒸汽流量也称
FT
FC
辅助冲量，这是一个前 馈－串级复合控制系统。
过程控制系统与仪表 第10章
常见的蒸汽锅炉如图所示：
锅炉系统主要的被 控变量有：汽包水
过热蒸汽压力PM
V-2
位、过热蒸汽压力、
V-1
过热蒸汽温度、炉 汽包
膛负压、燃－空比； 主要的控制变量有：送风F 炉膛 锅炉给水、燃料量、燃料M
过热器 省煤器
减温水流量、送风
量。
锅炉工艺流程图
过热蒸汽 流量D
炉墙 热空气送
3、燃烧控制系统 使燃料燃烧产生的热量适应锅炉负荷的需要；使燃料 量与空气量之间满足一定比例，以保证经济燃烧；使 引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压稳定。
过程控制系统与仪表 第10章
10.2.1 锅炉汽包水位控制系统 锅炉汽包水位系统流程如图所示
水位控制的任务是使给
基于SCADA的过程控制系统设计与实现
基于SCADA的过程控制系统设计与实现一、引言SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）是指监控控制与数据采集系统，它可以将分散的数据进行集中处理，实现对远程设备的监控和控制。
在工业自动化领域中，SCADA系统已经广泛应用于过程控制系统的设计和实现中。
本文将介绍基于SCADA的过程控制系统的设计原理和实现方法。
二、SCADA系统的基本原理SCADA系统由监控主站和远程终端单元组成，其中监控主站负责数据采集、监视和控制，而远程终端单元则负责采集现场数据并将数据传输给监控主站。
SCADA系统通过使用现代通信技术，如以太网、无线通信等，实现了对远程设备的实时监测和控制。
三、过程控制系统的设计与实现1. 系统需求分析在设计过程控制系统之前，首先需要进行系统需求分析。
这包括确定系统的功能需求、性能需求和可靠性需求等，并对系统运行环境进行评估。
2. 系统架构设计基于SCADA的过程控制系统需要设计合适的系统架构。
一般来说，系统架构包括核心网络架构、系统软件架构和硬件架构等。
核心网络架构负责控制主站和远程终端单元之间的通信，系统软件架构负责数据采集和处理，而硬件架构则负责提供必要的硬件设备支持。
3. 数据采集与传输过程控制系统的设计和实现离不开数据采集和传输。
通过采集传感器和执行器的数据，可以实现对过程的监视和控制。
数据采集可以通过模拟量输入、数字量输入和通信接口等方式进行。
而数据传输则可以通过以太网、无线通信等手段实现。
4. 数据处理与控制SCADA系统的核心任务是对采集到的数据进行处理和控制。
数据处理包括数据存储、数据显示和数据分析等。
而数据控制则包括远程控制和命令下达等。
通过数据处理和控制，可以实现对过程的监控和调控。
5. 系统安全与可靠性保障过程控制系统设计和实现中要注意系统的安全和可靠性。
这包括对系统的保密性、完整性和可用性进行保护，以及对系统进行备份和恢复等措施的实施。
典型过程控制系统设计
3
4
5
6
图10－4 过热蒸汽温度串级控制
该控制系统是将减温器后的汽温信号
烟道气）而偏离给定值时，主汽温信
经测量、变送反馈至主调节器，
器随之动作，控制调节阀,从而使主汽
作为副被控参数构成副回路，当减
温水自身出现波动时，
比主汽温
能提前感受到它的影响，并使副调节
器及时动作，使减温水的干扰能够及
时动作，使减温水的干扰能够及时得
单元机组生产流程示意图（各单元说明。。。）
重点以锅炉汽包水位控制、过热蒸汽温度控制、锅炉燃烧控制为例讨论它们的控制方案。
1－汽轮机高压缸；2－汽轮机中、低压缸；3－汽包；4－炉膛；5－烟道；6－发电机；7－冷凝器；8－补充水；9－凝结水泵；10－循环水泵；11－低压加热器；12－除氧器；13－给水泵；14－高压加热器；15－给水调节机构；16－省媒器；17－过热器；18－减温器；
02
1．控制目标
精馏塔的过程控制
精馏过程的目的是利用混合液中各组分挥发度的不同，将各组分进行分离以达到规定的纯度。 1.2.1 精馏塔的控制目标及变量分析 精馏塔的控制目标通常表现在产品质量、产品产量及能量消耗三个方面。 产品质量 精馏操作的目的是将混合液中各组分分离为产品，产品质量必须符合规定的要求。 产品产量与经济效益 任何产品都要求在确保质量的前提下，尽可能提高产品的产量和降低成本、最大限度地提高经济效益 。
202X
第10章 典型生产过程控制 与工程设计
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了解电厂锅炉的各种控制要求，熟悉它们的控制方案；
01
掌握锅炉燃烧过程控制系统的设计方法；
了解精馏塔的控制任务, 熟悉各变量之间的关系；
锅炉汽包水位控制系统的设计过程控制系统实验报告
过程控制系统实验报告专业 xxxxxx班级 xxxxxxxxx学生姓名 xxxxxx学号 xxxxxxxx锅炉汽包水位控制系统设计一、控制要求设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在90CM，稳态误差±0,5CM，以满足生产要求。
二、完成的主要任务1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要满足动态性能指标8.总结实验课程设计的经验和收获过程控制系统实验报告............................... - 0 -第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理............ - 3 -1.1 概述............................................ - 3 -1.2 锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................ - 4 -1.3 锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 - 第二章锅炉汽包水位控制系统的方案设计............... - 5 -2.1 对被控对象进行特性分析 ............................ - 5 -2.2汽包水位控制系统方框图和流程图..................... - 6 -2.2.1 液位控制系统的方框图.................................. - 6 -2.2.2 液位控制系统的方案图.................................. - 6 -2.3选择被控参数和被控变量............................. - 7 -2.4选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 ......... - 7 -2.4.1传感器、变送器选择 ..................................... - 8 -2.4.2执行器的选择........................................... - 8 -2.4.3关于给水调节阀的气开气关的选择。
工业过程控制系统设计与实现
工业过程控制系统设计与实现工业过程控制系统在现代工业生产中扮演着重要的角色，它是一种实现现代化自动化生产的关键技术之一。
随着科学技术的发展，工业过程控制系统逐渐成为工业企业中不可缺少的技术手段之一。
然而，工业过程控制系统设计与实现需要掌握一定的技术和知识，本文将就此进行探讨。
一、工业过程控制系统的概念工业过程控制系统是指将计算机技术与自动控制技术相结合，利用传感器、执行器、控制器等技术手段，对工业生产过程进行全面控制和管理的一种系统。
目的是提高企业生产效率、降低成本以及保证产品质量等。
二、工业过程控制系统的组成工业过程控制系统主要由以下几个部分组成：1、传感器：负责将实际物理量转换为电信号，并将其送至控制器。
2、控制器：负责根据对被控制对象的监测数据来进行计算和判断，并发出相应的控制信号，予以实现对被控对象的控制。
3、执行器：负责将控制信号转换为能够引起被控对象状态的控制动作，如通过振动、压力等方式对被控对象进行控制。
4、人机界面：通过人机交互界面，生产过程控制人员可以对整个过程进行实时监控和管理，以及根据生产需要进行各种数据分析、生产调度等操作。
三、工业过程控制系统的设计流程1、需求分析：在进行工业过程控制系统的设计之前，首先需要对所要控制的对象进行需求分析。
需要明确被控物体的控制需求及控制对象所需要完成的工作。
2、系统设计：在了解被控对象的需求后，需要进行系统设计，根据需求场景根据被控对象的运行状态、数据通信、数据处理、人机界面等方面进行设计。
3、硬件选型：根据需求分析、系统设计的要求，为系统选择合适的硬件设备，包括传感器、控制器、执行器、数据采集卡等。
4、系统实现：根据硬件选型，开始对系统进行实现，包括软硬件的编程、算法的设计等。
5、调试测试：对设计实现的系统进行进行调试和测试，检测系统是否能够达到控制要求，是否能够正常运行。
6、系统维护：当系统正式推广到生产中时，需要进行后期的维护和更新。
9过程控制系统设计实例汇编
9.1.2 锅炉控制要求及主要控制系统
锅炉是火电厂重要的动力设备，其任务就是根据生产负 荷的不同需要，提供相应规格(压力和温度)的蒸汽，同时应 保证锅炉经济和安全的运行。 锅炉的主要控制要求： ① 供给满足负荷需要的蒸汽量； ② 过热蒸汽压力保持在一定范围之内； ③ 过热蒸汽温度保持在一定范围之内； ④ 汽包水位保持在一定范围之内； ⑤ 炉膛负压保持在一定范围之内； ⑥ 保持锅炉燃烧的经济性； ⑦ 保证锅炉安全稳定运行。
过程控制
Process Control
上篇 过程控制系统
第9章 过程控制系统设计实例
本章要点 ◇ 蒸汽锅炉原理及主要控制系统 ◇ 离心泵和离心式压缩机原理及主要控制系统 ◇ 钢坯加热炉原理及主要控制系统 本章学习目标 ◇ 了解蒸汽锅炉、流体输送设备、加热炉的系统结构及工作原理 ◇ 进一步熟悉相关的自动控制系统的组成及原理，
锅炉本体是锅炉的主要组成部分，包括炉膛、燃烧器、点火 装置、空气预热器、省煤器、蒸发器、汽包、过热器及再热 器等，其中炉膛又包括水冷壁、炉墙和构架等。
锅炉辅助设备主要包括煤或燃气等燃料供应系统（包括煤场 、输煤机等）、煤粉制备系统（包括给煤机、磨煤机、煤粉 分离器等）、水处理系统（包括阳床、阴床、各种水箱及除 氧器等）、给水系统（给水泵等）、通风系统（包括送风机 、引风机等）、除灰除尘系统（除尘器等）、测量及控制系 统等。
重点掌握控制系统的应用问题 ◇ 掌握过程控制系统的设计思想与设计方法
第9章 过程控制系统设计实例
9.1 火电厂锅炉过程控制系统设计 9.2 流体输送设备过程控制系统设计 9.3 钢坯加热炉过程控制系统设计
9.1 火电厂锅炉过程控制系统设计
9.1.1 工艺过程概述 9.1.2 锅炉控制要求及主要控制系统 9.1.3 锅炉汽包水位控制 9.1.4 过热蒸汽温度控制 9.1.5 锅炉燃烧过程控制
过程控制系统的设计
1※※温度闭环PID 控制※※3.1.1 控制目的：3.1.2 控制内容：3.1.3 系统构成：主要介绍一个恒温盒的温度控制，在恒温盒内装有一个电加热元件和一温度传感器，电加热元件的工作状态只有OFF 和ON ，即不能自行调节。
现要控制恒温箱的温度恒度，且能在50~150℃范围内可调。
1、了解温度的采样方法及其换算公式。
2、观察恒温控制系统的PID 系统特性。
1）、将恒温盒的温度控制在100℃； 2）、精度为 ±0.1℃； 3）、PLC 作为控制器4）、文本显示器TD400C 作为人机界面。
通过人机界面，可设定温度参数。
1）、1套STEP7 –Micro/WIN V 4.0。
2）、1台CPU224CN PLC。
3）、1台EM235。
4）、1台温度变送器。
5）、1根编程电缆(或者CP5611卡)。
6）、1根加热管。
温度输出、 0℃50100150200250测量范围 制范23.1.4 开机流程 1、开机前准备工作1)、将S7-200系统平台左上角的空气开关向下拨动，处于断开状态2)、将空气开关右侧的急停按钮按下3)、将CPU224XP 开关向下拨动，处于断开状态。
4)、检查S7-200系统平台的接线是否正确，使用万用表测量220V 电源、24V 电源是否有短路情况。
5)、将TD400C 的连接线与PLC 连接。
6)、将编程电缆线与PLC 连接。
7)、将S7-200系统平台的电源接入外部AC220V 电源。
8)、检查IPC—810B 工控计算机的硬件接线是否正确，然后接入AC 220V 外部电源。
2、开机步骤：1)、找到工控计算机，使用钥匙顺时针旋转打开工控计算机。
2)、按下电源按钮和显示器开机按钮，计算机会自动开机。
3)、闭合S7-200系统平台的空气开关。
34)、顺时针旋起急停按钮。
5)、将CPU224XP 开关处于闭合状态。
6)、在工控计算机的桌面上找到 双击打开STEP7 MICROWIN 软件。
9过程控制系统设计实例1
锅炉本体是锅炉的主要组成部分，包括炉膛、燃烧器、点火 装置、空气预热器、省煤器、蒸发器、汽包、过热器及再热 器等，其中炉膛又包括水冷壁、炉墙和构架等。
锅炉辅助设备主要包括煤或燃气等燃料供应系统（包括煤场 、输煤机等）、煤粉制备系统（包括给煤机、磨煤机、煤粉 分离器等）、水处理系统（包括阳床、阴床、各种水箱及除 氧器等）、给水系统（给水泵等）、通风系统（包括送风机 、引风机等）、除灰除尘系统（除尘器等）、测量及控制系 统等。
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
锅炉是一个典型的多输入、多输出过程。输入变量 与输出变量之间存在相互关联、相互耦合。
锅炉各输入量与输出量之间的的相互关系
第9章 过程控制系统设计实例
锅炉主要控制系统：
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑴ 锅炉汽包水位控制系统。 锅炉汽包水位是确保安全生产和蒸汽质量的重要参数。
故对于汽包内水的停留时间、负 荷变化较大的情况不宜采用。
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑵ 双冲量控制系统 （前馈-反馈控制系统）
在汽包水位控制中，最主要的干扰就是负荷的变化。如果将 蒸汽量引入系统作为校正信号，就可有效纠正虚假水位引起 的误动作，从而减小水位的波动，提高控制品质。
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑴ 单冲量控制系统 (单回路控制系统)
这里的单冲量是指只有一个变量，即汽包水位。单冲量控制 系统结构简单，对于汽包容量较大、负荷变化小且虚假水位 现象不太严重的小型锅炉，该控制系统可以保证锅炉安全正 常运行。
缺点:克服给水自发性干扰和负 荷干扰的能力差。当负荷突然大 幅度增加（或减小）时，由于虚 假水位现象的影响，执行器会产 生误动作。
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。
6 典型的过程控制系统实例
由于这种控制方式具有冲击性，易损坏元器件，故只是在对控制质量 要求不高的系统才使用。
基于智能仪表温度连续控制系统
工作原理：与AI-708基本相同，不同的是 AI-818输出的是0-5V连续的的电压信号， 然后去控制单相移相调压模块的输出电 压，当智能仪表输出0V电压时，单相移 相调压模块没有输出；当智能仪表输出 5V电压时，单相移相调压模块输出220V 电压。所以，当智能仪表的控制信号从05V线性变化时单相移相调压模块的输出 电压也从0V-220V变化，Pt100把实时检测 到的温度值变换为电压信号输出到AI-818 的输入端作为反馈信号。
PLC上、下水箱液位串级控制
安装在计算机上的PLC软件开发环境，可以开发出PLC应用程序；开发完成 后，下载到PLC中；界面可以开发触摸屏软件，下载到触摸屏，然后启动 PLC和触摸屏即可。
一步整定法整定系统
（1）、先将主、副调节器均臵于纯比例P调节，并将副调节器 的比例度δ调到30%左右。 （2）、将主调节器臵于手动，副调节器臵于自动，通过改变主 调节器的手动输出值使下水箱液位达到设定值。 （3）、将主调节器臵于自动，调节比例度δ，使输出响应曲线 呈4:1衰减，记下δs和Ts，据此查表求出主调节器的δ和Ti值。
图4-1、V0与Vmin、Vmax、Vi关系图
图4-2、位式控制系统的方块图
由图4-1可见，V0与Vi的关系不仅有死区存在，而且还有回环，因而图 4-2所示的系统实质上是一个典型的非线性控制系统。执行器只有“开” 或“关”两种极限工作状态，故称这种控制器为两位调节器。
东华大学 过程控制 ppt 3 过程控制系统设计
p X T k X p1 1.4
XT—压差比系数 k—绝热指数（比热容）
在阻塞流情况下，计算流量系数C时，对不可压缩 流体、低雷诺数流体、特别是可压缩流体皆需进行 修正
3
过程控制系统设计
3. 压力恢复系数FL
调节阀在缩流断面前后的静压力 变化： 断面前 流速v1，静压力p1 断面处 流速最大，静压力pvc最小 断面后 流速减缓，静压力恢复到p2 p2<p1 压力恢复程度受以下因素影响： 阀的结构 阀的开度 压力恢复程度由压力恢复系数FL 度量
孔板、文丘里管、喷嘴
命题
确定所要求取的参数——流量、孔径、压差
计算
事先需确定除去待求参数外的其他参数的值
3
过程控制系统设计
选择标准节流装臵时直径比β的确定
求解依据——流量与压差的关系
Qv C 1 4
4
d
2
2p
或 Qm
C 1 4
4
d 2 2p
截面积A成正比
阀全开时，阀的口径越大，其流通能力也越大。 增大ξ，会使阀的流通能力减小，若阀的口径一定， 则不同结构的阀阻力系数不同，其C值也各异。
3. 流量系数C与阀的阻力系数ξ的平方根成反比
3
过程控制系统设计
调节阀计算中用到的若干概念 1.调节阀额定流量系数的定义（Kv或Cv）
（1）温度为5～10℃的水，在10５ Pa的压降下，每小时流过 调节阀水量的立方米数，以符号Kv表示，国际（我国）通用。
4
C 1 4
4
d 2 2p
4Qm
Re
D 2p
D
过程控制系统课程设计
熟悉常用的控制算法、控制 器设计和优化方法。
了解过程控制系统的性能指 标评价方法，能够对所设计 的系统进行性能分析和优化 。
课程设计流程
01 02 03 04 05
确定设计任务和要求，明确设计目标。
进行系统分析和设计，包括被控对象特性分 析、控制算法选择、控制器设计等。
完成系统实现，包括硬件选型、软件编程、 系统调试等。
通过参加科研项目、实践实习等方式，加强实践 能力培养，提高解决实际问题的能力。
谢谢聆听
01
实验注意事项
02
确保数学模型的准确性；
03
合理选择控制器参数；
04
注意仿真实验的边界条件。
实验结果分析与讨论
实验结果展示
通过图表等形式展示实验结果，包括系统响应曲线、误差曲线等 。
结果分析
对实验结果进行分析，包括系统性能评估、控制器性能评估等。
结果讨论
根据实验结果，讨论控制策略的有效性、可行性以及改进方向等 。
过程控制分类
根据控制对象的不同，过程控制可分为温度控制、压力控制、流量控制、液位 控制等；根据控制策略的不同，过程控制可分为开环控制和闭环控制。
过程控制系统组成
A
被控对象
被控对象是过程控制系统中需要调节的工艺参 数，如温度、压力、流量等。
测量变送器
测量变送器用于将被控对象的参数转换为 标准信号，以便控制器进行处理。
针对特定应用场合进行流量控制系统的优化设计，如减少管道阻力、 提高阀门调节性能等，以提高系统的控制精度和稳定性。
06 过程控制系统仿真与实验
MATLAB/Simulink仿真工具介绍
MATLAB概述
MATLAB是一款由MathWorks公司开发的高级编程语言和交互式环境，广泛应用于算 法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算等领域。
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。
基于PLC的压力过程控制系统设计_毕业设计论文
毕业设计论文基于PLC的压力过程控制系统设计目录第一章绪论 (3)1.1 PLC控制在国内外的发展近况 (3)1.2 基于PLC的压力过程控制系统的发展前景 (4)1.3 MCGS6.2软件 (4)1.4 设计目的和要求 (4)第二章基于PLC的压力过程控制系统方案 (5)2.1 设计方案 (5)2.1.1 设计方案 (5)2.1.2 控制阀的选择 (6)2.1.3 控制方式的选择 (7)2.2 控制算法 (8)2.2.1 控制算法的选择 (8)2.2.2 PID控制的原理和特点 (9)2.2.3 PID控制器的参数整定 (10)第三章软件部分的实现 (11)3.1 MCGS组态软件 (11)3.1.1 组态软件的介绍 (11)3.1.2 国内组态软件的比较与选择 (11)3.2 组态软件的应用 (13)3.2.1 MCGS软件编程 (13)3.3.2 MCGS软件连接设置 (14)3.3 FX2N编程软件的应用 (20)3.3.1 PLC编程指令 (20)3.3.2 控制程序的编写 (22)第四章硬件部分实现 (25)4.1 PLC特点 (25)4.2 FX2N特殊功能模块的应用 (26)4.2.1 FX2N-4AD模拟量转换模块 (26)4.2.2 FX2N-4DA 模拟特殊模块 (30)4.2.3 PLC与计算机连接通讯 (33)第五章调试 (35)5.1 调试步骤 (35)5.2 调试结果与常见故障分析 (35)5.2.1 调试 (35)5.2.2 常见故障分析 (35)第六章结论 (37)参考文献 (38)谢辞 (39)第一章绪论自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。
同时，PLC的功能也不断完善。
随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。
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双冲量控制系统 方案2
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑶ 三冲量控制系统 双冲量控制系统对给水扰动不能及时克服，而且，对 于非线性调节阀，要想做到静态补偿也是比较困难的。为 此，可将给水流量信号引入构成三冲量控制系统。
当负荷（即蒸汽流量）变化时， 它能先于水位偏差进行前馈控制 ，及时调节给水流量，以跟踪蒸 汽流量的变化，维持汽包内的物 料平衡，克服虚假水位，减小水 位的动态偏差；由给水流量为副 被控变量构成的副回路，可及时 消除给水流量的自身干扰对水流 的影响。
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
影响过热蒸汽温度的因素很多，如蒸汽流量、减温水流 量、燃烧工况、流经过热器的烟气温度和流速等的变化都会
影响过热蒸汽温度。
通常选用减温水流量作为操纵变量，但该控制通道存在 较大的时延和惯性，因此，常采用串级控制系统。
过热蒸汽温度串级控制系统
烧坏水冷壁甚至引起爆管事故。因此，必须对汽包水位进行 严格控制。
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
1. 锅炉汽包水位的动态特性 影响汽包水位变化的因素很多，但主要是锅炉蒸发量（ 蒸汽流量D）、给水流量W和燃料量B。 ⑴ 在给水流量作用下汽包水位的动态特性
当给水流量扰动作阶跃变化后， 汽包水位起初并不立即上升，而 是呈现出一段起始惯性段，这近 似于一个积分环节和时滞环节的 串联，故可用下列传递函数表示
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
1. 火力发电厂工艺过程
能 量 形 态 的 转 变 过 程
燃料的化学能 蒸汽的热能 机械能
蒸汽的热能（在锅炉中进行） 汽轮发电机旋转的机械能 电能（在发动机中进行）
火电单元机组生产流程示意图
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑵ 锅炉燃烧控制系统
蒸汽压力控制系统 炉膛负压控制系统 烟气成分（空燃比）控制系统 ⑶ 过热蒸汽温度控制系统 通过控制减温水量，使过热器出口温度保持在一定的 范围之内。
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
9.1.3 锅炉汽包水位控制系统
汽包水位是锅炉运行的重要指标，维持汽包水位在一定
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
锅炉燃烧过程基本控制方案1 蒸汽压力调节器PC是串级控制系统的主调节器，其输出 同时作为燃料流量调节器和空气流量调节器的设定值，该系 统中燃料量与空气量是同步变化的，燃料量与空气量的比值 通过两个副调节回路间接保证，空燃比由比值器K设定。
重点掌握控制系统的应用问题 ◇ 掌握过程控制系统的设计思想与设计方法
第9章 过程控制系统设计实例
9.1 火电厂锅炉过程控制系统设计 9.2 流体输送设备过程控制系统设计
9.3 钢坯加热炉过程控制系统设计
9.1 火电厂锅炉过程控制系统设计
9.1.1 工艺过程概述 9.1.2 锅炉控制要求及主要控制系统 9.1.3 锅炉汽包水位控制
9.1.2 锅炉控制要求及主要控制系统
锅炉是火电厂重要的动力设备，其任务就是根据生产负 荷的不同需要，提供相应规格(压力和温度)的蒸汽，同时应 保证锅炉经济和安全的运行。 锅炉的主要控制要求： ① 供给满足负荷需要的蒸汽量； ② 过热蒸汽压力保持在一定范围之内； ③ 过热蒸汽温度保持在一定范围之内； ④ 汽包水位保持在一定范围之内； ⑤ 炉膛负压保持在一定范围之内； ⑥ 保持锅炉燃烧的经济性； ⑦ 保证锅炉安全稳定运行。
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
锅炉的工作原理： 锅炉生产实际上是实现能量的转换和传递，将
燃料的内能转换为蒸汽的热能，整个工作过程可分
为以下三个相互关联的子过程： 燃料的燃烧过程 火焰和烟气向水及汽传递热量的过程 蒸汽的产生过程
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
9.1.5 锅炉燃烧过程控制
1.锅炉燃烧过程控制任务 基本要求：
① 使锅炉出口过热蒸汽压力保持稳定，当蒸汽压力发生变化 时，系统可自动增减燃料和助燃空气量； ② 保证燃烧过程的经济性和环保要求，要保证有较高的热效 率，控制系统可适时调整空燃比，既要防止由于空气不足而 使烟囱冒烟，又要防止因空气过剩而增加热损失； ③ 使炉膛负压保持恒定，并确保燃烧过程的安全性。通常将 炉膛负压保持在微负压（-20～-80Pa）状态；此外，还应防 止因烧嘴背压过高而产生“脱火”现象和因烧嘴背压过低而 产生“回火”现象的发生。
过程控制
Process Control
上篇 过程控制系统
第9章 过程控制系统设计实例
本章要点
◇ 蒸汽锅炉原理及主要控制系统
◇ 离心泵和离心式压缩机原理及主要控制系统 ◇ 钢坯加热炉原理及主要控制系统 本章学习目标 ◇ 了解蒸汽锅炉、流体输送设备、加热炉的系统结构及工作原理
◇ 进一步熟悉相关的自动控制系统的组成及原理，
kf k2 H ( s) D( s) s T2 s 1
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
2. 锅炉汽包水位控制 在锅炉汽包水位控制系统中，被控变量是汽包 水位，操纵变量是给水流量，主要干扰包括给水压 力、蒸汽量、燃料热值、燃料压力及汽包压力等。 根据控制系统输入变量的多少，锅炉汽包水位控制 系统可分为单冲量控制系统、双冲量控制系统和三 冲量控制系统。
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
2.锅炉燃烧过程基本控制方案
锅炉燃烧过程控制最基本的任务就是使锅炉出口蒸汽压
力稳定。影响蒸汽压力波动的主要干扰是蒸汽负荷和燃料量 的变化。 当燃料量波动较小时，可以采用调节燃料量以控制蒸汽 压力的单回路控制系统； 当燃料量波动较大且对燃烧的经济性要求较高时，可以 采用蒸汽压力对燃料量/空气量的串级-比值控制系统。
H ( s ) k0 s e W (s) s
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑵ 蒸汽流量作用下汽包水位的动态特性 当蒸汽负荷增加时，汽包水位不 仅不下降反而迅速上升，然后才 下降（反之，如果蒸流量突然减 少，则水位先下降后上升），这 种现象通常被称为“虚假水位” 。“虚假水位”现象属反向特性 ，这会给汽包水位控制带来一定 的困难，设计控制方案时必须予 以重点考虑。 蒸汽流量D阶跃扰动下的传函为
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
锅炉是一个典型的多输入、多输出过程。输入变量
与输出变量之间存在相互关联、相互耦合。
锅炉各输入量与输出量之间的的相互关系
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
锅炉主要控制系统：
⑴ 锅炉汽包水位控制系统。
锅炉汽包水位是确保安全生产和蒸汽质量的重要参数。 通过控制给水量维持汽包水位在工艺允许的范围之系统一般包括一级过热器、减温器和二级 过热器等。过热蒸汽温度的控制任务是使过热器出口温度维
持在允许的范围之内，并使过热器管壁温度不超过允许的工
作温度范围。 过热蒸汽温度过高或过低，都会对锅炉或汽轮机造成不 利影响。过执蒸汽温度过高，则过热器容易损坏，并会使汽 轮机内部引起过度的热膨胀，影响安全运行；过热蒸汽温度 过低，则会降低汽轮机效率，而且会因蒸汽湿度增加而引起 叶片磨损。实际运行过程中，一般要求将过热蒸汽温度变化 控制在±5℃的范围之内。
(a) 方案1 （前馈-串级控制系统）
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑶ 三冲量控制系统
该系统实质上是前馈-反馈控 制系统。这种三冲量控制方案 结构简单，整个系统可看作是 以三冲量的综合信号为被控变 量的单回路控制系统，故其投 运和整定与单回路控制系统一
样。
(b) 方案2 （前馈-反馈控制系统）
9.1.4 过热蒸汽温度控制
9.1.5 锅炉燃烧过程控制
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
9.1 火电厂锅炉过程控制系统设计 9.1.1 工艺过程概述
1. 火力发电厂工艺过程 火力发电厂是指利用煤、煤气、石油和天然气等做燃料 进行能量转换的发电厂。它是由化学水处理系统、锅炉、汽 轮发电机组、输变电设备及其他辅助设备组成的庞大的能源 转换设备群. 火力发电生产过程原理框图
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
⑶ 三冲量控制系统
该系统实质上也是前馈-串级 控制系统，只是副回路控制器
的比例度为100%。汽包水位是
串级控制系统的主被控变量， 给水量是副被控变量，蒸汽量 是前馈信号。
(c) 方案3（前馈-串级控制系统）
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
① C1通常取1，也可小于1。 ② C2的选择包括符号和数值的大小。 C2取正号还是负号，取决于调节阀的开闭形式，如果蒸汽 是供给蒸汽透平机使用的，则调节阀应选择气开阀，此时C2 取正号； 当蒸汽用作加热，调节阀应选择气关阀，以保护锅炉安全 ，此时C2取负号。 C2的数值大小应考虑到静态前馈补偿，可以在现场凑试， 也可利用公式计算。
2. 锅炉组成及工作原理
锅炉是利用燃料（如煤、天然气、焦炉煤气、高炉煤 气、重油等）燃烧释放的热能加热给水，生产规定品质 和参数的过热蒸汽的设备，又称蒸汽发生器。
固 态 排 渣 煤 粉 锅 炉
锅炉本体 若干辅助设备
自然循环式固态排渣煤粉锅炉原理图
第9章 过程控制系统设计实例
9.1火电厂锅炉过程控制系统设计
第9章 过程控制系统设计实例