过程控制设计 实验报告—压力控制

目录

第一章过程控制仪表课程设计的目的 (1)

1.1 设计目的 (1)

1.2 课程在教学计划中的地位和作用 (1)

第二章液位控制系统（实验部分） (2)

2.1 控制系统工艺流程 (2)

2.2 控制系统的控制要求 (4)

2.3 系统的实验调试 (5)

第三章水箱压力控制系统设计 (7)

3.1 引言 (12)

3.2 系统总体设计 (13)

3.3 系统软件部分设计 (16)

3.4 总结 (19)

第四章收获、体会 (24)

参考文献 (25)

第一章过程控制仪表课程设计的目的意义

1.1 设计目的

本课程设计主要是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。基本要求如下:

1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号；

2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号；

3. 掌握PID调节器的功能原理，完成相应的压力、流量、液位及温度控制系统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。

4．通过对一个典型工业生产过程（如煤气脱硫工艺过程）进行分析，并对其中的一个参数（如温度、压力、流量、液位）设计其控制系统。

1.2课程设计的基本要求

本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节，是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，使学生通过自己动手对一个工业过程控制对象进行仪表设计与选型，促进学生对仪表及其理论与设计的进一步认识。课程设计的主要任务是设计工业生产过程经常遇到的压力、流量、液位及温度控制系统，使学生将理论与实践有机地结合起来，有效的巩固与提高理论教学效果。

课程设计主要是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID 控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。基本要求如下:

1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号；

2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号；

3. 掌握PID调节器的功能原理，完成相应的压力、流量、液位及温度控制系统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。

4．通过对一个典型工业生产过程（如煤气脱硫工艺过程）进行分析，并对其中的一个参数（如温度、压力、流量、液位）设计其控制系统。

第二章液位控制系统（实验部分）

2.1 控制系统工艺流程

液位控制系统装置由三个相同大小的容器、液位检测变送仪表及执行机构组成，配套的仪表屏上安装了配有带连接信号插座孔的整个工艺过程模拟流程图、调节控制仪表、手操器、显示仪表等。工艺过程模拟流程图如图2.1所示。

图2.1 带连接信号插座孔的液位装置工艺模拟流程图

上图2.1中，标有字母的方块为各种仪表，○为各仪表输入、输出信号的单线接插件的插座孔（＋，－插孔）。其中:

C：控制器（调节器）。该装置配有三个单回路调节器C1、C2和C3，控制输出信号为4~20mA，每个调节器设有三对插座孔（＋，－插孔）。

PV孔为测量值输入，SV孔为外设定输入或阀位反馈信号输入，O孔为调节器输出。

R：记录仪为无纸3通道记录仪，输入信号4~20mA，其中R1孔为1号通道，R2孔为2号通道，R3孔为3号通道。每个通道有两个插座孔，其中上孔（＋）接变送器来的信号，下孔（－）用来转接到其他仪表作为输入信号，注意不能接错。

HT：液位变送器。液位变送器为LSRY或LSRT，1# ~3#输入量程均为

0~100mmH2O，变送输出为4~20mA。

VL：电子式电动调节阀为电子小流量调节阀，电动调节阀输入4~20 mA 电流信号，对应阀门输出开度0~100%。

V1~2和I1~2 ：两路电压/电流转换器。其中V1为第1路电压输入信号端，I1 为第1路电流输出信号端，V2为第2路电压输入信号端，I2 为第2路电流输出信号端，O上孔（＋）插孔接电压/电流转换器来的正信号，下孔（－）插孔接电压/电流转换器来的负信号，不能接错。

三级串联水箱如图2.2所示，它由三个水箱组成，稳压水由两路经过电动调节阀VL1和VL2以及手动阀V1～V6，分别流入三个水箱。调节阀VL1和VL2可以一个作为控制回路的执行机构，另一个用于产生扰动信号。若以进入水箱的水流量作为输入量，水位作为其输出量，则每一个水箱可以看成是一阶惯性环节的被控对象。当VL1作为控制回路执行机构，通过手动阀V1、V3和V5的打开关闭不同组合使水箱构成不同阶次的被控对象。选择第3个水箱的液位H3作为被调变量，关闭手动阀V1和V3，只打开V5，则构成一阶被控对象；关闭手动阀V1和V5，只打开V3，使两个水箱串联，则两个惯性环节串联构成二阶被控对象；关闭手动阀V3和V5，只打开手动阀V1，使三个水箱串联，则三个惯性环节串联构成三阶被控对象。当然，第一个水箱的液位H1和第二个水箱的液位H2也可以作为被调变量，构成二阶或一阶被控对象。

图2.2 液位控制系统实验装置原理图

2.2 控制系统的控制要求

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—水箱；

（2）电子阀；（3）液位变送器；（4）PID 智能调节器等组成。它们连接成控制系统的方框图如图2.3所示。

图2.3 单回路液位控制系统方框图

图2.3中被控对象是三级串联的水箱，被控制量是水箱的液位Hs ，调节参数是流入水箱的水流量Q ，水箱液位由液位变送器检测得到液位反馈信号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 ，使被调参数H 保持在设定值。其中f 为系统扰动信号。

控制要求：稳态误差在2%以内，响应时间少于100s

2. 双回路串级控制

串级PID 控制就是将两个PID 控制器串联在一起，控制一个执行阀，实现定值控制。在大多数控制情况下，主控制器采用比例、积分、微分控制，副控制器采用比例或者比例、积分控制。

图2.4是水箱液位串级控制系统的方框图。有主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的给定值Hs ，它的输出U1作为副调节器的给定值，副调节器的输出u2控制执行器，以改变主参数H1。 副调节器电子阀H 2主调节器+给定量Hs e1

e2f 2u2f 1H 1

u1PID 智能调节器

-+-

1#水箱2#/3#水箱液位变送器2/3

液位变送器1

图2.4 串级液位控制系统方框图