过程控制流量控制系统

目录

第一章过程控制仪表课程设计的目的意义 (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)

第二章流量控制系统（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 (3)

2.3 系统的实验调试 (4)

第三章 HPF脱硫工艺流程及控制要求 (6)

3.1 控制系统工艺流程 (6)

3.2 设计内容及要求 (7)

第四章总体设计方案 (8)

4.1 设计思想 (8)

4.2 总体设计流程图 (8)

4.3 硬件设计概要 (8)

4.4 硬件选型 (9)

4.5 硬件电路设计系统原理图及其说明 (15)

第五章软件设计 (17)

5.1 软件设计流程图及其说明 (17)

第六章系统调试中遇到的问题及解决方法 (20)

第七章收获、体会 (23)

附录1 源程序及其说明 (24)

参考文献 (37)

第一章微控制器应用系统综合设计的目的意义

1.1 实验目的

本课程设计的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。

1.2 课程设计在教学计划中的地位和作用

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，使学生加深对过去已修课程的理解，用本课程所学的基本理论和方法，运用计算机控制技术，解决过程控制领域的实际问题，为学生今后从事过程控制领域的工作打下基础。因此本课程在教学计划中具有重要的地位和作用。

第二章 流量控制系统（实验部分）

2.1 控制系统工艺流程

说明：FT 为流量变送器，FC 为智能调节器，VL 为电动阀，SSR 为固态继电器控制输出，Q 表示流量。图2.3同。

图2.1 内容器单闭环流量控制系统工艺流程图

图2.2 内容器单闭环流量控制系统方块流程图

PID 智能调节器

Q1

图2.3 双闭环比值控制工艺流程图

图2.4 双闭环比值控制方块流程图2.2 控制系统的控制要求

2.2.1 单闭环控制

要求给定流量范围为0~400L/h，流量从200L/h稳态向300L/h稳态过渡的调节时间不超过100s，超调量不超过5%，稳态误差不超过±5%.

2.2.2 双闭环比值控制

主回路（图2.4中FC1调节的回路）要求如单闭环控制要求，副回路（FC2调节的回路）的比值K可在流量范围内实现0.5~1.5的比例控制，具体情况分为

①主回路Q1稳定，改变比值K：副回路的调节时间不超过100S，超调量不超过5%，稳态误差不超过±5%

②比值K确定，主回路Q1随给定Qs改变：在Q1稳定在给定Qs后，副回路调节时间不超过50s，超调量不超过5%，稳态误差不超过±5%

2.3 系统的实验调试

2.3.1单闭环流量控制

①在实验面板上接好线，确认无误后打开实验机柜电源和水泵开关；

②将智能调节器FC1设置为单路输入内给定、人工模糊自整定PID调节方式；

③调节PID参数：积分分离值为0，先使积分时间TI为一较大值，微分时间TD 为0；调节比例带P，使流量Q1能稳定到给定值附近，且过渡时间不太大、超调量满足工艺要求；再调节积分时间TI，使流量Q1的稳态误差减小以满足工艺要求。若此时过渡时间也能达到工艺要求，则可以不要微分作用，若不能满足则慢慢增加微分时间TD，使调节时间减小以满足工艺要求。

说明：在调节比例带P使流量能稳定到给定值附近后，主要需解决的是减少稳态误差（减小TI）、减少超调量（增加比例带P或积分时间TI）和减少过渡时间（增加微分时间TD或减小积分时间TI），P、TI、TD这3个参数主要需调节的是P

和TI，观察无纸记录仪的响应曲线，多试几组参数，使流量控制达到工艺要求。

2.3.2双闭环比值控制

①在2.3.1中单闭环流量控制已满足工艺要求的前提下，将其做为主回路，不需

再改动其参数。

②将调节器FC2设置为双路输入外给定、人工模糊自整定PID调节方式。

③将比值器设置为加法方式，比例系数A=0.5（0.5~1.5均可），B=0。

④Q1稳定后，副回路的给定也就一定了。调节PID参数（调节方法如单闭环控制），给调节器FC2选择合适的PID值以满足工艺要求。

特别说明：以上两个实验的调试问题在第七章详细讲述，此处只说明步骤。

第三章 HPF脱硫工艺流程及控制要求

3.1 控制系统工艺流程

HPF法脱硫是国内新开发的技术,它是以氨为碱源液相催化氧化脱硫新工艺,采用的催化剂HPF是一种复合催化剂,它对脱硫和再生过程均有催化作用。所产废液完全可以回兑到炼焦煤中,从而大大简化了工艺流程。脱硫、脱氰效率较高,一般可达到塔后煤气含H

2

S≤100mg/m3，含HCN≤300mg/m3。

HPF法脱硫的工艺流程是:鼓风机后的煤气进入预冷塔与塔顶喷洒的冷却水逆向接触,被冷却为30℃，冷却水从塔下部用泵抽出,送外冷器被低温水冷至28℃送回塔顶循环喷洒。采取部分剩余氨水更新循环冷却水,多余循环水返回机械化氨水澄清槽。

预冷后的焦炉煤气经过两台并联的脱硫塔,从塔顶喷淋脱硫液以吸收煤气中的

H 2S、HCN(同时吸收氨,以补充脱硫脱氰过程中消耗的氨)。脱H

2

S后的煤气送入洗

涤工段。

两台并联的脱硫塔都有自己独立的再生系统，吸收了H

2

S、HCN的溶液从塔溜出，经液封槽进入各自独立的反应槽，再经溶液循环泵送入再生塔。同时由空气压缩机送来的压缩空气鼓入再生塔底部,溶液在塔内即得到再生。再生后溶液经液位调节器返回各自对应的脱硫塔循环使用。

浮于再生塔顶的硫泡沫利用位差流入泡沫槽,硫泡沫经泡沫泵送入戈尔膜过滤器分离,清液流入反应槽,硫膏经压缩空气压榨成硫饼装袋外销。为避免脱硫液盐类积累影响脱硫效果,排出少量废液送往配煤。

脱硫工艺的流程如图3.1所示。图中L表示液位；P表示压力；T表示温度；F表示流量；I表示指示；C表示控制；V表示阀门；Q表示累计。

图3.1 HPF脱硫工艺流程流程图

3.2 设计内容及要求

1).循环上水的流量范围在800~1000m3/h，精度要求为±5%。

2).抽水高度（即预冷塔高度）约20m。

第四章 总体设计方案

4.1 设计思想

设计的关键在于循环水的抽送、流量的检测和控制，分别可以通过选择合适的工业水泵、流量计、无纸记录仪和流量积分演算智能调节器、电动调节阀完成相关功能。

另外，假设氨水与循环上水的流量比值有固定要求，可增加比值器实现流量比值控制。设循环上水的流量为主控量Q1，氨水的流量给定则为Q2s=Q1*K ，二者的配比为氨水：循环上水=K ：1，则可用实验中的流量比值控制系统实现该控制环节。

4.2 总体设计流程图

4.3 硬件设计概要

硬件设计主要是智能调节器的设计，可采用单片机做实时监控芯片，结合

循环上水给定

偏差Q1i 图4.1 双闭环比值控制方块流程图

外围电路实现流量信号的变换、采集、PID运算与控制输出等功能。为了能实时调整PID参数，需增加键盘扫描电路；为了显示PID参数和流量的大小，需增加显示模块。

4.4 硬件选型

4.4.1 智能调节器的自行设计

I/V转换可用OP07构成的比例放大器实现。由于ADC0809的转换速度只有几十微妙，相对流量的变化时间很小，可以不要保持器。而ADC0809与DAC0832都是八位的转换器件，理论上的控制精度可达到1/255*100%=0.4%，足以满足流量控制的精度要求。V/I转换可用RCV420转换器。

单片机选择STC89C52一是CMOS工艺的单片机功耗较低；二是价格便宜；再者内部程序存储器有8KB的FLASH ROM，能满足绝大部分工控过程实时监控程序的烧写需求。

显示部分用LCD，采用长沙太阳人电子的SMC1602a字符型液晶显示器。

键盘扫描可用8279加4*4矩阵键盘以中断方式实现。

4.4.2 智能调节器选型

4.4.1的部分可以用虹润的HR-WP-XLS80智能调节器代替，其参数如下

①输入信号：模拟量热电偶：B、E、J、K、S、T、WRe3-25、F2

电阻：Pt100、Pt100.1、Cu50、Cu100、BA1、BA2

电流 0～10mA、4～20mA、0～20mA，输入阻抗≦250Ω

电压 0～5V、1～5V

波形矩形、正弦或三角波

幅度光电隔离，大于4V（或根据用户要求任定）

频率 0～10KHz（或根据用户要求任定）

②输出信号：

模拟量输出·DC 0～10mA（负载电阻≤750Ω）