工业废碱液处理控制系统的设计

辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）

题目：工业废碱液处理控制系统的设计

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院 教研室：测控技术与仪器 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

学 号

学生姓名

专业班级

设计题目

工业废碱液处理控制系统的设计

课程设计（论文）任务

课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数

实现功能

设计工业废碱液处理控制系统，使得在新的流量比值下保证PH 值等于7

某些工厂排出的废液中含有碱，若把废液排入江河湖泊，将会造成环境污染。对此，常在废液中加入适量的酸，将其中合成中性的再排放，可保护环境卫生。废碱液和酸的流量比是随第三参数PH 的变化来决定的。当废碱液和酸的浓度变化时，必然会改变PH 值。 设计任务及要求

1、确定控制方案并绘制原理结构图、方框图；

2、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数；

3、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式；

4、若设计由计算机实现的数字控制系统应给出系统硬件电气连接图及程序流程图；

5、按规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。 技术参数

测量范围：0—+14PH 值 ； 控制范围：7±1PH 值 ； 最大偏差：2PH 值；

工作计划

1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。（2天 ）

2、确定系统的控制方案，绘制原理结构图、方框图。（1天 ）

3、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号。（2天 ）

4、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式。（ 1天）

5、上机实现系统的模拟运行、答辩。（3天 ）

6、撰写、打印设计说明书（1天 ） 指导教师评语及成绩

平时： 论文质量： 答辩： 指导教师签字：

总成绩： 年 月 日

摘要

随着社会的发展，工业生产占据主要，同时，工业生产也给自然环境带来了一系列的污染问题，解决环境污染问题成为现今社会科学发展的主要问题。某些工厂排出的废液中含有碱，若把废液排入江河湖泊，将会造成环境污染。这需要将废液进行处理，调节液体的PH值，使PH值达到合理范围，降低对环境的污染。

本文对工业废碱液处理系统进行设计，采用变比值控制系统，以PH值为第三参数来控制废碱液与酸的流量比，通过传感器检测处理后液体的PH值，根据检测回来的信号传输到指定的调节器，按照相应的控制策略与控制算法进行调节，然后按相应的调节结果进行执行。从而形成闭环比值-串级控制系统，也叫变比值控制系统，这样来使系统稳定的进行废碱液的处理，以达到适应一定的环境要求，减少环境污染，合理的进行工业生产。

关键词：废液碱；PH值；比值控制系统

目录

第1章绪论 (1)

第2章系统设计分析与方案论证 (2)

2.1 系统控制分析 (2)

2.2 被控参数与控制参数的选择 (3)

2.3 控制方案的论证与选择 (3)

2.4 本系统变比值控制系统构成 (4)

2.5 系统框图 (4)

2.6 系统干扰的分析 (6)

第3章系统仪表的选型 (7)

3.1 检测元件的选型 (7)

3.1.1 PH值变送器选型 (7)

3.1.2 流量变送器选型 (8)

3.2 控制（调节）器的选型 (9)

3.3 执行器的选型 (11)

3.4 系统作用方式判断 (11)

3.4.1 执行器的气开、气关判断 (12)

3.4.2 控制器的正反作用判断 (12)

第4章系统控制算法 (13)

4.1 控制（调节）规律选择 (13)

4.1.1 主控制规则的选择 (13)

4.1.2 副控制规则的选择 (13)

4.2 系统主要性能参数计算 (14)

4.2.1 比值系数的计算 (14)

第5章系统调试与仿真 (15)

5.1数学建模仿真 (15)

5.2 PID系统调试 (16)

第6章总结 (18)

参考文献 (19)

第1章绪论

环境污染是目前人类生存与发展的第一问题，也与人类日常生活息息相关，一但生活的环境受到威胁、污染，将使自然环境的质量降低，对人类的生存与发展、生态系统和财产造成不利影响的现象。甚至会使人类难以生存。因此环境污染问题越来越成为世界各个国家的共同课题之一，也是工业生产过程必须要考虑并解决的首要问题。

对于现阶段的一些工业生产部门，对于废碱液的处理方法各有不同，有的使用人工处理，有的使用设备手动处理，这些处理难免会出现很大的误差，也无法避免一定量的污染，所以很多生产部门开始考虑自动控制处理，检测排放的PH值来进行酸碱的配比，以达到稳定的生产过程，并且降低对环境的污染问题。

本设计系统为工业废碱液处理系统，将工业废碱液进行加酸中和处理，以达到排放水的PH值在合理的范围内。通过对工业废水的处理使排放废水无污染，进而降低对水的污染来降低工业生产对环境的污染，进行合理化、高效率的生产过程。

由于系统主要对第三参数的检测，来改变其余参数的设定值，有因为其余参数为流量参数，并且副参数随着主参数变动，参数的变动需要一定的比值控制，而且生产工艺要求两种流量的比值要随着第三参数的需要进行调节，所以本系统设计采用比值系统中的变比值系统。

第2章 系统设计分析与方案论证

本章介绍系统的整体概况与本控制系统的控制方案选择，详细的阐述系统控制流程，主、副控制参数与对象的选择。

2.1 系统控制分析

本系统是废碱液排放处理，属于液体流量范畴内，主要处理的方式是将废碱液与含酸的液体相混合，进行化学上的中和反应，使最终排放的废液的PH 值达到控制要求的范围内，因此得知主要的被控制参数为PH 值，通过检测PH 值的波动来进行系统的控制。除此之外系统还检测废碱液的流量，进行流量控制，由于系统存在PH 值的主要干扰和流量的干扰情况，因此系统分为主回路控制与副回路控制。

在稳态时，系统PH 值输出在恒定的合理范围，酸与碱液的配比为一恒定值，系统主要干扰为PH 值的波动作为主回路控制，其他干扰为酸、碱液体的流量作为副回路控制。当主回路的PH 值超出合理范围值，系统通过检测元件检测波动情况，通过变送器传送给调节元件，根据控制算法进行相应的控制调节，执行元件执行相应的动作，使系统的PH 值输出再次进入合理范围，以达到新一种稳定。当干扰来至于副回路的流量时，通过流量的检测元件检测变化情况，在把检测信号送到控制器与执行器进行相应的调节，使系统恢复到新的稳态情况。控制系统大体框图如下。

图 2.1 系统分析大体框图

从系统分析与框图来看，本系统具有串级控制系统的特点，但考虑系统的控制参数与控制对象，串级控制系统又不能满足所有要求，因此应该选择具有串级控制

— —

+

主调节器 副调节器

执行器

对象1

对象2

测量变送器1

测量变送器2

+