化工车间反应罐的流量与温度串级控制

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1、计算机控制技术课程设计评语:考勤10分守紀10分过程30分设计报告30分答辩20分总成绩（100分）专业:班级:姓名:学号:指导教师:兰州交通大学自动化与电气工程学院2016年07月13日化工车间反应釜的流量与温度串级控制系统设计1课程设计目的计算机控制课程设计是重要实践教学环节，强调实际应用技能训练。设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解各个设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程屮培养从事设计工作的整体观念。(1)掌握反应釜的温度控制系统的工作原理、工作过程以及其控

2、制操作方式。(2)掌握计算机控制系统的设计方法。(3)掌握PID控制的设计方法、MATLAB编程方法以及系统调试方法。2设计方案及原理2.1反应釜的结构及工作原理反应釜的基本结构如图2-1所示，由搅拌容器和搅拌机两人部分组成。搅拌容器包括简体、换热元件及A构件。搅拌器、搅拌轴及其密封装置、传动装置等统称为搅拌机。釜体为一个钢制罐形容器，可以在罐内装入物料，使物料在其内部进行化学反应。为了测量釜内的各项参数，在罐A装有钢制的套管，可将各种传感器放入其中。在进行化学反应之前，先将反应物按照一定的比例进

3、行混合，然盾与催化剂一同投入反应釜内，在反应釜的夾套内导入蒸汽加热使釜内物料的温度升高，通过搅拌器的搅拌使物料均匀并提高导热速度，使其温度均匀。当釜内温度达到预定的温度吋，保持一定时间的恒温以使化学反应正常进行，反应结束后进行冷却。宥时在恒温£1•还耍进行二次升温和恒温。恒温段是整个工艺的关键，如果温度偏高或偏低，会影响反应进行的深度和反应的转化率，从而影响了产品的质量。化学反应过程中一般伴宥强烈的放热效应，并且反应的放热速率与反应温度之间是一种正反馈自激的关系。也就是说，若某种扰动使反应温度冇所

4、増加，反应的速率就会增加，放热速率也会增加，会使反应温度进一步上升，甚至会引起“聚爆”现象，按照工艺要求，这些反应一般要经过加热、恒温、冷却等过程，当原料配比、浓度确定以肜，准确控制反应的温度是保证产品质量和产量的关键。为了使釜温稳定，在夹套中通以一定的冷却介质，来移走反应放出的多余热量。通过调节流入反应釜夹套中冷却介质的流量，来控制反应釜内物料的温度使之符合工艺要求。2.2设计方案问歇式反应釜是工业生产中常用的设备之一，工艺要求反应物反应所需要的温度为给定值。因此常取釜底温度为被控参数，选取冷剂

5、流量或热剂流量为控制参数。影响釜底温度的因素有很多，主要有反应物的温度、搅拌器的搅拌速度、反应物的浓度等。串级控制系统框图如图2-2所示。中问被控变量：冷剂或热剂管道；操纵变量：冷剂流量或热剂流量。给定值++流量温度—-主调节器副调节器-►执行器-►副对象主对象一

6、-1流量变送器◄温度变送器◄图2-2串级控制系统框图串级控制系统是两只调节器串联起来工作，苏屮一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。它的主要特点是如下：（1）能迅速克服进入副回路扰动的影响，对进入副环的扰动具有较强的抗干扰能力

7、；（2）改善除主控制器以外的广义对象特性，使系统的工作频率提高；（3）串级系统可以消除副过程的非线性特性和由于调节阀流量特性不适合而造成的对控制质量的影响；（4）串级控制系统可以兼顾两个变量，更精确控制操作变量；（5）中级控制系统可以实现灵活的控制方式，必要死可切除副调节器3系统硬件设计整个过程控制系统由控制器、被控对象、执行器、测量变送组成，芄屮控制器为主调节器和副调节器，执行器为调节阀，测量变送器为温度变送器，被控对象主变量为反应釜内温度、副变量为输入釜内冷剂或热剂的流量。3.1调节器控制器的

8、选型主要根据被控过程的特性、工艺对控制品质的要求、系统的总体设计来综合考虑，根据课题的要求，本次设计选择DDZ-111型调节器。调节器接收变送器送来的测量信号（004〜20111八或0（21〜5¥），在输入电路屮与给定信号进行比较，得出偏差信号，然后在电路中进行PID运算，最后由输出电路转换为4〜20mA直流电流输出。主调节器的任务是准确保持被调节量符合生产要求，凡是需要采用申级控制的生产过程，对控制的品质都是很高的，不允许被调量存在净差。因此主调节器必须冇积分作用，都采用PI调节器。如果控制对象

9、惰性区的容积数0较多，同时又存主耍扰动落在副回路以外的诂，就可以考虑采用PID调节器。副调节器的任务是要快速动作以迅速消除副冋路内的扰动，而且副参数并不要求无浄差，所以一般都选P调节器，也可采用PD调节器，但这增加了系统的复杂性，在一般情况下，采用P调节器就够Y,如果主副冋路频率相差很大，也可以考虑采用PI调节器。主、副校制器的正、反作用的判断先副后主。3.2温度变送器测量变送器：检测信号要进入控制系统，必须符合控制系统的信号标准。变送器的任务就是将检测信号转换成标准信号输出。因此