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1、精品学习资源目 录摘要 21、网前箱温度掌握系统简述 31.1 、概述 31.2 、过程掌握系统的应用意义 42、设计方案 52.1 、整体方案 52.1.1 、方案一：单回路掌握系统 52.1.2 、方案二：串级掌握系统 62.2 、方案比较 72.2.1 、串级掌握系统的特点 72.2.2 、方案比较 82.3 、方案挑选 93、串级掌握系统的分析与设计 103.1 、掌握对象的特性 103.2 、主回路的设计 113.3 、副回路的挑选 123.4 、主、副调剂器规律的挑选 123.5 、主、副调剂器正反作用方式确定123.5.1 、副调剂器作用方式的确定 123.5.2 、 主调剂器作
2、用方式的确定133.6 、掌握器参数的工程整定13欢迎下载精品学习资源4、器件的挑选 144.1 、检测元件的挑选 144.2 、调剂阀的确定 155、结语 16参考文献： 18摘要温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度亲密相关；在科学讨论和生产实践的诸多领域中 温度掌握占有着极为重要的位置特殊是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足轻 重的作用；对于不同生产情形和工艺要求下的温度掌握，所 采纳的加热方式，燃料，掌握方案也有所不同；例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、自然气、油、电 等；
3、温度掌握系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的掌握技术和掌握理论；目前在掌握领域中，虽然逐步采纳了电子运算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采纳了分散掌握系统（ DCS）；但就其掌握策略而言，占统治位置的仍然是常规的 PID 掌握；PID 结构朴素、稳固性好、工作牢靠、使用中不必弄清系统欢迎下载精品学习资源的数学模型； PID 的使用已经有 60 多年了，有人赞扬它是掌握领域的常青树；1 网前箱温度掌握系统简述混合器和网前箱在造纸工业中中是特别重要的换热设备；混合器掌握的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维护在工艺要求范畴内，由于其具有强耦合、大滞后等特性，
4、掌握起来特别复杂；同时，近年来能源的节省、回收和合理利用日益受到关注；因此，在设计网前箱掌握系统时， 在满意工艺要求的前提下，节能也是一个重要质量指标，要保证网前箱的热效率最高；1.1 概述造纸厂纸浆由混合箱送往网前箱的工艺流程如下：调配好中浓度纸浆由泵从贮槽送至混合箱，在混合箱中与过滤网过滤后的白水混合，配成低浓度纸浆悬浮液，并被蒸汽加热至 72左右，经立筛、圆筛除去杂质后送至网前箱，再以肯定速度喷向造纸网脱水；为保证质量，网前箱温度应保持在欢迎下载精品学习资源61；混合箱至网前箱的纯滞后时间有90s，假如纸浆流量波动 35Kg/min ，网前箱纸浆温度最大偏差将高达8.5，过渡时间就长达
5、450s；故工艺上要求：1. 网前箱纸浆温度保持在611 ；2. 混合箱温度保持在 7213. 温度误差大于 3时应会自动提示报警；1.2 过程掌握系统的应用意义过程掌握通常是指连续生产过程的自动掌握，是自动化技术最重要的组成部分之一；其应用范畴掩盖石油、化工、制药、生物、医药、水利、电力、冶金、轻工、纺织、建 材、核环境等很多领域，在国民经济中占有极其重要的地 位；过程掌握的主要任务是对生产过程中的有关参数进行控制，使其保持恒定或按肯定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前提下，使连续型生产过程自动地进行下去；连续生产过程的特点是：呈流淌状的各种原料中连续流淌过程 中，相伴着物理变化、化学反
6、应、生化反应、物质能量的转换与传递；连续型生产过程经常要求苛刻的工艺条件，如高温、高压等；现场存在易燃、易爆或有害泄漏等危急，生产条件恶劣；需要有爱护人身与生产设备安全的特殊措施等；在大型的连续生产系统中，影响生产过程的因素和条件一般不止一个，各自所起到作用也不同，这就打算了过程掌握的复杂性和多样性；欢迎下载精品学习资源2 设计方案2.1 整体方案依据题目要求并通过检阅大量，有二种方案可以实现换热器温度掌握系统：2.1.1 方案一：单回路掌握系统网前箱中温度作为被控参数，经过温度变；送器传送到比较器，与设定值比较后掌握蒸汽调剂阀的蒸汽量，从而实现网前箱的温度掌握；单回路反馈掌握掌握系统结构框图
7、：温度掌握器掌握阀混合器立 筛 、 圆网前箱温度检测、变送外表图 1 单回路反馈掌握掌握系统结构框图网前温箱温度掌握系统：温度掌握器 TC 设定为 61， ,依据网前箱出口温度与设定值的偏差进行掌握；可是当混合器环节显现干扰后，掌握 系统并不能准时产生掌握作用，克服干扰对被控参数的影响，故掌握质量差；当生产工艺对网前箱出口温度要求严格时，单回路掌握系统很难满意要求；被控变量：网前箱出口温度； 操纵变量：蒸汽流量；欢迎下载精品学习资源TCTT圆筛网前箱混合器立筛图 2 单回路网前箱温度掌握系统2.1.2 方案二：串级掌握系统串级掌握系统采纳两套检测变送器和两个调剂器，前一个调剂器的输出作为后一个
8、调剂器的设定，后一个调剂器的输出送往调剂阀；串级掌握系统结构框图 ： 中间被控变量：混合器温度； 操纵变量：蒸汽变量；当混合器温度变化时，副测量变送器可以准时动作克服干扰；串级掌握系统结构框图：欢迎下载精品学习资源主调剂器副 调掌握阀混合器立 筛 、 圆网前箱副测量变送器主测量变送器欢迎下载精品学习资源2.2 方案比较图 3 串级掌握系统结构框图欢迎下载精品学习资源2.2.1 串级掌握系统的特点在系统结构上，串级掌握系统有两个闭合回路：主回路和副回路，主、副调剂器串联工作；主调剂器输出作为副回路调剂器的设定值，系统通过副回路调剂器输出掌握执行器动作，实现对参数的定值掌握；串级掌握系统的主回路是
9、定值掌握系统，副回路是随动掌握系统，通过和谐工作使主参数能够精确的掌握在工艺规定范畴之内；串级掌握系统中，由于引入了副回路，不仅能快速克服作用于副回路内的干扰，也能加速克服主回路的干扰；副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，对副回路没有完全克服的干扰能完全的加以排除；由于主副回路相互协作、相互补充，使掌握质量显著提高；欢迎下载精品学习资源串级掌握系统的优点：1. 改善了过程的动态特性，提高了系统掌握质量；2. 能快速克服进入副回路的二次扰动；3. 提高了系统的工作频率；4. 对负荷变化的适应性较强；2.2.2 方案比较方案一： 掌握系统简洁易于实现且费用较低，但单
10、回路掌握系统在有干扰时， TC 输出信号转变阀门开度 ，进而转变蒸汽流量，在混合器中与纸浆和水混合后，混合器温度转变，再通 过立筛和圆筛，最终转变网前箱出口温度；该过程时间常数大，由于混合箱至网前箱的纯滞后时间有90s，假如纸浆流量波动 35Kg/min ，网前箱纸浆温度最大偏差将高达8.5， 过渡时间就长达 450s；因此等到网前箱出口温度转变后，在转变操纵变量，禁止不准时，变差在较长时间内不能被消除，故该掌握系统掌握超调量大，稳固性低，掌握质量差；方案二：串级掌握系统中，由于引入了副回路，不仅能快速克服作用于副回路内的干扰，也能加速克服主回路的干扰；副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路
11、具有后调、细调、慢调的特点，对副回路没有完全克服的干扰能完全的加以排除；由于主副回路相互协作、相互补充，对主被掌握对象有更好的掌握成效，减小对象的时间常数，提高了抗干扰才能，并对负荷或操作条件的转变具有肯定的自适应才能，使掌握质量显著提高；但其缺点是所用仪器较多，费欢迎下载精品学习资源用较高；2.3 方案挑选由于网前箱出口温度对于保证产品的指标是特别重要的，掌握成效好，既能保证产品质量又能提高质量；掌握不抱负的缘由在于被控对象特别复杂：1、蒸汽的流量变化造成温度波动很大；2、处理量（纸浆）频繁提降也会造成网前箱温度的波动；3、混合器的温度存在较大的滞后；可以看出，网前箱温度掌握系统是一个时变，
12、大时滞， 多干扰的复杂系统；从系统工作特性可以看出，蒸汽量的多少是网前箱温度变化的打算因素；但其变化过程是：蒸汽量的变化第一引起混合器的温度变化，由于混合器温度差生变化，进而引起网前箱温度的变化；由此可见对网前箱温度的掌握采纳混合器温度与网前箱温度进行串级掌握的掌握方案是合理而且可行的，这种方案也有助于对一系列干扰的克 服；3 串级掌握系统的分析与设计3.1 掌握对象的特性串级掌握系统的结构框图：欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源X1sE1sW sX2sE2sW sF2s+W sW sY2sF1s+W sY1s欢迎下载精品学习资源+c1+c2+V02+01欢迎下载精品学习资源Z1s-Z2
13、sWm2s欢迎下载精品学习资源Wm1s图 4 串级掌握系统的结构框图图中参数： F1S：主回路干扰； F2S：副回路干扰；Wm1S: 主回路温度变送器传递函数；Wm2S: 副回路温度变送器传递函数；Wc1S:主回路温度掌握器传递函数；Wc2S:副回路温度掌握器传递函数；Wv1S:主回路执行器传递函数；Wv2S:副回路执行器传递函数；Wo1S:主回路掌握参数传递函数；Wo2S:副回路掌握参数传递函数；YS: 被控参数传递函数；Es:偏差传递函数；假设副回路中各环节传递函数分别为：Wc 2 sK 23.1.1WV sK v3.1.2欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源W02sK 02T02s1
14、3.1.3欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源Wm 2 skm23.1.4欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源经整理后可得：W02sk021T02 s3.1.5欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源由于：k02 sK 021k02 Km 2 K c 2K 02欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源T02 sT021K 02 K m 2 Kc 2T023.1.6欢迎下载精品学习资源因此，在此掌握系统中，等效副回路对象的时间常数和放大倍数都缩小了，而且随着副回路掌握放大倍数K c 2 的增大这种成效更显著；这相当于在系统中增加了一个起超前作用的微分环节，这会使系统的响应速度加快，掌握更
15、为及 时，有利于提高掌握品质和系统可控性；3.2 主回路的设计网前温箱掌握系统是以网前箱温度为主要被控参数的掌握系统；其他被控参数有混合器温度，立筛温度，圆筛温度等；温度调剂器对被控参数（网前箱温度）精确掌握与温度调剂器对来自蒸汽干扰的准时掌握相结合，现依据混合器温度的变化，转变蒸汽流量，快速排除来自蒸汽的干扰对混合器温度的影响；然后再依据网前箱温度与设定值的偏差，转变温度调剂器，进一步调剂蒸汽流量，使网前箱温度恒定， 达到温度掌握的目的；欢迎下载精品学习资源3.3 副回路的挑选副回路的挑选也就是确定副回路的被控参数；蒸汽由于其流量变化，对掌握过程产生极大的干扰；因此，我们挑选混合器温度为串级
16、掌握系统的帮助被控参数；串级系统中， 通过调剂副参数混合器的温度能够有效的影响主参数网前箱的温度，提高了主参数的掌握成效；3.4 主、副调剂器规律的挑选在串级掌握系统中，主、副调剂器起的作用不同；主调剂器起定值掌握作用，副调剂器起随动掌握作用，这是挑选调剂器规律的基本动身点；在网前箱温度串级掌握中，我们挑选网前箱温度为主要被控参数，温度对纸浆的质量影响较大，由于网前温箱串级 掌握系统有较大滞后，所以，挑选PI 调剂作为主调剂器的调剂规律；掌握副参数是为了保证和提高主参数的掌握质量，对副参数的要求一般不严格，可以在肯定范畴内变化，可以有残差，所以我们的副调剂器调剂规律挑选P 掌握；3.5 主、副
17、调剂器正反作用方式确定一个过程掌握系统正常工作必需保证采纳的反馈是负反馈；串级掌握系统有两个回路，主、副调剂器作用方式的确定原就是要保证两个回路均为负反馈；3.5.1 副调剂器作用方式的确定欢迎下载精品学习资源出于生产工艺安全考虑，蒸汽调剂阀应选用气开式，这样保证当系统显现故障使调剂阀损坏而处于全关状态，防止蒸汽进入混合器，确保设备安全，调剂阀K v0 ；然后确定副被控过程的 K 02 ，当调剂阀开度增大，蒸汽量增大，混合欢迎下载精品学习资源器温度上升，所以K 020 ；最终确定副调剂器，为保证副回欢迎下载精品学习资源路是负反馈，各环节放大系数乘积必需为正，所以副调剂器大于 0，负调剂器作用方
18、式为反作用方式；3.5.2 主调剂器作用方式的确定混合器 温度升 高， 网前箱温 度也升 高， 住被控过程欢迎下载精品学习资源K010 ；为保证主回路为负反馈个，各环节放大系数乘积必欢迎下载精品学习资源须为正，所以主调剂器的放大系数K 10 ，主调剂器作用方式为放作用方式；例如图 3 所示网前箱温度串级掌握系统示意图，从设备安全角度考虑，调剂阀应当选气开阀，即假如调剂阀的掌握信号中断，阀门应处于关闭状态，掌握信号上升，阀门开度增大，流量增加，是正作用方式；反之，为副作用方式；测量变送单元作用方式均为正；3.6 掌握器参数的工程整定串级掌握系统主、副掌握器的参数整定方法主要有三种；两步整定法、逐
19、不靠近法和一步整定法；1、依据串级掌握系统主、副回路的情形，先整定副掌握器，欢迎下载精品学习资源后整定主掌握器的方法叫做两步整定法；2、一步整定法，就是依据体会先将福掌握器一次放好，不再变动，然后按一般单回路掌握系统的整定方法直接整定主回路掌握器参数；3、逐步靠近法是一种依次整定主回路、副回路，然后循环进行，逐步接近主、副回路正确整定的一种方法；4 器件的挑选4.1 检测元件的挑选检测与变送设备主要依据被检测参数的性质与系统设计的总体考虑来打算；被检测参数性质的不同，精确度要求、响应速度要求的不同以及对掌握性能要求的不同都影响检测、变送器的挑选，要从工艺的合理性、经济性加以综合考虑；检测、变送
20、器挑选的几个基本原就如下：尽可能挑选测量误差小的测量元件；尽可能挑选快速响应的测量元件与变送设备；正确采纳微分超前补偿；合理挑选测量点位置并正确安装；对测量信号作必要的处理；本系统需要两个温度传感器，一个安装在混合器内；另一个安装在网前箱出口处；依据测量精度和测量范畴等要求，选用铂热电阻 PT100 为温度传感器，挑选 JCJ100G为温度 变送 器； PT100 是铂热电阻，它的阻值跟温度的变化成正比； PT100 的阻值与温度变化关系为：当PT100 温度为欢迎下载精品学习资源0 时它 的阻 值为100 欧姆 ， 在 100 时它的阻值约为138.5 欧姆；它的工业原理：当PT100 在
21、0 摄氏度的时候他的阻值为 100 欧姆，它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的；4.2 调剂阀的确定由前文得，从生产工艺安全动身，蒸汽调剂阀选用气开式，即一旦显现故障或气源断气，调剂阀应完全关闭，切断蒸汽进入混合器，确保设备安全为了保证；调剂阀按其工作能源形式可分为气动、电动和液动三类；气动调剂阀用压缩空气作为工作能源，主要特点是能在易燃易爆环境中工作，广泛地应用于化工、炼油等生产过程中；电动调剂阀用电源工作，其特点是能源取用便利，信号传递快速，但难以在易燃易爆环境中工作；液动调剂阀用液压推动，推力很大，一般生产过程中很少使用；故本设计采纳了气动调剂阀，且为气开形式；挑选动闸阀Z641H；气动
22、闸阀 Z641H 主要性能参数：公称压力:1.6,2.5.4.0.6.4MPa使用温度： -29 425（碳钢） -40 550（不锈钢） 公称通径：DN50800mm 阀体材质:304.306.316L.WCB.HT200连接法 兰：JB/T79GB913 HG20592适用介质：空气、水、蒸汽、油及硝酸、醋酸等腐蚀性流体作 用 方 式 ： 切 断 型 ， 调 节 型 , 手 动 控 制欢迎下载精品学习资源电 源 电 压 ： 220VAC 、 24VAC 输 入 信 号 :4 20mA/1 5VDC 020mA/0 10VDC5 结语本次课设是网前箱温度掌握系统，主要作用是实现纸浆的加热，因
23、此用单回路闭环系统就可实现对换热器出口温度掌握；但纸浆流量的不稳固，是本系统的最主要扰动，为了克服纸浆流量变化对被控参数的影响，在单回路闭环系统的基础上串入副回路掌握，构成串级掌握系统，这样就能克服主要扰动 纸浆流量 Q的影响，而其他扰动如，纸浆的初温、蒸汽压力波动等，单回路闭环系统自己又可以克服，因此本系统基本满意要求；本系统温度变送器极用Pt100、热电偶一体化温度变送器，调剂阀为气开形式，温度掌握器为反作用，流量掌握器为正作用；课程设计是培育我们综合运用所学学问、发觉、提出、 分析和解决实际问题 ,锤炼实践才能的重要环节 ,是对同学实际工作才能的详细训练和考察过程；回忆起此过程掌握课程设
24、计，我仍感叹颇多，的确，从老师发下题目，到完成，这些天过得，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的学问，而且学到了很多在书本上所没有学到过的学问；通过这次课程设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论学问是远远不够的，只有把所学的理论学问欢迎下载精品学习资源与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服 务，从而提高自己的实际动手才能和独立摸索的才能；虽然 这已经不是第一次作课设了，但在设计的过程仍是遇到很多 困难，究竟过程掌握这门是理论与实际相结合特别紧密的， 书本上的理论和实际应用中仍是有很大区分的；但是通过查 阅大量书籍及在网上搜到
25、的有关学问，基础上解决了一些遇 到的难题，通过几天紧急的劳碌，对过程掌握这门课有了更 深的明白，对上课中老师所的串级系统、前馈-反馈系统等， 有了进一步明白，同时对各种不同系统选用什么样的变送器，掌握器、调剂器有了进一步的懂得；总之，这次课程设计最终顺当完成了，但是自己所设计的系统中仍存在不少缺点和不足，期望老师赐予指正；欢迎下载精品学习资源参考文献：1 冯巧玲 .自动掌握原理 M. 北京:北京航空航天高校出版社,20072 邵裕森 ,戴先中 .过程掌握工程 M. 北京 :机械工业出版社 ,20213 张根宝 .工业自动化外表与过程掌握M. 西北工业高校出版社 ,20034 李亚芬 .自动化外表与过程掌握，北京电子工业出版社,20035 方康玲 .过程掌握系统 .武汉理工高校出版社20076 郭阳宽 ,王正林 .过程掌握工程及仿真 .电子工业出版社 ,20217 仪器设备的型号查询相关网站欢迎下载