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过程控制系统课程设计一、设计任务书1. 题目PH控制系统2. 设计要求①设计义某化工过程中废液中和的pH控制系统；②对控制系统稳定性进行分析；③对控制系统的参数进行整定；④控制系统Simulink仿真。
3 . 仪器设备A3000现场控制系统，pH控制系统。
二、基本原理pH控制系统子工业，尤其是化工等行业，应用非常广泛。
利用pH控制可以实现化工过程的正常生产过程、造纸厂等化工厂废液达标排放等。
1. pH的特点PH控制系统的主要方式有：有一种碱（或酸）滴定另一种物质使pH值保持在某一值上；对两种分别呈酸性和碱性物质的流量进行控制使pH值保持在某一值上；控制两种物质使混合溶液保持在一定的pH值上。
PH控制和其他控制参数的不同主要有以下两点：●PH滴定曲线的高度非线性；●滴定过程的测量纯滞后特性。
图01为典型的酸碱滴定特性曲线。
从图01知，溶液的pH值随中和流量非线性变化。
图01 典型的酸碱滴定特性曲线显然在控制系统中将pH值的变化转化为中和反应酸碱的控制流量变化，是根据滴定特性曲线进行的。
将滴定特性曲线转化为酸碱流量变化规律的方法主要有三种：●利用非线性阀补偿过程的非线性；●采用三段式滴定调节器，用三条相接的线性段代替非线性滴定曲线；●采用滴定曲线的非线性调节器精确描述滴定曲线。
随着技术的进步，利用非线性阀补偿滴定曲线非线性用的越来越少；而基于计算机功能元器件或计算机的第二种方法和第三种方法应用越来越多。
对滞后的补偿常采用以下三种方法：●微分Smith补偿方法，由于该方法本身适应能力较差，较少使用；●改进的Smith补偿方法；●自适应方法，应用较多的是增益自适应的Smith法。
为了提高控制系统的误差跟踪能力，pH控制系统经常采用的控制策略是PI或PID，不能采用P调节。
2. 三段式非线性调节器和采用滴定曲线的非线性调节器（1）三段式非线性调节器实际中，酸碱中和后通过pH计测得pH值的大小，控制系统当前pH值大小折算成溶液中酸碱量的多少，并调节系统酸碱流量的大小实现要求的pH值。
过程控制 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解过程控制的基本概念，掌握其原理和分类。
2. 使学生掌握过程控制系统中常用的数学模型及其应用。
3. 引导学生了解过程控制系统的设计方法和步骤。
技能目标：1. 培养学生运用数学模型分析和解决过程控制问题的能力。
2. 培养学生设计简单过程控制系统的能力，能根据实际需求选择合适的控制策略。
3. 提高学生运用现代工具（如计算机软件）进行过程控制系统仿真的技能。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制学科的兴趣和热情，激发他们探索未知、勇于创新的科学精神。
2. 培养学生具备良好的团队合作意识，学会与他人共同分析问题、解决问题。
3. 引导学生认识到过程控制在工业生产、环境保护等领域的重要作用，增强他们的社会责任感和使命感。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在让学生掌握过程控制的基本知识和技能，培养他们解决实际问题的能力。
通过课程学习，学生将能够：1. 理论联系实际，运用所学知识分析、解决过程控制问题。
2. 掌握过程控制系统的设计方法和步骤，具备一定的控制系统设计能力。
3. 提高自身的科学素养，培养良好的团队合作精神和创新意识。
4. 关注过程控制在社会生产中的应用，为我国工业发展和环境保护做出贡献。
二、教学内容1. 过程控制基本概念：包括过程控制定义、分类、发展历程及其在工业中的应用。
教材章节：第一章 绪论2. 过程控制系统数学模型：介绍控制系统的传递函数、状态空间表达式、方块图及其相互转换。
教材章节：第二章 数学模型3. 过程控制策略：讲解比例、积分、微分控制规律，以及串级、比值、前馈等复合控制策略。
教材章节：第三章 控制策略4. 过程控制系统设计方法：阐述控制系统的设计原则、步骤和方法，包括稳定性分析、性能指标和控制器设计。
教材章节：第四章 系统设计与分析5. 过程控制系统仿真：介绍过程控制系统仿真软件及其应用，通过实例演示仿真过程。
教材章节：第五章 系统仿真与实现6. 过程控制案例分析：分析典型过程控制系统的实际问题，探讨解决方案。
课 程 设 计题 目锅炉给水冲量控制系统设计 学 院自动化学院 专 业自动化 班 级自动化0902班 姓 名何润 指导教师刘小珠2013 年 1 月 16 日 学号： 0120911360214课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化0902指导教师：刘小珠工作单位：自动化学院题目: 锅炉给水冲量控制系统设计初始条件：1.课程设计辅导资料：“过程控制系统和应用”、“过程控制系统与仪表”、“过程控制仪表及控制系统”、“过程控制系统及仪表”等；2.先修课程：仪表与过程控制系统等。
3.主要涉及的知识点：过程控制仪表、控制系统、被控过程等要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1.课程设计时间：2周；2.课程设计内容：根据指导老师给定的题目，按规定选择其中1套完成；本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。
3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：①目录；②摘要；③生产工艺和控制原理介绍；④控制参数和被控参数选择；⑤控制仪表及技术参数；⑥控制流程图及控制系统方框图；⑦总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）；⑧课程设计的心得体会（至少500字）；⑨参考文献（不少于5篇）；⑩其它必要内容等。
摘要现代大型锅炉的水位动态特性复杂，汽包存在着严重的“虚假水位”现象，为了给水系统的安全可靠，有多种设计方案，三冲量给水系统包括单级三冲量给水系统和串级三冲量给水系统，设计中重点针对串级三冲量给水系统进行了详细的设计及仿真研究。
本次设计是根据实验给定的参数，用理论计算的方法整定调节器的参数，同时借助MATLAB应用软件整定调节器的参数，并与单冲量给水控制系统进行分析比较。
理论计算时，副回路需要用试探法，只能在仿真中进行整定；而主回路要结合所学的专业课知识，用经验公式计算主、副调节器的参数；再用结合实际的工程整定法也就是衰减曲线法来选择调节器参数并进行仿真。
实验一 单回路温度控制系统的参数整定一、实验目的1、 掌握单回路控制系统的原理性组成；了解单回路温度控制系统实验装置的组成和原 理；掌握单回路温度控制系统的参数整定方法。
2、 掌握DCS 系统的监控和操作方法。
二、实验仪器及设备过程控制系统综合实验装置一套、SUPCON JX-300X DCS 系统一套 三、实验线路单回路温度控制系统流程示意图：温度调节器SP综合实验装置管路连接方式见图示（下页）： DCS 控制站第一个机笼的I/O 卡件分布见下图：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19各块I/O卡件的信号安排见下表：说明：J1/01——J1/08卡件通道为SP313的第1路即SP313(1)J1/09——J1/16卡件通道为SP313的第2路即SP313(2)J1/17——J1/20卡件通道为SP313的第3路即SP313(3)四、实验内容及实验方法（一）、实验内容1、熟悉单回路温度控制系统的管路连接方式及各输入/输出信号与DCS卡件的连接方式。
2、根据温度控制系统管路连接方式调节相关手动球阀至对应开关位置，进行单回路控制系统参数整定的方法整定PID参数。
3、观察和比较PID参数变化对系统性能的影响。
（二）、实验方法及步骤1、按照综合实验装置管路图正确开关各手动球阀。
2、综合实验装置上电，打开水泵，等高位水箱开始溢流（恒压状态下），锅炉水位到高度的2/3时，关闭锅炉的进水阀和出水阀。
3、SUPCON JX-300X DCS系统上电，工程师站上调出监控画面（组态设计已做好），手动操作给锅炉加热到设定温度。
4、小开度打开锅炉的进、出水阀，使锅炉水流动，手动调节加热功率大小，使锅炉水温基本稳定在设定值上，初置调节器PID参数值，将DCS切换到自动控制状态。
5、在锅炉里加少量冷水或加大锅炉进水阀的开度片刻，以模拟扰动，观察系统的调节过程、响应曲线。
《过程控制系统》任务书一、课程设计目的及基本任务通过本课程设计将了解自动控制工程设计的基本概念、基本方法、设计原则及设计思想的表达。
通过该课程设计的学习，应能达到：（1）熟悉自控工程初步设计及施工图设计的基本内容及深度要求。
（2）能读懂自控工程初步设计及施工图设计的各种文件、图纸，并能根据这些设计资料进行工程实施。
（3）熟悉自控元件的工程表达，会查阅相关的标准和手册，能完成简单的自控工程设计。
二、课程设计学习内容（1）了解工程设计的内容（2）熟悉管道仪表流程图的画法（3）了解自控设备的选型原则（4）了解工程设计的深度要求及各设计环节的基本设计方法三、课程设计基本要求及意义要求：根据指定的工艺背景及物理模拟装置的具体情况，自行确定工艺要求及工艺参数，包括：正常工作流量、液位、温度、报警限值、启停工作顺序等。
意义：使学生建立起过程控制工程设计的概念，对过程控制工程设计有一整体的连接。
四．课程设计题目1、35吨过热蒸汽锅炉给水系统自控工程设计（常规仪表控制方案）2、35吨过热蒸汽锅炉给水系统自控工程设计（DCS方案）3、35吨过热蒸汽锅炉燃烧系统自控工程设计（常规仪表控制方案）4、35吨过热蒸汽锅炉燃烧系统自控工程设计（DCS方案）5、35吨过热蒸汽锅炉过热蒸汽系统自控工程设计（常规仪表控制方案）6、35吨过热蒸汽锅炉过热蒸汽系统自控工程设计（DCS方案）7、35吨过热蒸汽锅炉给水调节阀选型，蒸汽流量测量孔板计算。
（常规仪表控制方案）8、35吨过热蒸汽锅炉给水调节阀选型，蒸汽流量测量孔板计算。
（DCS方案）五．学生应交出的设计文件1．初步设计说明，包括：1）总体设计思路、自动化水平；2）自动检测、调节项目设计及选型依据；3）控制方式、自动控制系统方块图。
2．原理方框图3．仪表、自动化设备选型表4．绘制管道仪表流程图（P&ID）5．控制盘盘前布置图6．仪表、自动化设备接线图7．仪表数据表8．自控设备表9．截流元件计算书及流量仪表选型10．阀门选型计算书及阀门选型11．自控设计预算书系统组态应包括：至少两个以上工艺画面、所有测量参数的显示、手动及自动操作界面、主要参数的记录及趋势图、调节及显示仪表的设置及整定界面和现场运行及整定。
《过程控制系统》课程设计任务书《过程控制系统》课程设计任务书姚明亮编写西安⼯业⼤学电⼦信息⼯程学院⾃动化系2015年12⽉⽬录第1章《过程控制系统》课程设计的⽬的与基本要求 (3)1.1前⾔ (3)1.2《过程控制系统》课程设计的⽬的 (3)1.3《过程控制系统》课程设计的基本要求 (3)第2章《过程控制系统》课程设计选题 (5)2.1课题⼀基于PLC的单容⽔箱⽔位控制系统设计 (5)2.1.1本课程设计的任务描述 (5)2.1.2本课程设计的要求 (5)2.1.3本课程设计提⽰ (5)2.1.4课程设计报告的要求 (9)2.2课题⼆基于PLC的双容⽔箱⽔位串级控制系统设计 (10)2.2.1本课程设计的任务描述 (10)2.2.2本课程设计的要求 (10)2.2.3本课程设计提⽰ (10)2.2.4课程设计报告的要求 (14)第1章《过程控制系统》课程设计的⽬的与基本要求1.1前⾔过程控制通常是指⽯油、化⼯、电⼒、冶⾦、轻⼯、建材、核能等⼯业⽣产中连续的或按⼀定周期程序进⾏的⽣产过程⾃动控制，它是⾃动化技术的重要组成部分。
在现代化⼯业⽣产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提⾼经济效益和劳动⽣产率、改善劳动条件、保护⽣态环境等⽅⾯起着越来越⼤的作⽤。
1.2《过程控制系统》课程设计的⽬的在本课程设计中，通过⼀个完整的⽣产过程控制系统的设计，使学⽣在进⼀步加深理解和掌握《过程控制系统》课程中所学内容的基础之上，着重训练学⽣将《⾃动控制原理》、《⾃动化仪表与过程控制系统》、《微机控制技术》和《电⽓设备与PLC 控制技术》等课程中所学到知识进⾏综合应⽤。
锻炼学⽣的综合知识应⽤能⼒，让学⽣了解⼀般⼯程系统的设计⽅法、步骤，系统的集成和投运。
1.3《过程控制系统》课程设计的基本要求按课程设计任务书提供的课题以及给出的设计任务，确定设计系统结构，分析系统的特点和系统特性，按给定的被控对象设计相应的控制系统，并在实验室连接系统部件、构造硬件系统，硬件系统主要包括控制器（即西门⼦S7-200系列PLC）、执⾏器（即电动调节阀）、检测装置（即传感器）、⽔泵、以及监控计算机。
题目: 锅炉给水冲量控制系统设计初始条件：1.课程设计辅导资料：“过程控制系统和应用”、“过程控制系统与仪表”、“过程控制仪表及控制系统”、“过程控制系统及仪表”等；2.先修课程：仪表与过程控制系统等。
3.主要涉及的知识点：过程控制仪表、控制系统、被控过程等要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1.课程设计时间：2周；2.课程设计内容：根据指导老师给定的题目，按规定选择其中1套完成；本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。
3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：①目录；②摘要；③生产工艺和控制原理介绍；④控制参数和被控参数选择；⑤控制仪表及技术参数；⑥控制流程图及控制系统方框图；⑦总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）；⑧课程设计的心得体会（至少500字）；⑨参考文献（不少于5篇）；⑩其它必要内容等。
摘要现代大型锅炉的水位动态特性复杂，汽包存在着严重的“虚假水位”现象，为了给水系统的安全可靠，有多种设计方案，三冲量给水系统包括单级三冲量给水系统和串级三冲量给水系统，设计中重点针对串级三冲量给水系统进行了详细的设计及仿真研究。
本次设计是根据实验给定的参数，用理论计算的方法整定调节器的参数，同时借助MATLAB应用软件整定调节器的参数，并与单冲量给水控制系统进行分析比较。
理论计算时，副回路需要用试探法，只能在仿真中进行整定；而主回路要结合所学的专业课知识，用经验公式计算主、副调节器的参数；再用结合实际的工程整定法也就是衰减曲线法来选择调节器参数并进行仿真。
设计中介绍了冲量给水系统的结构组成及工作原理，接着根据理论计算，并结合工程整定方法，详细论述了系统的参数整定问题。
参数整定后要使串级冲量系统的副回路成为一个快速随动系统，主回路成为一个衰减率为四分之一的衰减振荡系统。
最后分析了水位扰动、蒸汽流量扰动下的系统的性能和蒸汽流量信号丢失后的水位变化情况。
关键词：汽包锅炉水位；冲量给水控制系统AbstractThe dynamic characteristic of modern large-scale boiler water level is complicated, the vapor is existing "the false water level " phenomenon, in order to keep water supply system reliable and safe, we can adopt three methods to complete this design, Water Level Control System of Cascade Three Parameters Control Boiler includes single stage three impulses water supply system and cascade three impulses water supply system, in my study, I have made a detailed introduction of water Level Control System of Cascade Three Parameters Control Boiler and has carried out simulated curve.This design use theoretical method to adjust the controller parameter basing on parameter of experiment. It chooses the controller parameter by using MATLAB application software and makes a comparation with water Level Control System of Cascade Single Parameters Control Boiler Drum. In the process of theoretical calculating, the inner circuit needs to use heuristic approach, it can carry out adjusting process only in simulation; But, the outside circuit needs to combine with specialized course knowledge that we have learned, the parameter was calculated by using Empirical formula. Subsidiary controller; Adjuster parameter is choosed and simulated by practical engineering method.Design has made a introduction of the structure and principle of Water Level Control System of Cascade Three Parameters Control Boiler, adjusting method combining with a project has discussed systematic parameter in detailed. The water level having analyzed water level perturbation motion, lower systematic steam rate of flow perturbation motion function and steam rate of flow signal finally after being lost water level that changes condition.Keywords: water level of steam drum boiler; elements water supply control system目录1 概述 (1)2 锅炉给水控制系统 (2)2.1锅炉控制系统介绍 (2)2.2锅炉控制系统要求 (3)3 调节器的调节规律 (4)3.1 比例调节对控制性能的影响 (4)3.2 积分调节对控制性能的影响 (5)3.3 微分调节对控制性能的影响 (8)4 单回路控制系统的介绍 (10)4.1 单回路控制系统的概述 (10)4.2 单回路控制系统各组成部分的选择 (11)4.3 对象特性对控制过程的影响 (12)4.3.1 对象放大系数对控制过程的影响 (12)4.3.2 对象时间常数对控制过程的影响 (13)5 汽包锅炉给水控制系统 (14)5.1 汽包锅炉简介 (14)5.2 汽包锅炉给水控制系统的任务及基本要求 (16)5.3 锅炉给水冲量给水控制系统 (18)6 仪表的选用 (21)6.1 检测类仪表 (21)6.1.1压力仪表的选型 (21)6.1.2液位仪表的选型 (21)6.1.3流量仪表的选型 (21)6.2调节阀的选型 (22)7 总结 (23)参考文献 (24)锅炉给水冲量控制系统设计1 概述工业锅炉是生产和生活中重要的动力源，在整个能源消耗中占有相当大的比重。
目前，我国有百分之九十以上的锅炉燃煤，耗煤量占全国原煤消耗量的1/3以上，而且锅炉燃用的主要是中低质煤，工业污染十分严重；同时，锅炉形式比较陈旧，生产效率和自动化程度低，这又进一步加重了环境污染的程度，因此，调整能源消费结构，逐步提高使用液体燃料和气体燃料的比例是加强环境保护、实施可持续发展战略的措施之一；同时有必要对工业锅炉进行技术改造，提高运行的自动化水平，这样将获得较为理想的控制效果，其节能效果也是十分可观的。
给水控制的任务是维持汽包水位在工艺允许范围内。
由于影响汽包水位的几个因素中，燃料量的扰动影响较小，因此，汽包水位的控制中，主要的目的是以汽包水位为被控变量，以调节给水流量为控制手段。
同时，由于汽包水位不仅受锅炉侧的影响，也受到汽轮机侧的影响，当锅炉负荷变化或汽轮机用汽量变化时，给水控制都应该能限制汽包水位只在给定的范围内变化。
目前，对汽包水位的控制大部分采用常规PID控制方式。
此方式是根据被控对象的数学模型建立，使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内，同时保持稳定的给水流量。
汽包水位是一个重要的监控参数，反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。
另外还有汽包水位控制方式（单冲量、双冲量及三冲量控制），其中的冲量指的是变量。
2 锅炉给水控制系统2.1锅炉控制系统介绍锅炉是一种承受一定工作压力的能量转换设备。
其作用就是有效地把燃烧中的化学能转换为热能，或再通过相应设备将热能转化为其它生产和生活所需的能量形式，长期以来在生产和居民生活中都起很重要的作用。
根据锅炉的作用不同，可分为电站锅炉，工业锅炉，生活锅炉等。
其中电站锅炉主要用于发电，工业锅炉主要用于工农业生产，而生活锅炉主要用于供暖取暖。
随着工业生产规模不断扩大，生产过程不断强化，生活设备不断革新，锅炉向大容量、高参数、高效率方向发展。
为确保生产生活安全，对锅炉设备的自动控制就显得十分明显[4][5]。
锅炉系统主要包括燃烧系统、送引风系统、汽水系统及辅助系统等。
其工艺流程如下： 减温器D D s PM过热蒸汽送负荷设备炉端热空气送往炉膛空气预热器给水（由水泵来）冷空气（由送风机来）烟气（经引风机送往烟囱）过热器省煤器炉膛热空气燃料燃烧嘴汽包除尘器烟囱锅炉引风机图2.1锅炉主要工艺流程图由图2.1可知，给水泵、给水调节器、省煤器、汽包及循环管等构成了蒸汽发生系统。
燃烧和空气按一定比例进入燃烧室燃烧，生成的热量传给蒸汽发生系统，生产饱和蒸汽Ds ，然后经过过热器，形成具有一定温度的过热蒸汽D ，汇聚至蒸汽母管。
压力为PM 的过热蒸汽，经负荷设备调节控制机构，提供给生产负荷设备使用。
与此同时，燃烧过程中产生的烟气，将饱和蒸汽变成过热蒸汽后，再经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后由引风机送往烟囱排出。
