《过程控制系统》智能流量测量课程设计

目录13第一章概述本课程设计课题研究的意义随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求;在这种情况下,简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求;在单回路控制方案基础上提出的串级控制方案,则对提高过程控制的品质有极为明显的效果;串级控制系统具有单回路控制系统的全部功能,而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点;因此,串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好,而且串级控制系统利用一般常规仪表就能够实现,所以,串级控制是一种易于实现且效果又较好的控制方法;本课程设计课题讨论了一个简单的液位流量串级控制系统的设计方法及步骤;液位和流量是工业生产过程中最常用的两个测控参数,因此本课程设计课题具有较大的现实意义; 本论文的目的和内容1.2.1 目的通过课程设计,加深对所学传感器技术、转换技术、电子技术、自动控制原理以及过程控制的基本原理、基本知识的理解和应用,掌握串级控制系统的设计步骤和方法,掌握工程整定参数方法,培养创新意识,增强动手能力,为今后工作打下一定的理论和实践基础;1.2.2 内容一、题目：液位流量串级控制系统二、设计指标：液位在0～500mm内给定一个值, ＜5%,稳定时间＜300s,稳态误差≤∣±2mm∣; 三、主要任务：以严谨的态度对待课程设计,认真复习有关基础理论和技术知识,认真查阅参考资料,仔细分析被控对象的工作原理、特性以及控制要求;能在指导老师的帮助下解决设计中的各种问题,按计划完成课程设计各阶段的任务,使设计的系统的各项指标达到要求;重视理论与实际结合,并以积极、认真的态度参加课程设计答辩;第二章系统的控制方案控制系统在实际应用中的重要意义单回路控制系统是过程控制中结构最简单的一种形式,它只用一个调节器,调节器也只有一个输入信号,从系统方框图看,只有一个闭环;在大多数情况下,这种简单系统已经能够满足工艺生产的要求;但有些调节对象的动态特性虽然并不复杂,但控制的任务却比较特殊,则单回路控制系统就无能为力了;另外,随着生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对操作条件要求更加严格,参数间相互关系更加复杂,对控制系统的精度和功能提出许多新的要求,对能源消耗和环境污染也有明确的限制;为此,需要在单回路的基础上,采取其它措施,组成复杂控制系统,而串级控制系统就是其中一种改善和提高控制品质的极为有效的控制系统;液位和流量是工业生产过程中最常用的两个参数,对液位和流量进行控制的装置在工业生产中应用的十分普遍;液位的时间常数T一般很大,因此有很大的容积迟延,如果用单回路控制系统来控制,可能无法达到较好的控制质量;而串级控制系统可以用一般常规仪表来实现,成本增加也不大,却可以起到十分明显的提高控制质量的效果,因此往往采用串级控制系统对液位进行控制;一般情况下,流量是影响液位的主要因素,其时间常数较小,将它纳入副回路进行控制,不仅有效地克服了流量对液位造成的干扰,而且使系统工作频率提高,能够对液位实行较快的控制;系统结构设计整个过程控制系统由控制器、调节器、测量变送、被控对象组成;在本次控制系统中控制器为计算机,采用算法为PID控制规律,调节器为电磁阀,测量变送为HB、FT两个组成,被控对象为流量PV;结构组成如下图所示;当系统启动后,水泵开始抽水,通过管道分别将水送到上水箱和下水箱,由HB返回信号,是否还需要放水到下水箱;若还需要即水位过低,则通过电磁阀控制流量的大小,加大流量,从而使下水箱水位达到合适位置；若不需要即水位过高或刚好合适,则通过电磁阀使流量保持或减小;其过程控制系统图如图所示;图控制系统框图过程控制系统由四大部分组成,分别为控制器、调节器、被控对象、测量变送;本次设计为流量回路控制,即为闭环控制系统,如下图图液位单回路控制系统框图控制系统的总体方框图及工作过程2.3.1 被控对象的分析一、被控对象的构成图被控对象为图中所示液位对象; 图二、被控对象的工作原理、传递函数及理论推导如下： 单容水箱如图所示,Qi 为入口流量,由调节阀开度μ加以控制,出口流量则由电磁阀控制产生干扰;被调量为水箱中的水位H,它反映水的流入与流出量之间的平衡关系;现在分析水位在电磁阀开度扰动下的动态特性;显然,在任何时刻水位的变化均满足下述物料平衡方程：()1i o dH Q Q dt F=- 其中 i Q k μμ=o Q =F 为水箱的横截面积；k μ是决定于阀门特性的系数,可以假定它是常数；k 是与电磁阀开度有关的系数,在固定不变的开度下,k 可视为常数;液位对象的传递函数: ()()i H s Q s =第三章 PID 参数整定控制规律的比较与选择3.1.1 常见控制规律的类型及优缺点比较PID 控制的各种常见的控制规律如下：一、比例调节P 调节在P 调节中,调节器的输出信号()u t 与偏差信号()e t 成比例,即()()C u t K e t =式中Kc 称为比例增益视情况可设置为正或负, ()u t 为调节器的输出,是对调节器起始值()0u 的增量,()0u 的大小可以通过调整调节器的工作点加以改变;在过程控制中习惯用比例增益的倒数表示调节器输入与输出之间的比例关系：()()1u t e t δ=其中δ称为比例带;比例调节的显着特点就是有差调节;比例调节的余差随着比例带的加大而加大;从这一方面考虑,人们希望尽量减小比例带;然而,减小比例带就等于加大调节系统的开环增益,其后果是导致系统激烈振荡甚至不稳定;稳定性是任何闭环控制系统的首要要求,比例带的设置必须保证系统具有一定的稳定裕度;此时,如果余差过大,则需通过其它的途径解决;δ很大意味着调节阀的动作幅度很小,因此被调量的变化比较平稳,甚至可以没有超调,但余差很大,调节时间也很长;减小δ就加大了调节阀的动作幅度,引起被调量来回波动,但系统仍可能是稳定的,余差相应减小;δ具有一个临界值,此时系统处于稳定边界的情况,进一步减小δ系统就不稳定了;二、积分调节I 调节的特点在I 调节中,调节器的输出信号的变化速度du t/d t 与偏差信号e 成正比,即：()()I du t K e t dt= 或 ()()0tI u t K e t dt =⎰ 式中K I 称为积分速度,可视情况取正值或负值;上式表明,调节器的输出与偏差信号的积分成正比;I 调节的特点是无差调节,与P 调节的有差调节形成鲜明对比;式表明,只有当被调量偏差e 为零时,I 调节器的输出才会保持不变;然而与此同时,调节器的输出却可以停在任何数值;这意味着被控对象在负荷扰动的调节过程结束后,被调量没有余差,而调节阀则可以停在新的负荷所要求的开度上;I 调节的另一特点是它的稳定作用比P 调节差;例如,根据奈氏稳定判据可知,对于非自衡的被控对象采用P 调节时,只要加大比例带总可以使系统稳定除非被控对象含有一个以上的积分环节；如果采用I 调节则不可能得到稳定的系统;对于同一个被控对象,采用I 调节时其调节过程的进行总比采用P 调节时缓慢,表现在振荡频率较低;把它们各自在稳定边界上的振荡频率加以比较就可以知道,在稳定边界上若采用P 调节则被控对象须提供180°相角滞后;若采用I 调节则被控对象只须提供90°相角滞后;这就说明用I 调节取代P 调节就会降低系统的振荡频率;采用I 调节时,控制系统的开环增益与积分速度K I 成正比;因此,增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度,直到最后出现发散的振荡过程;因为K I 愈大,则调节阀的动作愈快,就愈容易引起和加剧振荡;但与此同时,振荡频率将愈来愈高,而最大动态偏差则愈来愈小;被调量最后都没有余差,这是I 调节的特点;三、比例积分调节PI 调节PI 调节就是综合P 、I 两种调节的优点,利用P 调节快速抵消干扰的影响,同时利用I 调节消除余差;它的调节规律为：()()()0t c I u t K e t K e t dt =+⎰ 或 ()()()011tI u t e t e t dt T δ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭⎰ 式中δ为比例带,可视情况取正值或负值；I T 为积分时间;δ和I T 是PI 调节器的两个重要参数;图是PI 调节器的阶跃响应,它是由比例动作和积分动作两部分组成的;在施加阶跃输入的瞬间,调节器立即输出一个幅值为Δe/δ的阶跃,然后以固定速度Δe/δTI 变化;当t=T I 时,调节器的总输出为2Δe/δ;这样,就可以根据图确定δ和T I 的数值;还可以注意到,当t=TI 时,输出的积分部分正好等于比例部分;由此可见,TI可以衡量积分部分在总输出中所占的比重：TI愈小,积分部分所占的比重愈大;PI调节器引入积分动作带来消除余差之好处的同时,却降低了原有系统的稳定性;为保持控制系统原来的衰减率,PI调节器比例带必须适当加大,这样会使调节时间ts增大,最大偏差也会增大;四、微分调节的特点比例调节和积分调节都是根据当时偏差的方向和大小进行调节的,而不管那时被控对象中流入量与流出量之间有多大的不平衡,而这个不平衡正决定着此后被调量将如何变化的趋势;由于被调量的变化速度包括其大小和方向可以反映当时或稍前一些时间流入、流出量之间的不平衡情况,因此,如果调节器能够根据被调量的变化速度来移动调节阀,而不要等到被调量已经出现较大偏差后才开始动作,那么调节的效果将会更好,等于赋予调节器以某种程度的预见性,这种调节动作称为微分调节;此时调节器的输出与被调量或其偏差对于时间的导数成正比,即()() Dde tu t Kdt=因此微分调节只能起辅助的调节作用,它可以与其它调节动作结合成PD和PID调节动作;五、比例积分微分调节PID调节PID调节器的动作规律是()()()()0tc I D de t u t K e t K e t dt K dt =++⎰ 或 ()()()()011t D I de t u t e t e t dt T T dt δ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭⎰ 式中δ、T I 和T D 参数意义与PI 、PD 调节器相同;第四章设备选型 液位传感器液位传感器用来对上谁为水箱的压力进行检测,采用工业的DBYG 扩散硅压力变送器,本变送器按标准的二线制传输,喜爱用高品质低耗精密器件,稳定性、可靠性大大提高;可方便的与其他DDZ —3X 型仪表互换配置,并能直接替换进口同类仪表;校验的方法是通电预热15分钟后,分别在零压力和满程压力下检查输出电流值;在零压力下调整量程电位器,使输出电流为4mA,在满量程压力下调整量程电位器,使输出电流为20mA;本传感器精度为级,因为为二线制,故工作时需串24V 直流电源;压力传感器用来对上水位水箱和中水位水箱的压力进行检测,采用工业用的DBYG 扩散硅压力变送器,级精度,二线制4-20mA 标志信号输出; 电磁流量传感器1流量传感器用来对电动调节阀的主流量和干扰回路的干扰流量进行检测;根据本试验装置的特点,采用工业用的LDS-10S 型电磁流量传感器,公称直径10mm,流量0~.03m3/h,压力,4-20mA 标准信号输出;可与显示,记录仪表,积算器或调节器配套;避免了涡轮流量计非线性与死区大的致命缺点,确保实验效果能达到教学要求;主要优点：1采用整体焊接结构,密封性好；2结构简单可靠,内部无活动部件,几乎无压力损失；3采用低频矩形波励磁,抗干扰性能好,零点稳定；4仪表反映灵敏,输出信号与流量呈线性关系,量程比宽；2流量转换器采用LDZ-4型电磁流量传感器配套使用,输入信号：0~输出信号：4~20mA DC, 许负载电阻为0~750欧姆,基本误差：输出信号量程的%;电动调节阀电动调节阀对控制回路流量进行调节;采用德国PSL202型智能电动调节阀,无需配伺服放大器,驱动电机采用高性能稀土磁性材料制造的同步电机,运行平稳,体积小,力矩大,抗堵转,控制精度高;控制单元与电动执行机构一体化,可靠性高,操作方便,并可与计算机配套使用,组成最佳调节回路;有输入控制信号4-20mA及单相电源即可控制与转实现对压力流量温度压力等参数的调节,具有体积小,重量轻,连线简单,泄漏量少的优点;采用PS电子式直行程执行机构,4-20mA阀位反馈信号输出双导向单座柱塞式阀芯,流量具有等百分比特性,直线特性和快开特性,阀门采用弹簧连接,可预置阀门关断力,保证阀门的可靠关断,防止泄露;性能稳定可靠,控制精度高,使用寿命长等优点;水泵采用丹麦兰富循环水泵;噪音低,寿命长,不会影响教师授课减少使用麻烦;功耗小,220V供电即可,在水泵出水口装有压力变送器,与变送器一起可构成恒压供水系统;变频器三菱FR-S520变频器,4-20mA控制信号输入,可对流量或压力进行控制,该变频器体积小,功率小,功能非常强大,运行稳定安全可靠,操作方便,寿命长,可外加电流控制,也可通过本身旋钮控制频率;可单相或三相供电,频率可高达200Hz;模块选择当需要构成计算机控制系统时,过程控制装置的数据采集和控制采用目前最新的牛顿7000系列远程数据采集模块和组态软件组成,完全模拟工业现场环境,先进性与实用性并举;有效的拉近了实验室与工业现场的距离;它体积小,安装方便,可靠性极高;1 D/A模块：采用牛顿7024模块;4路模拟输出,电流4-20mA电压1~5V信号均可;2 A/D 模块：采用牛顿7017模块;8路模拟电压1~5V输入;3 DO模块：采用牛顿7043模块;4通讯模块：采用牛顿7520转换模块;485/232转换模块,转换速度极高300~115KHz,232口可长距离;适合本系统的检测转换元件本系统流量检测转换元件为涡轮流量计,而液位检测转换元件为静压式液位计;涡轮流量计, 涡轮流量计是以动量矩守恒原理为基础设计的流量测量仪表,是速度式流量计中的主要种类,它采用多叶片的转子涡轮感受流体平均流速,从而推导出流量或总量;涡轮流量计的工作原理：当流体通过安装有涡轮的管路时,流体的动能冲击涡轮发生旋转,流体的流速愈高,动能越大,涡轮转速也就愈高;在一定的流量范围和流体粘度下,涡轮的转速和流速成正比;当涡轮转动时,涡轮叶片切割置于该变送器壳体上的检测线圈所产生的磁力线,使检测线圈磁电路上的磁阻周期性变化,线圈中的磁通量也跟着发生周期性变化,检测线圈产生脉冲信号,即脉冲数;其值与涡轮的转速成正比,也即与流量成正比;这个电讯号经前置放大器放大后,即送入电子频率仪或涡轮流量积算指示仪,以累积和指示流量;液位检测转换元件：静压式液位计对于不可压缩的液体,液位高度与液体的静压力成正比,所以测出液体的静压力,即可知道液体的高度;图图所示为用静压式液位计进行开口容器的液位测量;压力计与容器的底部相连,根据压力计指示的压力大小,即可知道液位的高度,其关系为p=Hγ式中,H是液位的高度；γ是液体重度；p是容器内取压平面上的静压力;执行元件的选择、性能参数本系统所使用实验装置可用提升泵或电磁阀作为执行机构;提升泵用来控制进水流量,而电磁阀可用来改变出水流量,产生干扰;4.9.1提升泵提升泵为交流异步电动机构成;当系统运行时,由调节器根据偏差产生相应电压输送给变频器,变频器将一定频率信号输送给提升泵,从而改变其转速,使流量发生变化;本实验装置所使用提升泵的性能参数如下：最大扬程：40m最大流量：2.5m3/h吸程：8m4.9.2电磁阀电磁阀理想流量特性为线性;如图所示;其中,Q/Qmax为相对流量,即调节阀某一开度流量Q与全开流量Qmax之比；l/L为相对开度,即调节阀某一开度行程l与全行程L之比;图第五章系统仿真和结果分析选择适合本系统的控制规律一般来说,对于串级控制系统,主变量不允许有余差;而对副变量的要求一般都不是很严格,允许它有波动和余差;为了主变量的稳定,主调节器必须具有积分作用;因此,主调节器通常都选用比例积分规律;有时,对象控制通道容量滞后比较大,为了克服容量滞后,选用比例积分微分三作用的调节器作为主调节器;副调节器的给定值随主调节器输出的变化而变化,为了能快速跟踪,副调节器一般不设置积分作用,微分作用也不需要,因为当副调节器有微分作用时,一旦主调节器的输出稍有变化,执行机构就将大幅度地变化;但副调节器容量滞后比较大时,可以适当加一点微分作用,一般情况下,副调节器只需用比例作用就可以了;本系统的液位对象容量滞后比较大,故主调节器选用比例积分微分调节作用,而流量对象时间常数很小,副调节器只用比例作用;第六章实际控制系统的运行与调试实际控制系统组成的动态运行图模拟控制线路：实际控制系统的运行调试方法6.2.1 实际控制系统的投运步骤一、打开组态王画面,进入液位——流量串级控制实验界面;二、按控制线路接通管路;三、设定调节器参数及液位给定值;四、打开实验装置电源开关,进行实验,并记录实验曲线和数据;系统组态设计组态王是一种工业组态软件;使用组态王,用户可以方便地构造适应自己需要的“数据采集和监控系统”,在任何需要的时候把生产现场的信息处理和判断决策的控制信号传向现场实施有效的生产控制;组态王的网络功能使企业的基层和其它部门建立起联系,现场操作人员和工厂管理人员都可以看到各种数据;管理人员不需要深入生产现场,就可以获得实时和历史数据,优化控制现场作业,提高生产率和产品质量;6.3.1工艺流程图与系统组态图设计图工艺流程图 图 系统组态图设计动画连接图实际控制系统的调试步骤采用两步法进行调节器参数的调试整定,具体步骤如下：1在主、副环路闭合的情况下,将主调节器比例度设定为100%,积分时间设定为最大,微分时间设定为最小,然后按衰减曲线法见表整定副调节器,找出副变量出现4：1振荡过程时的比例度2s δ及振荡周期2s T ;2将副调节器比例度设定为2s δ值,积分时间设定为最大,微分时间设定为最小;用衰减曲线法整定主调节器的比例度1s δ及振荡周期1s T ;3依据所得到的1s δ、2s δ、1s T 、2s T 值,结合主、副调节器的选型,按前面单回路系统整定时所给出的公式,可以计算出主、副调节器的参数;4将上述计算所得调节器参数,按先副环后主环、先比例次积分最后微分的顺序在主、副调节器上设置好,观察控制过程曲线,如不够满意,可适当地进行一些微小的调整;表中s δ、s T 分别是衰减比为4：1时的比例度和振荡周期;6.5.1调试结果参数记录：1800P K =,130I K =,130D K =,140P K =6.5.2调试后质量指标数据：图给定液位值为300mm;超调量：302300100%0.67%300δ-=⨯=； 调节时间：235s t s =对应5%的误差带；稳态误差：ss e ≤│±2mm │;运行调试中的问题及解决方法运行调试过程中发现串级控制系统的调节器参数整定要比单回路复杂些,这也因为两个调节器之间相互影响,且两个调节器的任何一个参数变化对系统都有影响,但用两步法进行整定还是能有效克服这些问题;结论这次课程设计对我有着重要的意义,在这期间我不仅巩固了以前所学的知识,对本专业有了更多、更深的了解,而且也培养了克服困难的品质,锻炼了实践动手的能力,这将是我今后工作学习中的一个良好开端;通过PID 参数的整定以及控制系统的无扰切换和可靠的跟踪技术,并在特殊情况或按操作人员的要求切手动的各方面要求;克服了给水系统内扰、外扰的影响,在“虚假水位”的情况下,能够进行可靠准确的自动调节;通过水位给定值根据负荷的自动给定,使控制更合理更客观,自动化水平进一步提高;设计也需要在实践中不断改进,不断完善;在设计过程中遇到了很多困难,同时也增长了许多在课堂上没学到的知识,使我大开眼界,我也在自动化的过程控制设计过程当中学到了许多知识;。

过程控制课程设计实验一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握过程控制的基本概念、原理和方法，培养学生运用过程控制理论分析和解决实际问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解过程控制的基本概念、分类和特点；（2）掌握过程控制的基本原理，包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等；（3）熟悉过程控制系统的组成、设计和应用；（4）了解过程控制在我国的发展现状和趋势。

2.技能目标：（1）能够运用过程控制理论分析和解决实际问题；（2）具备过程控制系统的设计和调试能力；（3）掌握常用的过程控制软件和工具，如MATLAB、Simulink等；（4）具备一定的创新能力和团队协作精神。

3.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；（2）树立正确的科学观和价值观，认识到过程控制技术在现代社会中的重要性；（3）培养学生具有良好的职业道德和责任感，关注过程控制技术在环保、安全等方面的应用；（4）培养学生的团队协作意识和沟通能力，提高学生在实际工程中的综合素质。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.过程控制的基本概念和分类；2.过程控制的基本原理，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等；3.过程控制系统的组成、设计和应用，包括温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；4.过程控制技术的最新发展，如智能控制、自适应控制等；5.过程控制软件和工具的使用，如MATLAB、Simulink等；6.过程控制技术在实际工程中的应用案例分析。

三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：通过讲解基本概念、原理和实例，使学生掌握过程控制的基本知识；2.讨论法：学生分组讨论，培养学生的思考能力和团队协作精神；3.案例分析法：分析实际工程案例，使学生能够将理论知识应用于实际问题；4.实验法：安排实验课程，让学生亲自动手操作，提高学生的实践能力；5.互动教学法：鼓励学生提问、发表见解，教师引导学生进行思考，形成良性互动。

工业过程控制课程设计题目: 基于组态软件的流量比值过程控制系统设计院系名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：教师职称：工业过程控制课程设计任务书目录1 绪论 (2)2 设计目的 (2)3 控制要求 (2)4 控制方案及控制规律 (2)4.1 控制方案 (2)控制规律 (4)5 工程仪表的选择 (5)5.1 液位变送器 (5)5.2 电动调节阀 (6)5.3 变频器 (7)5.4 水泵 (8)5.5 模拟量采集模块 (9)5.6 模拟量输出模块 (9)5.7 通信转换模块 (9)5.8 开关电源 (9)6 系统组态设计 (9)6.1 组态软件介绍 (9)6.2 系统组态图 (10)6.3 历史曲线 (11)6.4 标记名字典 (11)总结 (13)参考文献 (14)1 绪论在石油炼制，化工及其他工业生产过程中，要求两种或两种以上的物料按照一定的比例混合或参加反应，一旦物料的配比失调，就会严重影响产品的产量和质量，有时还会引起事故。

在工业生产上实现两个或两个以上物料符合一定比例关系的控制叫做比值控制系统，通常把保持两种或几种物料流量为一定比例关系的系统称为流量比值控制系统。

在需要保持比值关系的两种物料中，必有一种物料处于主导地位，该物料一般为贵重或者流量不可控制的，这种物料称之为主物料，表示这种物料的变量称为主动量，在流量比值控制系统中主动量也称主流量，用G1表示；另一种物料按照主流量进行配比，在控制过程中随主流量而变化，因而称为从物料，表征其特征的变量称之为从动量，用G2表示，在流量比值控制系统中也称之为副流量。

一般情况下，总以生产中的主要物料为主流量，或者以不可控物料作为主流量，用改变可控物料及副流量来实现它们之间的比值关系。

2 设计目的（1）加深对过程控制系统基本原理的理解和对过程仪表的实际应用能力。

（2）培养运用组态软件和计算机设计过程控制系统的实际能力。

3 控制要求（1）能根据具体对象及控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。

*****大学《过程控制系统》课程设计文件设计小组名称：设计小组班级：设计小组成员：2016年6月20日一、方案设计依据、范围及相关标准设计依据一个典型的化工生产过程大致有三个组成部分：（1）原料预处理（2）化学反应（3）产物分离很显然，化学反应是化工生产过程的核心，化学反应器是化工生产装置中的关键设备。

反应器各部分控制的选择、设计与操作，涉及如何在工业规模上实现反应过程，以及最有效地把化工原料转化为尽可能多的目的产品，实现经济效益，以满足国民经济需要。

设计范围本设计包括：1、系统分析（包括控制需求分析、对象特性分析、工艺流程分析、系统安全要求等）2、基础控制系统及开车顺序控制系统的设计（包括控制回路、控制算法、被控变量、操纵变量、控制规律、阀门特性、顺序逻辑、安全保障等功能设计）3、安全系统的设计（包括声光报警、安全联锁、紧急停车、安全仪表等功能设计）4、绿色生产、节能减排降耗方面的考虑设计遵循的标准及规范HG/T20505-2000《过程测量和控制仪表的功能标志及图形符号》GB/T21109-2007《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》HG20505-2000《过程检测和控制系统用文字代号和图形符号》HG20559-1993《管道仪表流程图设计规定》GB/Z18718-2002《热处理节能技术导则》GB12241-89《安全阀一般要求》HG/T20511-2014《信号报警及联锁系统设计规范》二、系统分析（包括控制需求分析、对象特性分析、工艺流程分析、系统安全要求等）一、需求分析1、进料流量及比例控制反应器共有两股连续进料。

要求选手设计控制系统克服每股进料的流量扰动。

同时，需要保证两股物料以一定比例进料。

2、反应器液位控制要求选手设计液位控制系统，保证液位处于80％，以获得较大的反应停留时间，保证反应充分进行。

3、反应器压力安全控制为保证反应安全，需要对压力进行安全控制系统的设计。

4、反应器组份控制为得到一定的转化率的产品，要求选手对反应器最终产物的组份进行控制。

《过程控制系统及应用》课程标准课程名称：过程控制系统及应用课程类别：专业方向课课程制定依据：《工业自动化仪表及应用专业人才培养方案》建议课时数：96学时适用专业：工业自动化仪表及应用专业（装配与调试方向）一、课程性质与设计思路（一）课程性质本课程是中等职业学校“工业自动化仪表及应用”专业的一门专业方向课程，适用于中等职业学校仪表类专业，是从事过程控制自动化仪表装置应用维护岗位工作的必修课程。

（二）课程任务通过教师的课堂讲授，学生课堂讨论、练习、实训等环节的参与，使学生获得过程控制系统的调试、运行及故障维修的基本知识和基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力，为学生顶岗实习和为胜任过程控制仪表系统的运行与故障维护岗位工作打下良好的基础。

（≡）设计思路本课程的设计思路是以学生将来从事的职业岗位群所需要的相关知识和基本技能为依据确定课程目标，根据目标设计课程内容，内容由浅至深、先易后难、前后呼应，由简单控制系统到复杂的控制系统。

包含“安全常规”、“认识过程控制系统”、“液位单回路控制系统”、“压力单回路控制系统”、“流量单回路控制系统”、“换热器热出口温度和冷水流量串级控制系统”、“JX-30OX控制系统在精储塔控制中的应用”等项目，教学设计中，充分利用先进的教学设备与实训手段，按“认识设备”一“识读控制流程，，f“项目实施”一“项目评估”的流程完成教学活动。

以应用性教学为主，注重培养学生的能力。

二、课程目标本课程是培养学生对过程控制系统应用与维护的能力。

立足这一目的，本课程结合岗位任务内容，按照工业自动化仪器仪表与装置装配工岗位能力要求制定知识目标、能力目标、情感态度目标，通过学习使学生养成自主学习习惯，掌握实际操作技能，培养良好的思维习惯和职业规范，锻炼学生的团队合作精神，为后期学习和就业打好基础。

（一）知识目标1.掌握过程控制的一般概念、组成、分类及主要性能指标。

2.掌握液位、压力、流量、温度过程控制系统的构成。

过程控制系统课程设计报告姓名：殷宏宇班级：0891311专业：自动化指导教师：张玉萍刘洋、李冰哈尔滨工业大学华德应用技术学院2010年6月30 日目录一、题目要求……………………………………………………………二、系统器件选择…………………………………………………………三、总体设计方案…………………………………………………………四、硬件设计（包括电气接线）…………………………………………五、控制算法选择…………………………………………………………六、控制参数整定………………………………………………………七、控制器程序设计……………………………………………………八、心得体会………………………………………………………一、题目要求：设计任务：1. 画出控制系统框图；2．采用MATLAB对系统的阶跃响应进行仿真，根据仿真结果，判断塔釜温度的最大偏差是否满足工艺要求？3. 在系统稳定运行大约900s后，突加幅值为设定值40%的二次阶跃扰动信号，根据仿真曲线，分析系统调节时间。

4.将蒸汽流量作为副变量，把蒸汽压力的干扰包括在副回路中，构成精馏塔釜温度与蒸汽流量串级控制系统。

副控制器选择P作用，主控制器选择PID作用，整定串级控制系统的参数为最佳值。

5.在40%的蒸汽扰动下，观察塔釜温度的响应曲线，最大偏差是否满足工艺要求？二、总体设计方案综合考虑到系统的安全性，稳定性和经济性，我们首先考虑了设计一个简单过程控制系统。

1.根据要求先设计一个简单控制系统，框图如下：初步确定了上述方案后，经过对系统静态和动态仿真，发现系统稳态时偏差不满足设计要求，经过比较我们考虑设计一个以温度为主控参数，以蒸汽压力为被控参数的串级控制系统。

2.简单系统不满足精度要求，设计一个串级控制系统，框图如下：三、系统器件选择（包括器件参数）1.仪表校验实验室应具备的条件：室内清洁、光线充足、无对仪表及线路的电磁场干扰。

室内温度保持在10~35C。

《过程控制系统》课程工程实践教学项目设计【摘要】本文主要围绕《过程控制系统》课程工程实践教学项目设计展开讨论。

在介绍了课程背景和教学目标，为后续内容铺垫。

接着在正文部分分别阐述了项目设计目的、内容和实施步骤，重点探讨了如何通过实践项目提高学生的应用能力和解决问题能力。

还介绍了教学效果评估的方法和意义，展望了项目在未来的发展方向并提出了可能遇到的问题和挑战。

最后在结论部分对全文进行总结，并展望了未来的发展方向。

通过本文的探讨，旨在提高学生的实际操作能力，培养学生的创新意识和团队合作能力，从而更好地应对未来的挑战。

【关键词】过程控制系统、课程工程实践、教学项目设计、引言、课程背景、教学目标、项目设计目的、项目内容、项目实施步骤、教学效果评估、问题与展望、总结、展望未来1. 引言1.1 课程背景《过程控制系统》课程是控制科学与工程专业的一门重要课程，旨在教授学生掌握过程控制系统的基本原理、设计方法和应用技术。

通过本课程的学习，学生将深入了解工业过程控制系统在各个领域的应用，为将来从事自动化控制工作打下坚实的基础。

本课程主要涉及控制系统的模型建立、控制器设计、控制器调节及控制系统的性能分析等内容。

学生将通过理论学习和实践操作，掌握过程控制系统的设计与调试技术，培养工程实践能力和问题解决能力。

通过本课程的学习，学生将能够了解当前工业过程控制系统的发展趋势，掌握先进的过程控制技术，提高工程实践能力和创新能力。

希望通过本课程的教学，能够培养学生的工程实践能力和创新意识，为他们未来的工程实践能力奠定坚实基础。

1.2 教学目标教学目标是通过《过程控制系统》课程工程实践教学项目设计，培养学生的实践能力和创新意识。

通过项目设计，学生可以掌握实际工程项目的操作流程和技术要求，提高实际问题的解决能力和分析思维能力。

教学目标还包括培养学生的团队合作能力和沟通能力，让学生在项目实施中学会有效的团队合作和沟通，提升整体项目实施的效率和质量。

智能化测控系统课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握智能化测控系统的基本概念、原理和应用，培养学生运用智能化测控系统解决实际问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解智能化测控系统的定义、发展历程和分类；（2）掌握智能化测控系统的基本原理和主要组成部分；（3）熟悉智能化测控系统在各个领域的应用案例。

2.技能目标：（1）能够运用智能化测控系统的理论知识分析和解决实际问题；（2）具备使用智能化测控系统相关软件和硬件设备的能力；（3）能够独立完成简单的智能化测控系统设计和调试。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对智能化测控系统的兴趣和好奇心，激发学生学习的积极性；（2）培养学生团队合作精神，提高学生沟通与协作能力；（3）培养学生遵循科学伦理，注重信息安全，关爱生态环境的意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.智能化测控系统的基本概念：介绍智能化测控系统的定义、发展历程和分类，使学生了解智能化测控系统的基本概念。

2.智能化测控系统的原理：讲解智能化测控系统的工作原理，包括传感器、执行器、控制器和算法等主要组成部分，使学生掌握智能化测控系统的工作原理。

3.智能化测控系统的应用：介绍智能化测控系统在工业、农业、医疗、家居等领域的应用案例，让学生了解智能化测控系统在实际生活中的应用。

4.智能化测控系统的设计与实现：讲解如何设计并实现一个简单的智能化测控系统，包括硬件选型、软件编程、系统调试等过程，培养学生实际操作能力。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：通过讲解智能化测控系统的相关概念、原理和应用，使学生掌握基本知识。

2.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解智能化测控系统在各个领域的应用，提高学生的应用能力。

3.实验法：安排实验课程，让学生亲自动手操作，培养学生的实际操作能力和实践能力。

4.讨论法：学生进行课堂讨论，激发学生的思考，提高学生的沟通与协作能力。

《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。