过程控制装置反应釜液位控制毕业设计(编辑修改稿)

过程控制装置反应釜液位控制毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

.............. 43 结 论 ................................................................................................................................... 45 致 谢 ................................................................................................................................... 46 参考文献 ................................................................................................................................ 47 附录一 图表目录 .............................................................................................................. 48 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 共 48 页 第 1 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 1. 绪论 HDU40002 型过程控制综合实训系统 系统组成 典型化工流程 过程控制综合实训系统由： （ 1） 典型化工流程过程控制综合实训对象系统； （ 2） 典型化工流程过程控制综合实训系统检测传感执行装置； （ 3） 智能仪表及电器控制屏台； （ 4） 典型化工流程过程控制综合实训 DCS 控制系统组成。 典型化工流程过程控制综合实训对象系统 典型化工流程过程控制综合实训对象系统 采用化工釜式反应系统的工艺控制流程且结构为开放式，学生可进入系统操作。 对象系统由：实训控制对象仿工业设备结构，具有较强现场设备感；具有较丰富的设备种类，包括：  框架系统： 3000X2020X2800mm；（ 100179。 50179。 4mm 方钢管， 50179。 5 角铁， 60179。 6槽钢，扶手护栏： 1 寸及 4分钢管），防锈红丹底漆，喷烤漆处理；  反应器：采用蒸馏反应釜，不锈钢，高径比分别为 1: 2（内胆配置冷却盘管、耐压 、夹套加热方式为热水加热），带搅拌电机及及浆叶式搅拌浆）；  液位容器：采用￠ 377X800，及￠ 300X800 不锈钢密闭容器作为两个高位槽储罐 .  加热容器：￠ 377X800 加热炉 (外带不锈钢包裹的硅酸铝保温棉 )；  压力容器：采用工业￠ 300X1000 的工业压力储罐做为压力容器，安全且储气容量大，易做压力控制实验；  换热器：采 用￠ 1597X1000 工业标准列管换热器，换热效果明显；  滞后盘管：温度滞后控制实验用（滞后时间 15秒）；  管道及阀门： DN25 和 DN20 工业不锈钢管道；永德信铜球阀及闸阀阀门。 系统结构图见化工过程控制实训装置系统结构图。 如图 : 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 共 48 页 第 2 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 HDU40002型过程控制综合实训系统 反应釜描述 反应釜主要应用于石油、聚合、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、缩合等工艺过程 的压力容器。 根据不同的因素反应釜可分为很多种类，实验室用的是不锈钢反应釜。 不锈钢反应釜的适用范围：适用于石油、化工、医药、冶金、科研、大专院校等部门进行高温、高压的化学反应试验，对粘稠和颗粒的物质均能达到高搅拌的效果。 不锈钢反应釜的优点 具有如下这些优点 ： 不锈钢材质具有优良的机械性能，可承受较高的工作压力，也可承受块状固体物料加料时的冲击。 不锈钢反应釜耐热性能好，工作温度范围很广 (196~600℃ )。 在较高温度下不会氧化起皮，故可用于直接火加热。 不锈钢反应釜具有很好的耐腐蚀性能，无生锈现 象。 传热效果比搪瓷反应釜好，升温和降温速度较快。 反应釜如图 ： 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 共 48 页 第 3 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 图 不锈钢反应釜 反应釜内部结构及原理 反应釜结构 反应釜结构：由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成，电加热的配有电加热棒，有的釜内含冷却（加热）盘管。 不锈钢材质一般有 0Cr18Ni9（ 304）， 1Cr18Ni9Ti（ 321）， 00Cr17Ni14Mo2（ 316L）。 由于用户因生产工艺、操作条件不尽相同，搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等。 不锈钢反应釜加热方式有 电加热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外（内）盘管加热等。 密封形式有填料密封、机械密封。 支承座有支承式或耳式支座等。 使用电加热反应釜夹套内放置导热油，由电热棒加热，同时要保持放空口畅通。 转速超过 160转以上宜使用齿轮减速机。 开孔数量、规格或其它要求可根据用户要求设计、制作。 反应釜工作原理 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 共 48 页 第 4 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 加热不锈钢反应釜夹套内放置导热油，由电热棒加热，夹套上开有进、排油、溢测量、放空及电热棒、测温等接管孔。 采用蒸汽加热的不锈钢反应釜则直接在夹套内充蒸汽加热，蒸汽加热反应釜需要有稳定蒸汽热源供应， 通常加配锅炉。 液位控制系统控制要求 以过程控制实验装置中的反应釜液位作为被控对象、主回路流量作为调节对象， PLC 作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个反应釜双闭环控制系统，实现对反应釜液位的恒值控制。 PLC 控制器采用 PID 算法，各项控制性能满足要求：超调量 10%，稳态误差≤177。 ；调节时间 ts≤ 120s； 组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线； 选择合适的整定方法确定 PID 参数 ，并能在组态测控界面上实时改变 PID 参数； 通过 S7300PLC 编程软件 Step7实现 PLC 程序设计与调试； 分析系统基本控制特性，并得出相应的结论； 设计完成后，提交打印设计报告。 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 共 48 页 第 5 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 2. 系统控制方案设计 控制思想 总体控制思想 根据反应釜当前生产现场情况，反应釜的送料完全是人工控制，通过磁力泵从原料罐送到反应釜的，由于产品的不同，混合原料的粘度和比重均不相同，因此单位时间内磁力泵输送的原料重量是不同的变化的，反应釜的化学反应速度，在 很大程度上取决于原料，以及氧化剂和还原剂的加入速度。 现在只能由人工依据反应釜的温度和出口温度，初略判断反应釜内的化学反应情况，控制阀门开度，这样就很难真正控制好化学反应速度，使产品质量的稳定性和进一步提高反应釜的生产能力都受到了制约。 经过仔细的系统分析，参照近代控制论原理，借鉴最新型的控制技术，本方案拟在原料罐磁力泵的出口增加一套电动调节阀，并在氧化剂、还原剂的气动输送泵管路上，再分别各安装电动调节阀。 由 PLC 系统根据反应釜内的温度及出口温度，自动调节加料阀门的开度，同时自动调节反应釜夹套冷却水回流阀门的 开度，组成一个智能化的多参数的自适应控制系统，以达到进一步综合控制好化学反应速度，最终优化整个反应过程的升温曲线的目的。 控制过程说明 本控制系统仍以日本三菱公司 Q 系列 PLC 可编程控制器为核心，上位机采用高性能的组态软件，开发操作可靠、简单易学、实用稳定的监控程序，具有全中文界面，实时数据显示、流量和温控曲线、报警和操作记录，以及完整的生产报表等管理功能，并嵌入反应釜智能化自动控制模块。 控制方案 液位 — 流量串级控制系统 （ 1）被调参数：反应釜液位； （ 2）调节参数：主 回路流量； （ 3）主、副参数的选择 ①主参数的选择 ： 串级控制系统的主回路是一个定值控制系统 ,副回路要包括主要干扰，我们选择液位作为主被控量。 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 共 48 页 第 6 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ②副回路的设计依据以下原则： 副回路应包括尽可能多的扰动 .副回路包含的二次扰动以及非线性参数、负荷变化有很强的抑制能力与一定的自适应能力，因此副回路应包括生产过程中变化剧烈、频繁且幅度大的主要扰动。 在此系统中，主控参数液位的高低与进出水的流量有关，即流量是影响液位的最大扰动信号。 在出水流量一定的情况下，我们选取进水流量作为被控副参数。 主、副调节器控 制规律的选择 在串级调节系统中，主、副调节器的工作情况不一样，主调节器起定值调节作用，而副调节器主要起随动调节作用。 主参数要求无余差，副参数却允许在一定范围内变动，这样能保证主参数的调节。 主参数是工艺操作的主要指标，允许波动的范围比较小，一般要求无余差，因此，主调节器选择 PID 控制规律。 副参数的设置是为了保证主参数的控制质量，可以在一定范围内变化 ,允许有余差，因此副调节器选择用 P 控制规律，一般不引人积分控制规律和微分控制规律。 液位 —— 流量串级控制系统如图： 调 节 阀 水 槽 反 应。