过程控制系统课程设计指导书.doc

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过程控制系统课程设计指导书
林梅金 张彩霞 肖红军编
佛山科学技术学院机电与信息学院
2007年9月
目录
第一部分 课程设计的目的与要求 1
第二部分 课程设计的总体描述 3
一 实验装置说明 3
二 被控对象特性测试举例 10
第三部分 课程设计选题 13
课题一 锅炉夹套与被加热介质的温度控制 13
课题二 双闭环流量比值控制 20
课题三 温度的滞后控制 27
课题四 流量的滞后控制 30
第一部分 课程设计的目的与要求
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。
课程设计目的
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《过程检测与控制仪表》、《自动控制原理》、《微机控制技术》和《过程工程基础》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。
课程设计要求
按课程设计指导书提供的课题，根据给出的设计任务，自己设计系统结构，分析系统的特点和系统特性，按“可选”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。可以自己跳线、连线，并连好对象、控制器、计算机。通过用控制器、监控计算机和实验对象的联机调试、执行、观察结果，达到预期应用功能和控制目的，比较不同方案的应用效果，完整的设计任务书。
能够查阅工艺过程相关资料。
依据工艺要求分析、比较、设计方案（对其合理性、工作原理及工作过程做出说明）。
被控对象以及仪器仪表的描述。
控制方案的选择及其论述，控制系统方框图及其说明。
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完成对象的特性曲线的测试，建立对象的数学模型。
Matlab仿真，记录调节器参数值以及仿真结果曲线。
画出控制系统连线示意图及说明，记录最佳控制结果的调节器参数以及结果曲线。
仿真结果与实际操作调试结果的比较说明。
设计体会。
撰写规范化的说明书一份。
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第二部分 课程设计的总体描述
一 实验装置说明
（一）系统简介
“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置。该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈—反馈控制，比值控制，解耦控制等多种控制形式。
（二）系统组成
本实验装置由被控对象和控制仪表两部分组成。系统动力支路分两路：一路由三（380V交流）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由日本三菱变频器、三相磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。
1、被控对象
由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接有机玻璃圆筒形水箱、(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管道组成。
水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。 上、中、下水箱采用优质淡蓝色圆筒型有机玻璃。上、中水箱尺寸均为：d=25cm,h=20 cm；下水箱尺寸为：d=35cm,h=20 cm。水箱结构非常独特，有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶液位单回路控制实验和双闭环、三闭环液位串级控制等实验。储水箱是采用不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝ 完全能满足上、中、下水箱的实验需要。
模拟锅炉：本装置采用模拟锅炉进行温度实验，此锅炉采用不锈钢精制而成，由二层组成：加热层（内胆）和冷却层（夹套）。做温度单回路实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都有温度传感器检测其温度。
盘管：长37米（43圈），可做温度纯滞后实验，在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中根据不同的实验需要选择不同的滞后时间常数。盘管出来的水既可以回流到锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计完成流量滞后实验。
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