过程控制系统设计课程报告

目 录

第一章 概 述 ............................................................................................................... 1

1.1 设计目的 ............................................................................................................ 1

1.2 具体任务 ............................................................................................................ 1 1.3 氧化铝生产的意义 .............................................................................................. 2 第二章 氧化铝高压溶出工序介绍 .................................

过程控制系统课程设计题目 要求：

（一）采用MATLAB仿真；所有仿真，都需要做出以下结果： （1） 超调量 （2） 峰值时间 （3） 过渡过程时间 （4） 余差 （5） 第一个波峰值 （6） 第二个波峰值 （7） 衰减比 （8） 衰减率 （9） 振荡频率

（10） 全部P、I、D的参数 （11） PID的模型 （二）每人一个题目，自己完成课程设计报告，报告的格式如图论文格式

一． 液氨的水温控制系统设计

液氨蒸发器主、副对象的传递函数分别为：

G01(s)?11， G02(s)?e?0.1s

(20s?1)(30s?1)0.2s?1主、副扰动通道的传递函数分别为：

Gf1(s)?1， Gf2(s)?1 0.2s?1试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：

（1） 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭

环系统原理图；

（2） 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次

扰动）；

（3） 说明不同控制方案对系统的影响。

二．炉温控制系统设计

设计任务：某加热炉的数学模型为G(s)?如下：

（1） 仿真分析以下控制方案对系统性能的影响：PID、微分先行、中间微分、

过程控制系统综合设计报告

班 级： 姓 名： 学 号： 学 期：

一、 实验目的与要求

1．掌握DDC控制特点；

2．熟悉CS4100实验装置，掌握液位控制系统和温度控制系统构成； 3．熟悉智能仪表参数调整方法及各参数含义；

4． 掌握由CS4100实验装置设计流量比值控制、液位串接控制、液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制等设计方法；

5． 掌握实验测定法建模，并以纯滞后水箱温度控制系统作为工程案例，掌握纯滞后水箱温度控制系统的建模，并用DDC控制方案完成控制算法的设计及系统调试。

以水箱流量比值控制、水箱液位串接控制、水箱液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制为被被控对象，完成系统管路设计、电气线路设计、控制方案确定、系统调试、调试结果分析等过程的训练。以纯滞后水箱作为被控对象，以第二个水箱长滞后温度作为被控量，完成从实验测定法模型建立、管路设计、线路设计、控制方案确定、系统调试、结果分析等过程的训练。

具体要求为：

1）检索资料，熟悉传感器、执行器机械结构及工作原理。

2）熟悉CS4100过控实验装置的机

过程控制系统课程设计题目 要求：

（一）采用MATLAB仿真；所有仿真，都需要做出以下结果： （1） 超调量 （2） 峰值时间 （3） 过渡过程时间 （4） 余差 （5） 第一个波峰值 （6） 第二个波峰值 （7） 衰减比 （8） 衰减率 （9） 振荡频率

（10） 全部P、I、D的参数 （11） PID的模型 （二）每人一个题目，自己完成课程设计报告，报告的格式如图论文格式

一． 液氨的水温控制系统设计

液氨蒸发器主、副对象的传递函数分别为：

G01(s)?11， G02(s)?e?0.1s

(20s?1)(30s?1)0.2s?1主、副扰动通道的传递函数分别为：

Gf1(s)?1， Gf2(s)?1 0.2s?1试分别采用单回路控制和串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：

（1） 分别进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭

环系统原理图；

（2） 进行仿真实验，分别给出系统的跟踪性能和抗干扰性能（包括一次扰动和二次

扰动）；

（3） 说明不同控制方案对系统的影响。

二．炉温控制系统设计

设计任务：某加热炉的数学模型为G(s)?如下：

（1） 仿真分析以下控制方案对系统性能的影响：PID、微分先行、中间微分、

过程控制课程设计

设计题目：贮槽液位控制系统设计

学院：电气工程学院 专业：自动化

班级：091班

2012年6月4日

小组成员：

序号 学号 16 0902100138 17 0902100140 18 0902100141 19 0902100142 20 0902100147 21 0902100148 22 0902100149 23 0902100202 24 0902100203 25 0902100204 26 0902100206 27 0902100208 28 0902100209 29 0902100213 30

0902100216

姓名

姚航程 韦寿德 张印 邓世杰

杨奉志 钟昌帅 李晓明 张凯强 农志兴 袁剑波 李季 黄灵浩 谭雷 吴高阳 潘敏

设计分工

总方案的确定及原理、控制参数的整定、simulink仿真 测量变送器的选型、控制参数的整定、查阅资料 测量变送器的选型、控制参数的整定 调节阀的选型、水箱的建模

总方案的确定及原理、控制参数的整定、simulink仿真 simulink仿真、调节阀的选型

控制器的选型、控制参数的整定、设计总结、整理报告

simulink仿

锅炉燃烧过程控制系统设计

摘 要

锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备之一。而锅炉燃烧所用的煤炭、重油等又是极其重要的战略资源,不可再生。因此锅炉的燃烧控制相当重要,控制不好将造成资源浪费、环境污染和效益低下。要使锅炉燃烧达到最佳的燃烧状态,锅炉燃烧控制系统对锅炉的燃烧过程进行自动化控制是至关重要的。

燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。 燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同 的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。本文通过对整个燃烧系统的分析和研究，分别确定了锅炉燃烧控制系统中的主蒸汽压力控制系统和炉膛负压控制系统的控制方案，然后对其控制规律及参数进行选择和整定。在仪表选型时，采用了先进的数字式仪表，井以PID控制来实现，最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。

论文详细介绍了锅炉控制系统的设计，其中包括硬件结构、系统主要功能、系统硬件配置、软件设计原则、主程序流程等。系统投入运行后，锅炉的燃烧效

I

锅炉燃烧过程控制系统设计

摘 要

锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备之一。而锅炉燃烧所用的煤炭、重油等又是极其重要的战略资源,不可再生。因此锅炉的燃烧控制相当重要,控制不好将造成资源浪费、环境污染和效益低下。要使锅炉燃烧达到最佳的燃烧状态,锅炉燃烧控制系统对锅炉的燃烧过程进行自动化控制是至关重要的。

燃烧控制系统是电厂锅炉的主控系统，主要包括燃料控制系统、风量控制系统、炉膛压力控制系统。目前大部分电厂的锅炉燃烧控制系统仍然采用PID控制。 燃烧控制系统由主蒸汽压力控制和燃烧率控制组成串级控制系统，其中燃烧率控制由燃料量控制、送风量控制、引风量控制构成，各个子控制系统分别通过不同 的测量、控制手段来保证经济燃烧和安全燃烧。本文通过对整个燃烧系统的分析和研究，分别确定了锅炉燃烧控制系统中的主蒸汽压力控制系统和炉膛负压控制系统的控制方案，然后对其控制规律及参数进行选择和整定。在仪表选型时，采用了先进的数字式仪表，井以PID控制来实现，最后可达到锅炉安全、经济、高效的运行。

论文详细介绍了锅炉控制系统的设计，其中包括硬件结构、系统主要功能、系统硬件配置、软件设计原则、主程序流程等。系统投入运行后，锅炉的燃烧效

I

实验一 过程控制系统的组成认识实验

过程控制及检测装置硬件结构组成认识，控制方案的组成及控制系统连接

一、过程控制实验装置简介

过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人才为出发点。实验对象采用当今工业现场常用的对象，如水箱、锅炉等。仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS工控组态软件。对象系统还留有扩展连接口，扩展信号接口便于控制系统二次开发，如PLC控制、DCS控制开发等。学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能很快地适应环境并进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开发的平台。

二、过程控制实验装置组成

本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC三部分组成。 1、被控对象

由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接，4.5千瓦电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成），压力容器组成。

水箱：包括上、下水箱和储水箱。上、下水箱采用透明长方体有机玻璃，坚实耐用，透明度高，有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。水箱结构新颖，内有三个槽，分

过程控制系统实验报告

姓 名：

指导教师 ：

南京理工大学 2015 年 5月

实验二 传感器、执行器实验

一、实验目的

1

了解传感器、执行器的工作原理，掌握它们在实际过程控制中的应用。

二、实验要求

编程实现系统液位、温度、流量等模拟量的数据采集以及模拟量的输出。 三、实验步骤

1、液位传感器的测试

在水箱内按要求注入不同高度的纯净水，利用万用表和USB-4711A板卡的A/D口分别测出液位传感器的输出电压，并在计算机内将电压转换成对应的高度。将测量数据填入下表。

高度 输出 万用表测量值（伏） A/D 口测量值 (伏) 250 mm 5.53 5.56 200 mm 4.91 4.92 393.36 96.68% 0.68% 150 mm 4.30 4.32 345.31 100 mm 3.68 3.71 296.48 50 mm 3.07 3.09 246.88 0mm -2.4 -2.4 192 / / 机内转换高度（mm） 444.92 相对误差（%） 相对误差（%） (消除仪器误差) 77.97% 1.17% 130.21% 196.48% 393

设计题目： 燃烧过程控制系统

一、燃烧过程控制系统的基本理论

燃油锅炉的燃烧控制主要有三个子系统构成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。

1．蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统

燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是生产蒸汽供应其他生产环节使用。一般生产过程中蒸汽的控制是通过压力实现的，随着后续环节的生产用量不同，反应在燃油蒸汽锅炉环节就是蒸汽压的波动。维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃烧产生的热量，而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气 实现的。如图1所示

图 1 燃烧炉蒸汽压力控制与燃料比值控制系统

2．炉膛负压控制系统

锅炉炉膛负压力过小时，炉膛内的热烟、热气会外溢，造成热量损失、影响设备安全运行甚至会危及工作人员安全；当炉膛负压太大时，会使外部大量冷空气进入炉膛，改变燃料和空气比值，增加燃料损失、热量损失和降低热效率。

保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。如果负压波动不大，调节引风量即可实现负压控制；当蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量波动也会较大，此时，经常采用的控制方案如图2所示。

图 2 炉膛负压控制系统

二、燃