ModifiedbyJEEPonDecember26th,2020.ModifiedbyJEEPonDecember26th,2020.過程控制課程設(shè)計(jì)遼寧工業(yè)大學(xué)過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：精餾塔塔內(nèi)壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院（系）：專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：起止時(shí)間：課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)設(shè)計(jì)題目精餾塔塔內(nèi)壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)精餾塔塔內(nèi)壓力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，精餾塔塔內(nèi)壓力的單位階躍響應(yīng)曲線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：設(shè)計(jì)要求1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)辨識(shí)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)一個(gè)無差控制系統(tǒng)，確定控制方案并繪制原理結(jié)構(gòu)圖、方框圖；2、選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號(hào)和參數(shù)；3、確定控制器的控制規(guī)律以及控制器正反作用方式；對(duì)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，整定運(yùn)行參數(shù)。4、若設(shè)計(jì)由數(shù)字控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)給出系統(tǒng)硬件電氣連接圖及程序流程圖；5、按規(guī)定的書寫格式，撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份；設(shè)計(jì)說明書應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)測(cè)量范圍：0-5大氣壓，控制壓力：1±大氣壓，超調(diào)量小于等于25%；工作計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。（2天）2、確定系統(tǒng)的控制方案，繪制原理結(jié)構(gòu)圖、方框圖。（1天）3、選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號(hào)和參數(shù)。（2天）4、確定控制器的控制規(guī)律以及控制器正反作用方式（1天），調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)形式以及流量特性選擇。（1天）5、上機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模擬運(yùn)行或仿真、答辯。（2天）6、撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書（1天）指導(dǎo)教師評(píng)語及成績平時(shí)：論文質(zhì)量：答辯：指導(dǎo)教師簽字：總成績：年月日注：成績：平時(shí)20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計(jì)算摘要精餾塔是石油、化學(xué)加工工業(yè)(CPI)中使用量最大、能耗最高、應(yīng)用面極廣的分離單元操作設(shè)備。本設(shè)計(jì)采用單回路控制系統(tǒng)對(duì)塔內(nèi)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，采用PID算法的DTZ—2100控制器對(duì)HK-613系列通用型壓力變送器采集到的塔內(nèi)壓力值進(jìn)行處理，并將控制信號(hào)傳遞給ZXS型新系列氣動(dòng)薄膜角形單座調(diào)節(jié)閥，令其對(duì)冷卻量進(jìn)行控制，從而達(dá)到對(duì)塔內(nèi)壓力的控制。精餾塔的控制最終目標(biāo)是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使總收益最大生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化程度的提高，有利于降低工廠成本、促進(jìn)生產(chǎn)線的柔性化和集成化，有利于提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及產(chǎn)品的競爭力。從某種意義上說，高效的精餾塔控制技術(shù)為我們創(chuàng)造了不可忽視的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞：精餾塔；分離單元；PID算法目錄緒論研究背景及意義精餾是化工、石油化工、煉油生產(chǎn)過程中應(yīng)用極為廣泛的傳質(zhì)傳熱過程。而石油化工是基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，它為農(nóng)業(yè)、能源、交通、機(jī)械、電子、紡織、輕工、建筑、建材等工農(nóng)業(yè)和人民日常生活提供配套和服務(wù)，在國民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位，在現(xiàn)代生活中，幾乎隨時(shí)隨地都離不開化工產(chǎn)品，從衣、食、住、行等物質(zhì)生活到文化藝術(shù)、娛樂等精神生活，都需要化工產(chǎn)品為之服務(wù)。精餾的目的是利用混合液中各組分具有不同揮發(fā)度，將各組分分離并達(dá)到規(guī)定的純度要求。精餾過程的實(shí)質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，即同一溫度下各組分的蒸汽分壓不同，使液相中輕組分轉(zhuǎn)移到氣相，氣相中的重組分轉(zhuǎn)移到液相，實(shí)現(xiàn)組分的分離。精餾過程的核心在于回流，而回流必須消耗大量能量。降低能耗是精餾過程發(fā)展的重大課題。除了選擇經(jīng)濟(jì)上合理的回流比外，主要的節(jié)能措施有：熱泵精餾。將塔頂蒸氣絕熱壓縮（見熱力學(xué)過程）升溫后，重新作為再沸器的熱源(見熱泵蒸發(fā))；多效精餾：精餾裝置由壓力依次降低的若干個(gè)精餾塔組成，前一精餾塔塔頂蒸氣用作后一精餾塔再沸器的加熱蒸氣（見多效蒸發(fā)）；采用高效精餾塔，可用較小的回流比；采用高效換熱器，可降低傳熱溫度差，這樣就可以減少有效能損失。采用電子計(jì)算機(jī)對(duì)過程進(jìn)行有效控制，減小操作裕度，確保過程在最低能耗下進(jìn)行。精餾操作分為連續(xù)精餾和間歇精餾，本設(shè)計(jì)的研究對(duì)象是連續(xù)精餾的過程。其操作過程是：原料液經(jīng)預(yù)熱加熱到一定溫度后，進(jìn)入精餾塔中的進(jìn)料板，料液在進(jìn)料板上與自塔上部下降的回流液體匯合后，在逐板下流，最后流入塔底再沸器中，液體在逐板下降的同時(shí)，它與上升的蒸汽在每層塔板上相互接觸，同時(shí)進(jìn)行部分汽化和部分冷凝的質(zhì)量和能量的傳遞過程。操作時(shí)，連續(xù)從再沸器中取出的部分液體作為塔底產(chǎn)品，部分液體汽化產(chǎn)生上升蒸汽，從塔底回流入塔內(nèi)出塔頂蒸汽進(jìn)入冷凝器中被冷凝成液體，并將部分冷凝液用泵送回塔頂作為回流液體，其余部分經(jīng)冷卻器后被送出作為塔頂產(chǎn)品。精餾塔是石油、化學(xué)加工工業(yè)(CPI)中使用量最大、能耗最高、應(yīng)用面極廣的分離單元操作設(shè)備。從精餾設(shè)備的歷史發(fā)展來看，精餾技術(shù)與石油、化學(xué)加工工業(yè)的發(fā)展是相輔相成、相互刺激、共同進(jìn)步的發(fā)展關(guān)系。精餾技術(shù)的任何進(jìn)步，都會(huì)極大刺激化學(xué)加工工業(yè)的技術(shù)發(fā)展，同樣在石油、化學(xué)加工工業(yè)發(fā)展的每一個(gè)歷史階段都會(huì)對(duì)精餾設(shè)備技術(shù)提出更高要求。當(dāng)前填料塔技術(shù)已經(jīng)基本可以滿足不遠(yuǎn)未來的需求，板式塔技術(shù)依然是未來發(fā)展的主流?，F(xiàn)有新型板式塔技術(shù)的發(fā)展主要是傳統(tǒng)簡單技術(shù)的深化和傳統(tǒng)簡單技術(shù)的復(fù)雜化，前者可以很好地滿足現(xiàn)有生產(chǎn)局面對(duì)塔內(nèi)件的要求，而后者將發(fā)展成未來板式塔的主流。精餾塔是化工生產(chǎn)中分離互溶液體混合物的典型分離設(shè)備。它是依據(jù)精餾原理對(duì)液體進(jìn)行分離，即在一定壓力下，利用互溶液體混合物各組分的沸點(diǎn)或飽和蒸汽壓不同，使輕組份（即沸點(diǎn)較低或飽和蒸汽壓較高的組分）汽化。經(jīng)多次部分液相汽化和部分氣相冷凝，使氣相中的輕組分和液相中的重組分濃度逐漸升高，從而實(shí)現(xiàn)分離的目的，滿足化工連續(xù)化生產(chǎn)的需要。精餾塔塔釜溫度控制的穩(wěn)定與否直接決定了精餾塔的分離質(zhì)量和分離效果，控制精餾塔的塔釜溫度是保證產(chǎn)品高效分離，進(jìn)一步得到高純度產(chǎn)品的重要手段。維持正常的塔釜溫度，可以避免輕組分流失，提高物料的回收率，也可減少殘余物料的污染作用。隨著現(xiàn)代化工的飛速發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，工藝過程越趨復(fù)雜，對(duì)工藝流程前后工序相互關(guān)聯(lián)緊密，充分利用能源等提出的要求，精餾塔在工業(yè)過程控制領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用，廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)的生產(chǎn)過程中。精餾塔的控制最終目標(biāo)是：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使總收益最大生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化程度的提高，有利于降低工廠成本、促進(jìn)生產(chǎn)線的柔性化和集成化，有利于提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及產(chǎn)品的競爭力。從某種意義上說，高效的精餾塔控制技術(shù)為我們創(chuàng)造了不可忽視的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r圖精餾塔歷史發(fā)展階段I:（20~50年代）：1920年，有溢流的泡罩塔板開始應(yīng)用于煉油工業(yè)，開創(chuàng)了一個(gè)新的煉油時(shí)代。泡罩塔板對(duì)設(shè)計(jì)水平要求不高、對(duì)各類操作的適應(yīng)能力強(qiáng)、對(duì)操作控制要求低等特性在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是無可替代的板型。Rachig環(huán)填料塔主要應(yīng)用于較小直徑的無機(jī)分離塔設(shè)備中，同時(shí)也開發(fā)了Pall環(huán),標(biāo)志著現(xiàn)代亂堆填料的誕生。階段II：(50～70年代)∶消除放大效應(yīng)的研究:AIChE研究，浮閥塔板的開發(fā)，F(xiàn)RI的成立，系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法：1955年，Monsanto公司的Bolles發(fā)表了著名的“泡罩塔板設(shè)計(jì)手冊(cè)”，首先提出了科學(xué)的、規(guī)范化塔板設(shè)計(jì)技術(shù)，該方法到目前為止仍然廣泛流行，大孔篩板的研究。階段III：(70～90年代):大型液體分布器的基礎(chǔ)研究,使得填料塔的放大研究成功，并在減壓塔中應(yīng)用獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，通過計(jì)算機(jī)對(duì)輔助精餾塔放大效應(yīng)的研究,計(jì)算塔板效率和精餾過程設(shè)計(jì)，新型高性能浮閥塔板的開發(fā)及應(yīng)用。階段IV(80末-至今)∶新型高性能塔板的開發(fā)及工業(yè)應(yīng)用，塔板設(shè)計(jì)、開發(fā)更趨于科學(xué)化的方向。鑒于精餾塔塔設(shè)備在煉油和石化工業(yè)中的作用、重要地位和當(dāng)今我國石化工業(yè)面臨的形勢(shì)，按照塔內(nèi)件研究的歷史發(fā)展規(guī)律，結(jié)合我國精餾塔塔設(shè)備操作現(xiàn)狀和現(xiàn)有塔內(nèi)件的技術(shù)水平，提出現(xiàn)階段和未來的塔內(nèi)件開發(fā)方向可以從三個(gè)主要方面拓展：精餾塔塔內(nèi)件實(shí)用技術(shù)是指針對(duì)當(dāng)前的常規(guī)生產(chǎn)實(shí)際和特殊體系，以擴(kuò)能、增效、降耗為目的，以實(shí)現(xiàn)“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”為目標(biāo)，在現(xiàn)有塔板新技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行的更優(yōu)性能精餾塔塔內(nèi)件開發(fā)和拓展，以使當(dāng)前企業(yè)盡快擺脫困境，更好地適應(yīng)即將面臨的激烈國際石化市場(chǎng)的競爭。精餾塔塔內(nèi)件實(shí)用技術(shù)是未來生產(chǎn)發(fā)展趕超國外的必要準(zhǔn)備之一。過去我國精餾塔塔內(nèi)件大多數(shù)是國外2O世紀(jì)50~70年代塔板技術(shù)的消化吸收、國產(chǎn)化和改進(jìn)深化研究。真正自主開發(fā)的塔內(nèi)件技術(shù)極少。為了適應(yīng)未來國際石化市場(chǎng)的競爭，趕超國際水平，Sina—pac應(yīng)該開展一些超前的高性能技術(shù)，例如CSI超大型處理能力塔板，形成自己的特色。精餾設(shè)備是規(guī)模經(jīng)濟(jì)，精餾塔塔設(shè)備大型化已經(jīng)受到重視。盡管當(dāng)前的原油減壓塔已經(jīng)實(shí)現(xiàn)9m塔徑的超大型規(guī)模，但由于減壓塔放大效應(yīng)最低而采用常規(guī)技術(shù)放大的成功率較高。對(duì)于常壓、加壓體系，超大型塔設(shè)備的建立必須先期進(jìn)行超大型塔設(shè)備的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。精餾塔塔設(shè)備科學(xué)化設(shè)計(jì)是未來塔設(shè)備的發(fā)展方向，現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)難以適應(yīng)未來塔設(shè)備科學(xué)化設(shè)計(jì)的要求，因此需要開展科學(xué)化塔內(nèi)件設(shè)計(jì)技術(shù)的技術(shù)儲(chǔ)備。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)概述本設(shè)計(jì)為單回路控制系統(tǒng)。通過壓力傳感器對(duì)精餾塔塔內(nèi)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，同時(shí)將對(duì)應(yīng)的電信號(hào)傳遞給PID控制器進(jìn)行處理，并由控制器輸出控制信號(hào)控制執(zhí)行器的閥門開度，實(shí)現(xiàn)對(duì)精餾塔塔內(nèi)壓力的動(dòng)態(tài)控制。對(duì)化工、石油化工、煉油生產(chǎn)的精餾具有重要作用。本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)精餾塔塔內(nèi)壓力的無差控制系統(tǒng)，要求測(cè)量范圍為0-5MPa，控制壓力為：1±大氣壓，超調(diào)量為小于等于25%。系統(tǒng)對(duì)象特性分析被控參數(shù)的選擇被控參數(shù)的選擇是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問題。直接關(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定操作、產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的提高以及生產(chǎn)安全與勞動(dòng)條件的改善。所以應(yīng)盡量選擇能直接反應(yīng)控制目的的參數(shù)為被控參數(shù)。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求設(shè)計(jì)是控制精餾塔塔內(nèi)壓力的單回路控制系統(tǒng)，所以塔內(nèi)壓力為被控參數(shù)。操縱變量的選擇被控參數(shù)確定之后，還需要選擇一個(gè)合適的操作變量。以便被控參數(shù)在外界干擾作用下發(fā)生變化時(shí)，能夠通過對(duì)操縱變量的調(diào)整，使得被控參數(shù)迅速地返回到原來的給定值上，以保持產(chǎn)品質(zhì)量的不變。本設(shè)計(jì)是以進(jìn)入精餾塔內(nèi)的物料為操縱變量。系統(tǒng)方案論證壓力是為建立塔穩(wěn)定操作提供條件。壓力恒定阻止了氣體積累。對(duì)于一個(gè)連續(xù)系統(tǒng)，若不阻止積累就不可能取得穩(wěn)態(tài)操作，也就不可能穩(wěn)定。壓力是精餾塔操作的主要控制參數(shù)，壓力除影響氣體積累外，還影響冷凝、蒸發(fā)、溫度、組成、相對(duì)揮發(fā)度等塔內(nèi)發(fā)生的幾乎所有過程。精餾塔對(duì)壓力的平衡要求很嚴(yán)格。一旦壓力大幅度波動(dòng)，塔釜液位、回流液位緊跟著波動(dòng)，進(jìn)而影響到物料平衡、熱量平衡、相平衡三大平衡，從而使整個(gè)操作系統(tǒng)處于不平穩(wěn)狀態(tài)，影響到產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量。例如從提高產(chǎn)品質(zhì)量來說，壓力越高，沸點(diǎn)越接近，氣液兩相越難分離，顯然降低壓力可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。但降低操作壓力是以增加冷卻介質(zhì)的用量或降低冷卻介質(zhì)溫度為前提的，因此降低操作壓力是有限度的。由此可見，壓力控制對(duì)精餾塔的操縱有主導(dǎo)作用。方案一：采用分程控制：首先通過改變冷卻量來調(diào)節(jié)精餾塔塔內(nèi)壓力，而當(dāng)冷卻量達(dá)到最大后，如果塔內(nèi)壓力仍不能下降達(dá)到設(shè)定值，說明精餾塔內(nèi)已含有過多的物料，光通過增大冷卻量以無法完成控制，因此就要通過打開另一個(gè)閥門，通過排放物料的方法降低塔內(nèi)壓力?？刂品桨甘疽鈭D如圖。圖方案一控制方案示意圖方案二：采用單回路控制：單回路控制系統(tǒng)又稱簡單控制系統(tǒng)，是指由一個(gè)控制對(duì)象、一個(gè)檢測(cè)元件及變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)執(zhí)行器所構(gòu)成的閉合系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于分析設(shè)計(jì)，投資少、便于施工，并能滿足一般生產(chǎn)過程的控制要求，因此在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)是精餾塔塔內(nèi)壓力控制系統(tǒng)，精餾塔塔內(nèi)壓力是被控參數(shù)，塔內(nèi)物料量是操縱變量，壓力變送器將精餾塔內(nèi)的壓力值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送入溫度控制器中，控制器通過控制調(diào)節(jié)閥開度，調(diào)節(jié)進(jìn)入塔內(nèi)的冷卻水流量，從而達(dá)到控制精餾塔內(nèi)壓力的目的。由于與方案一相比，方案二在同樣能達(dá)到控制要求的前提下，結(jié)構(gòu)更簡單、成本更低、更便于施工，因此最后選擇方案二。系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)設(shè)本系統(tǒng)為液相采出，流出物含微量不凝物，所以采用單回路控制系統(tǒng)，單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于分析設(shè)計(jì)，投資少、便于施工，并能滿足一般生產(chǎn)過程的控制要求，在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。單回路控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：它由一個(gè)測(cè)量變送裝置、一個(gè)控制器、一個(gè)控制閥和相應(yīng)的被控對(duì)象所組成?？刂破魇歉鶕?jù)被控變量與給定值的偏差來進(jìn)行控制的。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，所需自動(dòng)化技術(shù)工具少（儀表少），投資比較低，操作維護(hù)也比較方便。單回路控制系統(tǒng)是由一個(gè)控制對(duì)象、一個(gè)檢測(cè)元件及變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器和一個(gè)執(zhí)行器所構(gòu)成的閉合系統(tǒng)，如圖所示，x為設(shè)定值，y為輸出的控制量。圖工藝流程圖調(diào)節(jié)器執(zhí)行器被控過程調(diào)節(jié)器執(zhí)行器被控過程傳感器及變送器圖控制系統(tǒng)框圖儀表選型壓力變送器選擇在工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了正確指導(dǎo)生產(chǎn)操作、保證生產(chǎn)安全運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，一項(xiàng)必不可少的工作是準(zhǔn)確而及時(shí)地檢測(cè)出生產(chǎn)過程中的各個(gè)有關(guān)參數(shù)，例如壓力、流量、物位及溫度等。用來檢測(cè)這些參數(shù)的技術(shù)工具稱為檢測(cè)儀表。用來將這些參數(shù)轉(zhuǎn)化為一定的便于傳送的信號(hào)（例如電信號(hào)或氣壓信號(hào)）的儀表通常稱為傳感器。當(dāng)傳感器的輸出為單元組合儀表中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，通常稱為變送器。而變送器對(duì)參數(shù)的測(cè)量則是過程控制中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于設(shè)計(jì)要求的控制變量為精餾塔塔內(nèi)壓力，并且規(guī)定了測(cè)量范圍為0~5標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，因此本設(shè)計(jì)選擇HK-613系列通用型壓力變送器，該變送器選用國際著名公司高精度，高穩(wěn)定性壓力傳感器組件，經(jīng)過高可靠性的放大電路及精密溫度補(bǔ)償，將被測(cè)介質(zhì)的壓力轉(zhuǎn)換成4～20mADC、0～5VDC，0～10VDC及1～5VDC等標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，高質(zhì)量的傳感器、精湛的封裝技術(shù)以及完善的裝配工藝確保了該產(chǎn)品的優(yōu)異質(zhì)量和最佳性能，并且該變送器適用于液壓及氣動(dòng)控制系統(tǒng)。實(shí)物圖如圖所示。相關(guān)參數(shù)：測(cè)量范圍：0～至0～250MPa準(zhǔn)確度：級(jí)、級(jí)、級(jí)介質(zhì)溫度-30～+85℃環(huán)境溫度-20～+85℃儲(chǔ)存溫度-40～+90℃圖壓力變送器實(shí)物圖執(zhí)行器的選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。它的作用是接受控制器送來的控制信號(hào)，改變被控介質(zhì)的流量，從而將被控變量維持在所要求的數(shù)值上或一定的范圍內(nèi)。執(zhí)行器按其能源形式可分為氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)三大類。氣動(dòng)執(zhí)行器用壓縮空氣作能源，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作可靠、平穩(wěn)、輸出推力大、維修方便、放火防爆，而且價(jià)格較低，因此廣泛地應(yīng)用于化工、煉油等生產(chǎn)過程中。它可以方便地與氣動(dòng)儀表配套使用。氣動(dòng)執(zhí)行器有時(shí)還配有的輔助裝置，常用的有法盲、閥門定位器，閥門定位器的作用是利用反饋原理來改善執(zhí)行器的性能，使執(zhí)行器能按控制器的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位?？紤]到一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障或進(jìn)物料中斷時(shí)，無控制信號(hào)輸出，調(diào)節(jié)閥自動(dòng)關(guān)閉，以免物料全部流走，因此本設(shè)計(jì)中執(zhí)行器選用氣開式調(diào)節(jié)閥。根據(jù)設(shè)計(jì)的流量特性為液體，本設(shè)計(jì)采用ZXS型新系列氣動(dòng)薄膜角形單座調(diào)節(jié)閥。ZXS型新系列氣動(dòng)薄膜角形單座調(diào)節(jié)閥采用頂導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動(dòng)作靈敏、閥容量大、流體通道呈S流線型、壓降損失小、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)?？烧{(diào)范圍大，固有可調(diào)比50，流量特性有直線和等百分比。廣泛應(yīng)用于精確控制氣體、液體等介質(zhì)，特別適用于允許泄漏量小閥前事壓差不大的高粘度，含有懸浮物和顆粒狀物質(zhì)流體的調(diào)節(jié)，可避免結(jié)焦、堵塞，便于自凈與清洗的場(chǎng)合。閥體口徑范圍DN20~200。適用流體溫度由-200℃~+560℃，并且執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用多彈簧結(jié)構(gòu)，高度及重量均減小30%?？刂破鞯倪x擇控制器是系統(tǒng)的大腦和指揮中心，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心所在，輸入信號(hào)進(jìn)入控制器，并且按照控制器的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，即進(jìn)行信號(hào)處理，運(yùn)算處理的結(jié)果作為輸出信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，完成指揮控制系統(tǒng)的任務(wù)。根據(jù)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)分析，當(dāng)精餾塔儲(chǔ)液槽液位上升、被控參數(shù)出現(xiàn)偏差時(shí)，應(yīng)增加調(diào)節(jié)閥的開度，使液位下降，調(diào)節(jié)器LC應(yīng)為“正作用”方式，才能在儲(chǔ)液槽液位升高時(shí)，調(diào)節(jié)器LC輸出信號(hào)增大，調(diào)節(jié)閥開度增大，物料流出量增加，液位下降。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心儀表，它將來自變送器的測(cè)量信號(hào)VI與調(diào)節(jié)器的內(nèi)給定或外給定信號(hào)VS進(jìn)行比較，得到其偏差e，有e=VI-VS，然后調(diào)節(jié)器對(duì)該偏差信號(hào)按某一規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，輸出調(diào)節(jié)信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控變量如溫度、液位、壓力和流量等的自動(dòng)控制作用。調(diào)節(jié)器的分類方法很多，按使用的能源來分，有氣動(dòng)調(diào)節(jié)器和電動(dòng)調(diào)節(jié)器；按結(jié)構(gòu)形式分有基地式調(diào)節(jié)器、單元組合調(diào)節(jié)器和組裝式調(diào)節(jié)器。單元組合調(diào)節(jié)器有氣動(dòng)單元組合調(diào)節(jié)器和電動(dòng)單元組合調(diào)節(jié)器。共有I型、II型和III型調(diào)節(jié)器。由于DDZ-III型調(diào)節(jié)器性能優(yōu)越，易于與計(jì)算機(jī)聯(lián)用。因此，本設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器選擇使用PID算法的DDZ-III型調(diào)節(jié)器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)選用DTZ—2100為控制系統(tǒng)PID控制器，通過對(duì)被控值與給定值之差進(jìn)行比例、微分、積分運(yùn)算輸出，并將輸出的4～20mA直流信號(hào)送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。輸入信號(hào)：1～內(nèi)給定信號(hào)：1～外給定信號(hào)：4～調(diào)節(jié)作用：比例+積分+微分比例帶：2～500%積分時(shí)間：～分或～25分微分時(shí)間：～10分（可切除）輸入、給定指示表：指示范圍：0～100%，誤差：±1%輸出信號(hào)：4～負(fù)載電阻：250～750Ω最大工作電流：約200mA工作條件：環(huán)境溫度：0～45℃相對(duì)濕度：≤85%工作振動(dòng)：頻率≤25Hz全振幅≤電源電壓：功耗：6W重量：6kg前饋信號(hào)：1～4～（適用于前饋調(diào)節(jié)器）前饋系數(shù)：～（適用于前饋調(diào)節(jié)器）刻度誤差：±%（適用于前饋調(diào)節(jié)器）限制范圍：高限：75～105%（適用于抗積分飽和調(diào)節(jié)器）低限：-5～25%（適用于抗積分飽和調(diào)節(jié)器）刻度誤差:±%（適用于抗積分飽和調(diào)節(jié)器）控制規(guī)律的選擇在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。由于本系統(tǒng)不存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，計(jì)采用PI調(diào)節(jié)就可滿足控制要求。而積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”，所以本設(shè)計(jì)選擇PI調(diào)節(jié)。PI調(diào)節(jié)器的輸入輸出關(guān)系為系統(tǒng)仿真控制系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算由下表的數(shù)據(jù)，采用兩點(diǎn)法確定一階滯后環(huán)節(jié)的Ｔ、τ的值，從而得到對(duì)應(yīng)的傳遞函數(shù)。表塔內(nèi)壓力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由于階躍響應(yīng)曲線的拐點(diǎn)不易找準(zhǔn)，切線的方向也有較大的隨意性，通過作圖求得的T、τ值因人而異，誤差較大。所以采用兩點(diǎn)計(jì)算法確定被控過程時(shí)間T與滯后時(shí)間τ。兩點(diǎn)計(jì)算法是利用階躍響應(yīng)上兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算T和τ。為了計(jì)算方便，首先將轉(zhuǎn)換成無量綱形式。由于采用兩點(diǎn)法計(jì)算傳遞函數(shù)，因此在作圖中選取兩個(gè)不同時(shí)刻和對(duì)應(yīng)的和