《过程控制系统设计》PPT课件

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1、3过程控制系统设计3过程控制系统设计本章学习内容3.1过程控制系统设计步骤3.2确定控制变量与控制方案3.3过程控制系统硬件选择3.4节流元件计算3.5调节阀选择3.6计算举例过程控制的设计任务、步骤和系统设计方法流量计和调节阀的计算方法3过程控制系统设计3.1过程控制系统设计步骤具体步骤:3过程控制系统设计1．根据工艺要求和控制目标确定系统变量2．建立数学模型3．确定控制方案4．选择硬件设备5．选择控制算法，进行控制器设计6．软件设计7.设备安装、调试与整定、运行3过程控制系统设计3.2确定控制变量与控制方案根据控制目标确定控制变量定性控制目标：稳定性、安全性和经济

2、性被控变量是工业过程的输出变量选择原则针对目标、直接关系到质量、建模简单、可测输入变量分控制输入和扰动输入控制输入的选择原则对被控量影响大、变化范围大、作用快、直接作用确定控制方案控制结构反馈控制、前馈控制、推断控制控制算法PID、串级控制、比值控制、补偿控制、解耦控制、预测控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、鲁棒控制……3过程控制系统设计3过程控制系统设计前馈控制利用扰动量的直接测量值，调节控制变量，使被控变量保持在预期值。3过程控制系统设计(3)推断控制当被控变量不能直接测量使用，利用辅助变量的测量值来调节控制变量，使不可测的被控变量保持在预期值。3过程控制系

3、统设计3.3过程控制系统硬件选择根据过程控制的输入输出变量以及控制要求，可以选定系统硬件，包含：控制装置测量仪表、传感器执行机构报警、保护、连锁等部件3过程控制系统设计保护装置检测/变送控制器执行机构被控对象3.3.2控制装置3过程控制系统设计用于过程控制的计算机控制设备多采用DCS（集散控制系统）或PLC（可编程序控制器）。模拟量控制回路较多，开关量较少的过程控制系统宜采用DCS控制；模拟量控制回路较少，开关量较多的过程控制系统宜采用PLC控制。检测部件一般宜采用定型产品，设计过程控制系统时，根据控制方案选择测量仪表和传感器选型原则：可靠性实用性先进性3过程控制系统

4、设计3.3.2测量仪表和传感器的选型原则3.4流量计选择3.4.1流量计算有关的基本概念(1)流量Q流体在单位时间内流过管道或设备某处横断面的数量成为流量。体积流量Qv单位：米3/小时（m3/h）等质量流量Qm单位：吨/小时（t/h）;千克/小时（kg/h）等Qm=Qvρ3过程控制系统设计(2)雷诺数Re管道内流量小时压差与流量成正比流体的流动状态为流量变大后压差大致与流量的平方成正比流体的流动状态为紊流从层流到紊流的分界线取决于流量、流体的密度、粘度和管道内径雷诺数ReRe〈2300层流Re〉4000紊流3过程控制系统设计46微米厚的液晶层的流动。当电场强度平缓增加

5、时层流（右上）弱的湍流（左下）方格状对流（右下）下侧两图混沌→湍流(2)雷诺数Re（续）3过程控制系统设计式中：υ——管道中流体的平均轴向流速，m/sν——流体的运动粘度，m2/s，ν=υ/ρμ——流体的动力粘度，Pa/sD——工作条件下，上游管道的内径，m（3）等熵指数k当气体流过节流装置时，会产生膨胀，其压力和体积间有关系：等熵指数k值表如双原子气体及空气的k=1.41常数3过程控制系统设计(4)气体的压缩系数Z根据理想气体定律求得的气体密度和实际密度值，在高压和低温的情况下，有一定的偏差，必须引入气体压缩系数加以校正。3过程控制系统设计其中：ρ’——理想气体定律

6、求得的工作状态下的气体密度ρ——工作状态下的实际气体密度3.4.2流量计类型四类：(1)压差式流量计流量~节流装置前后压差速度式流量计：管道内流体的速度~叶轮旋转速度容积式流量计流量累计其他类型流量计电磁流量计、超声波流量计等3过程控制系统设计3.4.3节流元件3过程控制系统设计节流元件（节流装置）——在直线管道中设置的使流束产生局部收缩的装置孔板3过程控制系统设计文丘里管3过程控制系统设计喷嘴3过程控制系统设计3过程控制系统设计差压式流量计检测原理式中：α流量系数ε可膨胀系数a节流装置开孔截面积ρ1流体流过节流装置前的密度Δp节流元件前后压力差标准节流装置的取压方式

7、3过程控制系统设计径距取压法兰取压角接取压测量与计算方法流出系数C可膨胀系数ε流量与压差的关系3过程控制系统设计在已知管径的管道中设置测量流量的节流装置时，首先要确定以下几项：采用的节流装置的类型孔板、文丘里管、喷嘴命题确定所要求取的参数——流量、孔径、压差计算事先需确定除去待求参数外的其他参数的值3过程控制系统设计选择标准节流装置时直径比β的确定求解依据——流量与压差的关系其中，事先可知道的量有：未知量有3过程控制系统设计是β的函数是β的函数关于β的非线性方程根据流量与压差的关系方程求直径比β两种方法手工计算迭代计算计算机计算采用MATLAB的fs