过程控制课程设计(脱丙烷塔控制系统设计 有图)

成绩：

《过程控制工程》

课程设计报告

题目：脱丙烷塔控制系统设计

学院：计算机与电子信息学院

班级：自动化

姓名：

学号：

指导教师：

起止日期：2012年12月31日～2013年01月4日

目录

一、设计任务书 (2)

二、设计说明书 (5)

1、摘要

2、基本控制方案的设计与分析

3、节流装置的计算

4、蒸汽流量控制阀口径的计算

三、参考文献 (11)

四、附图 (15)

一、设计题目：

《脱丙烷塔控制系统设计》

二、设计目的：

1、掌握控制系统的基本构成、原理及设计的方法和步骤。

2、掌握控制方案的设计、仪表选型的方法及管道流程图、仪表接线图、仪表安装等

图的绘制方法。

3、掌握节流装置和调节阀的计算。

4、了解信号报警及联锁系统的设计和顺序控制系统的设计。

5、通过理论联系实际，掌握必须的工程知识，加强对学生实践动手能力和独立完成

工程设计任务能力的培养。

三、设计所需数据：

1、主要工艺流程和环境特征概况

脱丙烷塔的主要任务是切割C3和C4混合馏分，塔顶轻关键组分是丙烷，塔釜重关键是组分丁二烯。主要工艺流程如图1所示：第一脱乙烷塔塔釜来的釜液和第二蒸出塔的釜液混合后进入脱丙烷塔，进料为气液混合状态，液化率为0.28。进料温度为32℃，塔顶温度为8.9℃，塔釜温度为72℃。塔内操作压力为0.75MPa(绝压)。采用的回流比约为1.13。冷凝器由0℃丙烯蒸发制冷,再沸器加热用的0.15 MPa(绝压)减压蒸汽由来自裂解炉的0.6 MPa(绝压)低压蒸汽与冷凝水混合制得的。和其他精馏塔一样，脱丙烷塔也是一个高阶对象，具有对象通道多、内在机理复杂、变量间相互关联、动态响应慢、控制要求高等特点。脱丙烷塔的自动控制应满足质量指标、物料指标、能量平衡及约束条件等要求。

脱丙烷塔所处的环境为甲级防爆区域,工艺介质为多种烃类混合物,沸点低、易挥发、易燃、易爆，生产装置处于露天，低压、低温。主导风向由西向东。

2、仪表选型说明

所选仪表应具有本质安全防爆性能等特点，电动Ⅲ型仪表在安全性、可靠性等方面已能满足要求。电动仪表信号传送快且距离远，易与计算机配合使用，除控制阀外，最好全部选用电动Ⅲ型仪表。采用安全栅，可构成本质安全防爆系统。

3、再沸器加热蒸汽流量检测系统环室式标准孔板计算数据：

（1）被测流体：饱和水蒸汽

（2）流量：Mmax=1350kg/h; Mcom=900kg/h; Mmin=450kg/h

（3）工作压力：p1=0.15MPa（绝压）; 工作温度：t1=110℃

（4）密度：ρs=0.8528kg/m3;粘度η=25×10-6Pa·s

（5）允许的压力损失：应尽量小

（6）管道内径：D20=200mm

（7）管道材质：20#钢，新无缝管

4、蒸汽流量控制阀口径计算数据：

（1）流体：饱和水蒸汽

（2）正常流量条件下：

阀前绝压：P1=140kPa

阀后绝压：P2=105kPa

阀前温度：t1=110℃

管道内径：D1= D2=200mm

正常流量：MS=900kg/h

密度：ρS=0.8528kg/m3

（3）稳态最大流量：Mmax=1350kg/h

（4）选型：气动单座调节阀，等百分比固有流量特性，流开向型。

型号：ZMAP-1.6K

四、主要设计任务

1、确定基本控制方案，要带有信号报警系统（设置3个液位报警上、下限：塔釜液位：30%-90%，冷凝器液位：20%-80%，回流罐液位：30%-80%），并按规范绘制带控制点的工艺流程图。

2、对至少一个回路（再沸器加热蒸汽流量控制系统）进行仪表选型。

3、对至少一个回路（再沸器加热蒸汽流量控制系统）的节流装置和调节阀进行计算。

4、分析所用到的复杂控制系统并绘制复杂控制系统的接线图。

5、设计布置控制室并绘制控制室平面布置图。

6、绘制再沸器加热蒸汽流量检测系统标准孔板制造图。

五、需提交的设计文件

1、设计说明书

2、控制流程图

3、自控设备表

4、复杂系统仪表接线图

5、节流装置及调节阀计算数据表

6、标准孔板制造图

7、控制室平面布置图

其中第1项应包括目录、摘要、正文及参考文献等项；2-7项均应按制图或制表规范来制作，图纸采用3号纸（297×420mm），也可以使用电脑制图，作为附录附在设计说明书后。参考资料

1、《过程控制系统工程设计》.孙洪程,翁唯勤合编.化学工业出版社

2、《实用自动控制指南》.[美]M.G安德鲁，H.B威廉斯.化学工业出版社

3、《炼油化工自控设计手册》

4、《过程控制工程》.王树清等编.化学工业出版社

设计说明书

一、摘要

脱丙烷塔的主要任务是利用混合液中各组分挥发度的不同分离丙烷和丁二烯组分，并达到规定的纯度要求。塔顶轻组分主要是丙烷，塔低重组分主要是丁二烯。其中丙烷占 10，丁二烯占 89，其它杂质占 1。

为了满足脱丙烷塔的自动控制的质量指标、物料指标、能量平衡及约束条件等要求。设计包括提馏段的温度与蒸汽流量的串级控制；塔顶鸭梨为被控变量，气态丙烯与去尾气管线组成分层控制；进料流量的简单均匀控制；回流罐的液位与回流管的回流量组成串级均匀控制；回流量的定制控制；以及进料、回流、塔顶、塔釜的温度检测，塔压检测，回流量的流量检测等。

关键字：串级控制，被控变量，分层控制，均匀控制，定值控制，检测。

二、基本控制方案的设计与分析

1.提馏段的温度与蒸汽质量组成串级控制

维持提馏段的温度恒定对此反应装置的是否能顺利进行以及产品的质量是否达标是很重要的。设计此系统的控制目的主要就是为了维持提馏段内温度得恒定，以保证反应的稳定顺利进行。由于影响提馏段的一个重要因素是来自减压蒸汽总管的蒸汽流量，而提馏段的温度恒定才是主要控制的目的。因为加热用的减压蒸汽由来减压蒸汽总管的蒸汽与冷凝水混合制得，所以来自减压总管蒸汽流量的变化作用于提馏段的温度有一定的滞后时间。因此，设计一串级控制系统，以提馏段的温度为主变量，以来自减压总管的蒸汽量作为副变量，它能快速地消除因蒸汽汽源压力或冷凝压力变化引起的扰动，从而达到较好地控制提馏段的温度恒定的目的。

2.塔顶压力为被控变量，气体丙烯与去尾气管线组成分程控制

要保证反应的顺利进行，塔顶的压力恒定也是一个重要的的参数。影响此压力的是再沸器的气态丙烯流量以及回流灌的压力（由去尾气管线的流量控制）。为了扩大控制阀的可调范围，改善控制系统的品质，以满足工艺上的要求。因此设计一分程控制，以塔顶压力恒定为主要控制目的，当投操纵变量气态丙烯流量的改变不足于控制断控制压力时，调解去尾气管线上的流量，以达到控制塔顶的压力的目的。

3.回流罐的液位与回流管的回流量串级均匀

为保证回流量的稳定，以及使回流罐不流空，设计此液位一流量串级控制系统。

4.塔釜的液位与塔釜流出的流量的串级均匀控制

同上一控制系统相似，由于变量间的相互关联、为保证塔内的液位恒定，去脱丁烷塔管线的流量稳定，设计此串级控制系统，以达到控制塔内液位与流出量的稳定。

5.为保证反应的稳定进行，设计一进料流量的均匀控制

6.报警系统

为保证塔釜、回流罐、冷凝器的液位不超过可控范围，可分别设计一液位报警系统——当塔釜液位偏离30%-90%时，冷凝器液位偏离20%-80%

时，回流罐液位偏离30%-80%时，报警提示。

为了保证塔压的变化不超过允许值，分别在塔顶与塔底安装了一个具有温度上限报警的温度检测仪表。为了保证塔压的变化不超过允许值，在位于塔上部的地方装一带压力上限报警系统的压力检测仪表

7.除了上述控制装置外，还设计有对进料、塔底采出、不凝气体排出、回流物温度检测。

具体见附图：脱丙烷塔工艺流程图。

8.控制室平面布置图绘制说明

由于生产装置处于露天，工艺介质易燃、易爆，且主导风向由西向东，因此设计此控制室位子生产装置的西边，且门跟窗都向着生产装置。控制盘背向生产装置，以利于电缆进入与之连接。具体见控制室平面布置图。

三、节流装置计算:

1、己知条件:

(1)被测流体:饱和水蒸汽

(2)流量:

Mmax=1350 kg/h

Mcom=900 kg/h

Mmin=450 kg/h

(3)工作压力:ρ= 0.15Mpa (绝压)

(4)工作温度:t1= 110.0

(5)允许的压力损失:应尽是小

(6)管道内径:D20=200mm

(7)仍管道材质:20#钢，新无缝管

(8)管道和局部阻力件敷设简图如下所示。图中LI、L2, LO按设计要求要求设。

(9)要求采用角接取压（环室）标准孔板，配电动差压变送器。

2.辅助计算

（本例中的公式右侧标注的页号和图、表号与《国家标准流量测量节流装置》）

(1)工作状态下，质量流量标尺上限：Ｍ＝1600kg/h

(2)管道材质的线膨胀系数：∧D=12.12×106- mm/mm·c

(3)工作状态下，管道内径：

D=D20[1+∧D(t1-20)]=200×[1+12.12×106-×(110-20)]=200.218mm

(4)工作状态下,饱和水蒸气的粘度:η=25×106-Pa·s

(5)工作状态下,饱和水蒸气的密度:ρs=0.8528kg/m3

(6) 工作状态下,饱和水蒸气的等熵指数: χ=1.29

(7)管道粗糙度: K=0.10

(8)管径与粗糙度之比: D/K=200.218/0.10=2002.18>100 (9)求ReD m in 的值: ReD m in =354×10

3

-×

ηD M min =354×103-×6

10

25218.200450-?? =3.1825×104

(10)求ReD com 的值: ReD com =354×10

3

-×

ηD Mcom =354×103-×6

10

25218.200900-??=6.3651×104

(11)根据ReD m in =3.1825×104

和角接取压标准孔板的要求,角接取压标准孔板适用的最小雷诺数ReD m in 推荐值可知,在β<0.50的范围内β取任意值时,因流量变化引起的流量系数α0的改变,其附加误差小于0.5%。

(12)由于要求压力损失尽量小，故取β=0.48为确定差压上限的依据。 (13)确定差压上限： a ：令γ

Re

=1,R eD =105

,β=0.48 取 α

0β

2

=0.14324

b:h max =122202)003999.0(ρβαD M =8528

.0)218.20014324.0003999.0(16002

22

??? =5693.1 Pa=5.693 kPa 取：h 20=6.0KPa C:验算P2/P1值 P2/P1=（140-6）/140=0.96≥0.75 上述h 20值可用

d ：选用1151DP-4E22M1B3D2Fa 型电容式差压变送器

(14)求h com 20值：h com 20=（Mcom/M ）2

h 20=（900/1600）2

×6.0=1.8984 kPa

e ：计算：(1)令γRe

=1, ε=1,根据M com 、1ρ、D 、h com 20，求（α

0β

2

）1值：

（α

0β

2

）1=

com h D

Mcom

2012

003999.0ρ=

1898

8528.0218

.200003999.0900

2

??

=0.1395 （2）根据（α

0β

2

）1、ReD com ，求1β值：取接近（α

0β2

）1=0.1395，ReD com =6.3651

×104

的β值，查表可得 1β=0.474

（3）根据D/K 、1β、ReD com ，求Re γ值： Re γ=（10-γ）1)6

Re lg (+D

式中 10=γ 得 Re γ=1

（4）根据P2/P1，χ、1β，求ε值：P2/P1=0.96，χ=1.29，1β=0.474

ε=1-（0.3707+0.3184β2）[1-z P P 11

2)(]935

.0=1-(0.3707+3.84×2474.0)935.029.11

])96.0(1[-

=0.9849

(5)求（α

0β

2

）2的值:（α

0β

2

）2=

ε

γβαRe 1

20)( =

9849

.011395

.0?=0.1416

(6)根据（α

0β

2

）2、ReD com ，求β和α的值：

D Re 5×410 4108?

β α

α0

β

2

α

α

β

2

0.476 0.6224 0.14103 0.6213 0.14078 0.477 0.6226 0.14166 0.6215 0.14141 0.478

0.6228

0.14230 0.6217 0.14205 D Re =5×410时： '2β=0.476+4769.0)476.0477.0(14103.014166.014103

.01416.0=---

'0α=6226.0)062246226.0(14103.014166.014141

.01416.06224.0=---+

D Re =4108?时： ''2β=4773.0)6215.06217.0(14141.014205.014141

.01416.0477.0=---+

''0α=6216.0)6215.06217.0(14141

.014205.014141

.01416.06215.0=---+

D Re =4

104386.6?时： )4769.04773.0(10

)58(10)54386.6(4769.04

4

2-?-?-+=β=0.4771 )6226.06216.0(10

)58(10)54386.6(6226.04

4

0-?-?-+=α=0.6221 （7）求d 值： d=D ?2β=0.4771×200.218=95.5240mm （8）验算：com com

h d M

20120'003999.0ρεα=

=4.18988528.0524.959849.06221.0003999.02

????=899.5932kg/h

com

com com M

M M M -=

'δ×100%=900900

5932.899-×100%=-0.045% 上述计算合格。 （9）求20d 的值： 孔板采用1Cr18Ni9Ti 不锈钢。

∧d=17.00×6

10-mm/mm ·C 20d =d/[1+∧d(1t -20)]=95.524/[1+17.00×6

10-×(110-20)]=95.3781±0.045mm/mm ·C (10)求实际的最大压力损失p δ的值:

p δ=2

02011β

αβα+-20h =0.64771.06221.014771.06221.0122

??+?- =4.5115kPa (11)确定最小长度: L1=20D=4000mm L2=6D=1200mm L0=10D=2000mm 四、蒸汽流量控制阀口径计算：仪表位号：FV-102 1.已知条件

（1）流体：饱和蒸汽

（2）正常流量条件下： 阀前绝压：P 1=140kPa 阀后绝压：P 2=105kPa 阀前温度：t 1=110℃ 管道内径：D 1= D 2=200mm 正常流量：M S =900kg/h 密度：ρS =0.8528kg/m

3

（3）稳态最大流量：M max =1350kg/h

（4）选型：气动单座调节阀，等百分比固有流量特性，流开向型。 2.计算：

（1）判断是否阻塞流

查《石油化工自动控制设计手册》得

临界差压变比系数r X =0.72以及气体绝热指数K=1.29

则 比热系数 K F =K/1.4=1.29/1.4=0.92 K F r X =0.92×0.72=0.66

差压比 X=△P/ P 1 =（P 1- P 2）/ P 1 =0.035/0.140=0.25可见，X 〈K F r X ，故为非阻塞流。 （2）n C 值计算： 膨胀系数Y=1-

r K X F X 3=1-72

.066.0325.0??=0.82

n C =

δ

ρ1116.3XP Y

W c =

8528

.014025.01

82.016.3900???=63.57

（3）m ax C 值的计算： max W =1.2m ax c W =1.2×1350=1620kg/h m ax C =

c

n

W C W max =1620×63.57÷900=114.43 （4）口径的选定：选阀的公称流量系数和公称通径： 100C =120， DN=d=100mm （5）相对行程计算：控制阀在正常流量条件下：

ι=（1+0.68)/lg(100C C n ）×100%=（1+0.68)120/57.63lg(）×100%=81.2%

基本符合等百分比特性控制阀正常流量时相对形成为80%左右的要求。（直线流量特性控制阀正常流量时，要求ι=60%）

参考文献

1.孙洪程，翁唯勤编.过程控制工程设计.北京：化学工业出版社，2000

2.周泽魁主编.控制仪表与计算机控制装置.北京：化学工业出版社，2002

3.王树青等编著.工业过程控制工程.北京：化学工业出版社，2002

4.苏彦勋等编著.流量计量与测试.中国计量出版社，1991

5.湖南大学化工系无机化工教研室.化工手册（上），1976

6.纪纲编著.流量测量仪表应用技巧.北京：化学工业出版社，2003

7.何衍生等编著.控制阀工程设计与应用.北京：化学工业出版社，2005

8.谢小球编著.石油化工测量及仪表.中国石化出版社，1994

9.梁朝林编著.化工原理.广州：广东高等教育出版社，2000

10.张建宏，蒙建波编著.自动检测技术与装置.北京：化学工业出版社，2004 11.陆德明编著.石油化工自动控制设计手册.北京：化学工业出版社，2000

附件：节流装置计算数据表

设计单位名称工程名

称再沸器

加热装

置

设计项目脱丙烷塔自控

编制节流装置计算数

据表

校核

审核第一页共一页序号 1 2 3

节流装置位号FRC-107-2

用途蒸汽流量测量

操作条件介质及成分饱和蒸汽温度℃110

压力Mpa（绝）0.15

密

度

标准状态kg/Nm3

操作状态kg/m3 0.8528

粘

度

动力粘度Pa*s 25*6

10-运动m/s 42.90*6

10-流

量

液体kg/h

蒸汽kg/h

气体Nm/h

最大1350

正常900

最小450

相对温度%

允许压力损失KPa 尽量小

管道规格mm 219*9

管道材料20#钢

安装方式水平

选用仪表显示仪表型号IRV-4131-0023

流量刻度0~1600kg/h（方根）变送器型号1151DP4E00M1B3 最大差压KPa 6.0

节流装置数量 1

节流装置形式环室式标准孔板取压方式角接

制造孔径反公差mm 95.3776+-0.052 孔板材料1G18Ni9Ti

环室材料20#钢

附件

管道法兰规格

制造图号

备注

控制阀计算数据表

设计单位名称工程名

称再沸器

加热装

置

设计项目脱丙烷塔自控

编制控制阀计算数据

表编号

校核

审核第一页共二页序号 1 2 5

控制阀位号FR1-107-2

用途提馏段温度控制

介质及成分饱和水蒸气

温度℃110

阀前压力Mpa 0.140

阀后压力MPa 0.105

流量液体kg/h

蒸汽kg/h

气体Nm2/h

最大1350

正常900

最小450

密度液体kg/m3

蒸汽kg/m3 0.8523 气体kg/m3

Pa*s 25*6

10管道规格mm 219*9

结果最大流量系数C 107.86 相对行程e % 79.5

执行机构或调节阀体数量 1

型号ZMAP-1.6K 公称流量系数C 120

口径DN*d mm 100*100

流量特性等百分比

材

料

阀芯1G18Ni9Ti

阀体ZG1G18ni9

填料

附件定

位

器

型号VP107

规格输入4~20mA

气源压力MPa 0.14

过滤器减压阀型号QDY-200

其他

备注

自控设备表

设计单位工程

名称自控设备

表

编制黄连胜图号

设计

项目

校核

设计阶段施工

图

审核第一

页

共一页

控制系统名称再沸器加热蒸汽流量调节控制

点位

号FRC-107 -2

仪表位置TRT-106 FV-107-2 FRC-107-2

仪表及其附件数量 1 1 1

名称温度变送器启动煤阀流量控制器

型号ZMAP-1.6

K

规格0~1600kg/

h

PID

正作用

电源：

~220V

50HZ

操作条件介质及

垂度

饱和水蒸气饱和水蒸

气

温度/℃110℃110℃

表压/Mpa

流量

或液

位

最大1350kg/h 1350kg/h

正常900kg/h 900kg/h

最小450kg/h 450kg/h

安装地点安装图号备注

脱丙烷塔工艺流程图

回流罐液位流量串级控制仪表回路接线图

控制室平面布线图

标准孔板接线图

过程控制课程设计汇本(脱丙烷塔控制系统设计有图)

成绩： 《过程控制工程》 课程设计报告 题目：脱丙烷塔控制系统设计 学院：计算机与电子信息学院 班级：自动化 姓名： 学号： 指导教师： 起止日期：2012年12月31日～2013年01月4日

目录 一、设计任务书 (2) 二、设计说明书 (5) 1、摘要 2、基本控制方案的设计与分析 3、节流装置的计算 4、蒸汽流量控制阀口径的计算 三、参考文献 (11) 四、附图 (15)

一、设计题目： 《脱丙烷塔控制系统设计》 二、设计目的： 1、掌握控制系统的基本构成、原理及设计的方法和步骤。 2、掌握控制方案的设计、仪表选型的方法及管道流程图、仪表接线图、仪表安装等 图的绘制方法。 3、掌握节流装置和调节阀的计算。 4、了解信号报警及联锁系统的设计和顺序控制系统的设计。 5、通过理论联系实际，掌握必须的工程知识，加强对学生实践动手能力和独立完成 工程设计任务能力的培养。 三、设计所需数据： 1、主要工艺流程和环境特征概况 脱丙烷塔的主要任务是切割C3和C4混合馏分，塔顶轻关键组分是丙烷，塔釜重关键是组分丁二烯。主要工艺流程如图1所示：第一脱乙烷塔塔釜来的釜液和第二蒸出塔的釜液混合后进入脱丙烷塔，进料为气液混合状态，液化率为0.28。进料温度为32℃，塔顶温度为8.9℃，塔釜温度为72℃。塔操作压力为0.75MPa(绝压)。采用的回流比约为1.13。冷凝器由0℃丙烯蒸发制冷,再沸器加热用的0.15 MPa(绝压)减压蒸汽由来自裂解炉的0.6 MPa(绝压)低压蒸汽与冷凝水混合制得的。和其他精馏塔一样，脱丙烷塔也是一个高阶对象，具有对象通道多、在机理复杂、变量间相互关联、动态响应慢、控制要求高等特点。脱丙烷塔的自动控制应满足质量指标、物料指标、能量平衡及约束条件等要求。 脱丙烷塔所处的环境为甲级防爆区域,工艺介质为多种烃类混合物,沸点低、易挥发、易燃、易爆，生产装置处于露天，低压、低温。主导风向由西向东。 2、仪表选型说明 所选仪表应具有本质安全防爆性能等特点，电动Ⅲ型仪表在安全性、可靠性等方面已能满足要求。电动仪表信号传送快且距离远，易与计算机配合使用，除控制阀外，最好全部选用电动Ⅲ型仪表。采用安全栅，可构成本质安全防爆系统。

脱丁烷塔改造及运行分析

脱丁烷塔改造及运行分析 摘要：详细介绍了首套煤制烯烃项目脱丁烷塔运行原理及改造背景，结合上游原料关键组分含量和下游MTBE产品中重组分含量分析改造的必要性及设计需求，并对改造后的脱丁烷塔进行工艺参数优化，达到降低混合C4损失、满足碳四装置原料需求的目的。 关键词：脱丁烷塔改造混合C4损失重组分 一、项目介绍 神华包头煤制烯烃项目烯烃分离装置采用的是美国Lummus公司的前脱丙烷后加氢、丙烷洗工艺技术，将来自甲醇制烯烃装置的产品气通过三级压缩、酸性气体脱除、洗涤和干燥后，在高、低压脱丙烷塔进行初次分离。高压脱丙烷塔顶物流经产品气四段压缩后送至脱甲烷塔，其塔顶产品主要是甲烷，经冷箱换热后得到燃料气。高压脱丙烷塔底物流送至脱丁烷塔，得到C5以上产品和混合C4产品。脱甲烷塔底物流送至脱乙烷塔进行C2和C3分离，塔顶C2进入乙烯精馏塔塔，塔顶产品即为聚合级乙烯产品。塔底C3进入丙烯精馏塔，塔顶馏分便是聚合级丙烯。聚合级的乙烯和丙烯产品分别送入聚乙烯装置和聚丙烯装置作原料，混合C4送至C4装置作为深加工原料。同时，随着原油价格上涨、能源消费结构的变化、加工技术的进步，混合碳四作为石油化工基础原料用于生产具有高附加值的精细化工产品和合成橡胶等技术已成为石油化工研究和投资热点[1]。因此，为了有效降低脱丁烷塔釜物料中的碳四损失，增加混合碳四产量，同时保证混合碳四质量满足下游装置原料需求，我公司经分析决定对脱丁烷塔进行改造。 二、脱丁烷塔改造 1.脱丁烷塔运行原理 脱丁烷塔为板式塔，塔内安装有47块塔盘，塔径1100mm，塔高为29000mm，进料口在28块塔盘上，塔顶设有热旁路调节塔压，塔釜设有蒸汽再沸器。脱丁烷塔（160T605）从C5’s及更重的组分中分离出C4，s组分。脱丁烷塔的进料来自低压脱丙烷塔（160T502）塔釜。从界区外来的混合C4’s物流作为回流的补充。脱丁烷塔顶采出C4产品送往烯烃罐区，作为碳四装置原料储备。塔釜采出C5+产品送往烯烃罐区，作为副产品外卖。设计中混合C4中C5+含量不高于5wt%，混合C5中C4-含量不高于2.5wt%。 脱丁烷塔的压力通过两个压力调节器进行控制。第一个压力调节器PC-661通过分程控制去脱丁烷塔塔顶冷凝器（160E617）冷却水的量（A阀）和热旁通量（B阀）来控制塔压。当第一个压力调节器不能阻止塔压持续上升时，则第二个压力调节器将打开脱丁烷塔回流罐（160V605）顶部的压力调节阀PC-660将物料排放到火炬系统。

机电控制系统课程设计

JIANG SU UNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 3140301171 指导教师：毛卫平 2017年 6月

目录 一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19) 五：参考文献 (20)

一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。

过程控制系统课程设计报告报告实验报告

成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》 名称：单容水箱液位过程控制 班级：2011级自动化过程控制方向 姓名： 学号：

目录 前言 一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13)

前言 现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。 首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的 集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、 电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。 其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。 第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。

脱丙烷塔控制系统设计

《过程控制工程》课程设计报告 题目：脱丙烷塔控制系统设计 学院：计算机与电子信息学院 班级：电气08-3 __________ 姓名：______________________ 学号：__________________________ 指导教师：____________________

起止日期：2012年01月04日?2012年01月12日 摘要 脱丙烷塔的主要任务是利用混合液中各组分挥发度的不同分离丙烷和丁二烯组分，并达到规定的纯度要求。塔顶轻组分主要是丙烷，塔低重组分主要是丁二烯。其中丙烷占10, 丁二烯占89，其它杂质占1。 为了满足脱丙烷塔的自动控制的质量指标、物料指标、能量平衡及约束条件等要求。设计包括提馏段的温度与蒸汽流量的串级控制；塔顶鸭梨为被控变量，气态丙烯与去尾气管线组成分层控制；进料流量的简单均匀控制；回流罐的液位与回流管的回流量组成串级均匀控制；回流量的定制控制；以及进料、回流、塔顶、塔釜的温度检测，塔压检测，回流量的流量检测等。 关键字：串级控制，被控变量，分层控制，均匀控制，定值控制, 检测。

第一章主要故意流程和环境特征概论 (4) 第二章控制原理分析 (5) 1、................................................. 提馏段的温度与蒸汽流量组成串级控制. (5) 2、................................................. 分程控制7 3、................................................. 单回路均匀控制回路.. (7) 4、................................................. 液位报警系统8 5、................................................. 温度检测系统8 第三章节流装置的设计计算 (10) 第四章调节阀口径计算 (15)

控制系统仿真课程设计

控制系统仿真课程设计 （2010级） 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2013年7月

控制系统仿真课程设计（一） ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的 本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理 锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。 常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。 图1-1 锅炉汽水系统图

在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示： （1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性 汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为 ()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1） （2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著，会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性，变化速度很快，变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ （1.2） 常用的锅炉水位控制方法有：单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量，显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节，构成前馈-反馈符合控制系统，可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性，并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此，可将给水流量信号引入，构成三冲量调节系统，如图1-2所示。图中LC 表示水位控制器（主回路），FC 表示给水流量控制器（副回路），二者构成一个串级调节系统，在实现锅炉水位控制的同时，可以快速消除给水系统扰动影响；而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。

过程控制系统课程设计报告

~ 过程控制系统课程设计报告 · 题目：温度控制系统设计 姓名： 学号： 班级： 指导教师： ` )

温度控制系统设计 一、设计任务 设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。 二、预期实现目标 通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。( 三、设计方案 （一）系统数学模型的建立 要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。 在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。 经过试验，得到下表所示的时间-温度表： 表1 采样时间和对应的温度值

采样时间 t 8 》 9 10 11 12 13 温度值℃ 64 · 72 79 86 93 98 以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： < 图1 时间-温度曲线 采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。 从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。因此我们选用 ()1s ke G s Ts τ-= + （式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内

基于脱丙烷塔的精馏塔建模及稳态仿真

化工动态建模报告 题目：基于脱丙烷塔的精馏塔建模及稳态仿真姓名: 赵东 学号：2011200832 班级：信研1102

目录 一、背景介绍 (3) 1、课题背景 (3) 2、气分脱丙烷装置介绍 (3) 二、模型分析 (5) 1、建模方法 (5) 2、机理分析 (5) 三、模型建立 (7) 1、参数整理 (7) 2、逐板递推计算公式 (8) 四、仿真实验 (10) 1、仿真界面 (10) 2、仿真验证 (12) 2.1、脱丙烷塔的仿真检验 (12) 2.2、其它模型工况参数检验 (16) 参考文献 (18) 附录程序 (19)

一、背景介绍 1、课题背景 精馏塔作为化工流程中最重要的设备之一，一直是人们研究的热点。而一套好的精馏塔模型，可以给我们的研究和控制带来很多便利。本课题基于气分脱丙烷过程，研究学习了脱丙烷塔的模型建立，用脱丙烷过程中实际工况数据加以验证。此外，基于此模型还编制了一个精馏塔稳态仿真的MATLAB界面，适用于其它相似的分离过程，达到方便且快捷仿真的目的。 2、气分脱丙烷装置介绍 气体分馏装置是以催化裂化装置所产液化气经脱硫、脱硫醇后作为原料，主要生产精丙烯，再作为聚丙烯装置的原料。丙烷馏分可作为工业丙烷或与碳四混合后作为民用液化气。 脱除硫化氢和硫醇的催化液化气进入装置，经凝聚脱水器脱除游离水后进入脱丙烷塔进料罐，液化气通过脱丙烷塔进料泵从进料罐抽出，经原料—碳四换热器换热后，再经脱丙烷塔进料加热器加热，以泡点状态进入脱丙烷塔的进料塔板。 脱丙烷塔采用了69层高效浮阀塔。塔顶蒸出的碳二、碳三馏分经脱丙烷塔顶冷凝器冷凝冷却后进入脱丙烷塔顶回流罐，冷凝液自脱丙烷塔顶回流罐抽出，一部分用脱丙烷塔顶回流泵送入塔顶第69层塔板上作为塔顶回流，另一部分用脱乙烷塔进料泵抽出作为进料。脱丙烷塔底再沸器热源为中压蒸汽。塔底碳四采出馏分经于原料换热后，再经碳四馏分冷却器冷却后送至液化气罐区。如图1.1[1]。

脱丙烷塔操作指导

2＃裂解装置在较长一段时期内处于低负荷操作，班组对高负荷下的系统操作显得不够熟悉。对于2#裂解装置，由于操作滞后对系统的影响比1#装置要大许多，因此我们要充分认识到操作的困难性和苛刻性，并及时进行调整。高压脱丙烷塔TB401在高负荷状态下运行会出现瓶颈问题： 第一、在高负荷下高压脱丙烷塔TB401当前只投一台再沸器，盘油调节阀 FV24002几乎要接近全开（目前新增脱丙烷塔再沸器EB-401C正在施工中，等施工完毕后投两台再沸器并运，第三台备用）。当液相进料在超过35t/h时，TB-401塔的分离效果会比较差，塔釜轻组分偏多，容易造成低压脱丙烷塔系统和脱丁烷塔系统超压。所以在高负荷状态下，应联系急冷岗位尽量提高盘油温度，以保证TB401灵敏板温度控制在38－40℃，塔釜温度保持在80-83℃；同时要密切注意TB401塔釜分析仪表C2组分的变化，如果仪表有较大的偏差必须马上通知仪表进行处理。 第二、在提高高压脱丙烷塔再沸用量时，必须要注意塔顶的C4组分不能超标，塔顶温度控制在-5℃以下，否则过多重组分带入碳二加氢系统，会影响催化剂活性和寿命。 第三、在进行裂解炉切炉、投料负荷及COT改变、液相干燥器切换排液等操作时，应密切注意TB401液相进料量变化，在确保TB401状态正常前提下进行前述操作。此项工作值班长必须跟踪前后系统变化，协调前后岗位的合作，保证系统的平稳运行。 第四、如果出现TB402、TB530超压的情况，塔顶冷剂量不能无限的增加，要确保压缩机的安全运行。主操必须冷静分析原因，塔顶冷凝器换热效果不好、或者是进料轻组分过多、或者是塔釜再沸量过大等等，针对相应的情况作出正确的调整。 第五、TB402超压调整措施：当发生低压脱丙烷塔TB401塔压超高、回流罐VB-402液位偏低时，高压脱丙烷塔TB401由于少了自VB402的这股回流(FV24009)，TB401的顶温会迅速上升。此时，应加大自VB401的这股回流FV24006（VB401液位时可通过EB409冷剂进行调节）。同时，应逐渐提高TB401的釜温至80-83℃，减少塔釜的碳二含量。低压脱丙烷塔超压时，可以通过VB402的火炬排放阀HV24018进行控制。

控制系统仿真课程设计

控制系统数字仿真课程设计 1．课程设计应达到的目的 1、通过Matlab仿真熟悉课程设计的基本流程； 2、掌握控制系统的数学建模及传递函数的构造； 3、掌握控制系统性能的根轨迹分析； 4、学会分析系统的性能指标； 2．课程设计题目及要求 设计要求 1、进行系统总体设计，画出原理框图。（按给出的形式，自行构造数学模型，构造成1 个零点，三个极点的三阶系统，主导极点是一对共轭复根） G（s）=10(s+2)/(s+1)(s2+2s+6) 2、构造系统传递函数，利用MATLAB绘画系统的开环和闭环零极点图；(分别得 到闭环和开环的零极点图)参考课本P149页例题4-30 clear; num = [10,20]; den =[1 3 8 6]; pzmap(num,den) 3、利用MATLAB绘画根轨迹图，分析系统随着根轨迹增益变化的性能。并估算超 调量=16.3%时的K值（计算得到）。参考课本P149页例题4-31 clear num=[10,20]; den=[1 3 8 6]; sys=tf(num,den); rlocus(sys) hold on jjx(sys); s=jjx(sys); [k,Wcg]=imwk(sys)

set(findobj('marker','x'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); set(findobj('marker','o'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); function s=jjx(sys) sys=tf(sys); num=sys.num{1}; den=sys.den{1}; p=roots(den); z=roots(num); n=length(p); m=length(z); if n>m s=(sum(p)-sum(z))/(n-m) sd=[]; if nargout<1 for i=1:n-m sd=[sd,s] end sysa=zpk([],sd,1); hold on; [r,k]=rlocus(sysa); for i=1:n-m plot(real(r(i,:)),imag(r(i,:)),'k:'); end end else disp; s=[]; end function [k,wcg]=imwk(sys) sys=tf(sys) num=sys.num{1} den=sys.den{1}; asys=allmargin(sys); wcg=asys.GMFrequency; k=asys. GainMargin;

过程控制系统课程设计报告

过程控制系统课程设计报告 题目：温度控制系统设计 姓名： 学号： 班级： 指导教师：

温度控制系统设计 一、设计任务 设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。 二、预期实现目标 通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。 三、设计方案 （一）系统数学模型的建立 要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。 在本系统中，被控量是温度。被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。在整个实验过程中，水量是不变的。 经过试验，得到下表所示的时间-温度表： 表1 采样时间和对应的温度值

以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： 图1 时间-温度曲线 采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。 从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。因此我们选用 ()1s ke G s Ts τ-= + （式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。 （1）k 的求法：k 可以用下式求得： ()(0) y y k x ∞-= （x ：输入的阶跃信号幅值）

智能控制系统课程设计

目录 有害气体的检测、报警、抽排.................. . (2) 1 意义与要求 (2) 1.1 意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 2 设计总体方案 (2) 2.1 设计思路 (2) 2.2 总体设计方框图 2.3 完整原理图 (4) 2.4 PCB制图 (5) 3设计原理分析 (6) 3.1 气敏传感器工作原理 (7) 3.2 声光报警控制电路 (7) 3.3 排气电路工作原理 (8) 3.4 整体工作原理说明 (9) 4 所用芯片及其他器件说明 (10) 4.1 IC555定时器构成多谐振荡电路图 (11) 5 附表一：有害气体的检测、报警、抽排电路所用元件 (12) 6.设计体会和小结 (13)

有害气体的检测、报警、抽排 1 意义与要求 1.1.1 意义 日常生活中经常发生煤气或者其他有毒气体泄漏的事故，给人们的生命财产安全带来了极大的危害。因此，及时检测出人们生活环境中存在的有害气体并将其排除是保障人们正常生活的关键。本人运用所学的电子技术知识，联系实际，设计出一套有毒气体的检测电路，可以在有毒气体超标时及时抽排出有害气体，使人们的生命健康有一个保障。 1.2 设计要求 当检测到有毒气体意外排时，发出警笛报警声和灯光间歇闪烁的光报警提示。当有毒气体浓度超标时能自行启动抽排系统，排出有毒气体，更换空气以保障人们的生命财产安全。抽排完毕后，系统自动回到实时检测状态。 2 设计总体方案 2.1 设计思路 利用QM—N5气敏传感器检测有毒气体，根据其工作原理构成一种气敏控制自动排气电路。电路由气体检测电路、电子开关电路、报警电路、和气体排放电路构成。当有害气体达到一定浓度时，QM—N5检测到有毒气体，元件两极电阻变的很小，继电器开关闭合，使得555芯片组成的多谐电路产生方波信号，驱动发光二极管间歇发光；同时LC179工作，驱使蜂鸣器间断发出声音；此时排气系统会开始抽排有毒气体。当气体被排出，浓度低于气敏传感器所能感应的范围时，电路回复到自动检测状态。

过程控制系统课程设计

步进式加热炉控制系统设计 一、步进式加热炉工艺流程 1. 步进式加热炉简介 ⑴步进式加热炉步进式加热炉是一种靠炉底或水冷金属梁的上升、前进、下降、后退的动作 把料坯一步一步地移送前进的连续加热炉。 炉子有固定炉底和步进炉底，或者有固定梁和步进梁。前者叫做步进底式炉，后者叫做步进梁式炉。轧钢用加热炉的步进梁通常由水冷管组成。步进梁式炉可对料坯实现上下双面加热。 （2）步进式炉的几种类型 步进式炉从炉子构造上分目前有：单面供热步进式炉、两面供热步进式炉、钢料可以翻转的步进式炉、交替步进式炉、炉底分段的步进式炉等等。 单面供热步进式炉也称步进底式炉，钢料放置在耐火材料炉底或铺设在炉底上的钢枕上。钢坯吸热主要来自上部炉膛，由于一面受热，这种炉子的炉底强度较低。它适用于加热薄板坯、小断面方坯或有特殊要求的场合。 两面供热步进式炉也称步进梁式炉，活动梁和固定梁上都安设有能将钢坏架空的炉底水管。在钢坯的上部炉膛和下部炉膛都设置烧嘴，因此炉底强度较高，适用于产量很高的板坯或带钢轧前加热。 钢坯可以翻转的步进式炉是每走一步炉内钢料可以翻转某一角度，步进梁和固定梁都带有锯齿形耐热钢钢枕，这是加热钢管的步进式炉，每走一步钢管可以在锯齿形钢枕上滚动一小段距离，使受热条件较差的底面逐步翻转到上面，以求加热均匀。 交替步进式炉则有两套步进机构交替动作。运送过程中，钢坯不必上升和下降，振动较小，底面不会被划伤，表面质量较好 炉底分段的步进式炉的加热段和预热段可以分开动作。例如预热段每走一步，加热段可以

走两步或两步以上。这种构造是专门为易脱碳钢的加热而设计的。钢坯在预热段放置较密，可以得到正常的预热作用，在加热段钢坯前进较快，达到快速加热，以减少脱碳。 （3）步进式炉的优缺点 步进式炉是借机械将炉内钢坯托着一步一步前进，因此钢坯与钢坯还不必紧挨着，其间距可根据需要加以改变。 原始的步进式炉只用于加热推钢机无法推进的落板坯或异形坯，随着轧机的大型化和连续化，推钢式炉已不能满足轧机产量和质量的要求。在这种情况下，近十年来造价较高的步进式炉得到了快速发展，其结构也日趋完善。 步进式炉具有以下特点：（1）炉子长度不受钢坯厚度的限制，不会拱钢，炉子可以建得很长，目前有些炉子已接近60 米长，一个步进式炉可以代替1.5—2 个推钢式炉。（2）操作上灵活性较大，可以通过改变装料间隙调节钢坯加热时间，且更换品种方便。（3）炉内钢料易于清空，减少停炉时清除炉内钢料的时间。（4）钢坯在炉内不与水管摩擦，不会造成通过轧制还不能消除的伤痕。（5）水管黑印小，即能得到尺寸准确的轧材。（6）两面加热步进式炉可以不要实底均热段，因此加热能力比推钢式炉稍大。（7）没有出料滑坡，减少了由于滑坡高差作用而吸入炉内的冷空气。（8）钢坯有侧面加热，这样可实现三面或四面加热，因此加热时间短，钢坯氧化少。（ 9）生产能耗大幅度降低,从炼钢连铸后开始全连续的直接生产。（ 10）产量大幅度提高,在100* 104t/a 以上。（ 11）生产自动化水平非常高，原加热炉的控制系统大都是单回路仪表和继电器逻辑控制系统，传动系统也大多是模拟量控制式供电装置，现在的加热炉的控制系统大多数都具有二级过程控制系统和三级生产管理系统，传动系统都是全数字化的直流或交流供电装置。 步进式炉的缺点是炉底机械设备庞大，维护和检修都较复杂，炉子造价太高。两面供热的步进式炉炉底水管较多，热损失大。单面供热的步进式炉虽然无水冷热损失，但产量较低。因此，尽管步进式炉有很多优点，仅由于它造价太高，目前在中小型厂全面推广还不适宜。

任务书3脱丙烷塔

《过程控制工程》课程设计任务书 一、设计题目：脱丙烷塔控制系统设计 二、设计目的： 1、掌握控制系统的基本构成、原理及设计的方法和步骤。 2、掌握控制方案的设计、仪表选型的方法及管道流程图、仪表接线图、 仪表安装等图的绘制方法。 3、掌握节流装置和调节阀的计算。 4、了解信号报警及联锁系统的设计和顺序控制系统的设计。 5、了解过程控制设计的设计文件构成及编制。 6、通过理论联系实际，掌握必须的工程知识，加强对学生实践动手能力 和协作完成工程设计任务能力的培养。 三、设计所需数据： 1、主要工艺流程和环境特征概况 脱丙烷塔的主要任务是切割C 3和C 4 混合馏分，塔顶轻关键组分是丙烷，塔 釜重关键是丁二烯。主要工艺流程如附图1所示：第一脱乙烷塔塔釜来的釜液和第二蒸出塔的釜液混合后进入脱丙烷塔，进料为气液混合状态，液化率为0.28。进料温度为32℃，塔顶温度为8.9℃，塔釜温度为72℃。塔内操作压力基本恒定在0.75MPa(绝压)。采用的回流比约为1.13。冷凝器由0℃丙烯蒸发制冷,再沸器加热用的0.15 MPa(绝压)减压蒸汽由来自裂解炉的0.6 MPa(绝压)低压蒸汽与冷凝水混合制得的。和其他精馏塔一样，脱丙烷塔也是一个高阶对象，具有对象通道多、内在机理复杂、变量间相互关联、动态响应慢、控制要求高等特点。假设该脱丙烷塔控制的主要目标是塔釜关键组分，可以再沸器的减压蒸汽流量为操纵变量构成控制系统，且此时再沸器的减压蒸汽流量是经常出现的扰动。同时要保持塔进料稳定，以及塔釜液位与塔底A馏出物料均匀缓慢变化。试设计自动控制，满足质量指标、物料指标、能量平衡及约束条件等要求。 脱丙烷塔所处的环境为甲级防爆区域,工艺介质为多种烃类混合物,沸点低、易挥发、易燃、易爆，生产装置处于露天，低压、低温。主导风向由西向东。 2、仪表选型说明 所选仪表应具有本质安全防爆性能等特点，电动Ⅲ型仪表在安全性、可靠性等方面已能满足要求。电动仪表信号传送快且距离远，易与计算机配合使用，除控制阀外，可选用电动Ⅲ型仪表或采用数字式控制仪表。采用安全栅，构成本质

计算机控制系统课程设计

《计算机控制》课程设计报告 题目: 超前滞后矫正控制器设计 姓名: 学号: 10级自动化 2013年12月2日

《计算机控制》课程设计任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字： 2013年11 月25 日

1.控制系统分析和设计 1.1实验要求 设单位反馈系统的开环传递函数为) 101.0)(11.0(100 )(++= s s s s G ，采用模拟设 计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不小于100，相角裕度不小于40度，截止角频率不小于20。 1.2系统分析 （1）使系统满足速度误差系数的要求: ()() s 0 s 0100 lim ()lim 100 0.1s 10.011V K s G s s →→=?==++ (2)用MATLAB 画出100 ()(0.11)(0.011) G s s s s = ++的Bode 图为： -150-100-50050 100M a g n i t u d e (d B )10 -1 10 10 1 10 2 10 3 10 4 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Gm = 0.828 dB (at 31.6 rad/s) , P m = 1.58 deg (at 30.1 rad/s) Frequency (rad/s) 由图可以得到未校正系统的性能参数为： 相角裕度0 1.58γ=?， 幅值裕度00.828g K dB dB =, 剪切频率为：030.1/c rad s ω=， 截止频率为031.6/g rad s ω=

（3）未校正系统的阶跃响应曲线 024******** 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8 2Step Response Time (seconds) A m p l i t u d e 可以看出系统产生衰减震荡。 （4）性能分析及方法选择 系统的幅值裕度和相角裕度都很小，很容易不稳定。在剪切频率处对数幅值特性以-40dB/dec 穿过0dB 线。如果只加入一个超前校正网络来校正其相角，超前量不足以满足相位裕度的要求，可以先缴入滞后，使中频段衰减，再用超前校正发挥作用，则有可能满足要求。故使用超前滞后校正。 1.3模拟控制器设计 （1）确定剪切频率c ω c ω过大会增加超前校正的负担，过小会使带宽过窄，影响响应的快速性。 首先求出幅值裕度为零时对应的频率，约为30/g ra d s ω=，令 30/c g rad s ωω==。 （2）确定滞后校正的参数 2211 3/10 c ra d s T ωω= ==, 20.33T s =,并且取得10β=

过程控制系统课程设计

一、设计目的与要求： 了解并掌握单回路控制系统的构成和控制原理。了解PID参数整定的基本方法,如Ziｅg ｌer-Nichｏlｓ整定方法、临界比例度法或衰减曲线法。学会用mａtlａb中的Simuliｎｋ仿真系统进行ＰIＤ参数整定。 二、设计正文: 在热工生产过程中，最简单、最基本且应用最广泛的就是单回路控制系统，其他各种复杂系统都是以单回路控制系统为基础发展起来的。 单回路控制系统的组成方框原理图如图１所示,它是由一个测量变送器、一个控制器和一个执行器（包括调节阀),连同被控对象组成的闭环负反馈控制系统。 图1、单回路控制系统组成原理方框图 控制器的参数整定可分为理论计算法和工程整定法。理论计算方法是基于一定的性能指标，结合组成系统各环节的动态特性,通过理论计算求得控制器的动态参数设定值。这种方法较为复杂繁琐，使用不方便,计算也不是很可靠,因此一般仅作为参考；而工程整定法,则是源于理论分析、结合实验、工程实际经验的一套工程上的方法，较为简单,易掌握,而且实用。常用的工程整定法有经验法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法等等,本设计中主要是应用Ziegler－Nichｏls整定方法来整定控制器的参数。 参数整定的基本要求如下所述： 1、通过整定选择合适的参数，首先要保证系统的稳定,这是最基本的要求。 2、在热工生产过程中，通常要求控制系统有一定的稳定裕度,即要求过程有一定的衰减比，一般要求4:1~１0：1。 3、在保证稳定的前提下，要求控制过程有一定的快速性和准确性。所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差和稳态偏差尽量地小,而快速性就是要求控制时间尽可能地短。 总之，以稳定性、快速性、准确性去选择合适的参数。 目前工程上应用最广泛的控制是PID控制，这种控制原理简单,使用方便；适应性强；鲁棒性强，其控制品质对被控对象的变化不太敏感。 （1）比例控制（P控制)：G c(s)＝Kｐ=１/δ; （2）比例积分控制(PＩ控制）:G c(s）=Kｐ（1＋１/TＩs）=１/δ（１+1/T I s）； （3）比例积分微分控制(PＩD控制):Gｃ(s）＝K p(1+1／T I s+T D s）。 Zｉｅｇleｒ－Nichols法是一种基于频域设计ＰID控制器的方法，根据给定对象的瞬态响应来确定PIＤ控制器的参数。如果单位阶跃响应曲线看起来是一条S形的曲线，则可用如下传递函数近似：

自动控制系统课设

唐山学院 自动控制系统课程设计 题目基于MATLAB的按转子磁链定向的异步电动机仿真系 (部) 智能与信息工程学院 班级 12电本1班 姓名董智博 学号 4120208102 指导教师吕宏丽吴铮 2016 年 1 月 18 日至 1 月 22 日共 1 周 2016年 1 月 22 日

《自动控制系统》课程设计任务书

目录 1引言 (1) 2异步电动机的三相数学模型 (2) 2.1异步电动机动态数学模型的性质 (2) 2.2异步电机三相数学模型的建立过程 (2) 2.2.1磁链方程 (3) 2.2.2电压方程 (5) 2.2.3转矩方程 (6) 2.2.4运动方程 (7) 3坐标变换和状态方程 (9) 3.1坐标变换的基本思路 (9) 3.2三相--两相变换（3/2变换和2/3变换） (10) 3.3静止两相坐标系状态方程的建立 (11) 4系统模型生成及仿真............................... 错误！未定义书签。 4.1各模型实现 (14) 4.1.1 3/2变换模型 (14) 4.1.2异步电动机模型 (15) 4.2整体模型 (16) 4.3仿真参数设置 (17) 4.4仿真结果 (17) 5总结 (20) 参考文献 (21)

1引言 异步电动机具有非线性、强耦合性、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。矢量控制系统和直接转矩控制系统是已经获得成熟应用的两种基于动态模型的高性能交流电动机调速系统，矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电机模型，然后模仿直流电机控制策略设计控制系统；直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的正、负符号，根据当前定子磁链矢量所在位置，直接选取合适的定子电压矢量，实施电磁转矩和定子磁链的控制。两种交流电动机调速系统都能实现优良的静、动态性能，各有所长，也各有不足。但是无论是哪种控制方法都必须经过仿真设计后才可以进一步搭建电路实现异步电动机的调速。 本设计是基于MATLAB的按定子磁链定向的异步电动机控制仿真，通过模型的搭建，使得异步电动机能够以图形数据的方式经行仿真，模拟将要实施的转子磁链设计，查看设计后的转矩、磁链、电流、电压波形，对比观察空载起动和加载过程的转速仿真波形，观察异步电动机稳态电流波形，观察转子磁链波形。

过程控制系统课程设计任务书

过程控制系统课程设计任务书 一、课程设计目的 课程设计的主要目的是通过对生产设备的控制装置的设计实践，了解一般控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。 二、操作平台 1.舞台灯光控制平台 2.模拟喷泉控制平台 3.交通信号灯控制平台 4.自动刀库控制平台 5.点阵控制平台 三、设计任务及要求 1.在舞台灯光控制平台上实现：按下启动按钮，中间文字1秒依次闪烁，拱形灯管 从上往下依次闪烁，循环往复。 2.在模拟喷泉控制平台上实现：按下启动按钮，水柱A开始呈放射状喷出，经过一 定时间后，水柱B开始呈喷射状喷出，并与A保持同步喷水，这样依次累加直到A~H所有喷泉全部打开，并能同步实现放射状喷水过程。 3.在交通信号灯控制平台上实现：按下启动按钮，东西向绿灯亮，同时南北向红灯 亮，东西方向车辆均可行驶，维持8s；东西向黄灯亮2s，车辆停止行驶，南北向保持红灯；东西向红灯亮，南北向绿灯亮，南北车辆均可行驶，维持8s；南北向黄灯亮2s，车辆停止行驶，东西向保持红灯。循环往复。 4.在自动刀库控制平台上实现：开机时，刀盘自动复位在1号刀位，操作者利用拨 码选择刀号，程序会判别最短路径，以及是正转还是反转，来找到选择的刀号，且该刀位信号灯常亮。 5.在点阵控制平台上实现：按下启动按钮，点阵屏依次显示绿色数字0-9、大写字母 A-F，间隔2s循环交替；在任一时刻按住暂停键，保持当前数字；按下停止按钮，

自动控制系统课程设计报告

自动控制系统课程 设计报告 课程名称：自动控制系统课程设计报告 设计题目：错位控制无环流可逆调速系统设计院系： 班级： 设计者： 学号： 同组人： 指导教师： 设计时间：

课程设计（论文）任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字：年月日

目录 一、错位控制无环流可逆调速系统的原理................................................................... - 4 - 1、可逆调速系统的原理.................................................................................... - 4 - 2、环流的介绍.................................................................................................... - 4 - 1、环流的定义............................................................................................. - 4 - 2、环流的分类........................................................................................... - 5 - 3、错位控制无环流系统 ................................................................................. - 5 - 1、静态环流的错位消除原理.................................................................. - 5 - 2、错位控制无环流系统的结构............................................................. - 5 - 3、错位控制无环流系统的优缺点 ........................................................ - 6 - 二、系统的设计 ................................................................................................................... - 6 - 1、主电路的设计及参数选择 ........................................................................ - 6 - 1、变压器的选择...................................................................................... - 6 - 2、晶闸管的选择...................................................................................... - 7 - 3、电抗的选择........................................................................................... - 7 - 2、同步变压器及触发器的设计.................................................................... - 7 - 1、触发电路的设计.................................................................................... - 7 - 2、同步变压器的设计............................................................................. - 8 - 3、保护电路的设计........................................................................................... - 9 - 1、过电流保护........................................................................................... - 9 - 2、过电压保护........................................................................................... - 9 - 3、缓冲电路............................................................................................... - 9 - 4、检测环节 ...................................................................................................... - 10 - 1、转速检测............................................................................................. - 10 - 2、电流检测 ............................................................................................... - 10 - 3、电压检测............................................................................................. - 10 - 5、控制电路的设计......................................................................................... - 11 - 1、AVR电压内环的设计 ..................................................................... - 11 - 2、ACR电流环的设计.......................................................................... - 12 - 3、ASR转速环的设计........................................................................... - 13 - 4、AVR、ACR和ASR的限幅设计 .................................................. - 14 - 5、AR反相器的设计............................................................................. - 14 - 三、设计小结...................................................................................................................... - 15 - 四、参考文献...................................................................................................................... - 15 -