過程控制系統課程設計
說明書班級：自動化0801
組員：段家駿、樊奇瑞、成繼彬、方波、李春輝
學號：2008100652、2008100650、2008100653、2008100654、2008100662
目錄1．課程設計任務說明2
二．被控物件特想分析4
三．壓力p2定值調節5
1.系統原理圖5
2.系統工藝流程圖5
四．水箱液位l1定值調節6
1.系統原理圖6
2.系統工藝流程圖6
5．鍋爐流動水溫度t1調節串級出水流量f2調節7
1.系統原理圖7
2.系統工藝流程圖7
6．系統儀表選型8
7．查閱資料9
8．總結13
1．課程設計任務說明
「過程控制課程設計」是「過程控制」課程的乙個重要組成部分。通過實際題目、控制方案的選擇、工程圖紙的繪製等基礎設計和設計的學習，培養學生理論與實踐相結合能力、工程設計能力、創新能力，完成工程師基本技能訓練。
（一) 查閱資料，綜述近幾年工業生產中，pid控制以及自適應控制、神經網路控制、模糊控制等智慧型控制系統的設計與實現，並具體例舉pid和先進控制技術的結合。（約、題目自選）
（二）過程控制系統設計要求
（a）設計題目
1）水箱液位l1定值調節之二（vc1作出水量執行器）
2）壓力p2定值調節之四（用水幫浦作水源、vc2作執行器的並聯式壓力調節）
3）鍋爐流動水溫度t1調節串級出水流量f2調節
（b）設計內容
過程控制系統設計是為實現生產過程自動化，應用圖紙資料和文字資料來表達設計思想和工程實現方法。設計分為兩個階段：
1.設計前期工作
1）查閱資料，對被控物件動態特性進行分析，確定控制系統的被調量和調節量；
2）確定自動化水平，包括確定自動控制範圍、控制質量指標、報警設限及手自動切換水平；
3）提出儀表選型原則，包括測量、變送、調節及執行儀表的選型。
2.設計工作
1）根據對被控物件進行的分析，確定系統自動控制結構，完成控制系統原理圖；
2）根據確定控制裝置和測量取樣點和調節機構，完成控制系統工藝流程圖（pid圖）；
3）根據確定的自動化水平和系統功能，選擇控制儀表，完成控制系統圖（包括系統功能圖和系統邏輯圖）；
4）對所設計的系統進行**試驗，並進行調節器引數整定；
5）編寫設計說明書：
1.提出控制系統的基本任務和要求；
2.被控物件動態特性分析；
3.選擇控制系統控制結構，畫控制原理圖；
4.選擇測點和調節機構畫控制系統工藝流程圖；
5.選擇控制儀表，畫圖（標出調節器作用方向）；
6.根據控制原理圖，進行控制系統**實驗，控制器引數整定；
7.設計總結。
（c）繪製設計圖
1.系統控制原理圖
控制原理圖應反映控制系統的結構。
2.管道及儀表流程（pid）（工藝控制流程圖）
管道儀表流程圖畫法規定
1． 管道及儀表流程圖適用於生產工藝裝置，是用圖示的方法把工藝流程所需的全部裝置、機器、管道及管件和儀表表示出來。它是設計和施工的依據，也是執行和檢修的指南。
2．管道及儀表流程圖安裝比例。
1）一般裝置（機器）圖只取相對比例。
2）實際尺寸大裝置（機器），適用縮小。
3）實際尺寸過小適當放大。
4）可相對示意出各裝置位置的高低。
5）整個圖面要協調、美觀。
3． 圖線：
1）工藝物料線用粗實線。
2）裝置、閥門用細實線。
3）其餘用細實線。
4. 繪出和標註全部有關的檢測點，調節系統。
5. 符號、代號、表示方法符合自控專業要求。（過程檢測、控制流程圖、圖形符號和文字代號）。
火電廠熱工控制常用熱工量字母代號
2.被控物件動態特性分析
水箱液位定製控制系統：
控制變數為出水流量，被控變數為水箱水位
出水流量控制器根據給定值給出出水流量控制電動閥控制指令，從而控制水箱液位，水箱液位感測器採集水箱液位值，反饋到出水流量控制器，與給定值進行比較後得出殘差訊號再次輸出給進水流量控制電動閥，控制水箱液位，從而達到水箱液位為定製的目的。
壓力定製控制系統：
控制變數為出水流量，被控變數為出水壓力。
出水流量控制器根據給定值給出出水流量控制電動閥質量，從而控制出水壓力，出水壓力感測器採集出水壓力值，反饋到出水流量控制器，與給定值進行比較後得出的殘差訊號再次給出水流量控制電動閥，控制出水壓力，從而達到出水壓力為定值的目的。
串級控制系統：
住被控變數為鍋爐流動水溫，福被控變數為出水流量
鍋爐流動水溫度控制器把控制訊號給出水流量控制器，副迴路中，出水流量控制器根據給定值給出出水流量控制電動閥控制指令，從而控制出水壓力，出水壓力感測器採集出水壓力值，反饋到出水流量控制器，與給定值進行比較後得出的殘差訊號再次輸出給進水流量控制電動閥，控制出水壓力；主迴路中，出水流量影響鍋爐流動水溫溫度，鍋爐流動水溫度感測器採集鍋爐流動水溫度，反饋到鍋爐流動水溫度，反饋到鍋爐流動水溫度控制器，與最初的給定值進行比較後得出的殘差訊號再次輸出給出水流量控制器的發揮路控制出水流量，從而達到控制鍋爐劉鼎水溫度的目的。
3．壓力p2定值調節
1.壓力定值控制系統原理圖：
控制變數為出水流量，被控變數為出水壓力。
出水流量控制器根據給定值給出出水流量控制電動閥質量，從而控制出水壓力，出水壓力感測器採集出水壓力值，反饋到出水流量控制器，與給定值進行比較後得出的殘差訊號再次給出水流量控制電動閥，控制出水壓力，從而達到出水壓力為定值的目的。
2.壓力定值控制系統工藝流程圖：
四.水箱液位l1定值調節
1.水箱液位控制系統原理圖：
控制變數為出水流量，被控變數為水箱水位。
出水流量控制器根據給定值給出出水流量控制電動閥控制指令，從而控制水箱液位，水箱液位感測器採集水箱液位值，反饋到出水流量控制器，與給定值進行比較後得出殘差訊號再次輸出給進水流量控制電動閥，控制水箱液位，從而達到水箱液位為定製的目的。
2.水箱液位控制系統工藝流程圖
5．鍋爐流動水溫度t1調節串級出水流量f2調節的流程圖
1.串級控制系統原理圖：
主被控變數為鍋爐流動水溫，福被控變數為出水流量。
鍋爐流動水溫度控制器把控制訊號給出水流量控制器，副迴路中，出水流量控制器根據給定值給出出水流量控制電動閥控制指令，從而控制出水壓力，出水壓力感測器採集出水壓力值，反饋到出水流量控制器，與給定值進行比較後得出的殘差訊號再次輸出給進水流量控制電動閥，控制出水壓力；主迴路中，出水流量影響鍋爐流動水溫溫度，鍋爐流動水溫度感測器採集鍋爐流動水溫度，反饋到鍋爐流動水溫度，反饋到鍋爐流動水溫度控制器，與最初的給定值進行比較後得出的殘差訊號再次輸出給出水流量控制器的發揮路控制出水流量，從而達到控制鍋爐劉鼎水溫度的目的。
2.串級控制系統工藝流程圖：六.控制儀表的選型
七.查閱資料
先進控制技術
所謂先進控制技術(advanced process control，apc)，是對那些不同於常規單迴路控制，並比常規pid控制有更好控制效果的控制策略的統稱。現代複雜的工業生產過程，通過實施先進控制，可以大大提高工業生產過程操作和控制的穩定性，改善工業生產過程的動態效能，減少關鍵變數的執行波動幅度，使其更接近於優化目標值，從而將工業生產過程推向更接近裝置約束邊界條件下執行，最終達到增強工業生產過程的穩定性和安全性，保證產品質量的均勻性，提高目標產品的收率，提高生產裝置的處理能力，降低生產過程執行成本以及減少環境汙染等目的。本文將簡要介紹常用的行之有效的一些先進控制方法及其在流程工業中的應用。
模型**控制
模型**控制是一種基於模型的閉環優化控制策略，已在煉油、化工、冶金和電力等複雜工業過程控制中得到廣泛的應用。模型**控制具有控制效果好、魯棒性強等優點，可有效地克服過程的不確定性、非線性和關聯性，並能方便處理過程被控變數和操縱變數中的各種約束。
**控制演算法種類較多，表現形式多種多樣，但都可以用以下三條基本原理加以概括：①模型**：**控制的本質是在對過程的未來行為進行**的基礎上，對控制量加以優化，而**是通過模型來完成的。
②滾動優化 ：**控制的優化，是在未來一段時刻內，通過某一效能指標的最優化來確定未來的控制作用，這一效能指標涉及到系統未來的行為，並且在下一時刻只施加當前時刻控制作用，它是**反覆進行的，而且優化是有別於傳統意義下的全域性優化。③反饋校正 ：
**控制是一種閉環控制演算法，用**模型**未來的輸出時，**值與真實值之間存在一定的偏差，只有充分利用實際輸出誤差進行反饋校正，才能得到良好的控制效果。
目前，**控制的研究範圍主要涉及到以下方面，(1)對現有基本演算法作修正。如引入擾動觀測器，採用變反饋校正係數等。(2)單變數到多變數的推廣。
把只適合於穩定物件的演算法推廣到非自衡系統，把**控制的應用範圍推廣到非線性及分布引數系統。(3)優化目標函式的選取。如採用最小方差的目標函式、二範數的目標函式、無窮範數的目標函式等。
(4)**模型的選取。尤其是在非線性**控制中，非線性**控制要比線性**控制複雜得多。因而，目前研究主要集中在特殊的非線性模型，如wiener模型，bilinear模型、廣義hammerstein模型、volterra模型等。
(5)引入大系統方法，實現遞階或分散的控制演算法。(6)將基本控制演算法與先進的控制思想與結構相結合，如自適應**控制、模糊**控制、魯捧**控制、神經網路**控制等。
目前，**控制的應用幾乎遍及各個工業領域，如：煉油、石化、化工、造紙、天然氣、礦冶、食品加工、爐窯、航空、汽車等。其中全世界採用了以**控制為核心的先進控制演算法已經超過5000多例。
國外著名的控制工程公司都開發研製了各自的商品化軟體。**控制的軟體產品至今已走過了三代。第一代產品主要以adersa公司的id***和shell oil公司的dmc為代表，可處理無約束的**控制問題。
第二代以shell oil公司的qdmc為代表，它增加了處理輸入輸出有約束的多變數物件的技術。而目前的第三代產品，主要有aspen公司的dmc plus和honeywell公司的rmpct,以及浙大中控軟體公司的adcon等，都已在煉油、化工、石化等工業生產過程中應用。
內模控制
內模控制(internal model control, imc)是一種基於過程數學模型進行控制器設計的新型控制策略。它不僅是一種實用的先進控制演算法，而且是研究**控制等基於模型的控制演算法的重要理論基礎，以及提高常規控制系統設計水平的有力工具。
自面世以來，內模控制不僅在控制系統穩定性和魯棒性理論分析方面發展迅速，而且在工業過程控制中也得到成功的應用。許多研究者討論了內模控制與其他控制演算法，如動態矩陣控制(dmc)、模型演算法控制(mac)、線性二次型最優控制(lqoc)等之間的內在關係，尤其是多變數內模控制可以直接調整閉環系統動態效能，並對模型誤差具有良好的魯棒性，因此imc也是多變數過程控制系統分析與設計的一種重要方法。imc是一種實用性很強的控制方法，其主要特點是結構簡單、**調節引數少，特別是對於魯棒性及抗擾性的改善和大時滯系統的控制效果更為顯著。
因此它不僅在慢響應的過程控制中獲得到大量應用，在快響應的電機控制中也取得了良好的效果。經過二十多年的發展，imc方法不僅已擴充套件到了多變數和非線性系統，還產生了多種設計方法，主要有零極點對消法、**控制法、針對pid控制器設計的imc法、有限拍法等。imc與其他控制方法的結合也比較多，如自適應imc，採用模糊決策、仿人控制、神經網路的智慧型imc等。
已經證明，各類**控制演算法本質上都屬於imc類，在其等效的imc結構中只是其給定輸入採用未來的超前值。這不僅從結構上說明**控制為何具有良好的效能，而且為進一步的深入分析和改進提供了有力的工具。
過程控制課程設計報告
資訊與電氣工程學院 二零一四年十一月 液氨蒸發器溫度控制器設計 1.設計任務 液氨蒸發器主 副物件的傳遞函式分別為 主 副擾動通道的傳遞函式分別為 試分別採用單迴路控制和串級控制設計溫度控制系統，具體要求如下 1 分別進行控制方案設計，包括調節閥的選擇 控制器引數整定，給出相應的閉環系統原理圖 2 ...
過程控制系統課程設計報告
目錄第一章概述 1 1.1 設計目的 2 1.2 具體任務 2 1.3 氧化鋁生產的意義 2 第二章氧化鋁高壓溶出工序介紹 3 2.1 鋁工業的國內外現狀 3 2.2 氧化鋁生產過程 4 2.3 高壓溶出工序 9 第三章氧化鋁高壓溶出工序生產裝置及控制要求 12 3.1 雙程預熱器 12 3.2 溶...
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1 鋼化玻璃控制系統組成 鋼化玻璃自動化生產裝置主要有加熱爐 冷卻風柵 玻璃傳送給進裝置及控制系統等組成。對5mm厚度的玻璃加熱時間在2分2秒至2分10秒之間。加熱溫度為680 685攝氏度。玻璃呈水平由給進裝置中的輥道輸送，以6公尺 分鐘左右的速度加入加熱爐內加熱，玻璃有加熱爐出來後移到開度為10...