过程控制原理课程设计-废液中和控制系统设计

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1、废液中和控制系统设计 摘 要 PH 过程在工业生产总值中非常普遍，大量化工过程都需要对其化学反应过程中的 PH 值进行控制。其广泛存在于化工、生物工艺、污水处理、发电等行业中、对这一过程 进行良好的控制有着十分重要的意义。 由于 PH 过程的高度非线性和滞后性，一直是控制届的难点。PH 值的控制在化工生产 过程中并非易事了。酸碱中和过程通常呈现非线性和滞后性，给 PH 值控制不仅带来极 大的不确定性，也浪费了大量的中和剂，为此 PH 值被认为是最难的控制变量之一。近 年来，人们尝试不断运用新的控制方法解决这一难题，因此对 PH 的控制问题研究具有 非常重要的意义与应用加值。 本文针对这一问题进

2、行了研究与分析，对 PH 值中和过程做了简单描述。介绍了酸 碱中和过程的变化特性，并介绍了常规的 PID 控制，本文主要分析了 PH 值曲线的非线 性特点，并介绍了近年来应用 PH 过程控制的非线性控制理论和方法，然后根据 PH 值 可控制分特点重点介绍了对 PH 过程使用非线性 PID 控制设计。 关键词：PH 值控制, 分程控制, PID 控制, 目 录 1 绪论 1 1.1 课题描述1 1.2 基本工作原理及模型图1 2 废液中和分程控制系统的方案确定 1 2.1 控制参数的选取2 2.2 控制参数的选择2 2.3 常量仪表的选择3 2.3.1 常量原件及变送器的选择 . 3 2.3.2

3、 调节阀的的选择 3 2.3.3 调节器的选择 5 3 废液中和过程的分程控制系统 6 3.1 系统流程图 6 3.2 被控对象的数学模型 GO(S) .7 4 调节器参数的整定 8 5 废液中和分程控制系统的改善 10 总 结 12 致 谢 13 参考文献 14 1 绪论 1.1 课题描述 在工业废液中和过程控制中，由于工业生产中排放的废液来自不同的工序，有时呈 酸性，有时呈碱性，因此，需要根据废液的酸碱度，决定加酸或加碱。通常，废液的酸 碱度用 PH 值的大小来表示。当 PH 值小于 7 时，废液显酸性；当 PH 值大于 7 时，废 液显碱性；等于 7 时，即为中性。工业要求排放的废液要维

4、持在中性。图 1 所示为废液 中和过程的控制模型 【1】 。 1.2 基本工作原理及模型图 本课程设计的控制模型： 图 1 基本控制模型图 2 废液中和分程控制系统的方案确定 对于简单控制系统，控制方案的确定主要包括系统被控参数的选择、测量信息的获 取及变送、控制参数的选择、调节规律的选取、调节阀（执行器）的选择和调节器正、 反作用的确定等内容。在工程实际中，控制方案的确定是一件涉及多方面因素的复杂工 作。它既要考虑到生产工艺过程控制的实际要求，又要满足技术指标的要求，同时还要 顾及客观环境以及经济条件的约束 【2】 。一个好的控制方案的确定，一方面要依赖于有关 理论分析和计算，另一方面还要借

5、鉴许多实际工程经验。因此，我这里的设计仅仅是从 书本的角度出发，联系一点点的实际。 2.1 控制参数的选取 根据工业中废液处理的要求，废液为中性，可直接取废液 PH 值作为直接被控参数。 2.2 控制参数的选择 从该废液处理过程可以看出，液体槽的输入量有三个，废液、酸液和碱液。其中废 液中的 PH 值是生产的工序过程决定的，不可变的，为使液体槽中的废液成中性，必须 控制酸液和碱液流量，以调节 PH 值。因此，要求分别控制酸液和碱液的输入量。这是 两种不同控制介质的生产过程，可由分程控制的思想来实现，如图 2 为废液中和分程控 制的系统框图 【3】 。 图 2 废液中和分程控制的系统的框图 分程

6、控制是根据工艺要求，将调节器的输出信号分段，去分别控制两个或两个以上 的调节阀，以便使每个调节阀在调节器输出的某段信号范围内全行程动作。分程控制系 统本质上是属于单回路控制系统，因此，单回路控制系统的设计原则完全适用于分程控 制系统的设计。但是它与单回路控制系统相比，由于调节器的输出信号要进行分程而且 所用的调节阀较多，所以在系统设计上也有一些特殊之处。比如：调节器输出信号的分 程需要阀门定位器来实现；多个调节阀的动作选择。 2.3 常量仪表的选择 根据生产工艺及普遍使用的要求，宜选用 DDZ-型仪表 【4】 。 2.3.1 常量原件及变送器的选择 测量废液中的 PH 值选用工业中应用广泛的 PH 酸碱度计 PH 计是一种常用的仪器设备， 主要用来精密测量液体介质的酸碱度值， 配上相应的 离子选择电极也可以测量离子电极电位 MV 值，广泛应用于工业、农业、科研、环保等 领域。 人们根据生产与生活的需要，科学地研究生产了许多型号的酸碱度计： 按测量精度上可分 0.2 级、0.1 级、0.01 级或更高精度。 按仪器体积上分有笔式（迷你型） 、便携式、台式还有在线