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1.2 被控对象特性描述
本设计中的被控对象主要是反应釜的温度部分。由于被控对象有其特殊特
性，直接影响着操纵变量和控制方案的选取，因此对于被控变量的特性分析显得尤为重要。下面就针对反应釜反应温度分析和描述。 该反应属于放热反应，放热反应属于非自衡的危险过程，反应温度高将导致反应速度加快，释放出热量导致反应温度进一步升高，温度迅速升高的同时，反应压力也会迅速加大，从而有可能导致火灾或者爆炸事故。因此有必要对反应温度加以控制，其主要手段是控制夹套以及蛇管冷却水的流量。冷却水流量的变化随阀门的开关变化较快、时间常数较小。当冷却水压力下降时 （这种干扰在现场时有发生），即使阀位不变，冷却水流量也会下降，冷却水带走的热量减少，反应器中物料温度会上升。反应温度和反应转化率的变化属于时间常数较大的高阶特性。由于温度变化的滞后，用常规控制器进行调节效果不佳。
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2 仪表的选取
温度控制系统主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个
部分组成，其系统结构图如图2.1所示。
图2-1 温度控制系统结构图
2.1过程检测与变送器的选取
过程检测是生产过程自动控制系统的重要组成部分。过程检测装置及时而准确的把被控参数检测出来，并变成调节、控制装置可识别的方式，作为过程控制装置判断生产过程的依据。根据工业的要求，为了具有较高的精度，采用热电阻温度计。热电阻温度计广泛应用于-200~600℃范围内的温度测量。
用于制造热电阻的材料，要求电阻率、电阻温度系数要大，热容量、热惯性要小，电阻与温度的关系最好近于线性，另外，材料的物理化学性质要稳定，复现性好，易提纯，同时价格便宜。热电阻的选取可以根据表2-1确定：
表2-1 工业常用热电阻
热电阻名称 铜电阻 Cu50 Pt50 铂电阻 Pt100 分度号 Cu50 0度时阻值（度） 测温范围（度） 特点 线性好，价格低，适用于无腐蚀性介质 精度高，价格贵，适50?0.05 -50～150 100?0.1 50?0.003 -200～500 用于中性和氧化性介质，但线性度差 50?0.006
由表2-1，根据釜内温度的一般变化范围选用铂电阻，为提高检测精度采用三线制的接法，如图2-2所示。
采用三线制是为了消除连接导线电阻引起的测量误差。这是因为测量热电阻的电路一般是不平衡电桥。热电阻作为电桥的一个桥臂电阻，其连接导线（从热
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电阻到中控室）也成为桥臂电阻的一部分，这一部分电阻是未知的且随环境温度变化，造成测量误差。采用三线制，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到热电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，这样消除了导线线路电阻带来的测量误差。所以工业上一般都采用三线制接法。温度变送器我们选择DDZ-Ⅲ型温度变送器如图2-3所示。
图2-2 热电阻三线直接法
图2-3 变送器的测量接线示意图
其特点：
（1）采用线性集成放大电路，使仪表的精确性、可靠性、稳定性以及其他指标均符合国家规定的标准。
（2）采用了通用模块和专用模块相结合的设计方法，使用灵活、方便。
（3）在与热电阻的接入单元中，采用了线性化电路，从而保证了变送器的输出信号与被测温度呈线性关系，大大方便了变送与系统的配接。 （4）采用了统一的24V DC集中供电，变送器内无电源，实现了“三线制”的接线方式。
（5）采取了安全火花防爆措施，适用于具有爆炸危险场合中的温度或直流毫伏信号的检测。
2.2执行器的选取
执行器是过程控制系统的重要组成部分，其特性好坏直接影响系统的控制质量。它接受控制器输出的控制信号，并将其转换为直线位移和角位移，操纵控
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制机构，自动改变操作变量，从而实现对过程变量的自动控制。
2.2.1执行器的选型
本设计采用气动薄膜调节阀，其工作原理：当气室输入了0.02～0.10MPa信号压力之后，薄膜产生推力，使推力盘向下移动，压缩弹簧，带动推杆、阀杆、阀芯向下移动，阀芯离开了阀座，从而使压缩空气流通。当信号压力维持一定时，阀门就维持在一定的开度上。
气动薄膜调节阀的结构可以分为两部分，上面是执行机构，下面是调节机构。它主要由膜片、弹簧、推杆、阀芯、阀座等零部件组成。当来自控制器的信号压力通入到薄膜气室时，在膜片上产生一个推力，并推动推杆部件向下移动，使阀芯和阀座之间的空隙减小，流体受到的阻力增大，流量减小。推杆下移的同时，弹簧受压产生反作用力，直到弹簧的反作用力与信号压力在膜片上产生的推力相平衡为止，此时，阀芯与阀座之间的流通面积不再改变，流体的流量稳定。出于安全的原因，在此次设计中使用VBD气动端面密封蝶阀，VBD气动端面密封蝶阀是一种重量轻，结构简单的后座式端面密封蝶阀。阀体、阀板均用钢板焊接或铸造加工而成。适用于低压状态的空气或其他气体的流量、压力控制。
气动执行器分气开和气关两种形式，有压力信号时阀关，无压力信号时阀开为气关式执行器；反之，则为气开式。它的选择首先应根据调节器输出信号为零时使生产处于安全状态的原则确定；其次，还应考虑是否有利于节能、是否有利于开车、停车等进行选择。最后，气开、气关的选择主要是考虑在不同生产工艺条件下安全生产的要求。考虑的原则是：信号压力中断时，应保证设备和工作人员的安全。根据工业的要求，本设计选择了气关方式。
2.2.2调节阀尺寸的选取
调节阀的尺寸主要是指调节阀的开度和口径，他们的选择对系统的正常运行
影响很大。若调节阀口径选择过小，当系统受到较大扰动时，调节阀既是运行在全开状态，也会使系统出现暂时失控现象；若口径选择过大，则在运行中阀门会经常处于小开度状态，容易造成流体对阀芯和阀座的频繁冲蚀，甚至使调节阀失灵。因此，结合本设计的工业要求，调节阀开度应处于15％～85％之间。
2.2.3调节阀流量特性选取
调节阀是控制系统非常重要的一个环节，它接受控制器的输出信号，改变操纵变量，执行最终控制任务。控制阀的流量特性是指流体通过阀门的相对流量与相对开度之间的函数关系，如下式中所示。
QQmax?f?lL? （2-1） 其中QQmax——相对流量。即控制阀在某一开度下的流量与最大流量之比； lL——相对开度。即控制阀在某一开度下的行程与全行程之比。
常用的理想流量特性的控制阀有：线性型、对数（等百分比）型和快开型等。
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其理想流量特性如图2-5 所示。
图２-5 控制阀理想流量特性
而在实际工作时，阀两端的压降会随流量而变化，这时的流量特性称为工作特性。设管路系统的总压差为ΔPT，由液体提升高度引起的压差为ΔPh，阀两端的压降为ΔPV，管路其他部分的压降为ΔPl。工程中通常采用经验法来选择调节阀的流量特性。表2-1给出了理想流量特性的经验，本方案将依据这个表来选取理想流量特性。然而当控制系统中某一环节出现故障或意外时，应考虑人身、设备装置的安全；考虑介质性质；还要考虑减少经济损失等。
表2-1 控制阀理想流量特性经验选择表
被控变量 流量 有关状况 设定值变化 负荷变化 温度 压力 快过程 慢过程，ΔPV恒定 慢过程，(ΔPV) Qmax <0.2(ΔPV) Qmin 液位 ΔPV恒定 (ΔPV) Qmax <0.2(ΔPV) Qmin (PV) Qmax >2(ΔPV) Qmin 选用理想流量特性 直线型 对数型 对数型 对数型 直线型 对数型 直线型 对数型 快开型
2.3控制器仪表的选择
采用模拟控制器:DDZ－III型调节器，DDZ―Ⅲ基型控制器框图如图4.3 。 控制器的输入信号为1～5V的测量信号。设定信号有内设定和外设定两种。内设定信号为1～5V，外设定信号为4～20mA。测量信号和设定信号通过输入电路进行减法运算，输出偏差到比例积分微分电路进行比例积分微分运算后，由输出电路转换为4～20mA信号输出。手动电路和保持电路附于比例积分微分电路之中，
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反应釜温度过程控制课程设计
