天津城建大学
课程设计任务书
2016 -2017学年第 2学期
控制与机械工程学院 自动化 专业 班级 2 姓名 樊良昊 学号 1422060211 课程设计名称： 过程控制
设计题目： 精馏塔釜温度与蒸汽流量串级控制系统设计
完成期限：自 2017 年 7 月 3 日至 2017 年 7 月 7 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务
精馏塔是化工、石油化工、炼油生产中应用极为广泛的传质传热过程，其目的是将混合物中 的各组份分离，达到规定的纯度。
精馏塔釜温度是保证产品分离纯度的重要指标，工艺上要求温度偏差≤±1.5℃，所以将塔釜温度作为衡量质量指标的间接指标，而以给再沸器提供热量的蒸汽流量作为控制手段的方案，组成单回路控制系统。
e?4s1.25e?44s假设主被控对象的数学模型为G(s)?，副被控对象的数学模型为G(s)?，控制器212s?1(25s?1)采用PI控制规律，KP=0.45，TI=1/120。设定值为1300℃。 二、设计要求：
1） 画出控制系统框图；
2) 采用 MATLAB对系统的阶跃响应进行仿真，根据仿真结果，判断塔釜温度的最大偏差是否满足工
艺要求？
3) 在系统稳定运行大约900s后，突加幅值为设定值40%的二次阶跃扰动信号，根据仿真曲线，分析系统调节时间。
4) 将蒸汽流量作为副变量，把蒸汽压力的干扰包括在副回路中，构成精馏塔釜温度与蒸汽流量串级控制系统。副控制器选择P作用，主控制器选择PID作用，整定串级控制系统的参数为最佳值。
5) 在40%的蒸汽扰动下，观察塔釜温度的响应曲线，最大偏差是否满足工艺要求？ 三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料
[1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004 [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000 [3] 过程控制教材
指导教师（签字）： 系主任（签字）： 批准日期： 2017 年 6月 17 日
目录
第一章 绪论 ............................................................................................................................................................1 第二章 题目要求 ......................................................................................................................................................2 第三章 总体设计方案 ..............................................................................................................................................2
3.1系统器件选择 .............................................................................................................................................2 3.2 硬件设计方案 ............................................................................................................................................3 第四章 控制算法选择 ..............................................................................................................................................4 第五章 控制参数整定 ..............................................................................................................................................4 第六章 心得体会 ......................................................................................................................................................7 参考资料 ....................................................................................................................................................................8
第一章 绪论
过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。20世纪50年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。60年代，随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。80年代，过程控制系统开始与过程信息系统相结合，具有更多的功能。以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。通过对过程参量的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。
本次课程设计采用串级控制的方法，串级控制是改善控制质量的有效方法之一，在控制过程中得到了广泛应用。串级控制系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；对二次干扰有很强的克服能力；提高了对一次扰动的客服能力和对回路参数变化的自使用能力。串级控制系统在工业应用上，用于克服被控过程较大的容量滞后、用于克服被控过程的纯滞后、可以抑制变化剧烈而且幅度大的扰动、并克服被控过程的非线性。
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第二章 题目要求
1. 画出控制系统框图。
2．采用 MATLAB对系统的阶跃响应进行仿真，根据仿真结果，判断塔釜温度最大偏差是否满足工
艺要求？
3． 在系统稳定运行大约900s后，突加幅值为设定值40%的二次阶跃扰动信号，根据仿真曲线，分
析系统调节时间。
4． 将蒸汽流量作为副变量，把蒸汽压力的干扰包括在副回路中，构成精馏塔釜温度与蒸汽流量串
级控制系统。副控制器选择P作用，主控制器选择PID作用，整定串级控制系统的参数为最佳值。
5． 在40%的蒸汽扰动下，观察塔釜温度的响应曲线，最大偏差是否满足工艺要求？
第三章 总体设计方案
单回路控制系统框图
串级控制系统框图
3.1系统器件选择（包括器件参数）
温度传感器选择：
热点偶作为温度传感元件，能将温度信号转换成电动势（MV）信号，配以测量毫伏的只是仪表或变送器可以实现温度的测量只是活温度信号的转换。具有稳定、复现性好、体积小、响应时间较小等优点、热电偶一般用于500度以上的高温，可以在1600度高温下长期使用。
铂铑10-铂热点偶传感器测温范围在0—1600度，WRP型铂铑10-铂热电阻性能可靠、耐高温、抗氧化，可长期工作在0-1600度环境下。 调节器与执行器、传感器的选型
调节器、执行器、变送器的控制信号均采用国际标准信号制，即4—20MA直流电流和1—5伏直流电压。信号电流和电压的转换电阻为250欧。
调节器 温度传感器 调节阀
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精馏塔釜温度与蒸汽流量串级控制系统设计
