丙烯冷却器的温度控制系统设计【毕业论文】.doc

1、毕业论文 - 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 丙烯冷却器的温度控制系统设计 学 院： 学生姓名： 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 毕业论文 - 丙烯冷却器的温度控制系统设计 摘要 在石油化工生产中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气的热量，使裂解气体的温度下降到某一个规定的数值上。本设计就是通过控制丙烯的液位、温度和外界压力等因素来调节丙烯汽化的速度从而调节裂解气体的温度。主要设计冷却器液位的调节系统环节和温度 压力串级调节系统环节，前一 环节主要是为了保证液态丙烯具有最大的汽化面积，后一环节是为了调节裂解气体出冷却器的温度。这次设计主要设计温度 压力串级

2、调节系统环节即调节裂解气出冷却器温度部分。通过设计发现串级控制系统有其独有的控制特点：一、对影响冷却器内部压力丙烯压力的干预预先进行调节，因而对主被调量的影响大大减弱，二、副调节回路从控制对象模型中取出一部分，并有这个部分组成控制支路，从而降低了原控制模型的阶次，有利于改善系统的动态品质。在某个生产设备上安装若干个调节系统，若是这些调节系统操作周期比较接近，则在调节系统中容易产生共振。本设计 有两个调节系统，因此我们通过适当调节液位调节器积分时间的办法，扩大两个系统操作周期的差别，能有效的避免系统间的共振。于是设计采用了两个调节系统，温度 压力串级调节系统是主要的，而串级调节系统的副参数我们为

3、了达到较高的控制精度采用丙烯压力作为串级系统的副参数。以此基本达到控制要求。 关键词： 冷却器；温度；串级控制 毕业论文 - Abstract In petrochemical production, ofen using liquid propylene evaporation absorbs heat of pyrolysis gas, the pyrolysis gas temperature is reduced to a prescribed value. This design is through the control of the liquid level, the temp

4、erature of propylene and outside pressure and other factors to regulate the speed of propylene evaporation so as to adjust the temperature cracking gas. The main design level regulating system link and temperature - pressure cascade control system link, a link is to ensure that the liquid propylene

5、has maximum vaporization area, After one link is to adjust the temperature of the pyrolysis gas cooler. The design of the main design of temperature - pressure cascade control system link namely the regulation of pyrolysis gas out of the cooler temperature part. Through the design of find cascade co

6、ntrol system has its own control characteristics： one hand, On the influence of internal pressure propylene cooler pressure intervention prior regulation, and thus the main regulated quantity influence greatly diminished;another hand, assistant regulation loop model of control object is removed from

7、 a portion , and this part control branch, thereby reducing the original control of model order, to improve the dynamic quality of the system. In a production equipment is provided with a plurality of regulating system, If the control system operation cycle is close, in the control system is easy to

8、 produce resonance. The design of two regulating system, we therefore by adjusting the liquid level regulator integral time approach, the expanded two system operation cycle differences can effectively avoid the resonance between systems. The design uses two regulating system, Temperature - pressure

9、 cascade control system is the main system, the cascade control system parameters in order to achieve high control precision with propylene pressure as the cascade system parameters. This basically meets the control requirements. Key words: Cooler; Temperature; Cascade control 毕业论文 - 目 录 前言 . 1 第 1

10、章 总体设计方案 . 2 1.1 丙烯冷却器温度控制系统设计方案论证 . 2 1.2 建立数学模型 . 2 1.2.1 建立被控过程数学模型 的目的 . 2 1.3 方案比较 . 2 1.3.1 方案一：常规 PID 控制 . 2 1.3.2 方案二：前馈控制 . 3 1.3.3 方案三：串级控制 . 3 1.3.4 结论 . 3 第 2 章 理论设计 . 4 2.1 参数整定 . 4 2.2 数学模型 . 6 第 3 章 器件的实现 . 7 3.1 数字式调节器的优点 . 7 3.2 数字式调节器控制规律的实现 . 7 3.2.1 完全微分 PID 算法 . 7 3.2.2 增量型 PID

11、算法 . 7 3.3 数字式调节器的组成 . 8 3.3.1 微机单元 . 8 3.3.2 输入电路 . 8 3.3.3 输出电路 . 8 3.3.4 人机对话单元 . 9 3.4 PID 调节器的原理和特点 . 9 3.5 执行器 . 10 3.5.1 气动执行机构 . 10 3.5.2 调节阀 . 11 3.5.3 气开式、气关式调节阀的选择 . 12 毕业论文 - 3.6 传感器 . 12 3.7 温度变送器 . 14 3.7.1 LY-WB型温度变送器 . 14 3.7.2 温度变送器中选择热电偶和热电阻有什么区别 . 15 3.8 3051 智能型差压变送器 . 16 第 4 章 串

12、级控制系统 . 18 4.1 串级控制系统特点 . 18 4.2 温度 压力串级系统框图 . 18 4.3 温度 压力串级系统分析 . 19 第 5 章 计算机仿真 . 20 结论 . 22 致谢 . 23 参考文献 . 24 毕业论文 - 前言 随着石油化工行业的不断发展，行业对自身生产过程的要求也日渐提高，要求在低消耗的情况下能高产出。以此达到企业的不断发展壮大。裂解气的降温便成为石油化工行业的问题之一。列如乙烯裂解气的降温，若是温度太高，冷却后气体会包含太多的水分不利于生产，若是温度太低，裂解气会产生晶体析出，会堵塞管道。所以在丙烯汽化吸收裂解气的热量时，如何有效的控制丙烯来降低裂解气的

13、温度成为了行业生产发展的难题。所以有一可靠地丙烯冷却器温度控制系统对石油化工行业无疑使雪中送炭。毕业论文 - 第 1 章 总体设计方案 1.1 丙烯冷却器温度控制系统设计方案论证 考虑到用温度传感器，在温控系统设计中，大多都是使用温度传感器，所以这是非常容易想到的。通过温度传感器我们可以得到被测量的温度值，从而可以准确得到被测量的调节结果。温度 压力串级控制系统中还要控制压力因此必须需要一个压力传感器来检测压力。还需阀门的控制，最后通过温度、压力的监测达到控制的目的。 1.2 建立数学模型 1.2.1 建立被控过程数学模型的目的 建立被控过程数学模型的目的主要有下列几点： 1. 设计过程控制系

14、统和整定调节器的参数 在设计过程控制系统时， 选择控制通道，确定控制方案，分析质量指标，探讨最佳工况以及调节器参数的最佳整定值等，均以被控过程的数学模型为重要依据。尤其是实现生产过程的最优控制，若没有充分掌握被控过程的数学模型，就无法实现最优设计。 2.指导生产工艺及其设备的设计 通过对生产工艺及其设备的数学模型的分析和仿真，可以确定有关因素对整个被控过程特性的影响，从而指导生产工艺及其设备的设计。 3.被控过程进行仿真研究 通过对被控过程数学模型进行犯罪研究，在计算机上进行分析、计算，可获取代表或逼近真实过程的大量数据，为过程 控制系统的设计和调试提供大量所需信息，从而降低设计成本和加快设计

15、进度。 1.3 方案比较 1.3.1 方案一：常规 PID控制 丙烯冷却器温度控制系统的调节对象存在大滞后现象和扰动，而系统对控制精度与功能的要求比较高，在这种情况下采用常规的 PID 控制得到的动态性能和稳态性能都很差，是不行的。 毕业论文 - 1.3.2 方案二：前馈控制 过程控制要求被控过程的输出量在负荷、电源等扰动量的作用下，系统的被控参数在工艺要求值或附近不发生变动，前馈控制对于时间常数或时延大，扰动大而频繁的过程有显著的效果。但是该系统中扰动不止一种，所 以单单有前馈还是不能解决这里的 丙烯冷却器温度控制。 1.3.3 方案三：串级控制 串级控制是在单回路控制系统的基础上增加一个控

16、制回路，构成串级控制系统。串级控制对提高大延时和大时间常数过程的控制质量有显著的效果，在工业生产过程控制中应用广泛。串级控制在结构上形成了两个环：一个闭环在里面，被称为副环，起着粗调作用；一个环在外面，称为主环，起着细调作用。当一次扰动过来时，如果扰动不大，经过副回路的及时控制对温度变化影响不大；如果扰动的幅值较大，经过副回路的粗条作用，再经过主回路的细调作用，从而克服扰动，使温度在给 定值附近。当二次扰动过来时，主回路产生校正作用，由于副回路的存在加快了校正作用，使扰动都温度的影响减小。当一二次扰动同时存在时，如果扰动的作用使主、副被控参数同时增大或减小，此时俩调节器对调节阀的控制方式是一致

17、的，加强控制作用；如果扰动的作用使主、副被控参数一个减小，一个增大，此时调节器控制调节阀的方向是相反的，调节阀的开度只要作较小变动就能满足控制要求。 1.3.4 结论 经过比较，由于丙烯冷却器温度控制系统控制对象的容积迟后与传输滞后都很大，因此简单的 PID 控制不适用。由于扰动不止一个，因此前馈控制也不 适用。而串级控制对提高大延时和大时间常数过程的控制质量有显著的效果，且扰动过来时，能很好的满足控制要求，因此选择串级控制系统，并结合 PID 算法来控制。 毕业论文 - 第 2 章 理论设计 2.1 参数整定 串级系统的设计要避免主、副调节回路在调节回路中产生干涉震荡。为此，我们将副回路设计

18、成一个单调响应回路，以某丙烯冷却器为例，其控制对象的传递函数为： 13.13 83.0)( )()( ssI sIsG mpm（ 2 1） 119037.1)( )(23sesI sIsPT （ 2 2） )(sG副 同比例调节器组成闭环回路，其传递函数为： 13.1383.01 13.1383.0)(11 sK sKsWpp副（ 2 3） 若选 21 pK（比例带 %50 ），则 15 624.0)( ssW副 （ 2 4） 单调环 节的震荡频率等于零（或震荡周期为无穷大），所以这样的系统不会对主回路产生干涉震荡。主温度调节器控制对象的特性为 )( )()()( sI sIsWsG pT 副

19、主（ 2 5） )11 9 0( 37.1)15( 64.023sess )1190)(15( 855.023ss es 因此，根据达林设计原则，主调节器应选择比例 积分 微分调节器，即 )1()(1)( 2323sseesGsD 主（ 2 6） )1190)(15(7.19 1 sss 毕业论文 - )1190 11)(15(64.9)19011)(15(7.19190sssss 或记成 )1)(11()( sTsTKsD Dip所以选择 PID 调节器，其比例带可取 秒秒， 1905 i TTD 达林算法计算中应用到 se s 1 的近似关系，在 较大的场合误差较大，而且这种方法原则上是适

20、应于随动控制系统，因此在实际投运时应作适当变化，以适应定值控制系统的要求，例如按 20%超调量整定，则得调节器的整定参数为 54.7)523(8 5 5.0 1 9 095.095.00 K TK p %3.13%1 0 054.7 1 秒2 5 71 9 035.135.1 TT i 秒891900 .4 70 .4 7 TT D 应该注意上述 PID 调节器在给定值控制系统中的整定公式是对理想 PID 调节器而言的，实际的工业调节器都不是理想的 PID 调节器，因此 DP TTK 与， i 必须换算成仪表刻度。记*, Dip TTK 与 为仪表刻度值，即 FKK PP*（ 2 7） FTT ii *（ 2 8） *1iDDDTTTT （ 2 9） 若取 * Di TT 则有 2* iDi TTT %4.10%1 0 064.9 1