廢液中和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　廢液中和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本廢液中和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了分程控制的方法，該系統(tǒng)由控制器，執(zhí)行器，變送器、傳感器和調(diào)節(jié)器組成。系統(tǒng)的基本工作過(guò)程為，分程控制通過(guò)一個(gè)控制器同時(shí)控制兩個(gè)執(zhí)行器A(酸)和B(堿)，剛開(kāi)始時(shí)先用pH計(jì)來(lái)測(cè)量費(fèi)也氫離子濃度，看pH值是否滿(mǎn)足7，氫離子濃度過(guò)大，也就是

2、pH值小于7，廢液呈酸性，此時(shí)打開(kāi)B執(zhí)行器，加入適量堿液使廢液中和，此時(shí)加酸的閥門(mén)關(guān)閉。氫離子濃度過(guò)小，也就是pH值大于7，廢液呈堿性時(shí)，此時(shí)打開(kāi)A執(zhí)行器，加入適量酸使廢液呈中性，此時(shí)加堿的閥門(mén)關(guān)閉，直到pH值等于7或接近于7時(shí)停止。溫度測(cè)量范圍在0-80℃，pH測(cè)量范圍在0-10。最后pH值控制在7±0.5。控制算法選擇PI控制算法，對(duì)于非線性以及純滯后系統(tǒng)來(lái)說(shuō)PI控制器是一種最方便也最常用的控制方法。</p>

3、<p>　　關(guān)鍵詞：廢水處理，pH中和，分程控制，PI控制目 錄</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義1</p><p>　　1.2 pH中和控制的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　2 課程設(shè)計(jì)方案2</p><p&

4、gt;<b>　　2.1 概述2</b></p><p>　　2.2 分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3</p><p>　　3 系統(tǒng)各部分硬件的選型4</p><p>　　3.1 控制器的選型4</p><p>　　3.2 執(zhí)行器的選型5</p><p>　　3.3 變送器的選型7<

5、;/p><p>　　3.4 傳感器的選型8</p><p>　　4 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定9</p><p>　　5 廢液中和分程控制系統(tǒng)的改善12</p><p><b>　　總 結(jié)14</b></p><p><b>　　致 謝15</b></p&

6、gt;<p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景及意義</p><p>　　水是人類(lèi)生命中必不可少的物質(zhì)，是組成生命最重要的化合物，并且在生產(chǎn)生活中水也是必不可少的[1]。pH值，亦稱(chēng)氫離子濃度指數(shù)、酸堿值，是溶液中氫

7、離子活度的一種標(biāo)度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下（25℃、298K左右），當(dāng)pH<7的時(shí)候，溶液呈酸性，當(dāng)pH>7的時(shí)候，溶液呈堿性，當(dāng)pH=7的時(shí)候，溶液為中性，而我們所說(shuō)的水一般指pH=7時(shí)的水[2]。</p><p>　　工業(yè)廢水指工藝生產(chǎn)過(guò)程中排出的廢水和廢液，其中含有隨水流失的工業(yè)生產(chǎn)用料、中間產(chǎn)物、副產(chǎn)品以及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物，是造成環(huán)境污染，特別是水污染的重要原

8、因[3]?，F(xiàn)在的工業(yè)廢水的酸堿離子濃度總是達(dá)不到平衡，所以pH值總是略高或略低，也總是會(huì)呈堿性或者是酸性，不能實(shí)現(xiàn)pH值=7。</p><p>　　工業(yè)廢水做好處理，意義很重要。有毒廢水的排放不僅會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染并威脅著人們的身體健康。水質(zhì)污染進(jìn)入人體，會(huì)引起中毒。工業(yè)廢水直接流入，會(huì)導(dǎo)致水生動(dòng)植物的死亡，污染地下水。如果滲入土壤，會(huì)影響植物的生長(zhǎng)。廢水的處理方法有很多，可以用物理、化學(xué)和生物的方法對(duì)廢水進(jìn)行

9、處理，使廢水凈化，減少污染，以至達(dá)到廢水回收、復(fù)用，充分利用水資源，并且保證環(huán)境不受到破壞[4]。</p><p>　　隨著的發(fā)展，城市水資源短缺的壓力越來(lái)越大，追究城市水危機(jī)的根本原因，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，是水的社會(huì)循環(huán)超出了水的自然循環(huán)可承載的范圍。因此，只有充分尊重水的自然運(yùn)動(dòng)規(guī)律，合理地使用水資源，使上游地區(qū)的用水循環(huán)不影響下游水域的水體功能、社會(huì)循環(huán)不損害自然循環(huán)的客觀規(guī)律，從而維系或恢復(fù)城市乃至流域的良

10、好水環(huán)境，才是水資源可持續(xù)利用的有效途徑。這就要求我們從“取水－輸水－用戶(hù)－排放”的單向開(kāi)放型的用水模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤肮?jié)制地取水－輸水－用戶(hù)－再生水”的反饋式循環(huán)流程，提高水的利用效率。實(shí)現(xiàn)這一重大用水模式的轉(zhuǎn)變，加強(qiáng)污水再生利用是關(guān)鍵。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，城市污水已不再是廢水，而是一種寶貴的資源。既然是一種資源，就要最大程度的利用。提高城市污水的再生利用率，一是可以減少污染物排放，二是節(jié)約了有限的水資源。</p><p&

11、gt;　　1.2 pH中和控制的研究現(xiàn)狀 </p><p>　　酸堿中和反應(yīng)是反應(yīng)過(guò)程中常見(jiàn)的一類(lèi)反應(yīng)。但由于酸堿中和反應(yīng)中pH值呈現(xiàn)嚴(yán)重的非線性，加之反應(yīng)大多發(fā)生在容器和循環(huán)管路中，使得系統(tǒng)存在較大時(shí)滯，給pH值控制不僅帶來(lái)極大困難，而且浪費(fèi)大量的中和劑。pH值滴定曲線是非線性曲線，在中和反應(yīng)過(guò)程中，不同的工作點(diǎn)增益相差很大，并且在實(shí)際反應(yīng)過(guò)程中還存在著混合、測(cè)量等純滯后因素，增加了控制過(guò)程的難度。為此pH

12、值被公認(rèn)為最難的控制變量之一。并且pH值過(guò)程滴定曲線的非線性主要表現(xiàn)在中和終點(diǎn)附近，此處滴定曲線的增益很大，此時(shí)添加的中和劑略有變化，就能引起pH值較大幅度的變化；而當(dāng)pH值遠(yuǎn)離中和終點(diǎn)時(shí)滴定曲線的增益小，只有加入大量的中和劑，才能造成pH值的少量變化[5]。</p><p>　　因此pH值的控制，被認(rèn)為是一個(gè)典型的非線性嚴(yán)重的控制系統(tǒng)。由于這些特點(diǎn)，pH值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直是過(guò)程控制界的難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。弄清pH

13、中和控制過(guò)程的原理,并在計(jì)算機(jī)上模擬其控制過(guò)程及參數(shù)擾動(dòng)的影響,對(duì)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)作用[6]。</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，很好地提高了儀器的性能和自動(dòng)化程度。但是pH值的控制由于其高度非線性而依然存在很多困難。目前，pH中和過(guò)程的控制方法主要包括早期的傳統(tǒng)PID控制方法和后期的現(xiàn)代控制方法與智能控制方法。由于傳統(tǒng)控制主要是基于模型的控制，而被控對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，很多不確定性難以用精確

14、的數(shù)學(xué)方法加以描述。</p><p><b>　　2 課程設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　用pH計(jì)時(shí)來(lái)測(cè)量費(fèi)也氫離子濃度的一種儀器。氫離子濃度越大，pH值越小，但pH計(jì)輸出的電流就越大。當(dāng)液體為酸性時(shí)，加入適量堿液使廢液中和，此時(shí)加酸的閥門(mén)關(guān)閉。當(dāng)廢液呈堿性時(shí)，此

15、時(shí)加入適量酸使廢液呈中性，此時(shí)加堿的閥門(mén)關(guān)閉?，F(xiàn)假設(shè)廢液為酸性的，則用兩個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，一個(gè)粗調(diào)，一個(gè)細(xì)調(diào)從而控制加入堿的量。故此系統(tǒng)采用的是同向分程控制。</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)的要求如下：</b></p><p>　　溫度測(cè)量范圍：0-80℃；pH測(cè)量范圍：0-10；</p><p>　　控制點(diǎn)：pH值7±0.5；<

16、;/p><p>　　最大偏差：pH值為2；</p><p>　　2.2 分程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 分程控制概述 </p><p>　　一般來(lái)說(shuō)，一臺(tái)調(diào)節(jié)器的輸出僅操縱一只調(diào)節(jié)閥，若一只調(diào)節(jié)器去控制兩個(gè)以上的閥并且是按輸出信號(hào)的不同區(qū)間去操作不同的閥門(mén)，這種控制方式習(xí)慣上稱(chēng)為分程控制。分程控制系統(tǒng)中，根據(jù)執(zhí)行器的氣開(kāi)、

17、氣關(guān)類(lèi)型和分程工作范圍的不同，分程控制系統(tǒng)可分為四種不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。分為：氣開(kāi)氣開(kāi)、氣關(guān)氣關(guān)同向分程；氣開(kāi)氣關(guān)、氣關(guān)氣開(kāi)異向分程?，F(xiàn)選擇氣開(kāi)氣開(kāi)同向分程系統(tǒng)。一般調(diào)節(jié)閥分程動(dòng)作采用同向規(guī)律的是為了滿(mǎn)足工藝上擴(kuò)大可調(diào)比的要求；反向規(guī)律的選擇是為了滿(mǎn)足工藝的特殊要求。</p><p>　　2.2.2 分程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　?。?）不同工況需要不同控制手段：就廢液中和處理來(lái)說(shuō)

18、，剛開(kāi)始時(shí)先將小閥全開(kāi)，看pH值是否滿(mǎn)足7，當(dāng)pH值不等于7時(shí)，即pH值小于7時(shí)，開(kāi)動(dòng)大閥繼續(xù)調(diào)節(jié)，直到pH值等于7或接近于7時(shí)停止。同一個(gè)流量控制器需要控制粗調(diào)閥和細(xì)調(diào)閥兩個(gè)控制閥，因此需要分程控制。</p><p>　?。?）擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍：為了使控制系統(tǒng)在小流量和大流量時(shí)都能夠精確控制，應(yīng)擴(kuò)大控制閥的可調(diào)范圍R，R=，也稱(chēng)為可調(diào)比。</p><p>　?。?）分程控制系統(tǒng)中控制

19、閥的泄漏量：當(dāng)壓力為0.1MPa時(shí)定義流量為最大流量；當(dāng)壓力為0.02MPa時(shí)定義流量為最小流量；當(dāng)壓力為0MPa時(shí)定義流量為泄漏量；</p><p>　　分程控制系統(tǒng)工作范圍：一般控制閥工作范圍為0.02~0.1MPa，而分程控制系統(tǒng)的兩個(gè)控制閥分別為：0.02~0.06MPa對(duì)應(yīng)V2閥和0.06~0.1MPa對(duì)應(yīng)V1閥，為此，可采用閥門(mén)定位器或選擇不同的控制閥彈簧使控制閥分別工作在不同工作范圍。</p&

20、gt;<p>　　2.2.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì) </p><p>　　分程系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 分程系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.2.4 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　廢液中和過(guò)程控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。</p><p>　　圖

21、2 廢液中和過(guò)程控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖</p><p>　　3 系統(tǒng)各部分硬件的選型</p><p>　　3.1 控制器的選型</p><p>　　3.1.1 控制器的PI控制算法</p><p>　　在過(guò)程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器（亦稱(chēng)PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。而

22、PI控制算法它具有原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明，對(duì)于過(guò)程控制的典型對(duì)象──“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后”的控制對(duì)象，PI控制是一種最簡(jiǎn)單方便的控制算法。</p><p>　　3.1.2 控制器的選型</p><p>　　在廢液中和過(guò)程控制系統(tǒng)中pH值為被控參數(shù)，以加堿的多少為控制變量的分程控制系統(tǒng)，根據(jù)：KmK

23、VKPKC>0，執(zhí)行器都為氣開(kāi)閥，所以控制器應(yīng)該為正作用，從而使主控制回路、副控制回路構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)。</p><p>　　我選擇的控制器是上海萬(wàn)迅儀表有限公司生產(chǎn)的AI系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表，其中SA-12智能調(diào)節(jié)儀控制掛件為AI-818型，SA-13智能位式調(diào)節(jié)儀為AI-708型。AI-818型儀表為PID控制型，輸出為4~20mADC信號(hào)；而AI-708型儀表為位式控制型，輸出為繼電器觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)

24、量信號(hào)。AI系列儀表通過(guò)RS485串口通信協(xié)議與上位計(jì)算機(jī)通訊，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控[7]。</p><p>　　AI系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表如下圖3所示。</p><p>　　圖3 AI系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表圖</p><p>　　3.2 執(zhí)行器的選型</p><p>　　3.2.1 執(zhí)行器簡(jiǎn)介</p><

25、;p>　　執(zhí)行器是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)中，以調(diào)節(jié)儀表或其他控制裝置的信號(hào)為輸入信號(hào)，按一定調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)被控對(duì)象輸入量的裝置。最常見(jiàn)的執(zhí)行器是控制閥，也稱(chēng)調(diào)節(jié)閥?？刂崎y由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分解為兩部分：將控制器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制閥的推力或力矩的部件稱(chēng)為力或力矩轉(zhuǎn)換部件，將推力或力矩轉(zhuǎn)換為直線或角位移的部件稱(chēng)為轉(zhuǎn)換部件。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為流通面積的變化，改變操縱變量的數(shù)值。</p>&l

26、t;p>　　3.2.2 執(zhí)行器的選型</p><p>　　根據(jù)所使用的能源，執(zhí)行機(jī)構(gòu)分為氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)三類(lèi)。氣動(dòng)類(lèi)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有本質(zhì)安全性，價(jià)格低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用最廣泛；電動(dòng)類(lèi)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)可直接與電動(dòng)儀表或計(jì)算機(jī)連接，不需要電動(dòng)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，但價(jià)格稍貴結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需考慮防爆問(wèn)題；液動(dòng)類(lèi)型執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力大，但體積較大，管路復(fù)雜。由于是對(duì)廢液中和控制，所以選擇電動(dòng)調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行器，由于考慮到安全、經(jīng)濟(jì)、控制效果好等一

27、些問(wèn)題所以?xún)蓚€(gè)執(zhí)行器都選擇氣開(kāi)閥。</p><p>　　綜上我選擇羅托克儀表控制科技有限公司旗下的IQM系列智能型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。IQM系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用圖形點(diǎn)陣式液晶顯示器，以中文、數(shù)字、圖形等形式顯示執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩、閥門(mén)開(kāi)度、限位設(shè)定等工作狀態(tài)和報(bào)警。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有自動(dòng)保護(hù)功能和自診斷功能，由于具有隔爆功能，即使在危險(xiǎn)區(qū)域也無(wú)需打開(kāi)正在工作中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)電氣箱蓋就可以進(jìn)行調(diào)節(jié)、參數(shù)檢查、故障診斷。采用現(xiàn)場(chǎng)總線通

28、訊卡，可以構(gòu)成全分布式計(jì)算機(jī)協(xié)同工作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程通訊和遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)[8]。</p><p>　　IQM系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)的技術(shù)指標(biāo)：</p><p>　　輸入信號(hào)：4mA ~20mA；1VDC~5VDC；</p><p>　　供電電源：380VAC/50Hz以及220VAC/50Hz</p><p><b>　　基本誤

29、差限：≤1%</b></p><p>　　死區(qū)：0.1%~9.9%可調(diào)</p><p>　　環(huán)境溫度：-30℃~+90℃</p><p>　　IQM系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖片如圖4所示。</p><p>　　圖4 IQM系列電動(dòng)執(zhí)行機(jī)圖</p><p>　　3.3 變送器的選型</p><

30、p>　　3.3.1 變送器介紹</p><p>　　變送器是把傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀豢刂破髯R(shí)別的信號(hào)（或?qū)鞲衅鬏斎氲姆请娏哭D(zhuǎn)換成電信號(hào)同時(shí)放大以便供遠(yuǎn)方測(cè)量和控制的信號(hào)源）的轉(zhuǎn)換器。在模擬儀表中，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通常采用4~20mA，1~5V，0~10mA電流或電壓信號(hào)，20~100kPa氣壓信號(hào)。傳感器和變送器一同構(gòu)成自動(dòng)控制的監(jiān)測(cè)信號(hào)源。不同的物理量需要不同的傳感器和相應(yīng)的變送器。變送器的種類(lèi)很多，用在

31、工控儀表上面的變送器主要有溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、電流變送器、電壓變送器等等。變送器在儀器、儀表和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用。與傳感器不同的是，變送器除了能將非電量轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的電量外，一般還具有一定的放大作用。</p><p>　　3.3.2 變送器的選型</p><p>　　本次課設(shè)是廢液中和過(guò)程控制目的是為了控制廢液排放的pH值，但實(shí)際上我們是通過(guò)控制加入堿的流

32、量的多少，從而實(shí)現(xiàn)控制廢液pH值為7的，所以此次課設(shè)我們需選用流量變送器?，F(xiàn)選擇的是西森公司旗下的FLDC系列污水流量變送器。對(duì)于其它廠家的變送器來(lái)說(shuō)它有很大優(yōu)勢(shì)：</p><p>　　雜物、纖維不影響測(cè)量</p><p><b>　　抗菌防粘型電極</b></p><p><b>　　正反計(jì)量累計(jì)流量</b></p

33、><p><b>　　智能自我診斷功能</b></p><p>　　除此之外FLDC系列污水流量變送器還有很多特點(diǎn)：</p><p>　　測(cè)量不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導(dǎo)率變化的影響</p><p>　　轉(zhuǎn)換器采用新穎勵(lì)磁方式，功耗低、零點(diǎn)穩(wěn)定、精確度高。流量范圍大</p><p>　　轉(zhuǎn)換器

34、可與傳感器組成一體型或分離型</p><p>　　轉(zhuǎn)換器采用表面安裝技術(shù)，具有自檢和自診斷功能</p><p>　　FLDC系列污水流量變送器如下圖5所示。</p><p>　　圖5 FLDC系列污水流量變送器圖</p><p>　　3.4 傳感器的選型</p><p>　　3.4.1 傳感器介紹</p&g

35、t;<p>　　傳感器是一種檢測(cè)裝置，由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，它能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器廣泛應(yīng)用于社會(huì)發(fā)展及人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域，如工業(yè)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、航天技術(shù)、軍事工程、機(jī)器人技術(shù)、資源開(kāi)發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全保衛(wèi)、醫(yī)療診斷、交通運(yùn)輸、家用電器

36、等。幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)各種各樣的傳感器[9]。</p><p>　　3.4.2 傳感器的選型</p><p>　　傳感器選擇的是上海精密公司旗下的PHS-3CT 精密酸度計(jì)，儀器廣泛適用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研、環(huán)保和教學(xué)等許多學(xué)科和領(lǐng)域。用于精密測(cè)量各種溶液的酸度(pH值)，當(dāng)配上相應(yīng)的離子選擇電極時(shí)，能測(cè)量多種相對(duì)應(yīng)的離子濃度(選擇電極之電極電位mA值)，可以用作電位滴定測(cè)量顯

37、示儀，儀器具有溫度測(cè)量功能。儀器溫度補(bǔ)償：有自動(dòng)補(bǔ)償和手動(dòng)補(bǔ)償。</p><p><b>　　它的技術(shù)參數(shù)如下：</b></p><p>　　pH值范圍：0～14.00</p><p>　　電流范圍：0～40mA</p><p>　　溫度范圍：0～100℃</p><p>　　準(zhǔn)確度：溫度誤差0~

38、0.5℃；pH值誤差0~0.01</p><p>　　供電電源：AC 220V±10%；50/60Hz</p><p>　　PHS-3CT 精密酸度計(jì)圖如圖6所示。</p><p>　　圖6 PHS-3CT精密酸度計(jì)</p><p>　　4 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定</p><p>　　調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定是過(guò)程控制

39、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容之一。它的任務(wù)是：根據(jù)被控過(guò)程的特性確定PID調(diào)節(jié)器的比例度δ，積分時(shí)間常數(shù)以及微分時(shí)間常數(shù) 的大小。</p><p>　　在簡(jiǎn)單的過(guò)程控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器參數(shù)整定通常以系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的衰減率（對(duì)應(yīng)衰減比為4：1~10：1）為主要指標(biāo)，以保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量（對(duì)于大多數(shù)過(guò)程控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的瞬態(tài)響應(yīng)曲線達(dá)到4：1的衰減比狀態(tài)時(shí)，則為最佳的過(guò)程曲線）。衰減比如圖7所示。此外，在滿(mǎn)足主要

40、指標(biāo)的條件下，還應(yīng)盡量滿(mǎn)足系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差、最大巧若拙動(dòng)態(tài)偏差（超調(diào)）和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間等其它指標(biāo)。由于不同的過(guò)程控制系統(tǒng)對(duì)控制品質(zhì)的要求有不同的側(cè)重點(diǎn)，也有用系統(tǒng)響應(yīng)的平方誤差積分、絕對(duì)誤差積分、時(shí)間乘以絕對(duì)誤差的積分分別取極小作為指標(biāo)來(lái)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)的。</p><p>　　圖7 衰減比響應(yīng)曲線</p><p>　　調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法很多，工程實(shí)際中常采用工程整定方法，它主要依靠工程經(jīng)驗(yàn)，

41、直接在過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行，且方法簡(jiǎn)單、易于掌握，相當(dāng)實(shí)用，從而在工程實(shí)際中被廣泛采用。</p><p>　　調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例度、反應(yīng)曲線法和衰減曲線法。這里使用臨界比例度法進(jìn)行整定。仿真模塊圖如圖8所示。</p><p><b>　　圖8 仿真模塊</b></p><p>　　這是一種閉環(huán)整定方法。由于該方法直接

42、在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行，不需要測(cè)試過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，因而方法簡(jiǎn)單，使用方便，獲得了廣泛的應(yīng)用。具體步驟如下：</p><p>　　1.先將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間置于最大（=∞），微分時(shí)間置零（=0），比例帶δ置為較大的數(shù)值，使系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行。</p><p>　　2.待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對(duì)設(shè)定值施加一個(gè)階躍擾動(dòng)，并減小δ，直到系統(tǒng)出現(xiàn)如圖8所示的等幅振蕩，即臨界振蕩過(guò)程。記錄下此時(shí)的（臨界比例帶）和等幅

43、振蕩周期，如圖9所示。</p><p><b>　　圖9 等幅振蕩</b></p><p>　　3.根據(jù)所記錄的和，按表1 給出的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的δ、、參數(shù)。</p><p>　　需要指出的是，采用這種方法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)會(huì)受到一定的限制，如有些不能應(yīng)用此法。再如某些時(shí)間常數(shù)較大的單容過(guò)程，采用比例調(diào)節(jié)時(shí)根本不可能出現(xiàn)等幅振蕩，也就不能

44、應(yīng)用此法。</p><p>　　表1 調(diào)節(jié)器各參數(shù)</p><p>　　另外，隨著過(guò)程特性不同，按此法整定的調(diào)節(jié)器參數(shù)不一定都能獲得滿(mǎn)意結(jié)果。實(shí)踐證明，對(duì)于無(wú)自衡特性的過(guò)程，按此法確定的調(diào)節(jié)器參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行中往往會(huì)使系統(tǒng)響應(yīng)的衰減率偏大（>0.75）。而對(duì)于有自衡特性的高階等容過(guò)程，按此法確定的調(diào)節(jié)器參數(shù)在實(shí)際運(yùn)行中大多會(huì)使系統(tǒng)衰減偏小（<0.75）。因此，用此確定調(diào)節(jié)器參數(shù)

45、還需要在實(shí)際中作一些在線修改。</p><p>　　5 廢液中和分程控制系統(tǒng)的改善</p><p>　　上面的廢液中和分程控制是一個(gè)單回路反饋的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的反饋通道滯后時(shí)間較長(zhǎng)，反饋不及時(shí)，不能及時(shí)控制廢液中的PH值，為此，需要對(duì)以上的單回路反饋系統(tǒng)進(jìn)行改善。廢液流入液體槽的PH值是一定的，由此可聯(lián)想到采用前饋-反饋復(fù)合控制。如圖10所示廢液中和控制采用前饋-反饋復(fù)合控制的流程圖。&

46、lt;/p><p>　　圖10 廢液中和控制采用前饋-反饋復(fù)合控制的流程圖</p><p>　　在前面的所設(shè)計(jì)的廢液中和控制系統(tǒng)中，由于廢液輸入的流量是一定的，系統(tǒng)控制中所引入的干擾F(s)就是流入廢液的pH值，為了使調(diào)節(jié)器能及時(shí)調(diào)節(jié)因干擾引起的擾動(dòng)，采用前饋的方式，將干擾信號(hào)直接變送給調(diào)節(jié)器，起到實(shí)時(shí)控制的目的。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)前饋控制必須滿(mǎn)足一定的條件：⑴干擾信號(hào)是可測(cè)、便于變送；⑵過(guò)程控制

47、通道的時(shí)間常數(shù)大于干擾通道的時(shí)間常數(shù)、反饋控制不及時(shí)而影響控制質(zhì)量。</p><p>　　以上系統(tǒng)可簡(jiǎn)化成，如圖11前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)框圖。</p><p>　　圖11 前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　在給定輸入X(s)與干擾輸入F(s)對(duì)系統(tǒng)輸出Y(s)的共同影響為式子 </p><p><b>　?。?-1

48、）</b></p><p>　　如果要實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾F(s)的完全補(bǔ)償，則上式的第二項(xiàng)應(yīng)為零，即</p><p>　　或 （3-2）</p><p>　　可見(jiàn)，前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)對(duì)于干擾F(s)實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償?shù)臈l件與開(kāi)環(huán)前饋控制的相同。所不同的是干擾對(duì)輸出的影響卻只有開(kāi)環(huán)前饋控制的。這充分說(shuō)明，經(jīng)過(guò)前饋補(bǔ)償后干擾對(duì)輸出的

49、影響已經(jīng)大大減弱，再經(jīng)過(guò)反饋控制則又進(jìn)一不縮小了倍，這就充分體現(xiàn)了前饋-反饋復(fù)合控制的優(yōu)越性。</p><p>　　此外，由式（3-1）可得復(fù)合控制系統(tǒng)的特征方程式為</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　由式（3-3）可知，符合控制系統(tǒng)的特征方程式只與Gc(s)、Go(s)有關(guān)，而與GB(s)無(wú)關(guān)。這就表明加不加

50、前饋補(bǔ)償器與系統(tǒng)的穩(wěn)定性無(wú)關(guān)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性完全由反饋控制回路決定?？?結(jié)</p><p>　　從工業(yè)廢液的處理的角度來(lái)看，遠(yuǎn)不止這么簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)僅僅是從理論的角度出發(fā)，從課本上所學(xué)的控制方案下手，簡(jiǎn)化了具體的設(shè)計(jì)。在本次設(shè)計(jì)中，為了分別控制酸液和堿液的流入，采用了分程控制的方法，在分程控制過(guò)程中用閥門(mén)定位器使調(diào)節(jié)器能控制多個(gè)閥門(mén)。通過(guò)對(duì)測(cè)量元件、變送器、調(diào)節(jié)閥和調(diào)節(jié)器的選擇，來(lái)設(shè)計(jì)中和過(guò)程的分程控制系統(tǒng)。由

51、于該中和分程控制系統(tǒng)只相當(dāng)于一個(gè)單回路反饋的控制系統(tǒng)，并且系統(tǒng)控制通道的時(shí)間常數(shù)較大及容量滯后也較大，系統(tǒng)的反饋不能及時(shí)將反饋信號(hào)送給調(diào)節(jié)器，導(dǎo)致調(diào)節(jié)不及時(shí)，影響控制質(zhì)量。為此，本次設(shè)計(jì)采用前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)，利用前饋反應(yīng)的優(yōu)越性來(lái)彌補(bǔ)以上不足。而且前饋控制的引入，并沒(méi)有影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，反而增大了系統(tǒng)的抗干擾能力。致 謝</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)的收獲很大，使我有機(jī)會(huì)把在課堂上學(xué)到的理論知識(shí)運(yùn)

52、用到實(shí)際生活中，通過(guò)對(duì)知識(shí)的綜合利用分析，加入個(gè)人的分析和比較，加深了我對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。最后非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)以及老師能夠給予我們這樣鍛煉自己的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。參考文獻(xiàn)</p><p>　　[1] 徐湘元.過(guò)程控制技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.1． </p><p>　　[2] 郭陽(yáng)寬，王正林.過(guò)程控制工程及仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011

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