生产过程控制系统设计

毕业设计（论文）报告纸共47页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录前言........................................................31课题设计的背景..........................................32造纸废液处理的意义......................................33过程控制的发展概况......................................34可编程逻辑控制器（PLC）的发展...........................45PLC生产过程控制系统....................................5第二章过程控制方案比较、设计................................61工艺过程分析............................................62配料（混料）反应系统....................................73干燥处理系统............................................84控制原理图（见附录）...................................105调节阀流通能力的计算...................................105.1调节阀............................................105.2PID控制算法......................................116数字PID参数的选择.....................................186.1采样周期的选择....................................186.2数字PID控制的参数选择...............................19.6.3数字PID控制的工程实现..............................20第三章控制系统的硬件设计...................................241可编程控制器...........................................241.1可编程控制器（PLC）...............................241.2可编程控制器的基本原理............................251.3001482MRFXN可编程控制器........................271.4ADFXN42模拟量输入模块...........................281.5DAFXN42模拟量输出模块...........................292液位计.................................................293温度变送器.............................................303.1概述..............................................303.2主要特点..........................................303.3工作原理..........................................314压力变送器.............................................315电动执行机构...........................................32第四章控制系统软件设计.....................................36毕业设计（论文）报告纸共47页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1控制系统整体分析.......................................361.1系统设计基本原则..................................361.2逻辑控制要求......................................361.3系统主电路图......................................371.4输入/输出点数统计.................................371.5PLC最终选型.......................................39总结.......................................................40致谢.......................................................41参考文献...................................................42附录.......................................................43毕业设计（论文）报告纸共47页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊前言1课题设计的背景本设计的背景是利用造纸工业产生的废液生产颗粒状复合肥料,要求为该生产过程设计相应的控制系统。造纸企业污染排放是我国水污染的一个主要原因。将造纸厂的废水直接排放会导致生态环境严重恶化，而废水污染治理不仅技术复杂，而且投资很大，因此造纸废液治理成为企业和社会日益关注的问题。另一方面，造纸黑液也含有大量的可利用成分，其中含氮、钾（硫酸钾）、磷、硅及有机物等因此。可以将造纸厂排出的黑液浓缩后，与有机质预配料混合,再通过喷雾干燥成复合肥，达到治理造纸黑液的目的。2造纸废液处理的意义造纸术作为我国古代“四大发明”之一，对人类文明的进步做出了巨大的贡献，但现代造纸工业却处在落后水平。在我国，造纸业是传统的用水大户，也是造成水污染的重要污染源之一。随着经济的发展，企业日益面临水资源短缺、原料匮乏的问题，而另一方面，水污染也越来越严重。目前我国造纸工业废水排放量及COD排放量均居我国各类工业排放量的首位，造纸工业对水环境的污染最为严重，它不但是我国造纸工业污染防治的首要问题，也是全国工业废水进行达标处理的首要问题。据统计，我国县及县以上造纸及纸制品工业废水排放量占全国工业总排放量的18.6%，其中处理排放达标量占造纸工业废水总排放量的49.3%，排放废水中COD约占全国工业COD总排放量的44.0%。近年经多方不懈努力，造纸工业水污染防治已经取得了一定的成绩，虽然纸及纸板产量逐年增加，但排放废水中的COD却逐年降低。由此看出，造纸工业初步实现了“增产减污”的目标。但目前造纸行业约占排放总量50%的废水尚未进行达标处理，废水污染防治任务还相当繁重。造纸黑液作为造纸工业的主要污染物，含有大量可利用成分。典型造纸黑液所含的污染杂质中，约有1/3为无机物，无机物主要包括大量的游离碱和硫化物。2/3为有机物，有机物主要是木质素、半纤维素、糖类和有机酸等。这些物质作为资源进行回收，就能化害为利，创造出极为可观的价值。因此对造纸黑液的治理，只有走资源化的道路，搞综合利用，才能从根本上解决污染环境的问题，并在取得环境效益的同时，还可取得良好的经济效益和社会效益。3过程控制的发展概况基本概念过程控制系统-----指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位成分、毕业设计（论文）报告纸共47页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊粘度、湿度以及PH值(氢离子浓度)等这样一些过程变量时的系统。过程控制-----指工业部门生产过程的自动化。过程控制的重要性进入90年代以来自动化技术发展很快，是重要的高科技技术。过程控制是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程自动化电过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。过程控制的发展概况19世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低。19世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。主要特点：检测和控制仪表-----采用基地式仪表和部分单元组合仪表(多数是气动仪表)；过程控制系统结构------单输入、单输出系统；被控参数------温度、压力、流量和液位参数；控制目的------保持这些参数的稳定，消除或者减少对生产过程的主要扰动；理论-----频率法和根轨迹法的经典控制理论，解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合问题。19世纪60年代(综合自动化阶段)：过程控制发展的第二个阶段，工厂企业实现车间或大型装置的集中控制。主要特点：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，计算机控制系统的应用，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统；控制目的------提高控制质量或实现特殊要求；理论-----除经典控制理论，现代控制理论开始应用。前馈控制-----按扰动来控制，在扰动可测的情况下，可以地提高控制质量。选择性控制-----在生产过程遇到不正常工况或被控量达到安全极限事，自动实现的保护性控制。19世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。主要特点：检测和控制仪表-----新型仪表、智能化仪表、微型计算机；过程控制系统结构-------由单变量到多变量系统，由PID控制规律到特殊控制规律，由定值控制到最优控制、自适应控制，由仪表控制系统到智能化计算机分布式控制系统；理论-----现代控制理论过程控制领域，如状态空间分析，系统辨识与状态估计，最优滤波与预报。4可编程逻辑控制器（PLC）的发展可编程控制器（ProgrambleController）由美国设备数字公司于60年代末首先毕业设计（论文）报告纸共47页第5页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊开发出来，并在通用汽车公司的技术改造中得到了成功的应用。主要实现多种逻辑控制问题以取代传统的继电器硬接线方式控制系统，另外也具备简单的逻辑处理、计数、定时功能。到20世纪70年代后期，人们将微处理器应用于PLC中，使之成为一种专业的工业控制计算机，功能大大增强。逐渐成为实现工业自动化的主要手段之一。PLC正朝着两个方向发展，一是微小型，具有体积更小、速度更快、功能更强、多功能、兼容性更好等特点，为小型化、低成本的控制要求服务；二是大型，在具有以上特点的同时，还具有网络化、通信等特点，以满足组网功能，组建整个工厂的自动化控制系统。随着技术的发展和市场需求的增加，PLC的结构和功能正在不断的改进，各个厂家也在不断推出自己的新产品，产品的更新换代速度很快。在造纸废液处理这个领域，传统的技术大多使用的传统的控制方式——继电器式。但是很多大型现代化的污水处理企业已经开始使用PLC控制系统。相比之下，PLC控制系统在控制性能和了或新性上都超过传统控制方式，在行业内也得到了广泛的认可。逐步在新一轮的技术改造中占据优势。5PLC生产过程控制系统可编程控制器（PLC）作为一种新兴的工业控制设备，它集合了计算机技术和自动化技术。其灵活可靠、功能强大、使用方便的优点，使得可编程控制器在控制系统中的应用越来