精馏塔塔釜温度控制系统
辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）题目：精馏塔塔釜温度控制系统设计
院（系）：电气工程学院
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学生姓名：
指导教师：
起止时间：2014-12-15至2014-12-26
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电气工程学院教研室：测控技术与仪器Array
注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要
精馏是把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程，是在石油及化工等众多生产过程中广泛应用的一种传质方法，通过精馏，使混合物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理比较复杂，动态响应迟缓，变量之间相互关联，不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，确定精馏塔的控制方案是一个十分重要的课题。精馏塔塔釜温度控制的稳定与否直接决定了精馏塔的分离质量和分离效果，控制精馏塔的塔釜温度是保证产品高效分离，进一步得到高纯度产品的重要手段。对于精馏塔工作受物料平衡和能量平衡的制约，鉴于单回路控制系统和前馈控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求，因此设计了基于串级控制的精馏塔塔釜温度控制系统。
关键词：精馏；多输入多输出；串级控制
目录
第1章绪论 (3)
第2章课程设计的方案论证 (4)
2.1系统对象特性分析 (4)
2.2方案设计 (5)
2.3确定设计方案 (7)
第3章仪表的设计选择 (8)
3.1检测仪表的选择设计 (8)
3.1.1温度传感器的选择设计 (8)
3.1.2 温度变送器的选择设计 (9)
3.1.3 压力传感器的选择设计 (10)
3.2执行器的选择设计 (11)
3.3电/气转换器的选择设计 (13)
3.4控制器的选择设计 (13)
3.4.1 温度控制器的选择设计 (14)
3.4.2 压力控制器的选择设计 (14)
3.5PID控制算法 (15)
第4章系统仿真或模拟调试 (17)
第5章课程设计总结 (18)
参考文献 (21)
第1章绪论
随着当今世界石油化工业的迅猛崛起，人们也开始重视起石油化学的加工技术，而其中精馏操作的应用也越来越广。精馏使混合物料中的各组分分离，达到规定的纯度。分离的机理是利用混合物中各组分的挥发度不同（沸点不同），也就是同一温度下，各组分的蒸汽分压不同这一性质，使液相中的低沸物和高沸物进行互相转移，从而实现分离。在实际生产过程中精馏操作可分为间歇精馏和连续精馏两种。对于石油化工的生产等大型生产过程，主要是采用连续精馏。精馏塔可分为精馏段，提馏段各塔板，进料板，塔顶冷凝器及回流罐，塔釜等。
精馏塔的控制目标为，在保证产品质量的合格前提下，使塔的总效益最大或者生产成本达到最小化。温度作为间接质量指标是精馏塔质量控制中应用最早同样也是最为普通的一种。对于二元精馏塔而言，在一定压力下，沸点和产品的成分有单值对应关系，只要塔压恒定，塔釜的温度便反应了成分。对于多元精馏塔而言，压力一定而保持一定的温度，成分的误差便可忽略不计。精馏塔温度是保证分离纯度的重要指标，塔釜的部分产品经过再沸器回流到塔内，其主要干扰因素为进料状态，即进料流量，进料温度及进料成分等。此外，冷剂与加热剂的压力和温度及环境温度也会影响精馏塔的平衡操作。因此，在精馏塔方案确定时将进料状态，进料温度等加以定值控制是对精馏塔的平衡操作是十分有利的。控制系统大体可分为简单控制系统和复杂控制系统，具体包括结构简单的单回路控制系统和复杂的串级控制系统，前馈控制系统，大滞后控制系统，比值控制系统，均匀控制系统和分程控制系统等。在实际精馏塔的整体控制方案中，简单的单回路控制系统不能满足高精度的工艺要求，因此串级控制，均匀控制，比值控制和前馈控制等控制系统经常被使用。
第2章课程设计的方案论证
2.1系统对象特性分析
本次设计主要是综合应用所学知识，设计精馏塔塔釜温度控制系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“过程控制系统”课程中所学的基本理论和基本方法。
应用场合:炼油、化工生产中的主要装置。
系统功能介绍:精馏塔是石油化工生产过程中的主要装置。对于由多组分组成混合物，利用其组分的不同挥发度，通过精馏操作将其分离成较纯的组分的产品。在精馏塔分离过程中塔釜温度是保证产品分离纯度的重要指标，因此控制塔釜温度在控制系统中尤为重要。在此系统中控制变量为蒸汽流量，被控对象为塔釜温度。蒸汽经过再沸器对其进行加热，因为温度是精馏塔分离过程的重要指标，所以蒸汽流量的控制是精馏塔的工艺要求的决定性因素蒸汽压力是系统的主要干扰因素。。精馏塔是一个多变量的被控过程，可供选择的被控变量和操作变量众多的，选定一种变量配对，就组成了一种控制方案。
精馏塔的主要干扰因素有以下几点：
1: 蒸汽压力的干扰
2: 进料组分的干扰
3: 进料温度的干扰
4: 进料流量的干扰
2.2方案设计
通过对于精馏塔中蒸汽压力，进料组分和进料流量等的干扰因素的分析，控制系统的设计方案拟定为串级控制系统和前馈控制系统两个方案。
方案一：串级控制系统
串级控制系统是在简单控制系统的基础上发展起来的，当被控过程的滞后较大，干扰比较剧烈频繁时若采用简单的控制系统便不能满足工艺控制要求，在系统结构上，串级控制系统包括两个控制回路，通过副回路的引入不仅能够迅速克服作用于副回路的干扰，也能加速克服主回路的干扰，进而使系统控制品质显著提高。串级控制系统的主回路是定值控制系统，副回路是随动控制系统，通过它们的协调工作，使主参数能够准确的控制在工艺规定的范围之内。
图2.1 串级控制系统框图
本设计中，主被控变量为温度，副被控变量为蒸汽压力。为保证精馏塔温度恒定和生产的连续性，将精馏塔塔釜温度调节器和蒸汽压力调节器构成串级控制系统，其精馏塔塔釜温度为主调节器，蒸汽压力调节器为副调节器。串级控制系统之所以适合蒸馏塔塔釜温度控制系统可以归纳为以下几个原因：串级控制系统对进入副回路的干扰有很大的克服能力，这便可以防止蒸汽压力变化剧烈对于生产过程的影响。串级控制系统改善了被控过程的特性，提高了系统的工作效率，充分保证了精馏塔的分离纯度。对负荷和操作条件的变化有一定的适应能力。串级控制系统在精馏塔控制中经常用于质量反馈控制系统。精馏塔塔釜温度控制系统采用串级控制系统可以保证主被控变量的控制质量，作为操作的变量，一般状态下保持稳定有利于工艺的平稳操作。
方案二：前馈控制系统
前馈控制系统是当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小进而改变控制变量，以抵消扰动对被控参数的影响。精馏塔塔釜温度控制系统设计中蒸汽压力主要干扰，进料流量及进料组分等为次要干扰。前馈控制系统是一种预测控制，通过对于当前系统工作的了解进而预测出下一阶段系统的运行情况。本设计中主要干扰为蒸汽压力，采用前馈控制系统可以直接根据蒸汽压力的变化，通过一个前馈控制器PC直接控制调节阀，这样可在精馏塔塔釜温度变化之前，及时对蒸汽压力这一主要干扰进行补偿，进而保证精馏塔塔釜的正常工作。
前馈控制系统多种多样，根据结构可分为静态前馈控制，动态前馈控制，前馈反馈复合控制系统和前馈串级复合控制系统等。静态前馈控制结构简单并且易于实现，但在扰动影响下动态偏差仍然存在，对于扰动频繁且要严格控制的动态偏差的精馏塔塔釜温度控制系统，显然静态控制无法满足生产工艺的精度要求，静态特性前馈控制是动态特性前馈控制的一种特殊形式，并且动态前馈与其他控制系统相比结构简单易于控制，因此本设计选用动态前馈控制系统。
前馈控制系统的特点可分为以下几点:基于扰动来消除扰动对被控量的影响，又可称为扰动补偿。在扰动发生时，前馈控制“及时”动作。前馈控制属于开环控制，只要系统中各环节处于稳定状态，整个系统就稳定工作。其中扰动只代表可测不可控干扰。一种前馈控制只能克服一种扰动，控制规律完全取决于被控对象的特性。同样前馈控制也存在着明显的局限性：在实际的工业过程中干扰很多，不可能对每个干扰设计一套检测装置和前馈控制器。决定前馈控制特性的被控过程的特性的精确表达式很难能到在物理上很难实现。
图2.3 前馈控制系统框图
2.3确定设计方案
对于本设计的要求，不需要专用的补偿器，单元组合仪表便可以满足使用要求。由于考虑物料、压力等物理量对精馏塔釜温度的影响，并且干扰变化剧烈，幅度大，有时从0.5Mpa突然下降到0.3Mpa，压力变化40％，干扰幅度较大。并串级控制系统与前馈控制系统的特点比较，串级控制系统由于副回路的作用，对于40%的扰动具有较强的克服能力。在精馏塔塔釜控制系统中不仅要排除干扰的影响，同时也要保证工艺生产的正常工作，一方面保证精馏塔温度恒定，另一方面保证生产的连续性。考虑工艺要求塔釜温度控制在800 ±2 ℃。
精馏塔温度控制系统通过串级系统的主副控制器实行温度控制，主回路是定值控制系统，副回路是随动控制系统。当压力恒定时，精馏塔分离过程正常运行，当蒸汽压力出现剧变时，由副回路进行克服干扰，使系统正常运行。
第3章 仪表的设计选择
在精馏塔塔釜温度控制系统设计中，共有检测仪表类中的温度传感器、温度变送器及压力变送器，实行操作环节的执行器，进行信号转换的电气转换器和进行指挥的控制仪表。各类仪表的准确选型是控制系统能够完成工艺要求的前提。
3.1 检测仪表的选择设计
在工业生产中，为了有效地控制生产过程，保证生产安全和产品质量，必须及时检测出生产过程中有关参数。检测仪表将生产过程的参数，经检测和变送转换为标准信号。标准信号一般为：1~5V 电压信号，4~20mA 电流信号和20~100Kpa 气压信号。检测仪表种类繁多，针对生产过程中不同参数和不同的工作条件不同的功能要求，相应的检测方法及仪表的结构也各不相同。
图3.1 检测仪表工作原理图 3.1.1 温度传感器的选择设计
本设计中，在精馏塔塔釜处需要进行温度的测量。温度在工艺控制中是一个极为重要参数，不能够直接测量，只能通过各种间接方法测量，分为接触式测量方法和非接触式测量方法。温度传感元件多种多样，可分为热电偶、热电阻和集成温度传感元件。
热电偶作为温度传感元件，能将温度信号转换成电动势（mV ）信号，配以测量毫伏的指示仪表或变送器可以实现温度的测量指示或温度信号的转换。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°C 以上的高温，可以在1600°C 高温下长期使用。
热电阻也可以作为温度传感元件。大多数电阻的阻值随温度变化而变化，如果某材料具备电阻温度系数大、电阻率大、化学及物理性能稳定、电阻与温度的
关系接近线性等条件，就可以作为温度传感元件用来测温，称为热电阻。热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电阻两类。大多数金属热电阻的阻值随其温度升高而增加，而大多数半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减少。
在本设计中塔釜温度应控制为800 ±2℃，温度测量范围0~1000℃，通过计算温度精度等级为0.2级。通过工艺要求和实际生产的考虑，本设计采用铂铑30-铂铑6 B型号WRR-130温度传感器。铂铑热电偶在热电偶系列中具有准确度最高、稳定性最好、测温温区宽、使用寿命长等优点，铂铑热电偶又称高温贵金属热电偶，铂铑有单铂铑（铂铑10-铂铑）和双铂铑（铂铑30-铂铑6）之分，它们作为温度测量传感器，通常与温度变送器、调节器及显示仪表等配套使用，组成过程控制系统WRR-130采用贵金属高纯铂金为负极，铂铑合金为正极，用于粉未冶金，烧结光亮炉，真空炉，冶炼炉及多种耐火材料、陶瓷、瓷器烧制，外管材质为刚玉，测量温度为0-1800℃。其具体技术指标如下：
1: 测温范围：0~1800 ℃
2: 允差等级：A
3: 响应时间：50 s
4: 分度号：B
5: 外形尺寸：16*700（mm）
6: 规格尺寸：0.5丝径,0.4丝径,0.3丝径
图3.2 温度传感器实物图
3.1.2温度变送器的选择设计
由于检测信号要进入控制系统，必须符合控制系统的信号要求。进而通过变送器将各种不同的检测信号转换为标准信号输出。温度传感器输出信号需经温度变送器转换之后，才能与调节阀控制器进行配合工作。温度变送器从信号上可分
为模拟式数字式两类，模拟式与数字式优点各不同，数字式以CPU为核心，具有信号补偿，信号转换等多种功能。模拟式由模拟器件构成，输出模拟信号。
本设计选用DDZ-Ⅲ型系列DBWM型热电偶变送器，DBWM型热电偶变送器是DBW型热电偶变送器改进产品，DBWM型热电偶变送器可与各种类型热电偶传感器配套使用，将传感器输出信号转换为1~5V或4~20mA标准信号供给指示仪，模拟调节器，可编程数字调节器，分散系统及工业过程控制机,可由DC24V 直接供电，具有本质安全防爆功能。DBWM型热电偶变送器采用四线制连接方式，由于在电路上采用了高性能的功能模块结构方式，使整机结构紧凑，体积缩小，重量轻安装调校简单，维护工作量小，且具有断偶报警功能（输入信号大于5V 或小于1V）。输入信号：各档热电势（适配于各种型号热电偶），输出信号：1～5V DC;4～20mA DC，负载电阻：0～500Ω，环境温度：5～40℃，相对湿度：10～75%，供电电源：24V±1.2V DC，消耗功率：2.5W。
图3.3 温度变送器实物图
3.1.3压力传感器的选择设计
本设计中，蒸汽压力是精馏塔塔釜温度控制系统的主要干扰，因此在蒸汽进入管道处需要对蒸汽压力进行测量。压力是工业生产的重要参数，在化工炼油等生产过程中，经常会遇到压力和真空度的测量，其中包括比大气压力高很多的高压，超高压和比大气压力低很多的真空度的测量。在精馏塔塔釜温度控制系统中，蒸汽压力为主要干扰，变化剧烈，而且幅度大，有时从0.5Mpa突然下降到0.3Mpa，压力变化了40%。在系统中，如果干扰不能得到合理的控制，将会影响生产过程的正常运行。
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石
化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力传感器种类很多，传统的测量方法是利用弹性元件的位移和变形来表示，但是它的体积大，笨重并且输出非线性。随着现代电子科技大迅猛发展，利用半导体材料的压阻效应和良好的弹性研制出的半导体力敏传感器。其具有体积小，重量轻及灵敏度高的特点。
控制系统中，蒸汽压力变化剧烈并且幅度大，有时从0.5Mpa下降到0.3Mpa，压力变化40%，为满足精馏塔塔釜温度控制系统的工艺要求和测量压力的精度，本设计选用电气性压力计中的电容式差压传感器。电容性差压传感器是一种利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出的压力传感器，其结构紧凑，电路独特，测量精度高。本设计选用型号为罗斯蒙特3051TA型压力变送器，罗斯蒙特3051TA型压力变送器集传感器电子技术和单隔离膜片与一体，由一台设备完成检测变送的功能，利用数字化补偿技术对温度、静压进行了补偿，提高了测量精度，降低了温度漂移。3051系列智能变送器具有设计原理新颖、品种规格齐全、安装使用简便、安全防爆等特点。尤以精度高、体积小、重量轻、调整方便、长期稳定性好、单向过载保护能力强、适用于恶劣场所使用而著称。3051TA型压力传感器具体技术指标如下：
1: 测量范围：0-10至0-1034kPa
2: 精度等级：0.5%
3: 输出信号：4~20（mA）
4: 接口尺寸：M20X1.5（mm）
5: 测量介质：液体、气体或蒸汽
图3.4 压力传感器实物图
3.2执行器的选择设计
执行器是自动控制系统中的操作环节，其作用是根据控制器送来的控制信号
改变所操作介质的大小，将被控变量维持在所要求的数值上。自动调节阀是能够按照输入的控制信号自动改变开度的阀门，调节阀按照工作能源形式分为气动，液动和电动三大类。气动调节阀用压缩空气作为工作能源，在易燃易爆环境中工作，广泛应用于化工炼油的等生产过程中。电动调节阀用电源，其特点能源取用方便，信号传递迅速等。液动调节阀用液压进行推动，推力很大。调节阀的结构形式主要根据工艺条件，如使用温度，压力及介质的物理特性，化学特性等来选择，一般可分为直通单座阀，直通双座阀和蝶阀等。
精馏塔塔釜温度控制系统应用于化工炼油生产，因此本设计选用气动调节阀。由于调节阀由执行机构和阀门组装而成，然而执行机构有正反作用两种，阀门也有正反作用两种，因此组装而成的气动调节器有气开式调节阀和气关式调节阀两种形式。气关式调节阀是无压力信号时阀门全开，随着压力信号的增大，阀门逐渐关小。相比气关式调节阀，气开式调节阀工作特性与之相反，无压力信号时阀门全闭，随着压力信号增大阀门逐渐开大。对于调节阀的选择，一般可以考虑以下几个方面：调节阀结构的选择，气开式与气关式的选择，调节阀流量特性的选择，调节阀口径的选择。由于本设计用于控制蒸汽流量，精馏塔塔釜温度受蒸汽压力的变化影响大，为了使温度保持相对稳定的状态，当蒸汽突然增大或者降低时应保持蒸汽压力恒定，阀开度随着蒸汽压力的增大而增大。因此本设计选用气开式调节阀。调节阀的选择除了以上参考因素还应考虑阀门的流量特性，通过调节阀的工艺要求来对流量特性进行选择，在本控制系统中，调节阀的阀开度随之蒸汽的增大而增大，即调节阀的放大系数随之增大，由此看出相对流量与相对开度呈百分比流量特性。
经过对比之后，选用型号ZMAP型气动气开式薄膜调节阀，高压单座调节阀是一种上导向结构的调节阀，结构紧凑，压降损失小，流量大，可调范围广。公称通径：25、40、50、80mm。公称压力：ANSI 900、1500、2500 JIS 63K。以不锈钢，碳钢等材料为制作材料，采用法兰连接形式，具有等百分比特性和线性特性。
图3.5 执行器实物图
3.3电/气转换器的选择设计
为了使气动执行器能够接收电动控制器的输出信号，必须使用电/气转换器把控制器输出的标准信号转换为20~100kPa的标准气压信号。本设计系统采用EPC系列DQ-3型电/气转换器。此种电气转换器体积小，灵敏度高，安装方便，是直动式(无反馈)仪表，可以得到高功率的气动输出信号，现场可直接改变作用方式，供气范围宽、适应各种不同场合使用并且具有防爆功能。DQ-3型电/气转换器具体技术指标如下：
1: 输入信号：4~20mA
2: 输出讯号：20～100kPa
3: 仪表精度：0.5%
4: 转换器内阻：250Ω
图3.6 电/气转换器实物图
3.4控制器的选择设计
本设计中，共有塔釜温度和蒸汽压力两处需要控制，因此需要对温度控制器和压力控制器进行选型。控制仪表一般可分为基地式控制仪表，单元组合式控制仪表和以微处理器为中心的控制仪表。按照控制规律又可分为双位控制，比例控制，比例积分控制和比例微分控制。控制器又可分为模拟式控制器，数字式PID控制器和可编程逻辑控制器。模拟式控制器是用模拟电路实现控制功能，经历了Ⅰ型，Ⅱ型和Ⅲ型。数字式PID控制器是以微处理器为基础的多功能控制仪表，可接受多路模拟量及开光量输入信号，能实现复杂的运算控制，并具有通信及故障诊断功能。可编程逻辑控制器简称PLC，基于微机技术解决生产中大量的开关顺序控
制问题，可编程控制器最大特点在于可编程序，可通过改变软件来改变控制方式。
控制系统系统中各环节按照工作特性，正负号作以下规则：
1 调节阀：气开式取“+”，气关式取“-”；
2 被控对象：若控制变量增加时，被控参数随之增加取“+”；反之，则取“-”；
3 变送器：输出信号随被测变量增加而增大，取“+”；反之取“-”；
4 调节器：测量输入增加，调节器输出增大时取“+”；测量输入增加时，调节器输出减小时取“-”；
在此串级控制系统中，温度变送器为“+”，压力变送器为“+”，气开式调节阀为“+”，通过系统中主、副对象，主、副控制器及调节阀的关系，对于主对象温度的控制，温度控制器选为反作用。对于副对象压力的控制，压力控制器为反作用。
3.4.1温度控制器的选择设计
为满足精馏塔塔釜温度控制系统的工艺要求，本设计选用DDZ-Ⅲ型仪表。Ⅲ型仪表DT2031数字调节器是基于电动单元组合仪表进行升级，采用数字化控制技术的新型过程控制仪表，是一种智能型调节器，环境温度：0～50℃相对湿度：10～85%，RH大气压力：86～106Kpa，外磁场强度：≤400Nm。仪表的内部有功能强大的微处理器，根据不同要求进行组态设定。实现具有微分前馈功能的PID，PI，PD，P控制方案，操作，组态，设定方便，性能价格比高，可用于电力、冶金、石油、化工等领域的自动化控制。
图3.6 温度控制器实物图
3.4.2压力控制器的选择设计
在精馏塔塔釜温度控制系统中，为满足蒸汽压力的控制，选用型号为YK306S
的压力控制器。YK 系列压力控制器产品用作压力控制和压力保护，当系统压力到调定值时，开关自动切断（或接通）电路，除自动复位型外，还备有高压手动复位型，高低压手动复位型。具有刻度指示的压力和压差调节，压力和压差调节的精度高，重复动作点稳定并且适用介质为压缩空气、水、油等多种多种物质。 YK306S 压力控制器测量精度为0.05Mpa ，测量范围为0~3.0 Mpa ，外形尺寸为108*102*50（mm ）。
图3.7 压力控制器实物图
3.5 PID 控制算法
PID 控制是一种线性控制方法，控制参数整定过程包括：过程扰动产生，扰动响应评估及控制器参数的计算。根据给定值r （t ）与实际输出值y （t ）构成控制偏差e （t ），即e （t ）= r （t ）-y （t ）。对偏差e （t ）进行比例，积分和微分运算。将三种运算的结果相加，就得到PID 控制器的控制输出u （t ）。
在连续时间域中，PID 控制器算法的表达式如下：
式中：Kp 为比例系数，Ti 为积分时间常数，Td 为微分时间常数。
PID 控制器各个校正环节的作用如下：
比例环节：成比例的反应控制系统的偏差信号e （t ），偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。
积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti,Ti 越大，积分作用越弱，反之则越强。
微分环节：反映偏差信号的变化趋势，调节误差的微分输出，误差突变时，能及时控制，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正
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信号，从而加快系统的动作速度，进而得到优化的控制性能。
本设计中，通过串级系统的主副回路来对精馏塔塔釜温度进行控制。主回路中以精馏塔塔釜为主要控制参数，塔釜温度是精馏塔分离工艺重要参数。主回路中主副对象传递函数分别为：
主对象函数：()())2-3(..............................162.51042s s s G -+=
副对象函数：())3-3....( (1)
5114s s s G -+= 为满足精馏塔塔釜温度控制系统的工艺要求，本设计中主调节器采用比例积分微分控制（PID 控制），副调节器采用比例控制（P 控制）。
第4章系统仿真或模拟调试
根据串级控制系统方框图使用MATLAB对系统的阶跃响应进行仿真，通过观察仿真图进行判断系统控制器参数选择是否使系统满足工艺要求。在精馏塔温度串级控制系统中，我们以塔釜温度为主要被控参数，塔釜温度影响产品生产质量，工艺要求严格，又因为精馏塔串级控制系统有较大容量滞后，所以，选择PID 调节作为主调节器的调节规律。控制副参数是为了保证和提高主参数的控制质量，对副参数的要求一般不严格，可以在一定范围内变化，允许有残差，所以副调节器调节规律选择了P控制。整定串级控制系统的参数为最佳值，用MATLAB仿真。通过仿真曲线来对调节器参数进行整定，改变主副调节器参数来使过渡过程的递减比为4：1。本设计采用一步整定法来对主副控制器的参数进行整定，先将副控制器一次放好，不再变动，然后按照一般单回路孔控制系统的整定方法直接整定主控制器参数。副控制器选择比例调节规律，因为副回路进行压力控制，为使递减比满足要求，将副回路中Kp=5，主回路中Kp=2.2，Ti=30,Td=2。
图4.1 MA TLAB仿真框图
图4.2 MA TLAB仿真图1
根据精馏塔温度控制系统的工艺要求：800 ±2℃。系统阶跃响应输入值为800。根据仿真图可以看出，此时满足过渡过程的最佳衰减比4：1，此时衰减曲线比例度为120%，调节时间大约为700S，最大偏差20%，通过仿真曲线可以得知700S 之后，曲线趋于稳定满足误差±2 ℃。在主副回路中主副PID控制算法表达式分别为：
在串级系统运行1600S后，加入幅值为20%的干扰，仿真曲线如图4.4所示。此时系统调节时间大约为150S。150S后曲线仍然趋近于800，因此串级控制系统对于添加的一次干扰有稳定的克制作用。
图 4.3 一阶干扰MA TLAB仿真框图
图4.4 MA TLAB仿真图2
为了验证串级控制系统可用于克服变化剧烈和幅值大的干扰，在系统稳定运行1100S后，突加幅值为40%的一次和二次脉冲扰动信号，同向时系统的响应曲线如图4.6所示。此时调节时间大约为200S。
精馏塔提馏段的温度控制系统
南华大学 过程控制仪表课程设计 设计题目精馏塔提馏段的温度控制系统学生XXX 专业班级自动化X X X 学号XXXXXXXXXX 指导老师XXX 2012年6月25日
目录 1.系统简介与设计目的 (2) 2.控制系统工艺流程及控制要求 (3) 3．设计方案及仪表选型 (4) 3.1控制方案的确定 (4) 3.2控制系统图、方框图 (5) 4.各个环节仪表的选型，仪表的工作原理以及性能指标 (7) 4.1检测元件 (7) 4.1.1铠装热电偶特点 (7) 4.1.2铠装热电偶主要技术参数 (7) 4.2变送器 (7) 4.2.1变送器主要技术指标 (7) 4.3调节器 (8) 4.4执行器 (8) 4.4.1电／气阀门定位器作用 (8) 5.绘制仪表盘电气接线图，端子接线图 (10)
6.仪表型号清单 (11) 7.设计总结 (12) 参考文献 (13) 1.系统简介与设计目的 精馏操作是炼油、化工生产过程中的一个十分重要的环节。精馏塔的控制直接影响到工厂的产品的质量、产量和能量的消耗，因此精馏塔的自动控制长期以 来一直受到人们的高度重视。精馏塔是一个多输入多输出的对象，它由很多级塔 板组成，在机理复杂，对控制要求又大多较高。这些都给自动控制带来一定的困难。同时各塔工艺结构特点有千差万别，这需要深入分析特性，结合具体塔的 特点，进行自动控制方案设计和研究。精馏塔的控制最终目标是，在保证产品质 量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大。在这个情况为了更好 实现精馏的目标就有了提馏段温度控制系统的产生。
按提馏段指标的控制方案，当塔釜液为主要产品时，常常按提馏段指标控制。 如果是液相进料，也常采用这类方案。这是因为在液位相进料时，进料量的变化， 首先影响到塔底产品浓度，塔顶或精馏段塔板上的温度不能很好地反映浓度的变 化，所以采用提馏段控制温度比较及时。另外如果对釜底出料的成分要求高于塔 顶出料，塔顶或精馏段板上温度不能很好反映组分变化和实际操作回流比大于几 倍最小回流比时，可采用提馏段控制。提馏段温度是衡量质量指标的间接指标，而以改变再沸器加热量作为控手段的方案，就是提馏段温控。 精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前提下，使塔的回收率最高、能耗最低，即使总收益最大，成本最小。
精馏塔温度控制系统设计.doc
辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）题目：精馏塔温度控制系统设计 院（系）：电气工程学院 专业班级：自动化093 学号： 090302074 学生姓名：杨昌宝 指导教师：（签字） 起止时间：
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院教研室：自动化 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要 随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分流物料的组分越来越多，分离的产品纯度越来越高。采用提馏段温度作为间接质量指标，它能够较直接地反映提馏段产品的情况。将提馏段温度恒定后，就能较好地确保塔底产品的质量达到规定值。所以，在以塔底采出为主要产品、对塔釜成分要求比对馏出液高时，常采用提馏段温度控制方案。由于精馏塔操作受物料平衡和能量平衡的制约，鉴于单回路控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求，设计了基于串级控制的精馏塔提馏段温度控制系统。 精馏塔的大多数前馈信号采用进料量。当进料量来自上一工序时，除了多塔组成的塔系中可采用均匀控制或串级均匀控制外，还有用于克服进料扰动影响的控制方法前馈—反馈控制。 前馈控制是一种预测控制，通过对系统当前工作状态的了解，预测出下一阶段系统的运行状况。如果与参考值有偏差，那么就提前给出控制信号，使干扰获得补偿，稳定输出，消除误差。前馈的缺点是在使用时需要对系统有精确的了解，只有了解了系统模型才能有针对性的给出预测补偿。但在实际工程中，并不是所有的干扰都是可测的，并不是所有的对象都是可得到精确模型的，而且大多数控制对象在运行的同时自身的结构也在发生变化。所以仅用前馈并不能达到良好的控制品质。这时就需要加入反馈，反馈的特点是根据偏差来决定控制输入，不管对象的模型如何，也不管外界的干扰如何，只要有偏差，就根据偏差进行纠正，可以有效的消除稳态误差。解决前馈不能控制的不可测干扰。 前馈反馈综合控制在结合二者的优点后，可以提高系统响应速度 关键词：提馏段温度前馈-反馈串级控制
智能型温度测量控制系统
河北农业大学 毕业论文﹙设计﹚开题报告 题目智能型温度测量控制系统-开题报告 学生姓名学号 所在院(系)信息工程学院 专业班级通信工程2010140 指导教师 2014年02月23日
题目基于单片机的温度控制系统设计 一、选题的目的及研究意义 温度的测量及控制对保证产品质量、提高生产效率、节约能源、生产安全、促进国民经济的发展起到非常重要的作用，是工业对象中主要的被控参数之一。在单片机温度测量系统中的关键是测量温度、控制温度和保持温度。在日常生活中，也可广泛实用于地热、空调器、电加热器等各种家庭室温测量及工业设备温度测量场合。随着微机测量和控制技术的迅速发展与广泛应用，以单片机为核心的温度采集与控制系统的研发与应用在很大程度上提高了生产生活中对温度的控制水平。近年来，温度的检测在理论上发展比较成熟，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测温度场进行较精确的控制，仍然是目前需要解决的问题。这次毕业设计选题的目的主要是让生活在信息时代的我们，将所学知识应用于生产生活当中，掌握系统总体设计的流程，方案的论证，选择，实施与完善。通过对温度控制通信系统的设计、制作、了解信息采集测试、控制的全过程，提高在电子工程设计和实际操作方面的综合能力，初步培养在完成工程项目中所应具备的基本素质和要求。培养研发能力，通过对电子电路的设计，初步掌握在给定条件和要求的情况下，如何达到以最经济实用的方法、巧妙合理地去设计工程系统中的某一部分电路，并将其连接到系统中去。提高查阅资料、语言表达能力和理论联系实际的技能。 当今社会温度的测量与控制系统在生产与生活的各个领域中扮着越来越重要的角色，大到工业冶炼，物质分离，环境检测，电力机房，冷冻库，粮仓，医疗卫生等方面，小到家庭冰箱，空调，电饭煲，太阳能热水器等方面都得到了广泛的应用，温度控制系统的广泛应用也使得这方面研究意义非常的重要。 二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 国外对温度控制技术研究较早，始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。目前正开发和研制计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统。现在世界各国的温度测控技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。我国对于温度测控技术的研究较晚，始于20世纪80年代。我国工程技术人员在吸收发达国家温度测控技术的基础上，才掌握了温度室内微机控制技术，该技术仅限于对温度的单项环境因子的控制。我国温度测控设施计算机应用，在总体上正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性应用阶段过渡和发展。在技术上，以单片机控制的单参数单回路系统居多，尚无真正意义上的多参数综合控制系统，与发达国家相比，存在较大差距。我国温度测量控制现状还远远没有达到工厂化的程度，生产实际中仍然有许多问题困扰着我们，存在着装备配套能力差，产业化程度低，环境控制水平落后，软硬件资源不能共享和可靠性差等缺点。在今后的温控系统的研究中会趋于智能化，集成化，系统的各项性能指标更准确，更加稳定可靠。应用领域非常的广泛，①冷冻库，粮仓，储罐，电信机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域。 ②轴瓦，缸体，纺机，空调等狭小空间工业设备测温和控制。③汽车空调，冰箱，冷柜以及中低温干燥箱等。④太阳能供热，制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量等。温度是一种最基本的环
小型温度控制系统
电子工程设计报告 题目：温度测量系统/闭环温度控制系统设计 专业：电子科学与技术 小组：第8小组 姓名学号：王丹阳11023224 覃业泰 11023226 李赉龙 11023228 指导教师：高新 完成日期：2013.12.15
中文摘要 本电子工程设计的任务是完成一套小型的温度测量与控制系统。这个系统需要完成非电量到电量信号转换、信号处理、数据采集、数据处理、人机交互、数据通信、控制等设计工作，几乎覆盖一般电子系统的所有设计环节。其中包含有三个阶段。本报告为第二阶段内容，在第一阶段电源模块、变送器模块，驱动器模块的基础上，又包含： 单片机模块的设计与实现； 数模转换模块的设计与实现； 模数转换模块的设计与实现； 键盘显示模块的设计与实现。 在上述七个模块的基础上，通过软件设计完成环境温度的显示与闭环温度控制两大功能。并通过键盘很方便的进行两大功能的自由切换和目标控制温度的设定。 本报告针对以上模块分别详细给出了设计要求、方案设计、电路设计、原理分析、电路调试、电路故障等方面的内容，以完整反映实验过程。 【关键词】单片机；温度；闭环控制
目录 中文摘要 (1) 1 课题背景 (4) 1.1 课题背景 (4) 1.2 设计概述 (4) 2 简单电路的模块化设计与实现 (5) 2.1 单片机应用电路设计与实现 (5) 2.1.1基本要求 (5) 2.1.2设计方案 (6) 2.1.3单片机系统的调试 (8) 2.1.4调试中遇到的问题 (9) 2.2模/数转换电路设计与实现 (9) 2.2.1实验要求 (9) 2.2.2设计方案 (10) 2.2.3电路主要参数计算 (11) 2.2.4 模数转换电路模块的调试 (12) 2.3显示与键盘控制电路设计与实现 (13) 2.3.1基本要求 (14) 2.3.2设计方案 (14) 2.3.3显示模块模块的调试 (15) 2.3.4键盘模块的调试 (17) 2.4数/模(D/A)转换电路设计与实现 (18) 2.4.1基本要求 (18)
基于NTC热敏电阻的温度测量与控制系统设计(论文)
题目名称：基于NTC热敏电阻的温度测量与控 制系统设计 摘要：本系统由TL431精密基准电压，NTC热敏电阻(MF-55)的温度采集，A/D和D/A转换，单片机STC89C51为核心的最小控制系统，LCD1602的显示电路等构成。温度值的线性转换通过软件的插值方法实现。该系统能够测量范围为0~100℃，测量精度±1℃,并且能够记录24小时内每间隔30分钟温度值，并能够回调选定时刻的温度值，能计算并实时显示24小时内的平均温度、温度最大值、最小值、最大温差，且有越限报警功能。由于采用两个水泥电阻作为控温元件，更有效的增加了温度控制功能。 关键词： NTC TL431 温度线性转换 Abstract: The system is composed of TL431 as precise voltage,the temperature acauisition circuit with NTC thermistors (MF-55), the transform circuit of A/D and D/A, the core of the minimum control system with STC89C51, 1the display circuit usingLCD1602, etc. Get the temperature of the linear transformation by the software method. The range of the measure system is 0 ~ 100 ℃, measurement accuracy + 1 ℃.It can record 24 hours of each interval temperature by per 30 minutes selected of temperature.The time can be calculated and real-time display within 24 hours of the average temperature, maximum temperature and minimum temperature, maximum value, and each temperature sensor has more all the way limit alarm function. Due to the two cement resistance as temperature control components, the more effective increase the temperature control function. Keyword: NTC TL431 temperature linear conversion
精馏塔提留段温度单回路控制
精馏原理以及工业流程 精馏操作分为连续精馏和间歇精馏，本设计的研究对象是连续精馏的过程。连续精馏的流程装置如下图所示，其操作过程是：原料液经预热加热到一定温度后，进入精馏塔中的进料板，料液在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，在逐板下流，最后流入塔底再沸器中，液体在逐板下降的同时，它与上升的蒸汽在每层塔板上相互接触，同时进行部分汽化和部分冷凝的质量和能量的传递过程。操作时，连续从再沸器中取出的部分液体作为塔底产品，部分液体汽化产生上升蒸汽，从塔底回流入塔内出塔顶蒸汽进入冷凝器中被冷凝成液体，并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品。 图连续精馏装置工艺流程图 精馏塔的特性 精馏塔的特性分为静态特性和动态特性，以二元简单精馏过程为例，说明精馏塔的基本关系。 1.2.1精馏塔的静态特性 一个精馏塔，进料与出料应保持物料平衡，即总物料量以及任一组分都符合物料平衡关系。图所示的精馏过程，其物料平衡关系为： 总物料平衡 B D F += （） 轻组分平衡 B D f x B x D z F ?+?=? （）
由式（）和（）联立可得： B B f D x x z D F x +-= )( B D f D x x z x F D --= （） 式中 F 、D 、B ——分别为进料、顶馏出液和底馏出液流量； f z 、D x 、B x ——分别为进料、顶馏出液和底馏出液中轻组分含量。 从上述关系可看出：当F D 增加时将引起顶、底馏出液中轻组分含量减少，即D x 、B x 下降。而当F B 增加时将引起顶、底馏出液中轻组分含量增加。即D x 、B x 上升。 然而，在F D （或F B ）一定，且f z 一定的条件下并不能完全确定D x 、B x 的数值，只能确定D x 与B x 之间的比例关系，也就是一个方程只能确定一个未知数。要确定D x 与B x 两个因数，必须建立另一个关系式：能量平衡关系。 在建立能量平衡关系时，首先要了解一个分离度的概念。所谓分离度s 可用下式表示： ) 1()1(D B B D x x x x s --= （） 从上 式可见：随着分离度s 的增大，而B x 减小，说明塔系统的分离效果增大。影响分离度s 的因素很多，诸如平均挥发度、理论塔板数、塔板效率、进料组分、进料板位置以及塔内上升蒸汽量V 和进料量F 的比值等。对于一个既定的塔来说： ) (F V f s ≈ （） 式（）的函数关系也可用一近似式表示： β =F V In )1()1(D B B D x x x x -- （） 式中β为塔的特性因子。 由式（）、（）可以看出，随着F V 增加，s 值提高。也就是D x 增加，B x 下降，分离效果提高了。由于V 是由再沸器施加热量来提高的，所以该式实际是表示塔的能量对产品成分的影响，故称为能量平衡关系式。而且由上述分析可见：F V 的增大，塔的分离效果提高，能耗也将增加。
温度测量控制系统的设计与制作实验报告(汇编)
北京电子科技学院 课程设计报告 ( 2010 – 2011年度第一学期) 名称：模拟电子技术课程设计 题目：温度测量控制系统的设计与制作 学号： 学生姓名： 指导教师： 成绩： 日期：2010年11月17日
目录 一、电子技术课程设计的目的与要求 (3) 二、课程设计名称及设计要求 (3) 三、总体设计思想 (3) 四、系统框图及简要说明 (4) 五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等） (4) 六、总体电路 (5) 七、仿真结果 (8) 八、实测结果分析 (9) 九、心得体会 (9) 附录I：元器件清单 (11) 附录II：multisim仿真图 (11) 附录III：参考文献 (11)
一、电子技术课程设计的目的与要求 （一）电子技术课程设计的目的 课程设计作为模拟电子技术课程的重要组成部分，目的是使学生进一步理解课程内容，基本掌握电子系统设计和调试的方法，增加集成电路应用知识，培养学生实际动手能力以及分析、解决问题的能力。 按照本专业培养方案要求，在学完专业基础课模拟电子技术课程后，应进行课程设计，其目的是使学生更好地巩固和加深对基础知识的理解，学会设计小型电子系统的方法，独立完成系统设计及调试，增强学生理论联系实际的能力，提高学生电路分析和设计能力。通过实践教学引导学生在理论指导下有所创新，为专业课的学习和日后工程实践奠定基础。 （二）电子技术课程设计的要求 1．教学基本要求 要求学生独立完成选题设计，掌握数字系统设计方法；完成系统的组装及调试工作；在课程设计中要注重培养工程质量意识，按要求写出课程设计报告。 教师应事先准备好课程设计任务书、指导学生查阅有关资料，安排适当的时间进行答疑，帮助学生解决课程设计过程中的问题。 2．能力培养要求 （1）通过查阅手册和有关文献资料培养学生独立分析和解决实际问题的能力。 （2）通过实际电路方案的分析比较、设计计算、元件选取、安装调试等环节，掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。 （3）掌握常用仪器设备的使用方法，学会简单的实验调试，提高动手能力。 （4）综合应用课程中学到的理论知识去独立完成一个设计任务。 （5）培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。 二、课程设计名称及设计要求 （一）课程设计名称 设计题目：温度测量控制系统的设计与制作 （二）课程设计要求 1、设计任务 要求设计制作一个可以测量温度的测量控制系统，测量温度范围：室温0～50℃，测量精度±1℃。 2、技术指标及要求： （1）当温度在室温0℃～50℃之间变化时，系统输出端1相应在0～5V之间变化。 （2）当输出端1电压大于3V时，输出端2为低电平；当输出端1小于2V时，输出端2为高电平。 输出端1电压小于3V并大于2V时，输出端2保持不变。 三、总体设计思想 使用温度传感器完成系统设计中将实现温度信号转化为电压信号这一要求，该器件具有良好的线性和互换性,测量精度高,并具有消除电源波动的特性。因此，我们可以利用它的这些特性，实现从温度到电流的转化；但是，又考虑到温度传感器应用在电路中后，相当于电流源的作用，产生的是电流信号，所以，应用一个接地电阻使电流信号在传输过程中转化为电压信号。接下来应该是对产生电压信号的传输与调整，这里要用到电压跟随器、加减运算电路，这些电路的实现都离不开集成运放对信号进行运算以及电位器对电压调节，所以选用了集成运放LM324和电位器；最后为实现技术指标（当输出端1电压大于3V时，输出端2为低电平；当输出端1小于2V时，输出端2为高电平。输出端1电压小于3V并大于2V时，输出端2保持不变。）中的要求，选用了555定时器LM555CM。 通过以上分析，电路的总体设计思想就明确了，即我们使用温度传感器AD590将温度转化成电压信号，然后通过一系列的集成运放电路，使表示温度的电压放大，从而线性地落在0～5V这个区间里。最后通过一个555设计的电路实现当输出电压在2与3V这两点上实现输出高低电平的变化。
精馏塔温度控制系统设计
精馏塔温度控制系统设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）题目：精馏塔温度控制系统设计 院（系）：电气工程学院 专业班级：自动化093 学号： 0 学生姓名：杨昌宝 指导教师：（签字） 起止时间：
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院教研室：自动化
注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘要 随着石油化工的迅速发展，精馏操作的应用越来越广，分流物料的组分越来越多，分离的产品纯度越来越高。采用提馏段温度作为间接质量指标，它能够较直接地反映提馏段产品的情况。将提馏段温度恒定后，就能较好地确保塔底产品的质量达到规定值。所以，在以塔底采出为主要产品、对塔釜成分要求比对馏出液高时，常采用提馏段温度控制方案。由于精馏塔操作受物料平衡和能量平衡的制约，鉴于单回路控制系统无法满足精馏塔这一复杂的、综合性的控制要求，设计了基于串级控制的精馏塔提馏段温度控制系统。 精馏塔的大多数前馈信号采用进料量。当进料量来自上一工序时，除了多塔组成的塔系中可采用均匀控制或串级均匀控制外，还有用于克服进料扰动影响的控制方法前馈—反馈控制。 前馈控制是一种预测控制，通过对系统当前工作状态的了解，预测出下一阶段系统的运行状况。如果与参考值有偏差，那么就提前给出控制信号，使干扰获得补偿，稳定输出，消除误差。前馈的缺点是在使用时需要对系统有精确的了解，只有了解了系统模型才能有针对性的给出预测补偿。但在实际工程中，并不是所有的干扰都是可测的，并不是所有的对象都是可得到精确模型的，而
温度控制系统
目录 第一章设计背景及设计意义 (2) 第二章系统方案设计 (3) 第三章硬件 (5) 3.1 温度检测和变送器 (5) 3.2 温度控制电路 (6) 3.3 A/D转换电路 (7) 3.4 报警电路 (8) 3.5 看门狗电路 (8) 3.6 显示电路 (10) 3.7 电源电路 (12) 第四章软件设计 (14) 4.1软件实现方法 (14) 4.2总体程序流程图 (15) 4.3程序清单 (19) 第五章设计感想 (29) 第六章参考文献 (30) 第七章附录 (31) 7.1硬件清单 (31) 7.2硬件布线图 (31)
第一章设计背景及研究意义 机械制造行业中，用于金属热处理的加热炉，需要消耗大量的电能，而且温度控制是纯滞后的一阶惯性环节。现有企业多采用常规仪表加接触器的断续控制，随着科技进步和生产的发展，这类设备对温度的控制要求越来越高，除控温精度外，对温度上升速度及下降速度也提出了可控要求，显而易见常规控制难于满足这些工艺要求。随着微电子技术及电力电子技术的发展，采用功能强、体积小、价格低的智能化温度控制装置控制加热炉已成为现实。 自动控制系统在各个领域尤其是工业领域中有着及其广泛的应用，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型之一。随着单片机技术的飞速发展，通过单片机对被控对象进行控制日益成为今后自动控制领域的一个重要发展方向。在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。对工件的处理温度要求严格控制，计算机温度控制系统使温度控制指标得到了大幅度提高。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。 ，
基于单片机的温度测量控制系统设计
基于单片机的温度测量控制系统设计
目录 1引言 (2) 1.1问题的提出…………………………………………………………… (2) 1.1.1什么是温度控制…………………………………………………………… (2) 1.2设计目的…………………………………………………………… (2) 2设计方案 (3) 2.1硬件设计方案…………………………………………………………… (3) 2.2软件设计方案…………………………………………………………… (3) 3硬件设计 (5) 3.1主控制部分AT89S51的设计方案 (5) 3.2温度采集模块…………………………………………………………… (7) 3.3显示模块…………………………………………………………… (7) 4软件设计 (9) 4.1温度采集…………………………………………………………… (9) 4.2键盘输入…………………………………………………………… (10) 4.3 LCD显
示…………………………………………………………… (11) 5总结 (12) 6参考文献 (15) 附录1设计原理图 (14) 附录2设计程序 (15)
1引言 1.1问题的提出 温度是工业生产中主要的被控参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品等领域。温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。 1.1．1什么是温度控制 温度控制系统由温控器和热电偶组成，热电偶检测温度并转换成电信号传给温控器，温控器根据所设定的温度发出控制信号，温度高于设定温度上限停止加热系统或开启降温系统，低于设定温度下线停止降温系统或开启加热系统。 1.2设计目的 本设计以AT89C51单片机为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。温度信号由温度芯片DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机。由键盘输入预设温度，比较实际环境温度与预设温度再由单片机做出相应的处理已以达到温度控制的目的。
炼油厂常压塔温度控制系统的设计 过程控制系统与装置 课程设计(论文)
过程控制系统与装置课程设计（论文）题目：炼油厂常压塔温度控制系统的设计
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院教研室：测控技术与仪器
目录 第1章炼油厂常压塔温度控制系统设计的方案 (1) 1.1 概述 (1) 1.2过程控制系统方案设计的基本要求 (1) 1.3常压塔温度控制系统的总体设计 (2) 第2章炼油厂常压塔温度控制系统设计内容 (3) 2.1精馏塔控制系统的组成与结构 (3) 2.2主要内容与设计步骤 (5) 2.2.1 被控参数的选择 (5) 2.2.2温度变送器的选择 (6) 2.2.3温度调节器的选择 (6) 2.2.4执行器的选择 (7) 2.3一线温度控制系统设计 (7) 2.3.1一线温度控制的主要内容与仪器选择 (9) 第3章课程设计总结 (11) 参考文献 (12)
第1章炼油厂常压塔温度控制系统设计的方案 1.1 概述 过程控制的对象复杂多样，控制方案和系统结构种类较多。除了简单控制系统以外，还有复杂的控制系统，即串级控制系统、前馈控制系统、大滞后过程控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、阀位控制系统、选择性控制系统、接耦控制系统，还有计算机控制系统。 1.2过程控制系统方案设计的基本要求 1.技术要求： 测量范围：0-100℃ 常压塔控制温度：70±0.5℃，最大偏差：1℃ 一线控制温度：60±0.5℃，最大偏差：1.3℃ 2.说明书要求： 确定控制方案并绘制原理结构图、方框图； 选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号； 确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式； 生产过程对过程控制系统的要求是多种多样的，可简要归纳为安全性、稳定性和经济性三个方面。 安全性是指在整个生产过程中，过程控制系统能够确保人员与设备的安全（并兼顾环境卫生、生态平衡等社会安全性要求），是对过程控制系统最重要、最基本的要求。通常采用参数越限报警、事故报警、联锁保护等措施加以保证。 稳定性是过程控制系统保证生产过程正常工作的必要条件。稳定性是指在存在一定扰动的情况下，过程控制系统将工艺参数控制在规定的范围内，维持设备和系统长期稳定运行，使生产过程平稳、持续地进行，同时要求系统具有良好的动态响应特性。 经济性是指过程控制系统在提高产品质量、产量的同时，节省原材料，降低能源消耗，提高经济效益与社会效益。采用有效的控制手段对生产过程进行优化控制是满足工
温湿度检测控制系统
1 前言 温度和湿度的检测和控制是许多行业的重要工作之一，不论是货品仓库、生产车间，都需要有规定的温度和湿度，然而温度和湿度却是最不易保障的指标，针对这一情况，研制可靠且实用的温度和湿度检测与控制系统就显得非常重要。 温湿度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用。在生产中，温湿度的高低对产品的质量影响很大。由于温湿度的检测控制不当，可能使我们导致无法估计的经济损失。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强生产车间温度与湿度的监测工作，但传统的方法过于粗糙，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。目前，在低温条件下(通常指100℃以下)，温湿度的测量已经相对成熟。利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、学习、生活提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化，智能化控制方向发展。 对于国外对温湿度检测的研究，从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的成熟，随着科技的进步，现在的对于温湿度研究，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高，等诸多优点在生产生活的各个方面实现着至关重要的作用。 温湿度传感器除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。 2002年Sensiron公司在世界上率先研制成功SHT10型智能化温度/温度传感器，体积与火柴头相近。它们不仅能准确测量相对温度，还能测量温度和露点。测量相对温度的围是0～100%，分辨力达0.03%RH，最高精度为±2%RH。测量温度的围是-40℃～
精馏塔精馏段温度比值控制方案设计
目录 1. 精馏塔控制系统介绍 (1) 1.1精馏塔原理 (1) 2. 精馏塔精馏段控制分析 (2) 2.1精馏塔精馏段的控制要求 (2) 2.2精馏塔精馏段的扰动分析 (3) 2.3精馏塔被控变量的选择 (6) 3. 比值控制系统 (7) 3.1 比值控制系统简介 (7) 3.2 比值控制系统的设计 (7) 4. 精馏塔精馏段温度比值控制系统设计 (9) 4.1精馏塔精馏段比值控制系统参数的选择 (9) 4.2控制参数的确定 (9) 4.3现场仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件 (9) 4.4系统方块图 (10) 5. 分析被控对象特性，选择控制算法（调节器控制规律的确定） (11) 5.1比值系数的确定 (11) 6. 精馏塔精馏段温度控制分析 (12) 7. 系统仿真与参数整定 (14) 7.1 控制系统的Simulink仿真框图 (14) 7.2 PID参数整定 (14) 8. 课程设计总结 (18) 9. 参考文献 (19)
1.精馏塔控制系统介绍 1.1精馏塔原理 精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔和填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔和间歇精馏塔。 蒸汽由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发组分不断地向蒸汽中转移，蒸汽中的难会发组分不断地向下降液中转移，蒸汽越接近塔顶，其易挥发组分浓度越高，而下降液越接近塔底，其难挥发组分则越富集，达到组分分离的目的。由塔顶上升的蒸汽进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸汽返回塔中，另一部分液体则作为釜残液取出。蒸馏的基本原理是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性，实现分离目的的单元操作。蒸馏按照其操作方式可分为：简单蒸馏，闪蒸，精馏，特殊精馏等。 1.2精馏装置的作用 （1）精馏段的作用 加料版以上的塔段为精馏段，其作用是逐板增加上升气相中的易挥发组分的浓度。 （2）提馏段的作用 包括加料版在内的以下塔板为提馏段，其作用是逐板提取下降的液相中易挥发组分。 （3）塔板的作用 塔板是供气液两相进行传质和传热的场所。每一块塔板上气液两相进行双向传质，只要有足够的塔板数，就可以将混合液分离成两个较纯净的组分。 （4）再沸器的作用 其作用是提供一定流量的上升蒸气流。 （5）冷凝器的作用 其作用是提供塔顶液相产品并保证有适当的液相回流。回流主要补充塔板上易挥发组分的浓度，是精馏连续定态进行的必要条件。精馏是一种利用回流使混合液得到高纯度分离的蒸馏方法。
温度测量控制系统的设计与制作
安阳师范学院 课程设计报告 名称：模拟电子技术课程设计 题目：温度测量控制系统的设计和制作学号：101102041 学生姓名：刘亚敏 指导老师：李建法 日期：2011/12/14
目录 一、模拟电子技术课程设计的目的和要求...................... - 1 - 二、课程设计名称及设计要求................................ - 1 - 三、总体设计思想.......................................... - 1 - 四、系统框图及简要说明.................................... - 1 - 五、单元电路设计（原理、芯片、参数计算等）................ - 2 - 六、总体电路：............................................ - 6 - 七、仿真结果：............................................ - 6 - 八、实际测量数据分析...................................... - 7 - 九、设计感想.............................................. - 7 - 附录1：元器件清单......................................... - 8 - 附录2：参考文献........................................... - 8 -
精馏塔提馏段的温度控制系统
过程控制仪表课程设计 题目：精馏塔提馏段的温度控制系统 学生姓名： 班级：自动化班 学号：2008 指导老师：高飞燕，唐耀庚 2011年12月22日
目录 1．系统设计 (3) 1.1设计的目的与要求 (3) 1.1.1设计的目的 (3) 1.1.1设计的要求 (3) 2.控制系统的简单介绍以及工艺流程分析 (3) 2.1控制系统的简单介绍 (3) 3．绘制工艺流程原理框图 (4) 4. 各个环节仪表的选型，仪表的工作原理以及性能指标 (6) 4.1检测元件 (6) 4.2变送器 (6) 4.3调节器 (7) 4.4执行器 (7) 5.绘制仪表盘电气接线图，端子接线图 (8) 6.给出仪表型号清单 (9) 7．参考文献 (9)
一．系统设计 1.1设计的目的与要求 1.1.1设计的目的 精馏操作，选择的好与坏，能够很好的使回收率最高，能耗最小，得总效益最好。在控制过程中，主要是温度的控制，温度对产品质量的影响很大，因而温度控制和检测是十分必要的。这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。这样才能对产品的质量有很好的保证，同时可以确保公司的经济效益。 此次课程设计，主要是使我们更好的了解过程控制与仪表设计的要求，过程，必须完成的内容以及相应的设计方法。同时也使我们了解所学的理论知识，在设计的过程中，很好的运用理论知识并根据实际的情况掌握好理论知识。 1.1.2设计的要求 a.控制系统的简单介绍，工艺流程分析； b.各环节仪表的选型、仪表的工作原理及性能指标； c.仪表间的配接说明。 d.绘制工艺流程原理框图 e.给出仪表型号清单 f.绘制仪表盘电气接线图，端子接线图 二. 控制系统的简单介绍以及工艺流程分析 2.1控制系统的简单介绍 精馏操作是炼油，化工生产过程中的一个十分重要的环节。精馏塔的控制直接影响到工厂的产品质量，产量和能量的消耗，因此精馏塔的自动控制长期以来一直受到人们的高度重视。精馏塔是一个多输入多输出的对象，它由很多级塔板组成，内在机理复杂，对控制要求又大多较高。这些都给自动控制带来了一些苦难。同时各塔工艺结构特点千差万别，这需要深入分析特性，结合具体塔的特点，进行自动方案设计和研究。精馏塔的控制最终目标是：在保证产品质量的前提下，使回收率最高，能耗最小，或使总收益最大。 在这个情况下为了更好地实现精馏塔的目标就有了提溜段温度控制系统的产
温度测量与控制-课程设计
赣南师院物理与电子信息学院感测技术课程设计报告书 题目：温度测量与控制 姓名： 班级： 指导老师： 时间： 一、系统功能 本温度控制器可以实现以下的功能：
（1）采集温度，并通过LED数码管显示当前温度。LED数码管显示温度格式为四位，精确度可达±0.1℃。例如：25℃显示为025.0。 （2）通过按键可自由设定温度的上下限，并能在LED数码管显示设定的温度上下限值。 （3）通过控制三极管的导通与否来控制继电器的关断，继而控制外部加热（电烙铁升温）和制冷（小型电风扇降温）装置，使环境温度保持设定温度范围内。（4）具有温度报警装置。当温度高于上限值，红灯亮起；或者低于下限值，黄灯亮起，并发出报警声。 二、系统原理框图 2.1 系统总体方案 该温度控制器的系统总体方框图如图1所示。该系统主要包含DS18B20温度采集电路、输入控制电路、晶振复位电路、数码管显示电路、继电器控制电路，等外围电路组成。 图1 系统总体方框图 2.2 系统原理图
图2 系统原理图 三、传感器的选用和介绍 综合各方面考虑，本设计我们选择的温度传感器是DS18B20。 3.1 DS18B20的主要特性 DS18B20的主要特性如下。 1）适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。 2）在使用时不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。 3）独特的单线接口方式：DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。 4）测温范围：-55℃～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。 5）DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。 6）可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。 7）在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最
基于单片机对精馏塔的温度控制系统设计
课程设计说明书 题目：基于单片机对精馏塔温度的控制系统设计 学院：贵州大学明德学院 专业：机械设计与制造 班级：机电091 学号： 092003111048 学生姓名：杨政坤 指导教师：王许 2012年7月5日
贵州大学明德学院本科课程设计 诚信责任书 本人郑重声明：本人所呈交的课程设计，是在导师的指导下独立进行研究所完成。设计中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。 特此声明。 论文（设计）作者签名：杨政坤日期： 2012.07.05 课程设计任务书
2012年7月 5 日 第47题 基于单片机对精馏塔的温度控制系统设计 摘要 精馏法是把混合物中各成分分离出来，并分别达到规定纯度的方法；精馏法是石油，化工等生产过程中最常用的方法。精馏需要在精馏反应塔中进行，反应塔中必然会产生温度，而且温度很高。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，我们需要对塔中温度进行严格的监测和控制。 由于温度很高，为了安全起见，我们需要采用单片机对他们进行远距离控
制，单片机控制不仅具有控制方便，简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大的提高产品的质量和数量。 本设计采用无ROM的8031作为主控制芯片。8031的接口电路有8155、2764。8155用于键盘/LED显示器接口，2764可作为8031的外部ROM存储器。其中温度控制电路是通过可控硅调功器实现的。双向可控硅管和加热丝串联接在交流220V，50HZ交流试点回路，在给定周期内，8031只要改变可控硅管的接通时间便可改变加热丝功率，以达到调节温度的目的。 使用单片机作为核心进行控制。单片机具有集成度高，通用性好，功能强，特别是体积小，重量轻，耗能低，可靠性高，抗干扰能力强和使用方便等独特优点，在数字、智能化方面有广泛的用途。本系统所使用的单片机8031有128K 的RAM，使温度控制大为简便。 关键字：温度控制；接口电路；MCS-51单片机8031。
温度测量与控制电路
《电子技术》课程设计报告 题目温度测量与控制电路 学院（部）信息学院 专业 班级 学生姓名 学号 12 月28 日至1 月10 日共2 周 指导教师（签字）
前言 随着社会的发展和科技的进步以及测温仪器在各个领域的应用，温度控制系统已应用到生活的各个方面，但是温度控制一直是一个热门领域，是与人们息息相关的问题。温度是科学技术中一个基本物理量。在工业生产等许多领域，温度常常是表征对象和过度状态的重要物理量。各个工程应用领域对温度的要求越来越高。在众多的生产过程中，对温度的控制效果直接影响到了产品的质量以及成本等问题。因此及时、准确的得到温度信息并进行可靠、准确、快速的控制，同时兼顾到系统灵活性、方便性、以及便于数据的读取与安装是一个非常重要的环节。本次课程设计给我们创造了良好的学习机会：一是查阅资料，培养了自己的自学能力，将自己所学的数字电子技术，模拟电子技术，以及传感器的相关知识综合运用，二是系统了解温度监测特别是工业上的温度控制的详细过程，为日后的学习和工作积累宝贵的经验。在确定课设题目，经仔细分析问题后，我们发现实现温度的测量与控制方法很多，大致可以分为两大类型，一种是以单片机为主的软硬件结合方式，另一种是用简单芯片构成实现电路。由于单片机知识的匮乏，我们决定用后者实现。确定了总的电路结构，我们将设计分为三部分：温度传感器模块、数字显示与温度范围控制模块、声光报警与温度控制执行模块。在具体分工方面，———负责温度传感模块、数字显示与温度控制模块中的控制温度设定部分；———负责数字显示与温度范围控制模块中的AD转换与解码、温度设定锁存部分、温度超限判断部分；---负责数字显示与温度范围控制模块中的译码显示、声光报警与温度控制执行模块。温度传感部分我们选用热电偶构成的温度传感器，AD转换部分使用集成芯片ADC；二进制到8421BCD码的转换用74283N形成六位二进制码转换后再用三个二进制码转换电路级联实现；显示译码部分用4511和七段数码管实现；温度控制范围设定采用数字设定方式，用十进制加计数器74LS160和锁存器74LS175实现；温度的判断比较通过数值比较器74LS85的级联实现；温度执行部分采用555构成的多谐振荡电路实现。声光报警利用555定时器构成多谐振荡器组成。在确定了单元电路的设计方案后，我们在总结出总体方案框图的基础上，应用Multisim13.0仿真软件画出了各单元模 块电路图，最后汇总电路图。 由于缺少经验，所以本次设计中难免存在缺点和错误，敬请老师批评指正。