机械制造及其自动化毕业设计论文[1]001(2)

生产过程中，对各个工艺过程的物理量（或工艺变量）有着一定的控制要求。有些工艺变量直接表现生产过程，对产品的数量与质量起着决定性的作用。例如，精馏塔的塔顶或塔釜温度，一般在操作压力不变的情况下必须保持一定，才能得到合格的产品；加热炉出口温度的波动不能超过允许范围，否则将影响后一工段的效果；化学反应器的反应温度必须保持平稳，才能使效率达到指标。有些工艺变量虽不直接地影响产品的质量和数量，然而保持其平稳却是使生产获得良好控制的前提。

3.1 锅炉汽包水位控制方面的研究

锅炉汽包是生产蒸汽的设备，几乎是工业生产不可缺少的设备，保持锅炉汽包的液位高度在规定范围内是非常重要的，若水位过低，则会影响产气量，且锅炉易烧干而发生事故；若水位过高，生产蒸汽含水量高，会影响蒸汽质量。这些都是危险的，因此对汽包的液位严加控制是保证锅炉

关小控制阀的开度，减小给水量。等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而减小，将使水位严重下降，波动很历害，严重时气包水位降到危险程度以至发生事故。因此对于停留时间短、负荷变动较大的情况，这样的系统不能适应，水位不能保证。然而对于小型锅炉，由于水在汽包中的停留时间较长，在蒸汽负荷变化时，假水位的现象并不显著，配上一些联锁报警装置，也可以保证安全操作，故采用这种单冲量控制系统尚能满足生产要求。

3.1.2双冲量控制系统

在汽包水位的控制中，最主要的扰动是蒸汽负荷的变化。如果根据蒸汽流量来进行校正，不仅可以补偿“虚假水位”所引起的误动作，而且使给水位控制阀的动作十分及时，从而减少水位波动，改善控制品质。将蒸汽流量信号引入，就购入了双冲量控制系统，如图3-2所示。从本质上看，双冲量控制系统是一个前馈（蒸汽流量）控制加单回路反馈控制的复合控制系统。

IF——蒸汽流量变送器（一般经开方器）的输出；

I0——初始偏置值

C1、C2 ——加法器系数。C1的设置一般取1，C2的值应考虑到静态前馈补偿，可现场凑试，也可经理论推导得出。

设置I0的目的是使其在正常负荷下，控制器和加法器的的输出都有一个比较适中的数值。最好在正常负荷下，I0 和 C2IF项接近而相互抵消。

3.1.3三冲量控制系统

双冲量控制系统还有两个弱点：控制阀的工作特性不一定能成为线性特性，这样要做到静态补偿就比较困难；同时，对于给水系统的扰动仍不能克

如图3-4所示，为三冲量控制系统的方框图，加法器的运算关系与双冲量控制时相同，各系数设置如下：

a 系数C1通常可取1或稍小于1的数值；

b 若采用气开阀；C2取正值，C2的值可按物料平衡关系进行计算； c I0的设置和取值仍与双冲量控制系统相同。

只用一台控制器及一台加法器，加法器可接在控制器之前，如图3-5（a）所示：也可接在控制器之后，如图3-5(b)所示：

图3-5 汽包三冲量控制系统的简化接法

图中加法器的正负号是针对采用气关阀及正作用控制器的情况。图3-5（a）接法的优点是使用仪表最少，只要一台多通道的控制器即可实现。但如果系数设置不能确保物料平衡，则当负荷变化时，水位将有余差，图3-5(b)的接法，水位无余差，但使用仪表较前者多，在投运及系数设置等方面较前者麻烦一些。

3.2 冷却器控制方案的研究

冷却器的热载体是冷却剂，常采用液态氨等介质作为冷却剂，利用它们在冷却器内蒸发进吸收工艺物料的大量热量，使用工艺物料的出口温度下降来达到生产工艺要求，工业用冷却器的一般控制方案有以下几种。

3.2.1 控制冷却剂的流量

如图

方程中的传热面积F来实现的。该方案控制平稳，冷量（冷却剂量）利用充分，且对压缩机入口压力无影响。但这种方案控制不够灵活，另外蒸发空间不能得到保证，易引起气氨带液而损坏压缩机。为此，可采用图3-7所示的物料出口温度与液位的串级控制方案，使用这种方案时，可以限制液位的上

3.2.2 控制气氨排量

如图3-9所示，为氨冷却器控制气氨排量的控制方案，其机理是通过改变传热速率方程中的平均温度来控制工艺物料的出口温度的，这种方案控制灵敏迅速，但制冷系统必须许可压缩机入口压力的波动。另外，冷量的利用

不充分。为确保系统的安全运行，还需要设置一个液位控制系统，防止液氨进入氨管路而导致压缩机损坏。

根据以上分析研究可知：自动控制装置和被控的工艺设备组成了一个没有人直接参与的自动化控制系统。操作工坐在操作室里，就能观察到整个装置的变化。因此，保证生产过程的安全，降低了劳动强度。

近二十年来，工业生产规模的迅速发展，加剧了对人类生存环境的污染，因此减小工业生产对环境的污染的影响也纳入了过程控制的目标范围。

综上所述，过程自动化控制的主要目标包括以下几个方面： 1、保证生产过程的安全和平稳； 2、达到预期的产量和质量； 3、尽可能地减少原材料和能源损耗； 4、把生产对环境的危害降到最小限度。

第四章 机械自动化系统的优点与效益

随着机械自动化技术的快速发展，机械自动化产品有逐步取代传统机电产品的趋势，与传统机电产品相比，机械自动化产品具有高的功能水平和附加值，它将给开发生产者和用户带来社会、经济效益。

4.1 生产能力和工作质量提高

机械自动化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动化控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和较高的产品合格率。同时，由于机械自动化产品实现了工作自动化，所以生产力大大提高。例如:数控机床对工件的加工稳定性大大提高,生产效率比普通机床提高5～6倍。柔性制造系统的生产设备利用率可提高1.5～3.5倍，机床数量可减少约50%，节省操作人员约50%，缩短生产周期40%，使加工成本降低50%左右。此外，由于机械自动化工作方式具有可通过调整软件来适应需求的良好柔性，特别适合于多品种、小批量产品的生产、是缩短产品开发周期、加速更新换代的重要途径。

4.2使用安全性和可靠性提高

机械自动化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身与设备事故，显著提高设备的使用安全性，机械自动化产品由于采用电子元器件，减少了机械产品中的可动构件和磨损部件，从而使其具有较高的灵敏度和可靠性。故障率降低，寿命得到了延长。

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