自動化专业课程设计课题2007级.doc

课题1介绍 1、课题总体介绍 污水泵站的工艺较简单，如图1所示。经过污水管网收集的污水经进水闸门进入泵站，污水经格栅机去除较大固体垃圾后进入泵坑，再由水泵将污水提升至出水管槽，所包含设备有高低压变配电设备，闸门、格栅机和水泵等。 图1 污水泵站工艺流程 提示： （1）泵（4台）的DI点包括:设备工作状态（启、停）、设备故障、允许自动； DO输出点包括：开/停设备. （2）格栅（粗、细各2台）的DI点：设备工作状态（启、停）、设备故障、允许自动； （3）电动闸门（1台）DI：设备工作状态（启、停）、设备故障、闸门高位、闸门低位、允许自动； DO输出点包括：开闸门、关闸门 （3）相关模拟量有粗格栅前后液位差，细栅前后液位差，泵房液位。 （4）闸门开启后，格栅和水泵才可以启动。 所有的设备控制采用PLC，可以是S7－200、S7－300或三菱电机等其它类型的PLC。也可以采用KW软件开发。所有的I/O可以用内部变量模拟。 2、课题学分分配与控制策略 （1）格栅控制，0.5 学分 从流体力学的角度讲，随着栅条上漂浮物的增多，栅条处的水阻会随之增大，这样必定会在栅前和栅后形成一个水位差，因此差值水位基本恒定，在格栅前设置水位计。 ⑥安全与用户管理 不同的用户具有不同的操作权限，系统可以为具有不同操作权限的操作人员设置不同的操作，并实现用户管理。 （3）水泵控制（可以选择任意一个策略，每个策略0.5学分） ①控制策略1 过去许多泵站进水泵的控制都采用开关控制，其控制目标是保证积水井污水不会溢出。常用的策略就是当水位升到某个位置时，就启动相应的水泵，低于某个位置时，就停止某水泵。这样做有较多的缺点。首先由于进水泵的频繁开停所造成的间断进水或进水流量的突变影响后续工艺运行。此外，进水泵的频繁启动，必然降低配套电机的寿命和加速相关机械部件的磨损。由于城市生活用水高、低峰等问题，这种现象很难避免。 ②控制策略2 为此，本系统中在配置的4台进水泵（三用一备）中，选择一台水泵可以变频调速。而其他水泵仍然采用开关控制。具体的控制策略是： （a）当水位低于下限时，无水泵启动； （b）当水位高于（）时，启动变频调速水泵，变频器的工作频率为，水位在（）之间变化时，变频器的工作频率也在（）之间线性变化。若水位继续升高，到了启动第二台泵的条件，则启动另外一台水泵。 （c）启动另外一台水泵后，若水位继续升高，到了启动第三台泵的条件，则启动第三台泵。通常情况下，当启动了一台水泵后，液位要下降，此时，降低变频器的工作频率，使得变频调速的水泵出水量减小。若水位继续下降到停止一台泵的液位，则停止一台泵。 在正常工况下，开启一台水泵和1台变频调速水泵即可满足工艺要求。变频调速水泵可以适应从远程泵站收集来的污水流量的变化。 ③控制策略3 在泵站等水泵控制中，还存在多台设备工作时间不平衡的问题，即某台泵总的工作时间很长，而另外的一台泵工作时间很短，这些对设备的寿命和维护是不利的。对此，可采用了一个简单的策略，即先启动的水泵先停，先停止的水泵先开。处于该问题还有所谓的循环备用策略，即对设备的启、停首先安排好顺序，这样设备的工作时间必然不平衡。当运行到一定时间后（如3天），对该顺序进行调整。 课题2介绍（动071） 已知开环系统传递函数，用PID控制，用Z-N法、解析法和衰减曲线法计算用P、PI、PID时的参数。（1.5学分） 课题3介绍（动072） 已知开环系统传递函数，用PI控制，用衰减曲线法及Pade近似后的Z-N法、计算用P和PI时的控制器参数。（1.5学分） 课题4介绍（动073） 已知某CSTR，其模型为： 其参数和静态操作点如表1所示。设为操纵变量，为被控变量，试设计PID控制器，对系统进行控制。并给出当设定值变化10%时，系统的过渡过程曲线。（1.5学分） TABLE 1 LISTS OF MODEL VARIABLES AND PARAMETERS AND NOMINATION VALUES Parameters Nomenclature Values Concentration of species A in reactor 0.2mol/L Feed concentration of species A 1mol/L Temperature in reactor 446K Coolant temperature 419K Volume flow rate 100L/min Inlet reactor temperature 400K Volume of reactor 100L Reaction kinetics Reaction heat -17835.821J/mol Reactor con