過程控制課程設(shè)計---加熱爐溫度控制

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1、過程控制儀表課程設(shè)計目錄1系統(tǒng)簡介22設(shè)計方案及儀表選型32.1設(shè)計方案32.2儀表選型42.2.1調(diào)節(jié)器62.2.2執(zhí)行器82.2.3變送器92.2.4檢測元件113控制系統(tǒng)儀表配接圖及說明123.1控制系統(tǒng)儀表配接圖123.2控制系統(tǒng)儀表配接說明124儀表型號清單135參考文獻14附錄控制系統(tǒng)儀表配接圖15第14頁共14頁過程控制儀表課程設(shè)計1系統(tǒng)簡介電加熱爐被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中。由于這類對象使用方便，可以通過調(diào)節(jié)輸出功率來控制溫度，進而得到較好的控制性能，故在冶金、機械、化工等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。在一些工業(yè)過程控制中,工業(yè)加熱爐是關(guān)鍵部件,爐溫控制精度及其工作穩(wěn)

2、定性已成為產(chǎn)品質(zhì)量的決定性因素。對于工業(yè)控制過程,PID調(diào)節(jié)器具有原理簡單、使用方便、穩(wěn)定可靠、無靜差等優(yōu)點,因此在控制理論和技術(shù)飛躍發(fā)展的今天,它在工業(yè)控制領(lǐng)域仍具有強大的生命力。在產(chǎn)品的工藝加工過程中，溫度有時對產(chǎn)品質(zhì)量的影響很大，溫度檢測和控制是十分重要的，這就需要對加熱介質(zhì)的溫度進行連續(xù)的測量和控制。在冶金工業(yè)中，加熱爐內(nèi)的溫度控制直接關(guān)系到所冶煉金屬的產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，溫度控制不好，將給企業(yè)帶來不可彌補的損失。為此，可靠的溫度的監(jiān)控在工業(yè)中是十分必要的。加熱爐是石油化工、發(fā)電等工業(yè)過程必不可少的重要動力設(shè)備，它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可作為驅(qū)動透平的動力源，又可作為精餾、干燥、反應(yīng)

3、、加熱等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，作為動力和熱源的過濾，也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。加熱爐設(shè)備根據(jù)用途、燃料性質(zhì)、壓力高低等有多種類型和稱呼，工藝流程多種多樣，常用的加熱爐設(shè)備的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)是由給水泵、給水控制閥、省煤器、汽包及循環(huán)管等組成。本加熱爐環(huán)節(jié)中，燃料與空氣按照一定比例送入加熱爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給物料。物料被加熱后，溫度達到生產(chǎn)要求后，進入下一個工藝環(huán)節(jié)。加熱爐設(shè)備的控制任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)負荷的需要，供應(yīng)熱量，同時要使加熱爐在安全、經(jīng)濟的條件下運行。按照這些控制要求，加熱爐設(shè)備將有主要的控制要求：加熱爐燃燒系統(tǒng)的控制方案要滿足燃燒所產(chǎn)生的熱量

4、，適應(yīng)物料負荷的需要，保證燃燒的經(jīng)濟型和加熱爐的安全運行，使物料溫度與燃料流量相適應(yīng)，保持物料出口溫度在一定范圍內(nèi)。第14頁共14頁過程控制儀表課程設(shè)計2設(shè)計方案及儀表選型2.1設(shè)計方案本加熱爐溫度控制系統(tǒng)較為簡單，故采用數(shù)字PID算法作為系統(tǒng)的控制算法。采用PID調(diào)節(jié)器組成的PID自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)爐溫。PID調(diào)節(jié)器的比例調(diào)節(jié),可產(chǎn)生強大的穩(wěn)定作用;積分調(diào)節(jié)可消除靜差;微分調(diào)節(jié)可加速過濾過程,克服因積分作用而引起的滯后?？刂葡到y(tǒng)通過溫度檢測元件不斷的讀取物料出口溫度，經(jīng)過溫度變送器轉(zhuǎn)換后接入調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將給定溫度與測得的溫度進行比較得出偏差值，然后經(jīng)PID算法給出輸出信號，執(zhí)行器接

5、收調(diào)節(jié)器發(fā)來的信號后，根據(jù)信號調(diào)節(jié)閥門開度，進而控制燃料流量，改變物料出口溫度，實現(xiàn)對物料出口溫度的控制。本加熱爐溫度控制系統(tǒng)采用單回路控制方案，即可實現(xiàn)控制要求。在運行過程中，當物料出口溫度受干擾影響改變時，溫度檢測元件測得的模擬信號也會發(fā)生對應(yīng)的改變，該信號經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換后變成調(diào)節(jié)器可分析的數(shù)字信號，進入調(diào)節(jié)器，將變動后的信號再與給定相比較，得出對應(yīng)偏差信號，經(jīng)PID算法計算后輸出，通過執(zhí)行器調(diào)節(jié)燃料流量，不斷重復以上過程，直至物料出口溫度接近給定，處于允許范圍內(nèi)，且達到穩(wěn)定。由此消除干擾的影響，實現(xiàn)溫度的控制要求。加熱爐設(shè)備主要工藝流程圖如圖一所示。圖一加熱爐設(shè)備主要工藝流程圖

6、根據(jù)控制要求和控制方案設(shè)計的加熱爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖二所示,該系統(tǒng)主要由調(diào)節(jié)對象(加熱爐)、檢測元件(測溫儀表)、變送器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器等5個部分組成,構(gòu)成單回路負反饋溫度控制系統(tǒng)。第14頁共14頁過程控制儀表課程設(shè)計其中顯示器是可選接次要器件，故用虛線表示；θ為物料出口溫度，Qg為燃料流量。箭頭方向為信號流動方向，溫度信號由檢測元件進入控制系統(tǒng)，經(jīng)過一系列器件和運算后，由執(zhí)行器改變?nèi)剂狭髁?，進而實現(xiàn)溫度控制。圖二加熱爐溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)控制要求和結(jié)構(gòu)圖繪制得加熱爐溫度控制系統(tǒng)整體控制流程圖如下圖三所示：圖三加熱爐溫度控制系統(tǒng)整體控制流程圖其中，調(diào)節(jié)器采用數(shù)字PID算法，Qg為燃

7、料流量，θ為物料出口溫度，加熱爐作為控制對象。2.2儀表選型單回路控制系統(tǒng)選擇被控參數(shù)時要遵循以下原則：在條件許可的情況下，首先應(yīng)盡量選擇能直接反應(yīng)控制目的的參數(shù)為被控參數(shù)；其次要選擇與控制目的有某種單值對應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為被控參數(shù)；所選的被控參數(shù)必須有足夠的變化靈敏度。故在本系統(tǒng)中選擇物料的出口溫度θ作為被控參數(shù)。第14頁共14頁過程控制儀表課程設(shè)計工業(yè)過程的輸入變量有兩類：控制變量和擾動變量。其中，干擾時客觀存在的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的因素，而操縱