煤气炉炉温仪表串级控制系统的设计课程设计

课程设计说明书

煤气炉炉温仪表串级控制

系统的设计

专业 热工过程自动化 学生姓名 陈小义 班级 热自0902班 学号 200983250227 指导教师

谢又成 完成日期 2012年7月6日

煤气炉炉温仪表串级控制系统的设计

摘要

过程控制系统通常是指工业生产中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度等这样一些过程变量的系统，具有连续生产过程自动控制、由过程检测和控制仪表组成、被控过程多样，控制方案丰富的特点。而串级控制系统是改善控制过程品质极为有效的方法，因而得到了较为广泛应用。与简单控制系统相比，串级控制系统只是在结构上增加了一个内回路，却能收到显的控制效果。这是因为在串级控制系统中，由于副回路具有快速作用，因此串级控制系统对进入内回路的扰动有很强的克服能力；同时由于有副回路的存在，改善了对象的动态特性，提高了系统的工作频率，且使系统具有一定的自适应能力。

本课题是针对煤气炉炉温控制的设计，利用KMM调节器实现对炉温的串级控制。炉温为主控量，燃气流量为副控量。煤气炉是工业生产中常用的加热设备，广泛应用于冶金、机械、建材、化工等行业，其温度控制系统常用的控制技术有PID控制、模糊控制技术等，但由于煤气炉是一个时变的、大滞后的被控对象，且升温具有单向性，很难建立精确的数学模型。而PID控制因其成熟、容易实现、并具有可消除稳态误差的优点，基本可以满足系统性能要求。

关键词：KMM调节器，串级控制系统，PID控制等

目录

1、概述 (1)

1.1设计背景及意义 (1)

1.2 串级控制系统的基本概念 (2)

2、总体设计方案 (3)

2.1 串级控制的基本原理 (3)

2.2串级控制系统的特点 (3)

2.3串级控制系统的设计 (4)

2.4 煤气炉炉温仪表串级控制系统的设计 (6)

2.5 仪表选型 (7)

3、KMM可编程调节器 (8)

3.1 KMM可编程调节器简介 (8)

3.2 KMM的基本组成 (8)

3.3 KMM的主要功能 (9)

4、仪表串级控制系统设计图型 (10)

4.1仪表系统的主要接线图 (10)

4.2 煤气炉炉温控制系统组态图 (11)

4.3KMM的7个控制数据表 (12)

5、设计总结 (16)

6、参考文献 (17)

煤气炉炉温仪表串级控制系统的设计

1、概述

1.1设计背景及意义

随着我国国民经济的快速发展，煤气炉的使用范围越来越广泛。而煤气炉炉温的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必要的。而煤气炉系统是一个具有时变和时滞的比较复杂的系统，因此，对煤气炉温度进行控制是工业过程控制中的一个重要而且困难的问题。由于串级控制系统具有有效改善过程的动态特性、提高工作的工作的频率、减少等效过程时间常数和加快响应度等特点，所以在克服被控系统的时滞方面能够取得较好的效果。

煤气炉设备是一个较为复杂的控制对象，它利用串级控制把两个控制器串联起来，第一个控制器的设定值时控制目标，它的输出传给第二个控制器，作为它的设定值，第二个控制器的输出作为串级控制系统的输出，送到被控系统，作为它的控制“动作”。控制系统的这种串级形式对于复杂对象的控制比单回路控制的效果要好。

随着科学技术的发展，现代过程工业规模越来越大，复杂程度越来越高，产品的质量要求越来越严格，以及相应的系统安全问题，管理与控制一体化问题等，越来越突出，因此要满足这些要求，解决这些问题，仅靠简单控制系统是不行的，需要引入更为复杂、更为先进的控制系统。由于采用复杂控制系统的装置或对象都是工厂中的重要装置或关键岗位，因此需要予以特别的重视。

本课题是针对煤气炉炉温控制的设计，利用KMM调节器实现对炉温的串级控制。炉温为主控量，燃气流量为副控量。其意义在于：

（1）提高煤气炉运行的安全性

（2）提高煤气炉运行的经济性

（3）减少运行人员，提高劳动生产效率

（4）改善劳动条件

1.2 串级控制系统的基本概念

串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。

前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。

整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。

一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。

主参数（主变量）：串级控制系统中起主导作用的那个被调节参数称为主参数。

副参数（副变量）：其给定值随主调节器的输出而变化，能提前反应主信号数字变化的中间参数称为副参数。

主对象（惰性区）：主参数所处的那一部分工艺设备，它的输入信号是副变量，输出信号是主变量。

副对象（导前区）：副参数所处的那一部分工艺设备，它的输入信号是调节量输出信号，其输出信号是副参数。

主调节器：根据主参数与调节器给定值的偏差而动作，其输出作为调节器的给定值的那个调节器称之为主调节器。

副调节器：其给定值由主调节器的输出决定，并根据副参数对给定值的偏差动作的那个调节器称为副调节器。

主回路：断开副调节器的反馈回路后的整个外回路。

副回路：由副参数、副调节器及其所包括的一部分对象等环节所组成的闭合回路，副回路有时还称作随动回路。