换热器温度控制系统简单控制系统
换热器控制系统原理说明
换热机组及控制系统技术方案
一．机组及控制组成如下图1：
图1、系统工作原理图
1、板式换热器；2.加压水泵；3、纯净水箱；4、温度控制阀；5、液位传感器；6、温度传感器；7、控制柜二．控制原理及逻辑关系如下图2：
图2、逻辑控制图
三．技术方案说明：
本系统包括板式换热器；加压水泵；纯净水箱；温度控制阀；液位传感器；温度传感器；控制柜等7大部分及其他一些管路、阀门、支座等结构组成。
1、控制柜通过柜体上的启停按钮来控制加压泵（2）的启动和停止，开启前先检
测水箱水位信号，确认水量充足后开启；温度控制器和水泵频率控制器安装在控制柜内；
2、水泵的转速由安装在控制柜内的水泵频率控制器调节，由此来调节水量；
3、控制柜接受来自温度传感器的热水温度信号，通过控制器调节温度控制阀（6）
的开度达到使换热器加热纯净水到要求的温度；
4、运行中若蒸汽量充足，则温控阀调节蒸汽量到设定温度，当蒸汽量不足时，则
温控阀开到最大后，减小供水量，使出水温度保持恒定，随着蒸汽量的恢复增大，逐渐增大水泵频率，频率达到最大后，则开始关小温控阀开度，减小供汽量来控制水温。
5、纯净水箱液位满时，通过液位传感器将信号传到控制柜，再传到纯净水制取系
统停止制取纯净水，反之开始制取纯净水；
6、水泵采用一用一备工作方式，当其中一台水泵或其控制回路故障时，可切换到
另一台投入工作，增加系统运行可靠性。
第12章_简单控制系统
XD%
TD /℃
进料
回流F
塔顶产品
P/ MPa
苯－二甲苯的T-x图
Q入，X入，T
入
QZ 蒸汽 塔底产品
XD%
精馏过程示意图
苯－二甲苯的P-x图
塔顶易挥发组分纯度XD、塔顶温度TD、塔顶压力P三者之
间的关系为： XD= f (TD，P)，两个独立变量。
12
12.2.2 被控变量的选择 2、被控变量选择的一般原则
答：拿一个对被控变量影响较显著的变量来控制。
K大一些，T小一些，τ最好为0。 测量仪表的选用和安装 执行器的选用和安装
4
第三个问题：以什么方式控制？ 答：没有标准答案（选择合适的调节规律） 最常用的调节规律： 位式控制、P、PI、PD、PID
（需要充分理解各种调节规律的特点和适用场合）
后续问题：如何整定PID参数？ 答：临界比例度法＋经验 衰减曲线法＋经验 经验凑试法 最好的方法就是“经验”
干扰作用与控制作用之间的关系
控制质量：系统的过渡过程形式——超调量、衰减比、
余差、过渡时间、振荡周期
对象特性：（1）系统的输入输出关系
（2）分为对象静态性质和对象动态性质
（3）考察对象特性对控制质量的影响，用以选择操纵变量
16
12.2.3 操纵变量的选择
3、对象稳态性质对控制质量的影响
Y 绝对放大系数 X
器，与图 2 相比，控制通道滞后较大，对干燥温度校正作用
灵敏度次之。
方案Ⅲ ：蒸汽流量要经过换热器的热量交换去改变空
气温度，滞后最大，对干燥温度校正作用灵敏度最差。 综合考虑应选择方案II，以旁路空气量为操纵变量。
25
12.2.4 控制器控制规律的选择
化学工程0801化工仪表与自动化7.8习题解答
(4)系统对负荷改变时有一定的自适应能力。 串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用
强而频繁、负荷变化大、对控制质量要求较高的场合。
13、【p167图7-23 a,b】确定两个系统中执行器的正、反作用及控制器
的正、反作用。（30分）
（a）为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能太低，
否则容易结晶。
（b）为一加热器出口物料温度控制系统，要求物料温度不能过高，
否则容易分解
换热器 温度控制系统a
换热器 温度控制系统b
容易分解，所以平时加热剂阀门是关的，有信号时才开加热剂阀门。
答 ： 串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量，对主变量要求 较高，一般不允许有余差，所以主控制器一般选择比例积分控制规律， 当对象滞后较大时，也可引入适当的微分作用。
串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中，副变量是不 断跟随主控制器的输出变化而变化的，所以副控制器一般采用比例控制 规律就行了，必要时引入适当的积分作用，而微分作用一般是不需要 的。 16．什么是前馈控制系统?它有什么特点?
反应器温度控制系统 答：简单控制系统的典型方块图为：
对象 控制器
执行器
测量变送装置
干扰 被控变量 给定值 偏差
所谓简单控制系统，通常是指由一个被控对象、一个检测元件及 变送器、 一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统，因此 有时也称为单回路控制系统。
被控对象：反应器 被控变量：反应器内物料的温度 操纵变量：蒸汽流量
被控对象环节：T（温度）“+” 加热剂（操纵变量）增加时，物料温度（被控变量）也增 加 控制 器 环节：控制 阀 环节----受控对象环节---控制器环 节，这三个环节构 成的开环系统各环节静态放大系数极性（符号）相乘。 ★ 相乘必须为负的原则来确定控制器的正、反作用方式。 所以控制器选定方向：“—” [ ★ 正 → 正 → 负 同理：（b） 执行器：气开“+” 被控对象：T（温度下降）为“—” 控制器：选定方向“+” 14.【p167】图7-24为液体储糟，需要对液体加以自动控制。为安全起 见，储糟内液体严格禁止溢出。试确定控制阀的气开、气关型式和控制 器的正、反作用。 （1）选择流入量Qi为操纵变量； （2）选择流出量Qo为操纵变量；
热交换器温度控制系统课程设计
热交换器温度控制系统一．控制系统组成由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。
图1换热器出口温度控制系统流程图控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。
被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。
二、设计控制系统选取方案根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。
其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。
对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。
以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。
换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。
热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。
冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。
在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。
在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。
多级离心泵的转速由便频器来控制。
换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。
简单控制系统的投运与参数整定
在工业生产中，自动控制系统大多为定值控制系统。 • 2.随动控制系统（也称自动跟踪系统） • 这类自动控制系统的特点是给定值不断地变化，而且，这种变化不是预
先规定的，也就是说给定值是随机变化的。随动控制系统的目的就是使 所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。伺服控制系 统被控变量为位置、速度或加速度的跟踪系统，属于随动控制系统。
• 当被控变量选定以后，接下来应对工艺进行分析，找出有哪些因素会 影响被控变量发生变化，并找出这些影响因素中哪些是可控的，哪些 是不可控的。原则上，应将对被控变量影响较显著的可控因素作为操 纵变量。
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任务一 简单控制系统的投运
• 操纵变量和干扰变量作用在对象上，都会引起被控变量的变化。干扰 变量由干扰通道施加在对象上，起着破坏作用，使被控变量偏离给定 值；操纵变量由控制通道加到对象上，使被控变量回复到给定值，起 着校正作用，这是一对相互矛盾的变量，它们对被控变量的影响都与 对象特性有密切的关系。因此在选择操纵变量时，要认真分析对象特 性，以提高控制系统的调节品质。
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任务一 简单控制系统的投运
• 比例控制器适用于调节通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提 出无差要求的系统。
• 2.比例积分控制器
• 比例积分控制器输出ΔP与输入e关系为：
• 比例积分控制器的特点：积分作用使控制器的输出与偏差的积分成比 例，故过渡过程结束时无余差，这是积分作用的显著优点。但是，加 上积分作用，会使稳定性降低。虽然在加上积分作用的同时，可以通 过加大比例度，使稳定性基本保持不变，但超调量和振荡周期都相应 增大，过渡过程时间也加长。
换热器温度控制系统的设计过程控制系统与装置课程设计(论文)--大学毕业设计论文
过程控制系统与装置课程设计（论文）题目：换热器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：测控技术与仪器学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目换热器温度控制系统的设计课程设计（论文）任务在某生产过程中，冷物料通过热交换器用热水（工业废水）和蒸汽对进行加热，工艺要求出口温度为140±2℃。
当用热水加热不能满足出口温要求时，则在同时使用蒸气加热，试设计换热器温度控制系统。
1.技术要求:测量范围：0-180℃控制温度：140±2℃最大偏差：5℃；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；若设计由计算机实现的数字控制系统应给出系统硬件电气连接图及序流程图；编写设计说明书。
指导教师评语及成绩成绩：指导教师签字：年月日目录第1章换热器温度控制系统设计概述 .......................................................................第2章换热器温度控制系统设计方案论证 .................................................................第3章系统内容设计.....................................................................................................3.1 温度传感器的选择 ...............................................3.2 流量变送器的选择 ...............................................3.3 调节器的选择 ...................................................3.4 执行器的选择 ...................................................3.5 变送器的选择 ...................................................3.6 调节阀的选择 ...................................................第4章系统性能分析. (X)4.1参数整定........................................................4.2.控制算法的确定 (X)第5章课程设计总结 (XX)参考文献 (XX)第1章换热器温度控制系统设计概述换热器的应用广泛，比如中央空调系统，机械润滑油冷却系统，制药消毒系统，饮料行业消毒系统，船用冷却，化工行业特殊介质冷却系统日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。
换热器温度控制系统设计
换热器温度控制系统设计热交换器是工业生产中常用的设备之一，用于传递热量并调节流体温度。
热交换器温度控制系统的设计是为了确保热交换器能够稳定运行并提供所需的热量。
本文将介绍热交换器温度控制系统的设计要点和步骤。
1.系统需求分析在开始设计热交换器温度控制系统之前，首先需要对系统的需求进行分析。
这包括流体的类型、流量、温度范围以及所需的温度稳定性等。
根据这些需求，选择合适的控制器和传感器。
2.传感器选择传感器是热交换器温度控制系统中非常重要的组成部分，用来监测流体的温度并传输给控制器。
常用的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
选择适合的传感器需要考虑精度、响应时间以及耐高温等因素。
3.控制器选择控制器是热交换器温度控制系统的核心部分，用于读取传感器的信号并根据设定的温度范围进行控制。
常用的控制器包括PID控制器和模糊控制器。
选择控制器时需要考虑可调节的参数、控制精度以及响应速度。
4.控制策略选择合适的控制策略是确保热交换器温度控制系统稳定运行的关键。
常用的控制策略有开环控制和闭环控制。
开环控制根据预先设定的参数进行控制，闭环控制根据传感器反馈的信息进行调节。
根据实际需求选择合适的控制策略。
5.温度设定和调节根据系统需求，设置所需的温度范围和稳定性。
通过控制器对热交换器的供热和冷却进行调节，以保持流体温度在设定的范围内。
6.安全保护热交换器温度控制系统设计中需要考虑安全保护措施，以防止超温和意外故障。
例如，可以设置过温报警和自动断电装置，当温度超出设定范围或发生故障时，及时停止热交换器的运行。
7.控制系统调试和优化在完成热交换器温度控制系统的设计和安装后，需要进行调试和优化，以确保系统的性能和稳定性。
在调试过程中，根据实际情况调整控制器的参数，以达到所需的温度控制效果。
总结：热交换器温度控制系统的设计需要从系统需求分析、传感器选择、控制器选择、控制策略、温度设定和调节、安全保护等方面进行考虑。
通过合理的设计和调试优化，可以确保热交换器能够稳定运行并提供所需的热量。
换热器出口温度单回路控制
换热器出口温度单回路控制(总11页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1、概述换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
本次课程设计我要完成换热器出口温度单回路控制系统设计，单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个控制对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统，方框图如下：图1、单回路控制系统方框图单回路控制系统结构简单、易于分析设计，投资少、便于施工，并能满足一般生产过程的控制要求，因此在生产中得到广泛应用。
设计一个控制系统，首先应对被控对象做全面的了解。
除被控对象的动静态特性外，对于工艺过程、设备等也需要比较深入的了解；在此基础上，确定正确的控制方案，包括合理选择被控变量与操纵变量，选择合适的检测变送原件及检测位置，选用恰当的执行器、调节器以及调机器控制规律等；最后将调节器的参数整定到最佳值。
2、换热器温度控制原理以及控制方案的确定换热器温度控制过程有如下特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象组成的闭合回路。
被调参数经检测元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号，测量值与给定值的差值送入调节器，调节器对偏差信号进行运算处理后输出控制作用。
换热器温度控制系统的工艺流程如下：冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使冷流体的出口温度升高。
冷流体通过循环泵流经换热器的壳程，出口温度稳定在设定值附近。
热流体通过多级泵流经换热器的管程，与冷流体热交换后流回蓄水池，循环使用。
从控制任务要求可知，换热器温度控制系统是单点、恒值控制。
且题目要求用单回路控制系统，控制范围和控制精度要求一般，功能上无特殊要求，采用广泛使用的PID 控制。
图2 PID 控制系统原理图PID 控制是偏差比例（P ）、偏差积分（I ）、偏差微分（D ）控制的简称。
简单控制系统
1．选择直接参数作为被控变量 能直接反映生产过程中产品的产量和质量，以及安全运行的 参数的称为直接参数。 大多数情况下，被控变量的选择往往是显而易见的。对于以 温度、压力、流量、液位为操作指标的生产过程，很明显被控变 量就是温度、压力、流量、液位。这是很容易理解的，也无需多 加讨论。如前面章节中所介绍过的锅炉汽包水位控制系统和换热 器出口温度控制系统，其被控量的选择即属于这一类型。
1．平衡状态
当流入系统的蒸汽传递给冷流体的热量使被加热物料的出口温度T维 持在所要求的温度值时，设蒸汽的流量及品质保持不变，冷流体的流量 及品质也保持不变，则控制系统处于平衡状态，并将保持这个动态平衡， 直至有新的扰动量发生，或人们对被加热物料的出口温度有新的要求。
2．扰动分析 该系统的主要扰动如下所述。
3．基本步骤 （1）初步设计。初步设计的主要目的是上报审批，并为订货做准备。 （2）施工图设计。施工图设计是在项目和方案获批后，为工程施工 提供有关内容的详细的设计资料。 （3）设计文件和责任签字。设计文件和责任签字包括设计、校核、 审核、审定、各相关专业负责人员的会签等，以严格把关，明确责任， 保持协调。 （4）参与施工和试车。设计代表应该到现场配合施工，并参加试车 和考核。 （5）设计回访。在生产装置正常运行一段时间后，应去现场了解情 况，听取意见，总结经验。
（1）确定控制方案。首先要确定整个设计项目的自动化水平，然 后才能进行各个具体控制系统方案的讨论确定。对于比较大的控制系 统工程，更要从实际情况出发，反复多方论证，以避免大的失误。控 制系统的方案设计是整个设计的核心，是关键的第一步。要通过广泛 的调研和反复的论证来确定控制方案，它包括被控变量的选择与确认、 操纵变量的选择与确认、检测点的初步选择、绘制出带控制点的工艺 流程图和编写初步控制方案设计说明书等内容。
换热器温度控制系统的设计
1换热器温度控制系统的组成与特点1.1换热器的组成换热器温度控制系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。
根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。
其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。
1.2系统控制过程的特点换热器温度控制过程有如下特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。
被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号，测量值与给定值的差值送入调节器，调节器对偏差信号进行运算处理后输出控制作用。
换热器的温度控制系统工艺流程如下：冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。
热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。
冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。
在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。
在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。
多级离心泵的转速由便频器来控制。
1.3引起换热器出口温度变化的扰动因素简要概括起来，引起换热器出口温度变化的扰动因素主要有：（1）热流体的流量和温度的扰动，热流体的流量主要受到换热器入口阀门的开度和循环泵压头的影响。
热流体的温度主要受到加热炉加热温度和管路散热的影响。
（2）冷流体的流量和温度的扰动。
冷流体的流量主要受到离心泵的压头、转速和阀门的开度等因素的影响。
（3）加热炉的启停机的影响。
（4）室内温度与管路内气体变化和阀门开度的影响。
2.1 换热器温度控制原理介绍图2.1为蒸汽水换热器的工作原理图。
加热介质为蒸汽，冷流体为水，控制目标是T ，T 1～T 3 温度传感器 M 电动调节阀图2.1 换热器温度控制原理图其工作原理为：温度传感器T 测量换热器出水温度，把信号传送至DDC 现场控制器，此为温度控制的主回路。
6-1简单控制系统概述
控制变量
冷物料
热交换器
热物料
广西大学电气工程学院
简单控制系统示例 ──水泵压力控制系统
被控参数 水泵出口压力 控制变量 回流量
设定值 PC PT
广西大学电气工程学院
简单控制系统示例 ──贮罐液位控制系统
被控参数 贮罐液位 控制变量 出口流量
广西大学电气工程学院
简单控制系统示例
广西大学电气工程学院
一个简单 控制系统 开发设计 的全过程 如右图所 示
广西大学电气工程学院
设计中需要注意的有关问题
1．认真熟悉过程特性
深入了解被控过程的工艺特点及其要求是控制方案确 定的基本依据之一 。
2．明确各生产环节之间的约束关系
生产过程是由各个生产环节和工艺设备构成的，各个 生产环节和工艺设备之间通常都存在相互制约、相互 影响的关系。 在控制系统设计中，测量信号的正确与否直接影响系 统的控制质量。尽量减少由不可避免的随即干扰而产 生的系统误差。
广西大学电气工程学院
六、控制系统正常运行的重要准则
控制系统正常运行的重要准则有负反馈 准则和稳定运行准则。 负反馈准则
控制系统成为负反馈的条件是该控制系统 各开环增益之积为正。 在扰动或设定变化时，控制系统静态稳定 运行条件是控制系统各环节增益之积基本 不变；控制系统动态稳定运行条件是控制 系统总开环传递函数的模基本不变。
广西大学电气工程学院
广西大学电气工程学院
二、对过程控制系统设计的一般要求
要分析、设计和应用好一个过程控制系 统，首先应对被控过程做全面了解，对 工艺过程、设备等做深入的分析，然后 应用自动控制原理与技术，拟定一个合 理正确的控制方案，选择合适的检测变 送器、控制器、执行器（调节阀），从 而达到保证产品质量、提高产品产量、 降耗节能、保护环境和提高管理水平等 目的。
简述自动空调系统组成
简述自动空调系统组成自动空调系统是现代社会中普遍使用的一种技术，它通过一系列的组件和控制系统实现了温度、湿度和空气流动的自动调节，为人们创造了舒适的生活和工作环境。
下面我将简要介绍自动空调系统的组成。
一、温度传感器：温度传感器是自动空调系统中最基础的组件之一，它通过感知周围环境的温度变化来提供准确的数据给控制系统，以便系统可以根据需求进行相应的调节。
二、控制系统：控制系统是自动空调系统中的大脑，它根据温度传感器的数据来判断当前的温度情况，并根据设定的温度要求来控制空调的启停、温度调节等功能。
现代的控制系统通常采用智能化技术，可以通过遥控器、手机APP等方式进行远程控制。
三、蒸发器和冷凝器：蒸发器和冷凝器是空调系统中的换热器件，它们通过循环的工作过程实现空气的冷却和加热。
蒸发器吸收室内空气的热量，使空气温度降低，冷却后的空气再通过风扇送入室内；冷凝器将热量释放到室外空气中，使室内空气的温度保持在适宜的范围内。
四、风扇：风扇是自动空调系统中的重要组成部分，它通过产生气流来实现空气的对流，从而带走室内的湿热气体，为人们提供清新的室内环境。
五、过滤器：过滤器是自动空调系统中用于过滤空气中的灰尘、细菌等有害物质的装置，它可以有效净化空气，提高室内空气的质量。
六、电子扩散器：电子扩散器是自动空调系统中的可选部件，它通过产生负离子来净化空气，并具有除味、杀菌、去除甲醛等功能，提升室内空气品质。
综上所述，自动空调系统的组成包括温度传感器、控制系统、蒸发器和冷凝器、风扇、过滤器和电子扩散器等多个部件。
它们共同协作，通过数据传输、能量转换等方式实现室内温度、湿度和空气流动的自动调节。
自动空调系统的应用在我们的生活中非常广泛，使我们能够在炎热的夏季和寒冷的冬季都能够享受到舒适的室内环境，提高我们的生活质量。
同时，科学合理地使用自动空调系统也有助于节省能源、减少对环境的污染，具有重要的指导意义。
换热器温度控制方案
换热器温度控制方案换热器是工业生产中常见的设备，用于将热能从一个介质传递到另一个介质。
在实际应用中，为了确保换热器的效率和安全性，温度的控制是非常重要的。
本文将探讨几种常见的换热器温度控制方案，并对其优缺点进行分析。
首先，我们来介绍一种常见的控制方案——比例控制。
比例控制是通过调节冷却介质流量或加热介质流量的比例来控制换热器的温度。
这种方法简单直接，易于实施。
然而，由于比例控制只能调节流量，而不能对介质的温度进行直接控制，所以在某些情况下，可能无法满足精确控制的要求。
为了更好地控制换热器温度，反馈控制是一种更高级的控制方案。
反馈控制是通过测量换热器的出口温度，并根据测量结果调整加热或冷却介质的流量。
这种方式可以实现对温度的精确控制，提高系统响应速度和控制精度。
然而，反馈控制需要实时监测和计算，对硬件和算法要求较高，增加了系统的复杂性和成本。
除了比例控制和反馈控制，前馈控制也是一种常见的控制方案。
前馈控制是提前根据进口温度和流量变化预测出口温度的变化，并根据预测结果进行相应的调整。
这种方法可以在温度变化前就采取控制行动，提前消除变化带来的影响。
前馈控制在应对外部扰动和预测未来变化方面具有一定的优势。
然而，由于前馈控制无法准确预测所有变化情况，仍然需要与反馈控制结合使用。
在实际应用中，智能控制技术的发展也为温度控制带来了新的方案。
例如，基于人工智能的控制算法可以实时学习和优化系统的控制策略，在保证温度稳定的同时，提高系统的能效和自适应能力。
此外，传感器技术的进步也为温度控制提供了更多的数据来源，使得控制更加精确和可靠。
综上所述，换热器温度的控制方案多种多样，每种方案都有自己的优缺点。
在选择控制方案时，需要根据具体的应用需求、控制精度要求和系统复杂性等因素进行综合考量。
未来随着技术的进一步发展，相信会出现更多高效、智能的控制方案，为换热器温度控制提供更多选择和可能性。
换热器温度控制系统设计
换热器温度控制系统设计热交换器是工业生产中常见的设备，用于传递热量。
为了保证热交换器的高效运行，需要设计一个温度控制系统，使得热交换器内的温度始终保持在合适的范围内。
本文将从系统的硬件组成、控制策略、控制算法和性能评价四个方面对热交换器温度控制系统进行设计。
1.系统的硬件组成热交换器温度控制系统的硬件组成包括传感器、执行器和控制器。
传感器用于实时测量热交换器内的温度，常用的传感器包括热电偶和温度传感器。
执行器通过控制热交换器内的冷却或加热装置，来调节温度。
常用的执行器包括冷却水泵和加热器。
控制器负责采集传感器的数据，并根据控制策略进行控制，常用的控制器包括PLC和单片机。
2.控制策略热交换器温度控制系统的常用控制策略包括比例控制、比例积分控制和模糊控制。
比例控制是基于测量值与设定值之间的误差进行控制的，根据误差的大小来调节执行器，使得误差逐渐减小，温度稳定在设定值附近。
比例积分控制在比例控制的基础上增加了对误差的积分项。
积分项的作用是累积误差，并在误差连续一段时间内较大时进行补偿。
这种控制策略可以更好地消除系统的定常误差，使得温度更加稳定。
模糊控制是一种基于人类智慧的控制方法。
它通过建立模糊规则来描述输入变量和输出变量之间的关系。
根据传感器测量到的温度值和设定值，模糊控制器会根据事先设定的模糊规则来决定执行器的控制信号，从而实现温度的控制。
3.控制算法在选择控制算法时，可以采用经典的PID控制算法或者先进的自适应控制算法。
PID控制算法是一种常见的经典控制算法。
它根据误差的大小和变化率来计算控制信号，并通过加权比例、积分和微分项来调节执行器，最终实现温度的控制。
自适应控制算法是一种先进的控制算法，它能够根据实际的系统动态特性，自动调整控制参数。
自适应控制算法通过建立数学模型来描述系统，并根据系统的响应来修正控制参数，从而实现更好的控制效果。
4.性能评价热交换器温度控制系统的性能评价主要包括控制精度、稳定性和快速性。
换热器温度控制系统课程设计
换热器温度控制系统课程设计一、设计背景及目的1.1 设计背景换热器是工业生产中常见的设备，其主要作用是将热量从一个物质传递到另一个物质中。
在换热器的使用过程中，为了保证其正常运行和安全性，需要对换热器进行温度控制。
因此，本课程设计旨在设计一种能够实现换热器温度控制的系统。
1.2 设计目的本课程设计旨在通过对换热器温度控制系统的设计与实现，培养学生对自动控制原理和电气控制技术的理解和应用能力，提高学生对工业自动化技术的认识和应用水平。
二、设计内容2.1 系统结构本系统采用分层结构，包括上位机、下位机、传感器、执行机构等四个部分。
其中上位机负责监测和控制整个系统；下位机负责接收上位机指令并控制执行机构；传感器负责采集温度信号；执行机构则根据下位机指令调节换热器内部水流量。
2.2 系统功能本系统主要包括以下功能：（1）实时监测换热器内部的温度变化，并将数据传输给上位机；（2）根据上位机发送的指令，下位机调节执行机构控制水流量，从而实现对换热器内部温度的控制；（3）当系统出现异常情况时，自动报警并停止运行。
2.3 系统设计2.3.1 上位机设计上位机采用C#语言编写，主要包括以下功能：（1）实时监测温度数据，并进行显示；（2）设置温度控制参数，并发送给下位机；（3）接收下位机状态信息，并进行显示；（4）当系统出现异常情况时，自动报警并停止运行。
2.3.2 下位机设计下位机采用单片机进行设计，主要包括以下功能：（1）接收上位机指令，并解析指令内容；（2）根据指令调节执行机构控制水流量；（3）采集执行机构状态信息，并发送给上位机。
2.3.3 传感器设计本系统采用PT100型号温度传感器进行温度信号采集。
该传感器具有精度高、稳定性好等优点。
2.3.4 执行机构设计本系统采用电磁阀作为执行元件。
电磁阀具有调节水流量的功能，可实现对换热器内部温度的控制。
三、系统实现3.1 系统硬件设计本系统采用单片机作为下位机控制核心，通过串口与上位机进行通信；采用PT100型号温度传感器进行温度信号采集；采用电磁阀作为执行元件，控制水流量。
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目录目录ﻩ１１、题目ﻩ22、换热器概述 (2)2、１换热器得用途 (2)２、2换热器得工作原理及工艺流程图........................................ ２３、控制系统ﻩ33、１控制系统得选择ﻩ3３、2工艺流程图与系统方框图 (3)4、被控对象特性研究 (4)４、１被控变量得选择ﻩ44、2 操纵变量得选择ﻩ４４、3 被控对象特性 (5)4、4 调节器得调节规律得选择ﻩ6５、过程检测控制仪表得选用 (7)5、１测温元件及变送器ﻩ7５、2 执行器 (9)5、3 调节器 (10)15、4、仪表型号清单列表ﻩ1６、系统方块图 (11)17、调节控制参数,进行参数整定及系统仿真,分析系统性能ﻩ217、１调节控制参数ﻩ27、2 ＰID参数整定及系统仿真........................................... １３7、3 系统性能分析 (15)18、参考文献ﻩ61、题目热交换器出口温度得控制。
2、换热器概述2、1 换热器得用途换热器又叫做热交换器（heａt exchanｇer),就是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门得通用设备,在生产中占有重要地位。
进行换热得目得主要有下列四种:①、使工艺介质达到规定得温度,以使化学反应或其她工艺过程很好得进行;②、生产过程中加入吸收得热量或除去放出得热量,使工艺过程能在规定得温度范围内进行；③、某些工艺过程需要改变无聊得相态；④、回收热量。
由于换热目得得不同,其被控变量也不完全一样。
在大多数情况下,被控变量就是温度,为了使被加热得工艺介质达到规定得温度,常常取出温度问被控温度、调节加热蒸汽量使工艺介质出口温度恒定。
对于不同得工艺要求,被控变量也可以就是流量、压力、液位等。
2、2 换热器得工作原理及工艺流程图换热器得温度控制系统换热器工作原理工艺流程如下:冷流体与热流体分别通过换热器得管程与壳程,通过热传导，从而使热流体得出口温度降低。
热流体加热炉加热到某温度,通过循环泵流经换热器得管程,出口温度稳定在设定值附近。
冷流体通过多级离心泵流经换热器得壳程。
在换热器得冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体得大小。
图2 换热器温度控制系统工艺流程图从传热过程得基本方程式可知，为了保证出口得温度平稳,满足工艺生产得要求,必须对传热量进行调节,调节传热量有以下几条途径：①、调节载热体得流量。
调节载热体流量大小,其实只就是改变传热速率方程中得传热系数Ｋ与平均温差△Ｔm，对于载热体在加热过程中不发生相变得情况,主要就是改变传热速率方程得热系数K;而对于载热体在传热过程中发生相变得情况,主要就是改变传热方程中得△T ｍ。
②、调节传热平均温差△Tm。
这种控制方案滞后较小反应迅速,应用比较广泛。
③、调节传热面积F。
这种方案滞后较大,只有在某些必要得场合才采用。
④、将工艺介质分路。
该方案就是一部分工艺介质经换热，另一部分走旁路。
在设计传热设备自动化控制方案时,要视具体传热设备得特点与工艺条件而定。
而在某些场合,当被加热工艺介质得出口温度较低，采用低压蒸汽作载热体,传热面积裕量又较大时,为了保证温度控制平稳及冷凝液排除畅通，往往以冷凝器流量作为操纵变量,调节传热面积,以保持出口温度恒定。
3、控制系统３、１控制系统得选择由于本次设计得任务控制换热器被加热物料出口温度,工艺过程主要就就是冷热流体热交换,且外来干扰因素主要就是载热体得流量变化,故选择单回路控制系统便可以达到预定得控制精度。
3、2 工艺流程图与系统方框图单回路控制系统又称为简单控制系统,就是有一个被控对象、一个检测元件及变送器、一个调节器与一个控制器所构成得闭合系统。
单回路控制系统结构简单、易于分析设计,投资少、便于施工,并能满足一般得一般生产过程得控制要求,因此在生产过程中得到广泛得应用,其方框图如下图所示。
图１、单回路控制系统方框图其中，被控变量:被加热物料得出口温度；操纵变量:载热体得流量。
如图所示:测量元件及变送器对冷物料出口温度进行测量,得到测量值Ｙm并传送给调节器,调节器把Ym与内部给定值Ys比较得到偏差信号e按一定得调节运算规律计算出控制信号，并将控制信u号传送给执行器,执行器接收到控制信号ｕ，自动得改变阀门得开度，改变蒸汽得流量。
4、被控对象特性研究换热器就是传热设备中较为简单得一种,也就是最常见得一种。
通常它两侧得介质(工艺介质与载热体)在换热过程中均无相变。
换热器换热得目得就是保证工艺介质加热(或冷却)到一定温度。
为保证出口温度平稳，满足工艺要求,必须对传递得热量进行调节。
4、１被控变量得选择影响一个生产过程正常操作得因素很多,但并非对所有影响因素都要进行控制、被控参数就是一个输出参数,应为独立变量，与输入量之间应有单值函数关系、对于换热器过程控制系统,人们最关心得就是对换热器中介质即冷流体得温度与压力得自动控制与调节，而在这两项当中,温度得自动调节又处于首位、因为出口水温直接影响产品质量、产量、效率及安全性，即本系统把换热器出口水温作为被控参数、4、2 操纵变量得选择在控制系统中,用来克服干扰对被控变量得影响，实现控制作用得变量就就是操纵变量。
将出口温度维持在一定值，影响冷物料出口温度得有很多因素,比说冷物料得流量,载热体得流量，载热体得温度等。
冷物料就是工艺所需要得,不能选用冷物料作为被控变量,而若选载热体温度作为操纵变量,改变其温度还需改变其她工艺过程如锅炉得温度，考虑工艺合理性,我选择对热流体流量进行控制,保证出口温度得稳定。
4、3 被控对象特性换热器系统在连续生产中，其控制原理可通过热量平衡方程与传热速率方程来分析，这个方案得控制流程图如图６。
图6 换热器得温度控制系统工艺流程图为了处理方便,不考虑传热过程中得热损失,根据能量守恒定律，热流体失去得热量应该等于冷流体吸收得热量,热量平衡方程为：式中,q为传热速率(单位时间内传递得热量);G为质量流量;ｃ为比热容;T为温度。
式中得下标处1为载热体;2为冷流体;i为入口;ｏ为出口。
传热过程中得传热速率为:式中,Ｋ为传热系数;Ｆ为传热面积；为两流体间得平均温差。
其中,平均温差对于逆流、单程得情况为对数平均值:当时,其误差在5％以内,可采用算术平均值来代替,算术平均值表示为:由于冷流体间得传热既符合热量平衡方程,又符合传热速率方程，因此有下列关系整理后得从上式可以瞧出,在传热面积F、冷流体进口流量、温度与比热容一定得情况下,影响冷流体出口温度得因素主要就是传热系数K以及平均温差。
4、3 调节器调节规律得选择调节器得作用就是对来自变送器得测量信号与给定值比较所产生得偏差e(t)进行比例（P)、比例积分(PＩ)、比例微分(PD）或比例积分微分(PＩD）运算,并输出信号到执行器。
选择调节器得控制规律就是为了使调节器得特性与控制过程得特性能很好配合,使所设计得系统能满足生产工艺对控制质量指标得要求。
比例控制规律（P)就是一种最基本得控制规律,其适用范围很广。
在一般情况下控制质量较高，但最后有余差。
对于过程控制通道容量较大,纯时延较小,负荷变化不大,工艺要求又不太高得场合,可选用比例控制作用。
比例控制规律(Ｐ)得微分方程数学模型为:比例积分(PI)控制规律,结合了比例控制反应快，积分控制能消除余差。
但就是当过程控制通道得纯时延与容量时延都较大时,由于积分作用容易引起较大得超调,可能出现持续振荡,所以要尽可能避免用比例积分控制规律,不然会降低控制质量。
通常对管道内得流量或压力控制,采用比例积分作用其效果甚好，所以应用较多。
比例积分(PＩ)控制规律得微分方程数学模型为:比例微分(PＤ）控制规律,由于引入微分，具有超前作用,对于被控过程具有较大容量时延得场合,会大大改善系统得控制质量。
但就是对于时延很小,扰动频繁得系统，由于微分作用会使系统产生振荡,严重时会使系统发生事故,所以应尽可能不用微分作用。
比例微分（PＤ)控制规律得微分方程数学模型为:比例积分微分(ＰIＤ)作用就是一种理想得控制作用,一般均能适应不同得过程特性。
当要求控制质量较高时,可选用这种控制作用得调节器。
比例积分微分(PID）控制规律得微分方程数学模型为：其中::为调节器得输出号:放大倍数:积分时间常数:微分时间常数：设定值与测量值偏差信号通过以上几种调节规律得分析及本系统就是温度控制为被控参数,温度检测本身具有滞后性,为了弥补这个缺点，本系统选用比例积分微分(PIＤ）控制规律。
5、过程检测控制仪表得选用5、1 测温元件及变送器根据生产实践与现场使用条件以及仪表得性能,我们选用普通热电偶测温仪表。
热电偶温度仪表就是基于热电效应原理制成得测温仪器,它由热电偶、电测仪表与连接导线组成，其核心元件就是热电偶。
热电偶温度计有以下特点：①测温精度高、性能稳定;②结构简单，易于制造,产品互换性好;③将温度信号转换为电信号，便于信号远传与实现多点切换测量;④测温范围广,可达-200~２000℃;⑤形式多样,适用于多种测温条件;被控温度在500℃以下,由[１]表3-5选用铂热电阻温度计,为了提高检测精度,应采用三线制接法,并配用DDＺ-Ⅲ型热电偶温度变送器。
DDZ-Ⅲ型热电偶温度变送器主要性能指标如下：①测量范围最小量程３mV,最大量程6０ｍV;零点迁移-５0~+50mＶ。
②基本误差③温度特性环境温度每变化25℃，附加误差不超过千分之五。
④恒流性能当负载电阻在0～100Ω范围变化时,附加误差不超过千分之五。
⑤防爆指标结构为安全火花型；防爆等级为HⅢｅ；防爆额定电压为220V AC/DＣ。
其优点有以下几点:①采用了低漂移、高增益得线性集成电路,提高了仪表得可靠性、稳定性与各项性能指标。
②在热电偶温度变送器中用线性化电路,使变送器输出信号与被测温度信号保持了线性关系。
③线路中采取了安全火花防爆措施，兼有安全栅得功能。
热电偶温度变送器就是由热电偶输入回路与放大回路两部分组成。
为了得到线性关系,必须使放大回路具有非线性,热电偶输入温度变送方框图如图所示。
因而有温度变送器得传递函数w(s)=w1(s)×w2(s)式中——温度变送器得传递函数;——热电偶得传递函数;——放大回路得传递函数；由于变送器放大回路得放大系数K很大，故放大回路得传递函数可以认为等于反馈电路得传递函数得倒数,即则热电偶输入温度变送器得传递函数为5、2 执行器根据生产工艺原则以及被控介质特点,选用电动执行器。
电动执行器由执行机构与调节机构(阀体)两部分组成。
电动执行机构又可分为角行程(ＤKJ型）与直行程(ＤKZ型）两种，原理与电路原理完全相同,只就是输出机械传动部分有所区别。
按照特性不同，电动执行机构可分为比例式与积分式。
根据工艺条件及流体特性,我选用直行程（ＤKＺ型）比例式电动执行器,其输出直线位移与输入电流信号成正比。