过程控制课程设计 燃油加热炉温度控制系统
加热炉过程自动控制系统的设计
目录第1章绘制控制工艺流程图 (1)1.1 工艺生产过程简介 (1)1.2 加热炉的基本控制 (1)1.3 加热炉的单回路控制方案 (4)第2章节流装置的计算机辅助设计计算 (6)2.1 GB/T2624-93概述 (6)2.2 计算实例 (6)第3章调节阀口径计算 (11)3.1 调节阀的选型和口径计算 (11)3.2 计算实例 (12)结束语 (14)参考文献 (15)附录 (16)第1章绘制控制工艺流程图1.1 工艺生产过程简介在炼油化工生产中常见的加热炉是管式加热炉。
其形式可分为箱式、立式和圆筒炉三大类。
对于加热炉，工艺介质受热升温或同时进行汽化，其温度的高低会直接影响后一工序的操作工况和产品质量。
当炉子温度过高时，会使物料在加热炉内分解，甚至造成结焦而烧坏炉管。
加热炉的平稳操作可以延长炉管使用寿命。
因此，加热炉出口温度必须严加控制。
加热炉是传统设备的一种，同样具有热量传递过程。
热量通过金属管壁传给工艺介质，因此它们同样符合导热与对流传热的基本规律。
但加热炉属于火力加热设备，首先由燃料的燃烧产生炽热的火焰和高温的气流，主要通过辐射传热将热量传给管壁，然后由管壁传给工艺介质，工艺介质在辐射室获得的热量约占总热负荷的70%~80%，而在对流段获得的热量约占热负荷的20%~30%。
因此加热炉的传热过程比较复杂，想从理论上获取对象特性是很困难的。
加热炉的对象特征一般基于定性分析和实验测试获得。
从定性角度出发，可以看出其传热过程为：炉膛炽热火焰辐射给炉管，经热传导、对流传热给工艺介质。
所以与一般传热对象一样，具有较大的时间常数和纯滞后时间。
特别是炉膛，它具有较大的热容量，故滞后更为显著，因此加热炉属于一种多容量的被控对象。
根据若干实验测试，并做了一些简化，可以用一介环节加纯滞后来近似，其时间常熟和纯滞后时间与炉膛容量大小及工艺介质停留时间有关。
炉膛容量大，停留时间长，则时间常数和纯滞后时间大，反之亦然。
课程设计--加热炉温度串级控制系统（设计部分）
加热炉温度串级控制系统设计摘要：生产自动控制过程中 ,随着工艺要求 ,安全、经济生产不断提高的情况下 ,简单、常规的控制已不能适应现代化生产。
传统的单回路控制系统很难使系统完全抗干扰。
串级控制系统具备较好的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量，因此在复杂的过程控制工业中得到了广泛的应用．对串级控制系统的特点和主副回路设计进行了详述，设计了加热炉串级控制系统，并将基于MATLAB的增量式PID算法应用在控制系统中．结合基于计算机控制的PID参数整定方法实现串级控制，控制结果表明系统具有优良的控制精度和稳定性．关键词：串级控制干扰主回路副回路Abstract:Automatic control of production process, with the technical requirements, security, economic production rising cases, simple, conventional control can not meet the modern production. The traditional single-loop control system is difficult to make the system completely anti-interference. Cascade control system with good anti-jamming capability, rapidity, flexibility and quality control, and therefore a complex process control industry has been widely used. Cascade co ntrol system of the characteristics and the main and sub-loop design was elaborate, designed cascade control system, furnace, and MATLA B-based incremental PID algorithm is applied in the control system. Combination of computer-based control method to achieve PID parameter tuning cascade control, control results show that the system has excellent control accuracy and stabilityKeywords:Cascade control, interference, the main circuit, the Deputy loop目录1.前言 (2)2、整体方案设计 (3)2.1方案比较 (3)2.2方案论证 (5)2.3方案选择 (5)3、串级控制系统的特点 (6)4. 温度控制系统的分析与设计 (7)4.1控制对象的特性 (7)4.2主回路的设计 (8)4.3副回路的选择 (8)4.4主、副调节器规律的选择 (8)4.5主、副调节器正反作用方式的确定 (8)5、控制器参数的工程整定 (10)6 、MATLAB系统仿真 (10)6.1系统仿真图 (11)6.2副回路的整定 (12)6.3主回路的整定 (14)7.设计总结 (16)【参考文献】 (16)1.前言加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一。
过程控制课程设计燃油加热炉温度控制系统优选稿
过程控制课程设计燃油加热炉温度控制系统集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）《过程控制》课程设计题目: 燃油加热炉温度控制系统班级：学号：姓名：同组人员：任课教师：张虹完成时间： 2013年10月30日目录一、设计任务及要求----------------------------------------------------------------------3二、被控对数学模型建模及对象特性分析------------------------------------------32.1对象数学模型的计算及仿真验证--------------------------------------------32.2对象特性分析--------------------------------------------------------------------5三、控制系统设计-------------------------------------------------------------------------53.1 基本控制方案--------------------------------------------------------------------53.2 控制仪表选型--------------------------------------------------------------------93.3 参数整定计算-------------------------------------------------------------------103.4 控制系统MATLAB 仿真-----------------------------------------------------103.5 仿真结果分析-------------------------------------------------------------------11四、设计总结------------------------------------------------------------------------------12一、设计任务及要求1. 在模壳浇铸、焙烧时常用燃油炉，烧制过程中需要对温度加以控制，对一个燃油炉装置进行如下实验，在温度控制稳定到500℃时，在开环状态下将执行器的输入燃油流量增加大约%25，即h /T 2.1q =∆I ，持续s t 100=∆后结束，等间隔s t 001=∆记录炉内温度变化数据如下表，试%20≤具体设计要求如下:（1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（给出带控制点的控制流程图，控制系统原理图等，选择控制规律）；画出控制系统SAMA 图；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表（DDZ-Ⅲ），绘制原理接线图；（4） 对设计系统进行仿真设计，首先按对象特性法求出整定参数，然后按4:1衰减曲线法整定运行参数。
过程控制课程设计燃油加热炉温度控制系统
精心整理《过程控制》课程设计题目: 燃油加热炉温度控制系统班级：学号：姓名：1.，具体设计要求如下:（1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型；（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（给出带控制点的控制流程图，控制系统原理图等，选择控制规律）；画出控制系统SAMA图；（3）根据设计方案选择相应的控制仪表（DDZ-Ⅲ），绘制原理接线图；（4）对设计系统进行仿真设计，首先按对象特性法求出整定参数，然后按4:1衰减曲线法整定运行参数。
（5）★用MCGS进行组态设计。
二、被控对数学模型建模及对象特性分析2.1对象数学模型的计算及仿真验证根据矩形脉冲响应数据，得到阶跃响应数据，并进行相应的归一化处理，得：plot(t,ys); %画出单位阶跃响应曲线hold on;grid on;figure;plot(t,ym); %画出归一化阶跃响应输出曲线grid on;脉冲响应及阶跃响应输出曲线归一化输出曲线从图中取y*(t1)=0.4,y*(t2)=0.8，得： t1=382s,t2=882s因为t1/t2=0.433<0.46,所以选用2阶传函。
又因为：1212122(1.740.55)()TT t T T t ≈-+，12121()2.16T T t t +≈+。
求得T1=166s ，T2=419s 得到对象传递函数为：对象仿真图如下：2.2对象特性分析为二阶自衡对象，没有纯延迟环节。
自衡率ρ==K11.88，响应速度ε=TK=0.0021， 三、控制系统设计3.1 基本控制方案从设计的简约性和实用性考虑，首先考虑单回路的控制方法，由于对象的容量较大，而炉内温度的测量较难，所以单回路的控制方法难以得到较好的效果，所以经过仔细比较，最终决定采用虽然复杂一些，但是控制效果更好的串级控制方法。
为了更好的反应串级方式相对于单回路的优点，小组决定用两种控制方法都试验一下，用事实说话。
（1） 首先采用单回路控制方法，考虑到系统的速度和稳定性的要求，选用PID 控制规律。
过程控制课程设计 加热炉温度控制
目录1 系统简介 (2)2 设计方案及仪表选型 (3)2.1 设计方案 (3)2.2 仪表选型 (4)2.2.1 调节器 (6)2.2.2 执行器 (8)2.2.3 变送器 (9)2.2.4 检测元件 (11)3 控制系统仪表配接图及说明 (12)3.1 控制系统仪表配接图 (12)3.2 控制系统仪表配接说明 (12)4 仪表型号清单 (13)5 参考文献 (14)附录控制系统仪表配接图 (15)1 系统简介电加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。
由于这类对象使用方便，可以通过调节输出功率来控制温度，进而得到较好的控制性能，故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。
在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定性已成为产品质量的决定性因素。
对于工业控制过程,PID 调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。
在产品的工艺加工过程中，温度有时对产品质量的影响很大，温度检测和控制是十分重要的，这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。
在冶金工业中，加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏，温度控制不好，将给企业带来不可弥补的损失。
为此，可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。
加热炉是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。
随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。
加热炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，常用的加热炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。
本加热炉环节中，燃料与空气按照一定比例送入加热炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给物料。
物料被加热后，温度达到生产要求后，进入下一个工艺环节。
过程控制课程设计--加热器温度控制
课程设计任务书设计依据、要求及主要内容：一、设计任务加热器出口温度在阶跃扰动DC作用下，其输出响应数据如下：t/s012345678y 4.0 4.0 4.2 4.5 4.8 5.1 5.4 5.7 5.8t/s91011y 5.85 5.9 6.0 6.0试根据实验数据设计一个超调量的无差控制系统。
具体要求如下：（1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3）根据设计方案选择相应的控制仪表；（4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。
二、设计要求采用MATLAB仿真；需要做出以下结果：（1）超调量（2）峰值时间（3）过渡过程时间（4）余差（5）第一个波峰值（6）第二个波峰值（7）衰减比（8）衰减率（9）振荡频率（10）全部P、I、D的参数（11）PID的模型（12）设计思路三、设计报告课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。
四、参考资料[1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004[2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000[3] 过程控制教材目录一 设计内容1.1总体思路1.2.设计要求二 数学模型的建立2.1 PID参数K、T、Τ的确定2.2传递函数的确定三 控制系统的设计3.1原系统方框图3.2 PID温度控制器原理3.3 控制规律与控制变量的确定3.4 过程控制系统设备的选择四 系统仿真及其分析4.1仿真波形图4.2系统的性能指标五 课程设计心得体会六 参考文献一 设计内容1.1总体思路在课程设计过程中，可初步体验过程控制系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，了解必须提交的各项工程文件，也达到巩固、充实和综合运用所学知识解决实际问题的目的。
同时也使学生加深理解所学的理解知识，提供运用所学知识的能力，按照给定的设计资料和设计要求，使学生掌握电气控制系统设计的基本技能，增强独立分析与解决问题的能力。
过程控制课程设计 加热炉出口温度控制系统的设计
二○一三～二○一四学年第一学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：过程控制与集散系统课程设计班级：自动化2010级4班学号：201004134140姓名：肖翔指导教师：万恒二○一三年十一月一．设计题目和设计要求；设计题目：加热炉出口温度控制系统的设计图１所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。
加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。
在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。
被加热物料图1 加热炉出口温度系统但是，由于炉子时间常数大，而且扰动的因素多，单回路反馈控制系统不能满足工艺对炉出口温度的要求。
为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。
设计要求：1.绘制加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图。
2.以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度的副变量，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统，要求绘制该串级控制系统结构图。
3.假设主对象的传递函数为0140()(1)(2)G s s s =++，副对象的传递函数为02()(1)G s s =+40，主、副控制器的传递函数分别为sK s G c c 21)(11+=，22)(c c K s G =，1)()(21==s G s G m m ，请确定主、副控制器的参数（要求写出详细的参数估算过程）。
4.利用simulink 实现单回路系统仿真和串级系统仿真，分别给出系统输出 响应曲线。
二．设计任务分析（包括系统建模、控制方案）；单回路反馈控制系统（温度）：单回路反馈控制系统结构框图管式加热炉的控制目标是保证原料的出口温度达到设定值并维持在工艺要求范围内。
在加热炉工作的过程中，原料出口温度To受进入管式加热炉原料的初始温度和进入流量，燃料的流量和燃烧值的影响。
过程控制课程设计-加热炉出口温度控制系统的设计
二○一三～二○一四学年第一学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：过程控制与集散系统课程设计班级：自动化2010级4班学号： 2姓名：肖翔指导教师：万恒二○一三年十一月一．设计题目和设计要求；设计题目：加热炉出口温度控制系统的设计图１所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。
加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉出口工艺所要求的温度。
在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制出口温度的目的。
被加热物料图1 加热炉出口温度系统但是，由于炉子时间常数大，而且扰动的因素多，单回路反馈控制系统不能满足工艺对炉出口温度的要求。
为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。
设计要求：1.绘制加热炉出口温度单回路反馈控制系统结构框图。
2.以加热炉出口温度为主变量，选择滞后较小的炉膛温度的副变量，构成炉出口温度对炉膛温度的串级控制系统，要求绘制该串级控制系统结构图。
3.假设主对象的传递函数为0140()(1)(2)G s s s =++，副对象的传递函数为02()(1)G s s =+40，主、副控制器的传递函数分别为sK s G c c 21)(11+=，22)(c c K s G =，1)()(21==s G s G m m ，请确定主、副控制器的参数（要求写出详细的参数估算过程）。
4.利用simulink 实现单回路系统仿真和串级系统仿真，分别给出系统输出 响应曲线。
二．设计任务分析（包括系统建模、控制方案）；单回路反馈控制系统（温度）：单回路反馈控制系统结构框图管式加热炉的控制目标是保证原料的出口温度达到设定值并维持在工艺要求范围内。
在加热炉工作的过程中，原料出口温度To受进入管式加热炉原料的初始温度和进入流量，燃料的流量和燃烧值的影响。
其中，原料的流量和燃料的流量是影响原料出口温度的主要因素。
过程控制课程设计加热炉出口温度控制系统的设计
通过合理的控制策略和算法设计，成功实现了对加热炉出口温度的精确控制，提高了生产过程的稳定性和产品质量。
实现了加热炉出口温度的稳定控制
通过参数整定和算法优化，提高了控制系统的响应速度和稳定性，减少了温度波动和误差，提高了生产效率。
优化了控制性能
尽管已经实现了对加热炉出口温度的稳定控制，但在某些极端情况下，控制精度仍可能受到一定影响，需要进一步优化控制算法以提高控制精度。
利用热电效应测量温度，具有测量范围广、精度高、稳定性好等特点。适用于高温环境，可将温度变化转换为电信号输出。
热电阻传感器
基于电阻随温度变化的原理，具有测量精度高、稳定性好、响应速度快等优点。适用于中低温测量，输出信号为电阻值变化。
红外温度传感器
通过测量目标物体辐射的红外能量来推算温度，具有非接触式测量、响应速度快、适用于远距离测量等特点。但受环境因素影响较大，测量精度相对较低。
控制器根据设定的控制算法对温度信号进行处理，计算出控制量，并输出相应的控制信号。
采用比例、积分、微分控制算法，对加热炉出口温度进行精确控制，具有响应快、精度高的特点。
PID控制
结合人工智能、神经网络等先进技术，对加热炉出口温度进行智能预测和控制，提高系统的自适应能力和智能化水平。
智能控制
利用模糊数学理论对加热炉出口温度进行模糊推理和控制，适用于难以建立精确数学模型的复杂系统。
仿真模型搭建
在仿真平台上，根据系统模型搭建仿真模型，包括各组成部分的模型、控制算法的实现等。
仿真参数设置
设置仿真参数，如仿真时间、步长、初始条件等，以确保仿真的准确性和有效性。
仿真平台选择
选择合适的仿真平台，如MATLAB/Simulink、LabVIEW等，用于实现系统仿真。
过程控制系统课程原料油加热炉温度控制系统的
过程控制系统课程原料油加热炉温度控制系统的XXXX 大学过程控制系统课程设计（论文）题目：原料油加热炉温度控制系统的设计院（系）： XXXXXXXX学院专业班级： XXXXXXX学号： XXXXXXXXX学生姓名： XXXX指导教师：（签字）起止时间：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX课课程设计（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 XXXXXX 学生姓名 XX 专业班级 XXX X1 设计题目 原料油加热炉温度控制系统的设计 课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数 实现功能设计原料油加热炉温度控制系统加热炉是生产中常用的设备之一。
工艺要求被加热物料的出口温度保持在60±0.5℃。
影响炉出口温度的因素：被加热物料的流量和初温；燃烧压力的波动、流量的变化、燃料热值的变化；烟囱的抽力变化等。
设计任务及要求 1、确定控制方案并绘制原理结构图、方框图； 2、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数；3、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式；4、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程序流程图；5、按规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。
技术参数测量范围：-40～100℃控制温度：60±0.5℃最大偏差：2℃工作计划1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。
（2天）2、确定系统的控制方案，绘制原理结构图、方框图。
（1天）3、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号。
（2天）4、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式。
（1天）5、上机实现系统的模拟运行、答辩。
（3天）6、撰写、打印设计说明书（1天）注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要生产自动控制过程中，随着工艺要求，安全、经济生产不断地情况下，简单、常规的控制已不能适应现代化生产。
(完整word版)过程控制课程设计 燃油加热炉温度控制系统
《过程控制》课程设计题目: 燃油加热炉温度控制系统班级：学号：姓名：同组人员：任课教师：**完成时间：2013年10月30日目录一、设计任务及要求----------------------------------------------------------------------3二、被控对数学模型建模及对象特性分析------------------------------------------32.1对象数学模型的计算及仿真验证--------------------------------------------32.2对象特性分析--------------------------------------------------------------------5三、控制系统设计-------------------------------------------------------------------------53.1 基本控制方案--------------------------------------------------------------------53.2 控制仪表选型--------------------------------------------------------------------93.3 参数整定计算-------------------------------------------------------------------103.4 控制系统MATLAB仿真-----------------------------------------------------103.5 仿真结果分析-------------------------------------------------------------------11四、设计总结------------------------------------------------------------------------------12一、设计任务及要求1. 在模壳浇铸、焙烧时常用燃油炉，烧制过程中需要对温度加以控制，对一个燃油炉装置进行如下实验，在温度控制稳定到500℃时，在开环状态下将执行器的输入燃油流量增加大约%25，即h /T2.1q =∆I ，持续s t 100=∆后结束，等间隔s t 001=∆记录炉内温度变化数据如下表，试根据实验数据设计一个超%20≤具体设计要求如下:（1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（给出带控制点的控制流程图，控制系统原理图等，选择控制规律）；画出控制系统SAMA 图；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表（DDZ -Ⅲ），绘制原理接线图； （4） 对设计系统进行仿真设计，首先按对象特性法求出整定参数，然后按4:1衰减曲线法整定运行参数。
加热炉控制系统课程设计
第1章加热炉控制系统1.1加热炉控制系统工程背景及说明加热炉自动控制（automatic control of reheating furnace），是对加热炉的出口温度、燃烧过程、联锁保护等进行的自动控制。
早期加热炉的自动控制仅限控制出口温度，方法是调节燃料进口的流量。
现代化大型加热炉自动控制的目标是进一步提高加热炉燃烧效率，减少热量损失。
为了保证安全生产，在生产线中增加了安全联锁保护系统。
影响加热炉出口温度的干扰因素很多，炉子的动态响应一般都比较迟缓，因此加热炉温度控制系统多选择串级和前馈控制方案。
根据干扰施加点位置的不同，可组成多参数的串级控制。
使用气体燃料时，可以采用浮动阀代替串级控制中的副调节器，还可以预先克服燃料气的压力波动对出口温度的影响。
这种方案比较简单，在炼油厂中应用广泛。
这种控制的主要目的是在工艺允许的条件下尽量降低过剩空气量，保证加热炉高效率燃烧。
简单的控制方案是通过测量烟道气中的含氧量，组成含氧量控制系统,或设计燃料量和空气量比值调节系统,再利用含氧量信号修正比值系数。
含氧量控制系统能否正常运行的关键在于检测仪表和执行机构两部分。
现代工业中都趋向于用氧化锆测氧技术检测烟道气中的含氧量。
应用时需要注意测量点的选择、参比气体流量和锆管温度控制等问题。
加热炉燃烧控制系统中的执行机构特性往往都较差，影响系统的稳定性。
一般通过引入阻尼滞后或增加非线性环节来改善控制品质。
在加热炉燃烧过程中，若工艺介质流量过低或中断烧嘴火焰熄灭和燃料管道压力过低,都会导致回火事故，而当燃料管道压力过高时又会造成脱火事故。
为了防止事故，设计了联锁保护系统防止回火和温度压力选择性控制系统防止脱火。
联锁保护系统由压力调节器、温度调节器、流量变送器、火焰检测器、低选器等部分组成。
当燃料管道压力高于规定的极限时，压力调节系统通过低选器取代正常工作的温度调节系统，此时出料温度无控制，自行浮动。
压力调节系统投入运行保证燃料管道压力不超过规定上限。
过程控制燃油加热炉解析
一、设计任务及要求------------------------------------------------- 3二、被控对数学模型建模及对象特性分析------------------------------- 32.1对象数学模型的计算及仿真验证-------------------------------- 32.2对象特性分析------------------------------------------------ 7三、控制系统设计---------------------------------------------------- 73.1基本控制方案------------------------------------------------ 73.2控制仪表选型------------------------------------------------ 83.3参数整定计算----------------------------------------------- 123.4控制系统MATLAB仿真----------------------------------------- 133.5仿真结果分析----------------------------------------------- 133.6★控制系统组态四、设计总结------------------------------------------------------- 14设计任务及要求对一个燃油加热炉做如下实验，在温度控制稳定时.，开环状态下将执行器的输入信号增加A/，= 3.2mA,持续& = 2mln后结束，若炉温度控制系统的正常工作点为200℃,记录炉内温度变化数据如下表，试根据实验数据设计一个超调量2«25%的无差温度控制系统。
1具体设计要求如下：1.根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型；2.根据辨识结果设计符合要求的控制系统(给出带控制点的控制流程图，控制系统原理图等，选择控制规律)；3.根据设计方案选择相应的控制仪表(DDZ-III),绘制原理接线图；4.对设计系统进行仿真设计，首先按对象特性法求出整定参数，然后按4:1衰减曲线法整定运行参数。
过程控制系统课程设计
2 目录一、设计目的 2二、设计要求 3三、实现过程3 1、 系统概述 (3)1.1加热炉 (3)1.2加热炉工艺过程 ...................................................... 4 13控制参数的选择及控制燃烧方案的确定 . (5)1.4加热炉的工艺结构及其设备组成 (6)1.5生产线的特点 ........................................................ 6 2、 设计与分析 .. (7)2.1加热炉生产工艺和控制要求 (7)2.2燃烧控制系统及仿真 (7)四、总结 11五、附录 12六、参考文献12 一、设计目的经过一个学期的过程控制系统课程的学习，对过程控制有了一个基本的了 解。
然而仅仅在理论方面是远远不够的，需要将所学的应用于实际生产过程中， 惟独这样才干真正的对过程控制有一个比较深入的认识，为以后的学习和工作打 下一个良好的基础。
通过这次课程设计，我们可以了解具体生产工业过程控制系 统设计的基本步骤和方法。
同时也对氧化铝的生产工艺有一个大概的认识，惟独 弄清晰生产工艺对控制的具体要求，才干去设计一个过程控制系统。
同时：1、 提高对所学自动化仪表和过程控制的原理、结构、特性的认识和理解， 加深对所学知识的巩固和融会贯通。
2、针对一个小型课题的设计开辟，培养查阅参考书籍资料的自学能力，通过独立思量，学会分析问题的方法。
3、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力。
4、培养学生严谨的工作作风，相互合作的团队精神，提髙其综合素质，获得初级工程应用经验，为将来从事专业工作建立基础。
二、设计要求燃烧量对蒸汽母线压力：G(s)= —?——r+ 100^+11、査阅资料，深入掌握钢铁工业过程的工作原理及控制要求，绘制出钢铁工业生产过程工艺流程图。
2、设计控制方案。
(1)根据燃烧对象特性及控制要求，完成燃烧量的选择、执行器、变送器的选择、控制仪表选择等方案设计。
加热炉温度控制系统
内蒙古科技大学过程控制课程设计论文题目：加热炉温度控制系统加热炉温度控制系统的设计摘要随着我国国民经济的快速发展，加热炉的使用范围越来越广泛。
而加热炉温度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这场品的质量和产量。
以前加热炉的控制系统大多数是采用模拟控制系统，且各种数据只在加热炉系统中进行单独储存和通过加热炉自己的仪表进行观察、判断故障。
随着网络技术的发展和整个工厂完全实现两级自动化管理的寻妖，要求在过程级上通过相应的终端了解任何一个设备或任何一个装置的控制情况以及生产情况。
因此，过程控制系统在加热炉系统中得到广泛的应用，它是加热炉控制系统的重要部分，是对以及控制系统的一个总领和扩充。
现代加热炉的生产过程可以实现高度的过程控制，以保证在加热过程中温度的准确控制，这就为工业生产提供了有利条件。
加热炉是工业生产中的一个重要装置，它的任务是把原料加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。
因此加热炉的温度控制起着举足轻重的作用，直接关系到产量﹑能源﹑污染﹑工人劳动强度等等。
以前加热炉的控制多数采用老式的人工控制，需要操作人员完全手动控制燃料﹑原料阀的开度，进行烧炉。
这样一来，流量控制的精度极差，操作的及时性也大大降低。
在引入了过程控制系统之后，这一情况得到了大大的改善。
如何保证原料出口处原料温度是实现加热炉温度控制的基本前提。
关键词：加热炉；过程控制系统；出口温度；温度控制Heating furnace temperature control system designAbstractWith the rapid development of China's national economy, the scope of application of heating furnace more and more widely. And heating furnace temperature control is in the process of industrial production often met in process control, and some of the temperature of a process control has a direct effect on the quality of products and production.Along with the development of network technology and the whole factory fully realized the automation management level two search for monster, the requirements in the process level through the corresponding terminal understand any equipment or any a device and the control of the production process. Therefore, process control system in heating furnace system widely applied, it is an important part of the heating furnace control system, is to and control system of a total brought and expand Modern heating furnace production process can realize the height of the process control to ensure the heating process in the temperature of the accurate control, industrial production provides favorable conditions. Heating furnace industrial production is an important device, it is the task of the raw material heated to a definite temperature, to ensure the smooth progress of the next working procedure. The control of the heating furnace before most of the old manual control, need operators fully manual control valve of raw materials, fuel, and the opening of the furnace. On the introduction of the process control system after, this situation got big improvement. How to guarantee the raw materials at the exit temperature is to realize the basic premise of heating furnace temperature control.Keywords: heating furnace; Process control system; Export temperature; Temperature control目录摘要 (2)Abstract (3)1加热炉温度控制系统的目标 (5)2加热炉温度控制系统的任务 (5)2.1炉出口温度的稳定 (5)3 加热炉一般结构与控制原理 (6)3.1两段式加热炉 (6)3.2三段式加热炉 (6)3.3步进式加热炉 (6)3.4推钢式加热炉 (6)4 加热炉温度调节系统 (7)4.1简单控制系统 (7)4.2串级控制系统 (7)5 加热炉温度控制系统原理 (8)6 控制方案 (8)6.1简单控制系统 (8)6.2串级控制系统 (8)7仪表选型 (10)参考文献 (18)致谢 (19)引言由于热炉的温度对于保证产品的指标是非常重要的，控制效果好，即能保证产品质量又能提高产量。
加热炉温度控制系统设计本科毕业设计
控制系统综合设计报告题目: 加热炉温度控制系统设计报告题目：加热炉温度控制系统设计一、 课程的要求和意义（一 ）课程设计的具体要求 1、加热炉温度单回路反馈控制系统。
2、以加热炉温度为主变量，夹套温度为副变量，构成加热炉出口温度与夹套温度的串级控制系统。
被加热物料流过排列炉膛四周的夹套后，加热到炉出口工艺所要求的温度。
在加热用的装有一个调节阀，用以控制夹套温度控制，以达到控制出口温度的目的。
为了提高控制质量，采用串级控制系统，运用副回路的快速作用，有效地提高控制质量，满足生产要求。
3、利用Simulink 实现单回路系统仿真和串级系统仿真，得出系统输出响应曲线，根据两种系统仿真结果分析串级控制系统的优缺点，验证串级系统是否能提高控制的精度。
本设计是通过加热炉两种控制方案的对比并利用MATLAB 中的Simulink 进行系统仿真，采用衰减曲线法进行参数的整定，通过比较两种方案，最终说明加热炉串级控制系统的设计方案在实际控制中的优越性。
4、要求设计的系统满足快速、准确、稳定，且超调量8%≤δ≤10%。
5、给定各传递函数如下：主控制对象加热炉温度传递函数:011()(301)(31)G s s s =++副对象对象夹套温度传递函数:0221()(101)(1)G s s s =++主PID 控制器的传递函数为：111()(1)c I G s K T s=+副PID 控制器的传递函数为：22()c G s K =二、 加热温度控制系统设计（一） 加热炉单回路温度控制系统结构图加热炉温度单回路控制系统结构框图 （二） 加热炉温度串级控制系统结构图加热炉温度串级控制系统结构框图图3加热炉温度串级控制系统结构图图1加热炉单回路温度控制系统结构图PID 调节器调节装置夹套加热炉温度反馈 1()t+- ++ + 干扰 干扰 图2 加热炉温度单回路控制系统结构框图 +（三）衰减曲线法参数整定的相关资料（1）衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间TI放在最大，微分时间T D 放到最小，比例放大倍数KC设为1;（2）然后使KC 由小往大逐步改变，并且每改变一次KC值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。
过程控制课设-燃油加热炉温度控制系统
目录一、设计任务及要求 3二、被控对数学模型建模及对象特性分析 32.1 对象数学模型的计算及仿真验证 32.2 对象特性分析 5三、控制系统设计3.1 基本控制方案 6 3.2 控制仪表选型9 3.3 参数整定计算10 3.4 控制系统MATLAB仿真123.5 仿真结果分析13四、设计总结13 一、设计任务及要求对一个燃油加热炉做如下实验，在温度控制稳定时，开环状态下将执行器的输入信号增加mA 2.4=∆r I ，持续min 5.1=∆t 后结束，若炉温度控制系统的正常工作点为300℃，等间隔min 5.1=∆t 记录炉内温度变化数据如下表，试根据实验数据设计一个超调量具体设计要求如下:（1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（给出带控制点的控制流程图，控制系统原理图等，选择控制规律）；画出控制系统SAMA 图；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表（DDZ -Ⅲ），绘制原理接线图； （4） 对设计系统进行仿真设计，首先按对象特性法求出整定参数，然后按4:1衰减曲线法整定运行参数。
二、被控对数学模型建模及对象特性分析2.1对象数学模型的计算及仿真验证根据表格计算出阶跃响应输出值，并作出脉冲响应曲线与阶跃响应曲线 clear all ; close all ; t=0:1.5:21*1.5;yi=[0 0 1.25 3.75 7.50 10.50 9.20 7.25 6.00 4.80 3.70 2.90 2.25 1.85 1.50 1.15 0.85 0.60 0.40 0.30 0.20 0.10]; y(1)=0;y_1=0; for k=1:22y(k)=yi(k)+y_1; y_1=y(k); endxs=(0:0.1:21*1.5);ys=interp1(t,y,xs,'spline'); plot(xs,ys) hold on plot(t,yi) hold onyim=interp1(t,yi,xs,'spline');plot(xs,yim)xlabel('time'); ylabel('output');gtext('阶跃响应')gtext('脉冲响应')title('被控对象输出曲线');grid on从图上可以读出延迟时间为1.5min，即90s，画出归一化后输出曲线figure(2)for k=1:22yn(k)=y(k)/[max(y)-min(y)+0.1];endyn_2=interp1(t,yn,xs,'spline');plot(xs-1.5,yn_2)xlabel('time');ylabel('output');title('归一化输出曲线');grid onn t1/t21 0.317从上图可以读出t1=6.5min ，t2=13min ，则t1/t2=0.5>0.46，为高阶对象，根据下表选择n=3由nT=(t1+t2)/2.16得T=(t1+t2)*60/(n*2.16)=180.56稳态输出 y (∞)=66.5+0.1=66.15(℃)对象增益 K 0= y (∞)/⊿θ=66.15/4.2=15.75(℃/mA )得对象传递函数 G S(S)=se s 903)156.180(75.15-+验证传递函数： clear all ; num=[15.75];den=conv([180.56,1],conv([180.56,1],[180.56,1])); g0=tf(num,den,'inputdelay',90); step(g0); grid onk=dcgain(g0)2.2对象特性分析变送器传递函数：G m (s)=0400420--=0.04(mA/℃)调节阀传递函数：G v =420%0%100--=6.25(%/mA)2 0.4603 0.534 4 0.5845 0.6186 0.640 70.666对象增益：K p =K/K v =15.75/6.25=2.52(℃/%)得出广义对象传递函数： G 0(s)=G s (s)*G m (s)=s e s 903)156.180(04.0*75.15-+=s e s 903)156.180(63.0-+ 而K 0=0.63 T 0=180.56(s) τ0=90(s)故根据广义对象得输出曲线：k0=0.84; to=180.56; tao0=90; num=k0;den=conv([180.56,1],conv([180.56,1],[180.56,1])); g0=tf(num,den); step(g0); grid on hold onk=dcgain(g0) tao=133 t=834-133三、控制系统设计3.1 基本控制方案（1）单回路方案运用工程整定法整定参数，运用科恩-库恩法整定编程计算得K p=4.5，T I=400，T D=160典型单回路控制系统经仿真整定的K p=3.6，T I=600，T D=186.5，结果如下可以看出超调与调节时间均不理想（2）串级方案该系统开环存在时间滞后，控制不及时，超调大而系统不稳定。
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《过程控制》课程设计题目: 燃油加热炉温度控制系统班级：学号：姓名：同组人员：任课教师：张虹完成时间： 2013年10月30日目录一、设计任务及要求----------------------------------------------------------------------3二、被控对数学模型建模及对象特性分析------------------------------------------32.1对象数学模型的计算及仿真验证--------------------------------------------32.2对象特性分析--------------------------------------------------------------------5三、控制系统设计-------------------------------------------------------------------------53.1 基本控制方案--------------------------------------------------------------------53.2 控制仪表选型--------------------------------------------------------------------93.3 参数整定计算-------------------------------------------------------------------103.4 控制系统MATLAB仿真-----------------------------------------------------103.5 仿真结果分析-------------------------------------------------------------------11四、设计总结------------------------------------------------------------------------------12一、设计任务及要求1. 在模壳浇铸、焙烧时常用燃油炉，烧制过程中需要对温度加以控制，对一个燃油炉装置进行如下实验，在温度控制稳定到500℃时，在开环状态下将执行器的输入燃油流量增加大约%25，即h /T2.1q =∆I ，持续s t 100=∆后结束，等间隔s t 001=∆记录炉内温度变化数据如下表，试根据实验数据设计一个超调量%20≤具体设计要求如下:（1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（给出带控制点的控制流程图，控制系统原理图等，选择控制规律）；画出控制系统SAMA 图；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表（DDZ-Ⅲ），绘制原理接线图； （4） 对设计系统进行仿真设计，首先按对象特性法求出整定参数，然后按4:1衰减曲线法整定运行参数。
（5） ★用MCGS 进行组态设计。
二、被控对数学模型建模及对象特性分析2.1对象数学模型的计算及仿真验证 根据矩形脉冲响应数据，得到阶跃响应数据，并进行相应的归一化处理，得：K= y（∞）/Δu=0.5336(℃/％)Matlab画出图像：程序如下：clear;t=0:100:2100;yi=[0 0.5 1.44 2.07 1.68 1.41 1.17 0.99 0.81 0.66 0.54 0.45 0.39 0.33 0.27 0.21 0.15 0.09 0.06 0.03 0.01 0.00];ys=[0 0.5 1.94 4.01 5.69 7.18 8.35 9.34 10.15 10.81 11.35 11.8 12.19 12.52 12.79 13 13.15 13.24 13.3 13.33 13.34 13.34];ym=[0 0.037 0.145 0.300 0.425 0.538 0.626 0.700 0.761 0.810 0.851 0.884 0.914 0.938 0.958 0.974 0.986 0.992 0.997 0.999 1 1]plot(t,yi);%画出脉冲响应曲线hold on;plot(t,ys); %画出单位阶跃响应曲线hold on;grid on;figure;plot(t,ym); %画出归一化阶跃响应输出曲线grid on;脉冲响应及阶跃响应输出曲线归一化输出曲线从图中取y*(t1)=0.4,y*(t2)=0.8，得：t1=382s,t2=882s因为t1/t2=0.433<0.46,所以选用2阶传函。
又因为：1212122(1.740.55)()TT t T T t ≈-+，12121()2.16T T t t +≈+。
求得T1=166s ，T2=419s 得到对象传递函数为：对象仿真图如下：2.2对象特性分析为二阶自衡对象，没有纯延迟环节。
自衡率ρ==K11.88，响应速度ε=TK=0.0021， 三、控制系统设计 3.1 基本控制方案从设计的简约性和实用性考虑，首先考虑单回路的控制方法，由于对象的容量较大，而炉内温度的测量较难，所以单回路的控制方法难以得到较好的效果，所以经过仔细比较，最终决定采用虽然复杂一些，但是控制效果更好的串级控制方法。
为了更好的反应串级方式相对于单回路的优点，小组决定用两种控制方法都试验一下，用事实说话。
（1） 首先采用单回路控制方法，考虑到系统的速度和稳定性的要求，选用PID 控制规律。
单回路系统控制原理图如下:根据对象特性整定参数（采用齐勒格-尼克尔整定方法） 变送器增益：调节阀增益：100%0%6.25(%/)204v G mA -==-得广义对象传函：根据广义对象画出输出曲线见图5，程序： clc;K0=0.16; num=K0;den=conv([419,1],[166,1]); G0=tf(num,den); step(G0); k=dcgain(G0);0500100015002000250030000.020.040.060.080.10.120.140.16Step ResponseTime (sec)A m p l i t u d e读图可知：τ=60,T=700最终整定参数如下：δ=0.85ετ=0.112; kc=；Ti=2τ=120;Td=0.5τ=30;参数带入PID控制器之后震荡剧烈，稳定性差，所以kc减小，适当增加Td，经过多次调节之后取kc=3，Ti=120，Td=200；SIMULINK仿真图(带扰动)如下:很明显，调节速度慢，而且超调过大，所以舍弃这种方法。
（2）串级控制方式：1.扰动分析：燃料：压力、流量、成分和热值等原料：进料量、进料温度若炉内温度作为副被调量，拥有客服克燃料油影响，如温度、成分等，其所属扰动包含了较多扰动，即可能多的扰动可进入副回路。
串级控制系统中，由于引进了副回路，不仅能迅速克服作用于副回路内的干扰，也能加速克服主回路的干扰。
副回路具有先调、初调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，对副回路没有完全克服干扰的影响能彻底加以消除。
2.在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用不同。
主调节器起定值控制作用，副调节器起随动控制作用，这是选择调节器规律的基本出发点。
在燃油炉温度串级控制系统中，我们选择原料油出口温度为主要被控参数，选择炉壁温度为副调参数。
由于原料油温度影响产品生产质量，工艺要求严格，又因为加热炉串级控制系统有较大容量滞后，所以，主回路选择PID调节作为主调节器的控制规律，而副回路由于考虑稳定性的原因，考虑用P控制规律。
3.调节阀：从安全考虑，选气开，K v为正副对象：调节阀开，炉膛温度升高，K p2为正副调节器：K c2为正，即反作用调节器主对象：炉温升高，出口温度升高，K p1为正主调节器：K c1为正，即反作用调节器Kc2为正，切主调时主调不改变作用方式4.控制流程图Gp2(s)Gv（s）Gc2(s)Gm2(s) Gc1(s)Gm1(s)Gp1(s)Gf2(s)Gf1(s)Y(t)控制系统原理图：控制系统SAMA图：3.2 .....................................................................................................................控制仪表选型1.温度变送器变送器选用DDZ-Ⅲ控制仪表。
在主回路的对象为原料油出口温度，约为500度，故所设计的的范围为420度到750度。
副对象为炉膛温度比较高，故所选的变化的范围600度到1000。
主回路的变送器传函：副回路的变送器传函:根据设计要求变送器检测温度范围较大，选择NHR-M32智能温度变送器，测量范围为0—1300 C。
控制器要求具有PID调节功能，选择HR-WP模糊PID自整定调节器原理接线图2.阀门的选择由于燃油具有较强的腐蚀性，里面的残渣比较多，而且由于安全性的要求，所以，经过比较最终决定选择气动蝶阀，最大流量大于4.8t每小时。
3.3参数整定由上面讨论可知主回路选用PID控制，副回路选用P控制，所以参数整定如下：1.副回路参数整定调节副环。
将主调节器1p K设为1，1I K和1DK设为0，副调器2p K设为1逐步调节副回路的kc。
.此时经过微小调整得到副回路P控制器2c K=6.2、主回路整定：将副调节器2c K=6，主回路加入PID，逐步调节1c K、1I T、1D T的值，使输出符合要求，记下此时的3.4 Simulink仿真图(带扰动)如下:将两者比较如下：分析:经过改进，串级控制系统的超调量只有约为3%，符合控制要求，并且调节时间也有很大程度上改善，通过与单回路PID控制对比可以发现系统的动态特有很大改善。
扰动分析：从图中可以看出，在2500s时分别加入幅值为2的干扰信号，串级控制对扰动有很强的抗干扰能力。
相比较上图的单回路抗扰动输出，又可以看出的串级控制的优越性。
3.5仿真结果分析通过仿真结果可以看到，串级控制系统可以跟好的实现工程要求，有效克服扰动，很好的实现了系统的稳定性。
串级控制系统中增加了一个包含二次扰动的副回路，使系统改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；对二次扰动有很强的克服能力；提高了对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。
综上所述，本设计选择串级控制系统。
四：设计总结此次课程设计--- 加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计，使用到了过程控制系统很多方面的知识，包括串级控制系统分析、建模与仿真，串级控制系统整定方法，PID调节器的参数工程整定，串级控制系统的性能分析等。