换热器冷却水出口温度组态监控系统设计讲解

控制系统综合设计

题目换热器冷却水出口温度组态监控系统设计

目录

摘要 (1)

第一章绪论 (2)

1.概述 (2)

2. 设计任务 (2)

3. 设计目的与意义 (2)

第二章换热器工艺流程介绍 (3)

1.工艺流程图 (3)

2.工艺过程简述 (3)

3.控制方式的选择 (4)

第三章硬件的选择与设计 (4)

1. 传感器的选择 (4)

2. 调节器的选择 (6)

3. 执行器的选择 (9)

4.组态软件的选择 (10)

第四章总体设计 (11)

1. 系统组成 (11)

2. 组态王界面设计 (12)

第五章仿真调试 (13)

设计小结 (14)

参考文献 (15)

摘要

换热器作为工艺过程中必不可少的单元设备，广泛地应用于石油、化工、动力、轻工、机械、冶金、交通、制药等工程领域中。据统计，在现代石油化工企业中换热器投资约占装置建设总投资的 30%~40%；在合成氨厂中，换热器约占全部设备总台数40%。由此可见，换热器对整个企业的建设投资及经济效益有着重要的影响。目前,换热器控制中大多数仍采用传统的PID控制,以加热、冷却、介质的流量作为调节手段,以被加热冷却、工艺介质的出口温度作为被控量构成控制系统,对于存在大的负荷干扰且对于控制品质要求较高的应用场。本文主要介绍了换热器冷却水出口温度组态监控系统的设计过程，通过对硬件和软件两部分的设计，从而实现对换热器冷却水出水口温度的控制。

第一章绪论

1.概述

随着工业的迅速发展，能量消耗量不断增加，能源紧张己成为一个世界性的问题。近几年来，我国在节能方面虽然已取得很大的成绩，但能源的供应矛盾依然十分尖锐。我国的能源利用率很低，只有28%左右。由此可见，我国在节能方面存在着很大的潜力。

换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两个方面:一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器的效率，显然可以减少能源的消耗，同时，提高换热器的控制效果，也可以充分满足工业生产对于温度的需求，显著提高产品的质量;另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著的提高设备的热效率。因此，换热器的正确使用、合理设计、控制性能改善等对能源有效利用及开发有着十分重要意义。

2.设计任务

换热器冷却水出口温度组态监控系统设计主要是对换热器换热器温度控制系统冷却水出口水温度的控制，通过控制不同的参数，是冷却水的温度达到所要求的温度。这个过程的选择是依据当代工业发展对能源节省的要求，通过计算机的控制，实现这个过程。

这个过程的实现，首先是通过传感器将控制对象的参数传递给变送器，然后经过智能仪器传送给计算机，实现计算机对这个系统的控制。计算机采用组态王进行控制。

图1设计流程图

按照图1所示的流程进行这次的设计。

3.设计目的与意义

换热器冷却水出口温度组态监控系统设计，首先是对大学三年所学知识的检查。在过去三年我们学习了各方面关于自动控制的知识。然而很少的课程可以将这些课程进行综合的考察。换热器冷却水出口温度组态监控系统设计刚好满足了这个要求。它的设计需要多方面的知识，不是单方面就可以完成的。其次是对部分工业生产过程的认识。换热器冷却水出口温度组态监控系统设计完全是按照实际设计一套产品的流程进行的，虽然所做的是简单的。但是这很好的让我们知道了工作生产过程的相关事项。然后就是我们进入社会前

的一次尝试吧！可以让我们为以后的工作打下一定的基础。

换热器冷却水出口温度组态监控系统设计可以让我们懂得更多的知识，让我们学会如何去查阅资料以及如何去设计一件产品。通过这套系统的设计，成功的减少资源浪费的现象，符合节约型社会对能源利用率的要求，而且可以更好的利用能源。

第二章换热器工艺流程介绍

1.工艺流程图

图2高阶换热系统工艺流程

2.工艺过程简述

这时，通过执行器FVI103调节冷却水进入换热器的流量和FVI105调节热流流出的流量，从而进行流出水温度的控制。在这个过程中，对温度的监控是核心。不同的控制方式会达到不同的控制效果。

3.控制方式的选择

3.1控制对象选择

换热器冷却水出口温度组态监控系统中，存在多种影响温度的因素。如冷水的流量、热流的流量等。根据温差越大，散热越快的物理现象来看，可以选择控制冷却水的流入量，相应的是将热流流量设定为定值。

控制冷却水流量的方法又分为两种，第一是通过控制水泵，从而来控制冷却水的流量，一种是控制调节阀门来控制。对于简单的温度调节系统来看，对水泵的调节相对来说较复杂，所以选择用调节阀来进行调节。

3.2控制方式选择

通过对换热器温度调节系统的研究，单从控制方式来说，可以选择多种方式，比如正反馈调节、负反馈调节、串级调节等。但是从效果上来说，不同的调节方式达到的效果是不同的。调节的精度也是不同的。根据实际的需要选择合适的方法是必须的。

本次的课程设计是换热器冷却水出口温度组态监控系统，相对换热器温度控制系统来说相对的简单。所以采用的控制方式也相对的简单。在各种控制方式中，最终选择的是负反馈调节

反馈系统的工作原理是：根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。

根据课题的要求，可以画出控制系统框图。

图3控制系统框图

其中被控对象Gp(s)、控制阀Gv(s)、测量变送元件Gm(s)组合在一起成为广义被控对象；F(s)为干扰通道的传递函数；Gc(s)是控制器传递函数；R（s）为设定的温度值，Y（是）为冷却水出口实际温度值。

第三章硬件的选择与设计

1.传感器的选择

对换热器冷却水出口温度组态监控系统中，我们知道对温度的要求不是很高，大约在