过程控制课程设计完整版

目录

摘要

1、温度控制系统结构及锅炉控制要求 (1)

1.1温度控制系统结构 (1)

1.2锅炉的控制要求 (1)

2、锅炉炉膛温度控制的理论数学模型 (2)

3、方案设计 (3)

3.1炉膛温度控制方法的选择 (3)

3.2 系统单元元件的选择 (4)

3.2.1温度检测变送器的选择 (4)

3.2.2流量检测变送器的选择 (5)

3.2.3主、副控制器正反作用的选择 (7)

3.2.4主回路的PID调节器和副回路的PI调节器 (8)

3.2.5控制器仪表的选择 (8)

3.2.6控制阀的选择 (12)

4、控制系统的工作原理 (14)

5、设计心得 (15)

6、参考文献................................. 错误!未定义书签。

1、摘要

温度控制是控制系统中最为常见的控制类型,主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成。

锅炉是工业生产中不可缺少的动力设备，它多产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥、蒸发等过程提供热源，而且，还可以作为风机，压缩机、泵类驱动透平的动力源。随着石油化学工业规模的不断扩大，生产过程不断强化，生产设备不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高参数、高效率的方向发展。为确保安全，稳定生产，对过路设备的自动控制就显得尤为重要。

2、温度控制系统结构及控制要求

2.1温度控制系统结构

温控系统主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成，其系统结构图如图2.1所示。

图2.1

2.2锅炉的控制要求

根据生产负荷的不同需要，锅炉需要提供不同规格（压力和温度）的蒸汽，同时，根据安全性和经济性的要求，是锅炉安全运行和完全燃烧，锅炉设备的主要控制要求如下。

1、供给蒸汽量适应负荷变化需要或者保持给定负荷；

2、锅炉供给用汽设备的蒸汽压力应当保持在一定的范围内； 3 、过热蒸汽温度保持在一定范围；

4、汽包水位保持在一定范围；

5、保持锅炉燃烧的经济性和安全性；

6 、炉膛负压保持在一定的范围内。

3、锅炉炉膛温度控制的理论数学模型

由于锅炉炉膛采用的燃料为煤粉，在燃烧过程中，炉膛和汽包之间的传热过程是一个相当复杂的过程，炉膛的温度的动态特性具有一般的大滞后、时变、非线性和不对称性等特点。在过程控制中，为了方便设计，同时又在一定的要求范围内，我们通常把锅炉炉膛的温度的动态特性看作是一个线性的系统。可以用以下传递函数描述。

具有时滞的一阶环节 τs e Ts K s G -+=1)( 错误!未找到引用源。

具有时滞的二阶环节 τs e s T s T K s G -++=)1)(1()(21 错误!未找到引用源。

可以认为锅炉炉膛温度是一种具有大容积滞后和大纯滞后的对象。

在整个炉膛的温区内，其动态参数随锅炉的工作温度变化，在工作点附近的小温度范围内，炉膛的动态特性近似线性的。

炉膛温度问题是比较复杂的。对炉膛温度动态特性进行分段线性化，则在每个较小的温度区间，锅炉炉膛的燃料流量—炉膛温度系统的动态特性可近似地用一个惯性环节和一个纯滞后环节串联的简化模型来表征，即:

00()1s K e G s T s τ-=+

其中K 。为过程的增益，τ为过程的纯滞后时间，To 为过程的等效容积滞后时间。在锅炉炉膛的整个温度范围内，对象的增益、容积滞后时间和纯滞后时间都是炉膛温度和负载的非线性函数。K 。随锅炉炉膛内温度升高而减小，To 随锅炉炉膛内的温度升高而增大。机理建模和计算机仿真分析以及实验辨识等也证明了这一模型的可行性。

4、方案设计

4.1燃烧控制原理

使用双交叉燃烧控制，使燃烧更加完善，燃烧质量大幅度提高，大大减低了生产成本，减少了废气污染，为生产高效奠定可靠的基础。

在煤粉流量调节回路中，炉温PID 的输出A1与根据实测空气流量折算成需要的煤粉流量之后，分别乘以一个偏置系数K3，得到信号A2，乘以一个偏置系数K4得到信号A3，A1、A2、A3三者经过高低选择器比较，选中者作为煤粉流量PID 的设定值。空气流量调节回路中，炉温PID 的输出B1，与根据实测煤粉流量折算成所须空气流量之后，分别乘上一个

偏置系数K1得到信号B2，乘上偏置系数K2得到信号B3，B1、B2、B3三者经高低选择器比较，选中者乘上流量补偿系数，送到空气PID作为设定值。

其系统组成原理图如图4.1所示。

4.2 系统单元元件的选择

4.2.1温度检测变送器的选择

热电偶温度变送器与各种测温热电偶配合使用，可将温度信号线性地转换成为4～20mADC电流信号或1～5VDC电压信号输出，它是由量程单元和放大单元两部分组成的。

热电偶温度变送器的主要特点是采用非线性负反馈回路来实现线性变化。这个特殊的性质反馈回路能按照热电偶温度－毫伏信号间的非线性关系调整反馈电压，以保证输入温度t与整机输出

I或O V间的线性关系。

O

图4.2热电偶温度变送器

零点调整、量程调整电路的工作原理与直流毫伏变送器大致相仿。所不同的是：在热电偶温度变送器的输入回路中增加了由铜电阻

R等元

Cu

件组成的热电偶冷端温度补偿电路；同时把调零电位器

W移动到了反馈

i

回路的支路上；在反馈回路中增加了运算放大器

IC等组成的线性化电路

1

起线性化作用。

由于锅炉炉膛内的温度值较高，所以选用的热电偶变送器的温度测量值必须达到要求，这里，我选用的是DBW-1150型热电偶温度变送器。

DBW-1150型热电偶温度变送器是DDZ-III系列仪表的主要品种。本