加热炉温度串级控制系统设计

加热炉温度串级控制系统设计

摘要：温度控制系统广泛应用于工业控制领域，如钢铁厂、化工厂、火电厂等锅炉的温度控制系统，电焊机的温度控制系统等。加热炉温度控制在许多领域中得到广泛的应用。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：干扰串级控制主回路副回路

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 control system of the characteristics and the main and sub-loop design was elaborate, designed cascade control system, furnace, and MATLAB-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 stability

Keywords:Cascade control, interference, the main circuit, the Deputy loop

目录

1.前言 (3)

2、整体方案设计 (4)

2.1方案比较 (4)

2.2方案论证 (7)

2.3方案选择 (8)

3、串级控制系统的特点 (9)

4. 温度控制系统的分析与设计 (10)

4.1控制对象的特性 (10)

4.2主回路的设计 (11)

4.3副回路的选择 (11)

4.4主、副调节器规律的选择 (11)

4.5主、副调节器正反作用方式的确定 (12)

5、控制器参数的工程整定 (13)

6 、MATLAB系统仿真 (14)

6.1系统仿真图 (14)

6.2副回路的整定 (16)

6.3主回路的整定 (17)

7.设计总结 (19)

【参考文献】 (20)

1.前言

随着我国国民经济的快速发展，加热炉的使用围越来越广泛。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着产品的质量和产量。现代加热炉的生产过程可以实现高度的机械化，这就为加热炉的自动化提供了有利条件。加热炉自动化是提高锅炉安全性和经济性的重要措施。目前，加热炉的自动化主要包括自动检测、自动调节、程序控制、自动保护和控制计算五个方面。实现加热炉自动化能够提高加热炉运行的安全性、经济性和劳动生产率，改善劳动条件，减少运行人员。加热炉是将物料或工件加热的设备。按热源划分有燃料加热炉、电阻加热炉、感应加热炉、微波加热炉等。应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、表面处理、建材、电子、材料、轻工、日化、制药等诸多行业领域。在生产过程控制中，一些复杂环节，往往需要进行串级控制。即把两个控制器串联起来，第一个控制器的设定值是控制目标，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往往比单回路控制的效果更好。串级控制对克服被控系统的时滞之所以能收到好的效果，是因为当用两个控制器进行串级控制时,每个控制器克服时滞的负担相对减小,这就使得整个控制系统克服时滞的能力得到加强。

2、整体方案设计

本设计的整体思路是：利用对燃料量的控制最终来实现对原油温度的控制。该控制分为主回路控制与副回路控制两部分。在原油出口处设置主回路温度传送器，由其带动主回路温度控制器从而进行对燃料阀的流量控制，此控制为主回路被控参数控制。在炉膛设置主回路温度传送器，由其带动主回路温度控制器进行对干扰的消除。这样，便构成了以原料油出口温度为主要被控参数，以炉膛温度为辅助被控参数的串级控制系统。

2.1方案比较

方案一、简单控制系统

温度调节器是根据原料油的出口温度与设定值的偏差进行控制。当燃料部分出现干扰后，控制系统并不能及时产生控制作用，克服干扰对被控参数的影响控制质量差。当生产工艺对原料油出口温度要求很严格时，简单控制系统很难满足要求。

被控变量：原料出口温度；

操纵变量：燃料流量。

当对出口温度控制要求不高时，简单控制系统可以满足要求。