2022年管式加热炉温温串控制系统的设计.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 课程设计任务书同学姓名: 方诗豪专业班级: 自动化 0804指导老师:傅剑工作单位: 自动化学院题 目: 管式加热炉温度 - 温度串级掌握系统的设计初始条件 :管式加热炉是石油工业中重要的设备之一,它的任务是把原油加热到肯定的温度,以保证下一道工序的顺当进行;加热炉的工艺过程为:燃料油经雾化后在炉膛中燃烧,被加热油料流过炉膛四周的排管后,就被加热到出口温度;试以温度- 温度串级掌握掌握 策略设计过程掌握系统,使得管式加热炉出口温度为为 70,稳态误差2;要求完成的主要任务 :1、明白管式加热炉工艺设备及其工作流程2、基于对象特点分析,绘制掌握系
2、统方案图3、确定系统所需检测元件、执行元件、掌握器技术参数4、撰写系统调剂原理及调剂过程说明书5、总结课程设计的体会和收成时间支配12 月 19 日选题、懂得课题任务、要求年月日12 月 20 日方案设计12 月 2128日参数运算、撰写说明书12 月 29 日答辩指导老师签名:名师归纳总结 系主任(或责任老师)签名:年月日第 1 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 目录前言 2 1 设计的目的及意义 3 1.1 管式加热炉简介 3 1.2 设计目的及意义 4 2 管式加热炉温度控系统工作原理及掌握要求 5 3 总体设计方案 6 3.1
3、温度温度串级掌握系统 6 3.2 方案特点 7 4 串级掌握系统分析 8 4.1 主回路设计 8 4.2 副回路挑选 9 4.3 主、副调剂器规律挑选 9 4.4 主、副调剂器正反作用方式确定 9 4.5 掌握器软件设计 10 4.6 数字 PID 掌握器参数整定 11 5 各外表的选取及元器件清单 12 5.1 温度检测元件 12 5.2 温度变送器 14 5.3 调剂阀 15 5.4 联锁爱护 15 6 感受与体会 16管式加热炉温度 - 温度串级掌握系统的设计名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 前言自 70 岁
4、月以来,由于工业过程掌握的需要,特殊是在微电子技术和运算机技术的迅猛 进展以及自动掌握理论和设计方法进展的推动下,国外温度掌握系统进展快速,并在智 能化、自适应、参数自整定等方面取得成果,在这方面,以日本、美国、德国、瑞典等 国技术领先,都生产出了一批商品化的、性能优异的掌握器及仪器外表,并在各行业广 泛应用;它们主要具有如下的特点:1、适应于大惯性、大滞后等复杂掌握系统的掌握;2、能够适应于受控系统数学模型难以建立的掌握系统的掌握;3、能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的掌握系统的掌握;4、这些掌握系统普遍采纳自适应掌握、自校正掌握、模糊掌握、人工智能等理 论,运用先进的算法,适应的范畴广
5、泛;5、掌握系统具有掌握精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点;目前,国外掌握系统及 外表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速进展;随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益猛烈,产品的质量和功能也向更高 的档次进展,制造产品的工艺过程变得越来越复杂,为满意优质、高产、低消耗,以及 安全生产、爱护环境等要求,做为工业自动化重要分支的过程掌握的任务也愈来愈繁 重;在现代工业掌握中 , 过程掌握技术是一历史较为久远的分支;在本世纪 30 岁月就已有应用;过程掌握技术进展至今日, 在掌握方式上经受了从人工掌握到自动掌握两个进展时期;在自动掌握时期内,过程掌握系统又经受了三个进展阶段 , 它们是:分散
6、控 制阶段 , 集中掌握阶段和集散掌握阶段;几十年来,工业过程掌握取得了惊人的进展,无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中,仍是在传统工业过程改造中,过程掌握 技术对于提高产品质量以及节约能源等均起着特别重要的作用;目前,过程掌握正朝高级阶段进展,不论是从过程掌握的历史和现状看,仍是从过 程掌握进展的必要性、可能性来看,过程掌握是朝综合化、智能化方向进展,即运算机 集成制造系统 CIMS :以智能掌握理论为基础,以运算机及网络为主要手段,对企业 的经营、方案、调度、治理和掌握全面综合,实现从原料进库到产品出厂的自动化、整 个生产系统信息治理的最优化;名师归纳总结 - - - - - - -第
7、 3 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1 设计的目的及意义1.1 管式加热炉简介管式加热炉是石油工业中重要装置之一,加热炉掌握的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维护在工艺要求范畴内;管式加热炉一般由四个主要部分组成:烟囱、名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对流室、辐射室及燃烧器,示意图如图 1 所示:图 1 管式加热炉通风系统:将燃烧用空气引入燃烧器,并将烟气引出炉子,可分为自然通风方式和 强制通风方式;对流室:靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分;辐射室:通过火焰
8、或高温烟气进行辐射传热的部分;这部分直接受火焰冲刷,温度 很高( 600-1600),是热交换的主要场所(约占热负荷的 70-80%);燃烧器:是使燃料雾化并混合空气,使之燃烧的产热设备,燃烧器可分为燃料油燃 烧器,燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器;1.2 设计目的及意义由于管式加热炉具有强耦合、大滞后等特性,掌握起来特别复杂;同时,近年来能 源的节约、回收和合理利用日益受到关注;加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工 设备,能耗很大;因此,在设计加热炉掌握系统时,在满意工艺要求的前提下,节能也 是一个重要质量指标,要保证加热炉的热效率最高,经济效益最大;另外,为了更好地 爱护环境,在设计加热炉
9、掌握系统时,仍要保证燃料充分燃烧,使燃烧产生的有害气体 最少,达到减排的目的;名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2 管式加热炉温度控系统工作原理及掌握要求管式加热炉加热炉的工作原理如图2 所示;要加热的冷物料从左端的管口流入管式加热炉,而燃料从右端的管口流入管式加热炉的燃烧部分,以供热;经加热的物料从右名师归纳总结 上端的管口流出,物料出口温度1 t 为被控参数;物料出口温度1 t第 6 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 管式加热炉物料入口燃料图 2 管式加
10、热炉工作原理图引起温度 1 转变的扰动因素许多,主要有:(1)燃料油方面(它的组分和调剂阀前的油压)的扰动 F2;(2)喷油用的过热蒸汽压力波动 F4;(3)被加热油料方面(它的流量和入口温度)的扰动 F1;(4)配风、炉膛漏风和大气温度方面的扰动 F3;其中燃料油压力和过热蒸汽压力都可以用特地的调剂器保持其稳固,以便把扰动因素减小到最低限度;从调剂阀动作到温度 1 转变,这中间需要相继通过炉膛、管壁和被加热油料所代表的热容积,因而反应很缓慢;工艺上要求管式加热炉出口温 度为为 70,稳态误差2;3 总体设计方案3.1 温度 温度串级掌握系统串级掌握系统采纳两套检测变送器和两个调剂器,前一个调
11、剂器的输出作为后一个调 节器的设定,后一个调剂器的输出送往调剂阀;中间被控变量:炉膛温度;操纵变量:燃料流量;名师归纳总结 炉膛温度变化时,T C 可以准时动作,克服干扰;第 7 页,共 20 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3 管式加热炉温度串级掌握系统X1 +主掌握器X2 +副掌握器调剂阀F3, F4管壁F1,F2X4 X2 炉膛物料-温度变送器 2温度变送器1X3 X3图 4 管式加热炉出口温度串级掌握系统框图其中 X1 为给定温度, X2 为物料温度, X3 为炉膛温度, F1 为被加热油料方面(它的流量和入口温度)的扰动,F2 为燃料
12、油方面(它的组分和调剂阀前的油压)的扰动, F3 为配风、炉膛漏风和大气温度方面的扰动,F4 为喷油用的过热蒸汽压力 波动;3.2 方案特点串级掌握系统中,由于引进了副回路,不仅能快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完全加以排除;由于主副回 路相互协作,使掌握质量显著提高;与单回路掌握系统相比,串级掌握系统多用了一 个测量变送器与一个掌握器(调剂器),增加的投资并不多(对运算机掌握系统来说,仅增加了一个测量变送器),但掌握成效却有显著的提高;其缘由是在串级掌握系统中名师归纳
13、总结 - - - - - - -第 8 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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才能;提高了对一次扰动的克服才能和对回 路参数变化的自适应才能;4 串级掌握系统分析4.1 主回路设计加热炉温度串级掌握系统是以原料油出口温度为主要被控参数的掌握系统;其 他被控参数有炉膛温度,膛壁温度,燃料流量,原料油流量;温度调剂器对被控参 数 1 精确掌握与温度调剂器对来自燃料干扰的准时掌握相结合,先依据炉膛温度 2 的变化,转变燃料量,快速排除来自燃料的干扰、对炉膛温度的影
14、响;然后再依据 原料油出口温度 1 与设定值的偏差,转变炉膛温度调剂器的设定值,进一步调剂燃名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 料量,使原料油出口温度恒定,达到温度掌握的目的;4.2 副回路挑选副回路的挑选也就是确定副回路的被控参数;燃料由于其成分和流量变化,对掌握过程产生极大干扰;所以,我们挑选炉膛温度为串级掌握系统的帮助被控参数;串级系统中,通过调整副参数炉膛温度 度 1,提高了主参数的掌握成效;4.3 主、副调剂器规律挑选 2 能够有效地影响主参数原料油出口温在串级掌握系统中,主、副调剂器所起的作用不同;主调剂
15、器起定值掌握作用,副调剂 器起随动掌握作用,这是挑选调剂器规律的基本动身点;在加热炉温度串级掌握系统中,我们挑选原料油出口温度为主要被控参数,原料油温度 影响产品生产质量,工艺要求严格,又由于加热炉串级掌握系统有较大容量滞后,所 以,挑选 PID 调剂作为主调剂器的调剂规律;掌握副参数是为了保证和提高主参数的掌握质量,对副参数的要求一般不严格,可以在 肯定范畴内变化,答应有残差,所以我们的负调剂器调剂规律挑选 P 掌握;4.4 主、副调剂器正反作用方式确定由生产工艺安全考虑,燃料调剂阀应选气开方式,这样保证系统显现故障时调剂阀处于全关状态,防止燃料进入加热炉,确保设备安全,调剂阀的 式确定:炉
16、膛温度上升,物料出口温度也上升,主被控过程Kv 0;主调剂器作用方 Ko1 0;为保证主回路为负反馈,各环节放大系数成果必需为正,所以负调剂器的放大系数 K1 0,主调剂器作用方式为反作用;又为保证副回路是负反馈,各环节放大系数乘积必需为正,所以负调节器大于 0,负调剂器作用方式为反作用方式;名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 20 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4.5 掌握器软件设计管式加热炉温度串级掌握系统主回路简化方框图如图5 所示;Rt +Et主掌握器Ut广义被控对象-Yt 温度变送器 1图 5 串级掌握系统主回路简化方框图对于主掌握器采纳数
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- 2022 年管式 加热 炉温 控制系统 设计
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