管式加热炉出口温度与炉膛的温度串级控制.docx
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管式加热炉出口温度与炉膛的温度串级控制
设计题目:
管式加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计
系别:
电子通讯与应用技术系
班级:
学生姓名:
指导教师:
成绩:
________________________
2012年6月29日
课程设计任务书
课程设计题目
管式加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计
功能
技术指标
1.选择控制器与调节阀的作用方式;
2.画出控制系统框图;
3.采用两步整定法整定主、副控制器PID的参数。
求出比例度与衰减振荡周期;
4.按照经验公式且适当修正分别求得主、副控制器的最佳参数值;
5.求出系统的阶跃响应曲线;
6.求出设定值位0时,施加幅值为30%的一次阶
扰动信号,系统的输出曲线;
7.分析系统特点。
工作量
两周
工作计划
1设计前准备1天
2总体设计1天
3检测变送器的选用0.5天
4控制器的选择0.5天
5执行器件的选择0.5天
6控制器算法确定及参数整定1.5天
7过程控制系统整体构成2天
8编写课程设计报告1天
指导教师评语
2012年6月29日
第1章绪论
1.1设计要求
设计要求:
选择加热炉出口温度为主变量,炉膛温度为副变量,设计串级控制系统
1.1.1设计题目和设计指标
设计题目:
管式加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统设计
设计指标:
1.选择控制器与调节阀的作用方式;
2.画出控制系统框图;
3.采用两步整定法整定主、副控制器PID的参数。
求出比例度与衰减振荡周期;
4.按照经验公式且适当修正分别求得主、副控制器的最佳参数值;
5.求出系统的阶跃响应曲线;
6.求出设定值位0时,施加幅值为30%的一次阶跃扰动信号,系统的输出曲线;
7.分析系统特点。
1.1.2设计功能
管式加热炉的主要任务是把原制油或重油加热到一定温度,以保证下一道工序(分馏或裂解)的顺利进行。
燃料油经过蒸汽雾化后在炉膛中燃烧,被加热油料流过炉膛四周的排管中,就被加热到出口温度θ1。
在燃料油管道上装设一个调节阀,用它来控制燃油量以达到调节温度θ1的目的。
第2章系统总体设计方案
2.1.工艺流程图
管式加热炉工艺流程图:
图2-1工艺流程图
2.2.方框图工艺流程介绍
图2-2方框图工艺流程
第3章硬件设计和器件的选择
3.1.系统电气接线图
管式加热炉出口温度串级控制系统框图
图3-1系统电气接线图
3.2.器件选择
主调节器、副调节器、调节阀、炉膛、管壁、温度变送器
3.3.译码电路设计
工作原理:
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。
由于主副回路相互配合,使控制质量显著提高。
与单回路控制系统相比,串级控制系统多用了一个测量变送器与一个控制器,增加的投资并不多,但控制效果却有显著的提高。
其原因是在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①改善了被控过程的动态特性,提高了系统的工作频率;②对二次扰动有很强的克服能力;③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。
第4章控制算法选择及参数整定
我们选择两步整定法来整定串级控制系统的参数
注:
按照串级控制系统主、副回路的情况,先整定副控制器,后整定主控制器的方法叫做两步整定法。
1.主回路设计:
加热炉温度串级控制系统是以原料油出口温度为主要被控参数的控制系统。
其他被控参数有炉膛温度,膛壁温度,燃料流量,原料油流量。
温度调节器对被控参数θ1精确控制与温度调节器对来自燃料干扰的及时控制相结合,先根据炉膛温度θ2的变化,改变燃料量,快速消除来自燃料的干扰、对炉膛温度的影响;然后再根据原料油出口温度θ1与设定值的偏差,改变炉膛温度调节器的设定值,进一步调节燃料量,使原料油出口温度恒定,达到温度控制的目的。
2.副回路设计:
副回路的选择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,对控制过程产生极大干扰。
所以,我们选择炉膛温度为串级控制系统的辅助被控参数。
串级系统中,通过调整副参数炉膛温度θ2能够有效地影响主参数原料油出口温度θ1,提高了主参数的控制效果
第5章系统软件设计
已知主对象传递函数:
已知副对象传递函数:
在MATLAB中画出仿真框图:
图5-1仿真框图
在仿真软件中调节主副回路的PID,得出趋于稳定的输出图:
图5-2阶跃响应曲线(无扰动)
当施加一个幅值为30%的一次阶跃扰动信号时,系统的仿真框图:
图5-3系统的仿真框图
当施加一个幅值为30%的一次阶跃扰动信号时,系统的输出曲线:
图5-4阶跃响应曲线(有扰动)
结论
管式加热炉是石油工业中重要装置之一,通过对控制器的调节和整定,保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内。
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,在设计加热炉控制系统时,在满足工艺要求的前提下,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,为了更好地保护环境,在设计加热炉控制系统时,还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。
心得和体会
通过这次学校安排了这次管式加热炉温度控制系统的课程设计,自己查找资料,了解情况,让我们清楚我们学的知识与现实工业生产之间的联系,使得我们对知识更加了解和巩固。
与此同时,在团队的协作中使我们在与人共事之中学会交流学会合作。
因为在今后的工作中一个人独立完成不与别人合作,是基本不可能的,所以在这次课程设计中也锻炼了我们的团队的协作精神,为今后的学习和工作积累了经验,是一笔难得的财富。
致谢
本设计是在刘洋导师的悉心指导下完成的,导师渊博的知识,严谨的治学态度,一丝不苟的工作作风,平易近人的性格都是我学习的楷模。
在论文的研究及整理期间,导师给了我很大的支持和鼓励,才使得论文得以顺利的完成,在此谨向导师表示忠心的感谢和崇高的敬意。
同时感谢实验室的等老师,他们给我们提供了必要的实验器材,提供了很大的方便。
参考文献
1.过程控制系统
2.自动控制原理
3.
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- 关 键 词:
- 加热炉 出口 温度 炉膛 控制