換熱器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、換熱器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、換熱設(shè)備概述換熱器又稱(chēng)熱交換器，是進(jìn)行熱量交換的設(shè)備的統(tǒng)稱(chēng)。換熱器廣泛應(yīng)用于化工、石 化、煉油、輕工、制藥、食品加工、動(dòng)力以及原子能等工業(yè)。換熱器應(yīng)用于存在溫 度差的流體間的熱交換設(shè)備，換熱器中至少有兩種流體，溫度較高則放出熱量，反 之則吸收熱量。換熱器依據(jù)傳熱原理和實(shí)現(xiàn)熱交換的方法一般分為間壁式、混合式、蓄熱式三類(lèi)。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣。它又可分為管式換熱器、板式換熱器、 翅片式換熱器、熱管換熱器等。其中以管式（包括蛇管式、套管式、管殼式等）換 熱器應(yīng)用最普遍。列管式和板式，各有優(yōu)點(diǎn)，列管式是一種傳統(tǒng)的換熱器，廣泛應(yīng) 用于化工、石油、能源等設(shè)備；板式則以其高效、

2、緊湊的特點(diǎn)大量應(yīng)用于工業(yè)當(dāng)中。2、控制方案的確定實(shí)驗(yàn)控制對(duì)象位列管式換熱器，主要的擾動(dòng)是冷物料的流量 Q換熱器溫度控制系統(tǒng) 包括換熱器、控制冷流體的離心泵，傳感器等設(shè)備。實(shí)驗(yàn)采用溫度流量串級(jí)控制， 以冷物料出口溫度為主對(duì)象，以冷物料流量Q為副對(duì)象。換熱器控制圖換熱器熱水出口溫度和冷水流量串級(jí)控制框圖3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)或控制量型號(hào)參數(shù)熱保護(hù)套管末端類(lèi)型直管型 工作溫度范圍PT100 (薄膜式(TF) |50 C.500 C (58 F.932 F)溫度變送器(En dress+Hauser) TR13PT100 (繞線(xiàn)式(WW):-200 C.600 C(-328 F.1,112 F)PT100

3、(薄膜式(TF):-50 C.400 C (58 F.752 F)最大過(guò)程壓力(靜壓)20 C 時(shí)：50 bar(725 psi)流量變送器(Endress+Hauser)73W渦街流量計(jì)73W參 數(shù)：標(biāo)稱(chēng) 口 徑 DN 15150(1/26)測(cè)量范圍 氣體：45210 m3/h過(guò)程溫度-200.+400 C ( -328.+752 F)最 高可達(dá) +450 C / 842 F (特殊選型)輸出信號(hào)420mA電流輸出防爆認(rèn)證 ATEX、FM、CSA、TIIS 、NEPSI、IEC防護(hù)等級(jí)IP 67 (NEMA 4x)TX4S參數(shù)額定電壓：250 V負(fù)載電流：5 A室內(nèi)控制器(Autonics

4、) TX4S控溫精度：0.1 C類(lèi)型：智能溫度調(diào)節(jié)控制器輸出額定功率：6 w 溫控范圍:1000 C顯示方式:數(shù)字顯示調(diào)節(jié)閥D971XD971X電動(dòng)蝶閥參數(shù)公稱(chēng)通徑公稱(chēng)壓DN(mm)502000力PN(MPa)0.6 1.0 1.6試驗(yàn)壓強(qiáng)度試驗(yàn)0.91.52.4力密圭寸試驗(yàn)0.661.11.76適用介氣密封試驗(yàn)0.6 0.6 0.6質(zhì)驅(qū)動(dòng)形空氣、水、污水、蒸氣、煤氣、油品等。式手動(dòng)、蝸桿蝸輪傳動(dòng)、氣傳動(dòng)、電傳動(dòng)。4、控制規(guī)律選擇調(diào)節(jié)器的作用是對(duì)來(lái)自變送器的測(cè)量信號(hào)與給定值比較所產(chǎn)生的偏差e(t)進(jìn)行比例(P)、比例積分(PI)、比例微分(PD)或比例積分微分(PID)運(yùn)算，并輸出信號(hào)到執(zhí) 行

5、器。選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是為了使調(diào)節(jié)器的特性與控制過(guò)程的特性能很好配合， 使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝對(duì)控制質(zhì)量指標(biāo)的要求(1)控制器：本系統(tǒng)是溫度控制為被控參數(shù)，溫度檢測(cè)本身具有滯后性，為 了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)選用比例積分 (PI)控制規(guī)律。(2)調(diào)節(jié)器：在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器所起的作用是不同的。主調(diào)節(jié) 器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動(dòng)控制作用，在本設(shè)計(jì)中，出口溫度增大，入口 流量應(yīng)增大，主控制器為負(fù)作用，入口流量增大，調(diào)節(jié)閥開(kāi)度應(yīng)減小，副調(diào)節(jié)器為 正作用。5、控制參數(shù)整定PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) P、積分時(shí)間常數(shù)Ti和微分時(shí)間常數(shù) Td,改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性

6、，使系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程達(dá)到最為滿(mǎn)意的質(zhì)量指標(biāo)要求。 一般可以通過(guò)理論計(jì)算確定，但誤差太大。目前，應(yīng)用最多的還是工程整定法：如 經(jīng)驗(yàn)法、衰減曲線(xiàn)法、臨界比例帶法和反應(yīng)曲線(xiàn)法。下面介紹衰減曲線(xiàn)法整定PID參數(shù)。衰減曲線(xiàn)法是在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把調(diào)節(jié)器設(shè)置為純比例作用，然后把比例度由大逐 漸減小，加階躍擾動(dòng)觀察輸出響應(yīng)的衰減過(guò)程，直至10： 1衰減過(guò)程為止。這時(shí)的比例度稱(chēng)為10： 1衰減比例度，用s表示之。由于當(dāng)衰減比為10： 1時(shí)。要推測(cè)y3 的時(shí)間不容易，因此當(dāng)過(guò)渡過(guò)程曲線(xiàn)上只看到第一個(gè)波峰而第二個(gè)看不出來(lái)時(shí)就認(rèn) 為是衰減比為10： 1的振蕩過(guò)程。此時(shí)被控參數(shù)上升時(shí)間為 Tr。根據(jù)Tr和s，運(yùn)用 表2所

7、示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出調(diào)節(jié)器預(yù)整定的參數(shù)值。表2衰減曲線(xiàn)法整定計(jì)算公式衰減率整疋參數(shù) 調(diào)節(jié)規(guī)律3TiTd0.9PPI1.2 62TrPID0.8 d1.2Tr0.4TrT衰減曲線(xiàn)法的第一步就是獲取系統(tǒng)的衰減曲線(xiàn)，采用10： 1衰減曲線(xiàn)法。取T 一Td =，可直接將圖中的積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)都斷開(kāi)，讓3S的值從大到小進(jìn)行試驗(yàn).，觀察示波器的輸出，直到只看到第一個(gè)波峰而第二個(gè)看不出來(lái)時(shí)就認(rèn)為是衰 減比為10： 1的振蕩過(guò)程。simuli nk 仿真方框圖系統(tǒng)仿真圖根據(jù)系統(tǒng)方框圖及傳遞函數(shù)做系統(tǒng)仿真，并調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以便使系統(tǒng)達(dá)到最 佳的狀態(tài),即：-=50 =3時(shí)候有系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定?？偨Y(jié)在這次課程設(shè)計(jì)中鍛煉了我的自學(xué)能力，自學(xué)simulink仿真，自己用CAD畫(huà)圖，因?yàn)檫@次課程設(shè)計(jì)中有部分知識(shí)我們之前還沒(méi)有接觸過(guò)，所以自己必須學(xué)會(huì)查找相關(guān)資料來(lái)閱讀了解。經(jīng)過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我深深的感受到理論聯(lián)系實(shí)踐 的重要性，平時(shí)在