過程控制報告

1、過程控制報告姓名：學號：指導老師:報告名稱：加熱爐溫度控制系統(tǒng)設計日期：2015年10月26日目 錄摘要 1第一章 控制系統(tǒng)工藝流程及控制要求2 1.1 生產(chǎn)工藝介紹 1.2 控制要求 第二章 鍋爐爐膛溫度控制的的理論數(shù)學模3 2.1鍋爐爐膛溫度控制的理論數(shù)學模型第三章 控制系統(tǒng)設計5 3.1 系統(tǒng)控制參數(shù)確定第四章 控制儀表的選型和配置64.1 測溫元件4.2流量檢測變送器的選擇4.3主、副控制器正反作用的選擇4.4主回路的PID調(diào)節(jié)器和副回路的PI調(diào)節(jié)器4.5控制器儀表的選擇4.6控制閥的選擇第五章 聯(lián)鎖保護11第六章 控制系統(tǒng)的工作原理12第七章 設計心得13參考文獻1、摘要在工業(yè)中，電

2、流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。溫度控制是控制系統(tǒng)中最為常見的控制類型,主要由溫度傳感器、溫度調(diào)節(jié)儀、執(zhí)行裝置、被控對象四個部分組成。鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的動力設備，它多產(chǎn)生的蒸汽不僅能夠為蒸餾、化學反應、干燥、蒸發(fā)等過程提供熱源，而且，還可以作為風機，壓縮機、泵類驅(qū)動透平的動力源。隨著石油化學工業(yè)規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)過程不斷強化，生產(chǎn)設備不斷革新，作為全廠動力和熱源的鍋爐，亦向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。為確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，對過路設備的自動控制就顯得尤為重要。第一章 控制系統(tǒng)工藝流程及控制要求 1.1 生產(chǎn)工藝介紹加熱爐是石油化工、發(fā)電等工業(yè)過程

3、必不可少的重要動力設備，它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可作為驅(qū)動透平的動力源，又可作為精餾、干燥、反應、加熱等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，作為動力和熱源的過濾，也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。加熱爐設備根據(jù)用途、燃料性質(zhì)、壓力高低等有多種類型和稱呼，工藝流程多種多樣，常用的加熱爐設備的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)是由給水泵、給水控制閥、省煤器、汽包及循環(huán)管等組成。本加熱爐環(huán)節(jié)中，燃料與空氣按照一定比例送入加熱爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給物料。物料被加熱后，溫度達到生產(chǎn)要求后，進入下一個工藝環(huán)節(jié)。用泵將從初餾塔底得到的拔頂油送入加熱爐中加熱到360 370 后，再送入常壓分餾塔中。經(jīng)分餾，在塔頂可得

4、到低沸點汽油餾分，經(jīng)冷凝和冷卻到30 40 時，一部分作為塔頂回流液，另一部分作為汽油產(chǎn)品。此外，還設有12個中段回流。在常壓塔中一般有34個側(cè)線，分別餾出煤油、輕柴油。側(cè)線產(chǎn)品是按人們的不同需要而取的不同沸點范圍的產(chǎn)品，在不同的流程中并不相同。有的側(cè)線產(chǎn)品僅為煤油和輕柴油，而重油為塔底產(chǎn)品；有的側(cè)線為煤油、輕柴油和重柴油，而塔底產(chǎn)品為常壓渣油。 初底油用泵加壓后與高溫位的中段回流、產(chǎn)品、減渣進行換熱，一般換后溫度能達到260°C以上，如果換熱流程優(yōu)化的好，換熱溫度可達到310°C左右。初底油在進入常壓爐進一步加熱至365°C（ 各裝置設定的爐出口溫度隨所煉不同原

5、油的組成性質(zhì)而差異，一般都在360°C至370°C之間）。最后初底油進入常壓塔進行分離。 加熱爐設備主要工藝流程圖如圖2-1所示1.2 控制要求根據(jù)生產(chǎn)負荷的不同需要，鍋爐需要提供不同規(guī)格（壓力和溫度）的蒸汽，同時，根據(jù)安全性和經(jīng)濟性的要求，是鍋爐安全運行和完全燃燒，鍋爐設備的主要控制要求如下。1、供給蒸汽量適應負荷變化需要或者保持給定負荷；2、鍋爐供給用汽設備的蒸汽壓力應當保持在一定的范圍內(nèi)；3 、過熱蒸汽溫度保持在一定范圍；4、汽包水位保持在一定范圍；5、保持鍋爐燃燒的經(jīng)濟性和安全性；6 、爐膛負壓保持在一定的范圍內(nèi)。第二章 鍋爐爐膛溫度控制的理論數(shù)學模型由于鍋爐爐膛采

6、用的燃料為煤粉，在燃燒過程中，爐膛和汽包之間的傳熱過程是一個相當復雜的過程，爐膛的溫度的動態(tài)特性具有一般的大滯后、時變、非線性和不對稱性等特點。在過程控制中，為了方便設計，同時又在一定的要求范圍內(nèi)，我們通常把鍋爐爐膛的溫度的動態(tài)特性看作是一個線性的系統(tǒng)?？梢杂靡韵聜鬟f函數(shù)描述。具有時滯的一階環(huán)節(jié): 具有時滯的二階環(huán)節(jié): 可以認為鍋爐爐膛溫度是一種具有大容積滯后和大純滯后的對象。在整個爐膛的溫區(qū)內(nèi)，其動態(tài)參數(shù)隨鍋爐的工作溫度變化，在工作點附近的小溫度范圍內(nèi)，爐膛的動態(tài)特性近似線性的。 爐膛溫度問題是比較復雜的。對爐膛溫度動態(tài)特性進行分段線性化，則在每個較小的溫度區(qū)間，鍋爐爐膛的燃料流量爐膛溫度系

7、統(tǒng)的動態(tài)特性可近似地用一個慣性環(huán)節(jié)和一個純滯后環(huán)節(jié)串聯(lián)的簡化模型來表征，即: 其中K。為過程的增益，為過程的純滯后時間，To為過程的等效容積滯后時間。在鍋爐爐膛的整個溫度范圍內(nèi)，對象的增益、容積滯后時間和純滯后時間都是爐膛溫度和負載的非線性函數(shù)。K。隨鍋爐爐膛內(nèi)溫度升高而減小，To隨鍋爐爐膛內(nèi)的溫度升高而增大。機理建模和計算機仿真分析以及實驗辨識等也證明了這一模型的可行性。加熱爐溫度控制系統(tǒng)整體控制流程圖Qg為燃料流量，為物料出口溫度，加熱爐作為控制對象。第三章 控制系統(tǒng)設計 3.1 系統(tǒng)控制參數(shù)確定 3.1.1 被控參數(shù)選擇單回路控制系統(tǒng)選擇被控參數(shù)時要遵循以下原則：在條件許可的情況下，首先

8、應盡量選擇能直接反應控制目的的參數(shù)為被控參數(shù)；其次要選擇與控制目的有某種單值對應關(guān)系的間接單數(shù)作為被控參數(shù)；所選的被控參數(shù)必須有足夠的變化靈敏度。綜合以上原則，在本系統(tǒng)中選擇物料的出口溫度作為被控參數(shù)。該參數(shù)可直接反應控制目的。 3.1.2 控制參數(shù)選擇工業(yè)過程的輸入變量有兩類：控制變量和擾動變量。其中，干擾時客觀存在的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的因素，而操縱變量是克服干擾的影響，使控制系統(tǒng)重新穩(wěn)定運行的因素。而控制參數(shù)選擇的基本原則為： 選擇對所選定的被控變量影響較大的輸入變量作為控制參數(shù)； 在以上前提下，選擇變化范圍較大的輸入變量作為控制參數(shù)，以便易于控制； 在的基礎上選擇對被控變量作用效應較

9、快的輸入變量作為控制參數(shù)，使控制系統(tǒng)響應較快；綜合以上原則，選擇燃料的流量Qg量作為控制參數(shù)。第四章 控制儀表的選型4.1 測溫元件熱電偶溫度變送器與各種測溫熱電偶配合使用，可將溫度信號線性地轉(zhuǎn)換成為420mADC電流信號或15VDC電壓信號輸出，它是由量程單元和放大單元兩部分組成的。熱電偶溫度變送器的主要特點是采用非線性負反饋回路來實現(xiàn)線性變化。這個特殊的性質(zhì)反饋回路能按照熱電偶溫度毫伏信號間的非線性關(guān)系調(diào)整反饋電壓，以保證輸入溫度t與整機輸出或間的線性關(guān)系。零點調(diào)整、量程調(diào)整電路的工作原理與直流毫伏變送器大致相仿。所不同的是：在熱電偶溫度變送器的輸入回路中增加了由銅電阻等元件組成的熱電偶冷

10、端溫度補償電路；同時把調(diào)零電位器移動到了反饋回路的支路上；在反饋回路中增加了運算放大器等組成的線性化電路起線性化作用。由于鍋爐爐膛內(nèi)的溫度值較高，所以選用的熱電偶變送器的溫度測量值必須達到要求，這里，我選用的是DBW-1150型熱電偶溫度變送器。DBW-1150型熱電偶溫度變送器是DDZ-III系列儀表的主要品種。本溫度變送器用熱電偶作為測溫元件，將被測溫度線性地轉(zhuǎn)換成標準信號1-5VDC或4-20mADC輸出，供給指示、記錄、凋節(jié)器、計算機等自動化監(jiān)控系統(tǒng)。技術(shù)參數(shù)：輸    入：  標準熱電偶 輸  

11、  出：  輸出電流：420mADC              輸出電壓：15VDC              輸出電阻：250            

12、0; 允許負載變化范圍：100量 程：  01600冷端補償誤差： 1溫度漂移：  0.1×基本誤差/1絕緣電阻：  電源、輸入與輸出端子間100M 絕緣強度：  電源/輸入/輸山端子間1500VAC/分鐘 工作條件：  環(huán)境溫度：050              相對濕度：90%（RH）電源電壓： 

13、; 24VDC±5%功    耗：  2W防爆等級：  (ib)IICT6重    量：  2Kg4.2流量檢測變送器的選擇由于流量變送的對象是煤粉和熱空氣，所以在選擇流量變送裝置的時候，必須是能夠檢測氣體流量和和粉末混合氣體的流量的。另外，由于空氣是熱空氣，所以還要求變送裝置能夠在一定的高溫下工作，所以這里選用的流量變送器為LUGB型渦街流量計。LUGB型渦街流量計根據(jù)卡門（karman）渦街原理測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標況的

14、體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計。廣泛用于各種行業(yè)氣體、液體、蒸汽流量的計量，也可測量含有微小顆料、雜質(zhì)的混濁液體，并可作為流量變送器用于自動化控制系統(tǒng)中。LUGB型渦街流量傳感器防爆型，符合GB3836-2000爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備有關(guān)規(guī)定，防爆標志為“ExiaIICT6”，該儀表適用于工廠C級T6組及其以下的爆炸場所。在本次設計中，選用LUGB型渦街流量傳感器其精度等級完全可以滿足火電廠鍋爐溫度控制系統(tǒng)的精度要求。技術(shù)參數(shù)：公稱口徑： DN10DN500測量介質(zhì)： 氣體、液體、蒸氣可測介質(zhì)溫度： -40150；-40280；-40350；-40450公稱壓力： 2.5MPa（>2.

15、5 MPa協(xié)商供貨）精度等級： 1級，0.5級（注：0.5級量程范圍1：7）輸出信號： 電壓脈沖：低電平1V，高電平6V，脈沖寬0.4ms，負載電阻>150 420mA轉(zhuǎn)換精度±0.5%滿度值，負載電阻19V350，24V500，30V750 現(xiàn)場液晶顯示：瞬時流量6位顯示，（m3/h或kg/h，t/h），轉(zhuǎn)換精度±0.1%；累計流量8位顯示，（m3，kg，t），轉(zhuǎn)換精度±0.1%供電電源： 電壓脈沖輸出：+12VDC或+24VDC 420mA輸出：+19VDC+30VDC 現(xiàn)場液晶顯示：電池供電3.6V，1節(jié)1號鋰電池，使用壽命大于3年；外部供電+12VD

16、C或+24VDC可實現(xiàn)帶背光的液晶顯示（訂貨注明）環(huán)境溫度： 電壓脈沖輸出：-30+65 420mA輸出：-10+55 現(xiàn)場液晶顯示  -25+55防爆標志： ExiaIIBT6表體材料： 1Cr18Ni9Ti(其它材料協(xié)議供貨)；45號鋼（法蘭連接型）全智能型儀表： 輸出信號：標態(tài)的體積流量或質(zhì)量流量 現(xiàn)場液晶顯示：循環(huán)顯示6位瞬時流量、壓力、溫度；8位顯示累積量4.3主、副控制器正反作用的選擇DX2000系列新型無紙記錄儀,為DX200系列無紙記錄儀的升級產(chǎn)品,DX2000最多可達48通道.可以廣泛應用于各種環(huán)境中。額定電源電壓：220VAC +10-15 ，使用電源電壓范圍：9

17、0 260 VAC，額定電源頻率：50 60 Hz，功耗：< 15W環(huán)境溫度 0 50 環(huán)境濕度： 20 80% RH （ 5 40 ）4.4主回路的PID調(diào)節(jié)器和副回路的PI調(diào)節(jié)器因為主回路是一個定制系統(tǒng)，主控制器起著定制控制作用。保持主變量的穩(wěn)定是首要任務，主控制器必須有積分作用。在這里采用的是PID調(diào)節(jié)器，它綜合了比例控制、積分控制和微分控制三種規(guī)律的優(yōu)點，又克服了各自的缺點。比例部分能夠迅速響應控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差，微分部分可以穩(wěn)定調(diào)節(jié)精度。因為副回路是一個隨動系統(tǒng)，其給定值隨主控制器輸出的變化而變化，同時兩個并列的副環(huán)具有邏輯比值關(guān)系，其變化是雙交叉的，為了能快

18、速跟蹤，同時比例調(diào)節(jié)，應該采用PI調(diào)節(jié)。4.5控制器儀表的選擇采用模擬控制器:DDZIII型調(diào)節(jié)器，DDZ基型控制器框圖如圖4.3 ?？刂破鞯妮斎胄盘枮?5V的測量信號。設定信號有內(nèi)設定和外設定兩種。內(nèi)設定信號為15V，外設定信號為420mA。測量信號和設定信號通過輸入電路進行減法運算，輸出偏差到比例積分微分電路進行比例積分微分運算后，由輸出電路轉(zhuǎn)換為420mA信號輸出。手動電路和保持電路附于比例積分微分電路之中，手動電路可實現(xiàn)軟手動和硬手動兩種操作，當處于軟手動狀態(tài)時，用手指按下軟手動操作鍵，使控制器輸出積分式上升或下降，當手指離開操作鍵時，控制器的輸出值保持在手指離開前瞬間的數(shù)值上，當控制

19、器處于硬手動狀態(tài)時，移動硬手動操作桿，能使控制器的輸出快速改變到需要的數(shù)值，只要操作桿不動，就保持這一數(shù)值不變。由于有保持電路，使自動與軟手動相互切換，硬手動只能切換到軟手動，都是無平衡無擾動切換，只有軟手動和自動切換到硬手動需要事先平衡才能實現(xiàn)無擾動切換。如果是全刻度指示控制器，測量信號的指示電路和設定信號的指示電路分別把15V電壓信號轉(zhuǎn)化為15mA電流信號用雙針指示器分別指示測量信號和設定信號。當控制器出現(xiàn)故障需要把控制器從殼體中取出檢查時，可以把便攜式手動操作器插入手動操作插孔，以實現(xiàn)手動操作。圖4.3中的420mA輸出信號通過精密電阻轉(zhuǎn)化為15V電壓反饋到控制器的輸入端，使控制器形成了

20、自閉系統(tǒng)，提高了控制器的運算精度。根據(jù)生產(chǎn)設計要求，采用WHSPL型調(diào)節(jié)器。 DDZ基型控制器框圖技術(shù)參數(shù)：統(tǒng)一標準信號：1-5VDC或4-20mADC?？刂凭葹?lt;0.5%。負載電阻250750。比例度2500。積分時間0.012.5min與0.125min。微分時間0.0410min。電源：220±10%AC，0.2A。PID參數(shù)范圍： （1）給定值-6.9%106.9% （2）比例帶0.0799.9% （3）積分時間0.099.9%分 （4）微分時間0.099.9%分 （5）采樣周期200毫秒4.6控制閥的選擇本設計采用氣動薄膜調(diào)節(jié)閥，其工作原理：當氣室輸入了0.020.

21、10MPa信號壓力之后，薄膜產(chǎn)生推力，使推力盤向下移動，壓縮彈簧，帶動推桿、閥桿、閥芯向下移動，閥芯離開了閥座，從而使壓縮空氣流通。當信號壓力維持一定時，閥門就維持在一定的開度上。氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)可以分為兩部分，上面是執(zhí)行機構(gòu)，下面是調(diào)節(jié)機構(gòu)。它主要由膜片、彈簧、推桿、閥芯、閥座等零部件組成。當來自控制器的信號壓力通入到薄膜氣室時，在膜片上產(chǎn)生一個推力，并推動推桿部件向下移動，使閥芯和閥座之間的空隙減小，流體受到的阻力增大，流量減小。推桿下移的同時，彈簧受壓產(chǎn)生反作用力，直到彈簧的反作用力與信號壓力在膜片上產(chǎn)生的推力相平衡為止，此時，閥芯與閥座之間的流通面積不再改變，流體的流量穩(wěn)定。 出于

22、安全的原因，在此次設計中使用VBD氣動端面密封蝶閥，VBD氣動端面密封蝶閥是一種重量輕，結(jié)構(gòu)簡單的后座式端面密封蝶閥。閥體、閥板均用鋼板焊接或鑄造加工而成。適用于低壓狀態(tài)的空氣或其他氣體的流量、壓力控制。本產(chǎn)品符合GB/T4213-92標準。技術(shù)參數(shù)：型式： 扁平式焊接或鑄造閥體公稱通徑： 1252000mm（580）公稱壓力： PN0.25、0.6、1.0、1.6MPa          JIS2K、 JIS5K、JIS10K      

23、60;   ANSI 150連接型式： 法蘭式：1252000mm（880）密封面型式：RF材料： 25#、SUS304、SUS316、高溫耐熱鋼Ni25Mo等標  準  型： 適用-5200，公稱通徑DN550以下。外部軸承型： 公稱通徑DN600以上；公稱通徑DN550以下，溫度200600。壓蓋形式：   螺栓壓緊式填        料：    聚四氟乙烯、  聚四氟乙烯石棉（常溫用）、  柔性石墨（中溫、高溫

24、用）閥內(nèi)組件額定行程：    全開60°或全開90°閥板材料： 25#、SUS304、SUS316等旋轉(zhuǎn)軸材料：SUS630、SUS304、SUS316閥體、閥板密封形式    端面密封型執(zhí)行機構(gòu)型式 氣缸活塞執(zhí)行機構(gòu)供氣壓力500kPa氣源接口G1/8"、G1/4"、G3/8"、G1/2"、環(huán)境溫度070閥作用型式根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)與旋轉(zhuǎn)軸之間鍵連接位置不同，可實現(xiàn)閥的氣關(guān)式或氣開式閥門安裝方式   閥桿應水平地安裝在配管上。若安裝方式發(fā)生變化，請予以注明。附

25、件定位器、空氣過濾減壓器、保位閥、行程開關(guān)、閥位傳送器、手輪機構(gòu)等第五章 聯(lián)鎖保護一、原料介質(zhì)流量過低或中斷導致加熱爐被燒壞。二、燃料壓力過低將造成回火現(xiàn)象。三、燃料壓力過高將造成噴嘴脫火現(xiàn)象。基于安全因素考慮設置了流量低值連鎖報警FSAL1、FSAL2和火焰檢測器BS動作。在加熱爐控制系統(tǒng)中，采用加熱爐出口溫度與燃料控制閥閥后壓力的選擇性控制方案來保證原料出口溫度符合控制要求。其中，燃料控制閥采用氣開式，選擇器采用LS低選器，溫度控制器TC和壓力控制器PC均采用反作用。正常生產(chǎn)時，溫度控制器輸出信號通過LS低選器調(diào)節(jié)燃料控制閥。當出現(xiàn)異常擾動使燃料控制閥閥后壓力過高，達到安全極限時，壓力控制

26、器輸出信號通過低選擇器取代溫度控制器工作，關(guān)小燃料控制閥，以防止脫火?；謴驼：?，壓力控制器退出工作轉(zhuǎn)為后備，轉(zhuǎn)為溫度控制器重新調(diào)節(jié)燃料控制閥。當燃料氣流量過低時，流量檢測裝置FSAL1觸點動作；當爐內(nèi)火焰熄滅時，火焰檢測器BS動作；而當原料流量過低時，流量檢測裝置FSAL2動作。當以上三個檢測裝置的一個或幾個動作時，使接在氣源上的三通電磁閥失電，來自起源的壓縮空氣放縮空，溫度控制器或壓力控制器的信號失效。由于控制閥是氣開式控制閥，失去信號后將自動關(guān)閉閥門，切斷燃料。電電磁閥上需要設置人工復位開關(guān)，連鎖動作以后，不能自動復位，必須確認危險已經(jīng)解除后，通過手動復位使生產(chǎn)過程恢復運行。第六章 控制

27、系統(tǒng)的工作原理鍋爐溫度的控制雖然已經(jīng)普遍采用了計算機控制，但最常用的控制方法仍是普通PID控制，包括單回路、串級回路和分程控制等都是由PID作為基本的控制算法。在此次設計中我們采用串級回路控制方法。串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)多用于燃料源受頻繁擾動的鍋爐爐膛，該系統(tǒng)由主回路和副回路組成，主回路根據(jù)實際值與給定值的偏差由PID調(diào)節(jié)規(guī)律對燃料流量進行調(diào)節(jié)，副回路根據(jù)燃料流量實際值與主回路溫度調(diào)節(jié)器輸出的燃料流量的偏差對流量進行調(diào)節(jié)，以避免擾動對燃料流量的影響。在系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)時，溫度PID的輸出以A1送到煤粉流量調(diào)節(jié)回路PID作為設定值，以B1送到空氣流量調(diào)節(jié)回路PID作為設定值。在負荷劇增(溫測<溫給)時,溫度PID的輸出劇增.對于空氣流量調(diào)節(jié)回路,隨著B1開始增加時,B1<B2,低選器選中B1,空氣流量增加,當B1正跳變到B1>B2時,低選器選中B2,B1被中斷,同時B3<B2,高選器選B2,B2作為該回路PID的設定值,使空氣流量隨著煤粉流量的增加而增加,交叉限制作用開始,當B2增加到B2>B1時,低選器又選中B1,B1又作為該回路PID設定值,交叉限制作用結(jié)束,系統(tǒng)穩(wěn)定。對于煤粉流量調(diào)節(jié)回路,隨著煤粉流量的增加,高選器選A1,而低選器中,開始時選A1作為該回路PID的設定值, 煤粉流量增加,A1>A2時