管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) 題 目:管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3摘 要當(dāng)今世界，隨著人們物質(zhì)生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈，產(chǎn)品的質(zhì)量和功能也向更高的檔次發(fā)展，制造產(chǎn)品的工藝過程變得越來越復(fù)雜，為滿足優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗，以及安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境等要求，做為工業(yè)自動化重要分支的過程控制的任務(wù)也愈來愈繁重，無論是在大規(guī)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在傳統(tǒng)工業(yè)過程改造中，過程控制技術(shù)對于提高產(chǎn)品質(zhì)量以及節(jié)省能源等均起著十分重要的作用。為了能將課程中所學(xué)理論知識初步嘗試應(yīng)用于實(shí)踐，本次設(shè)計(jì)將采用過程控制系統(tǒng)原理來實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)控制問題的解決，通過設(shè)計(jì)一個(gè)溫度-流量串級控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對管式

2、爐加熱原料油的溫度控制。管式加熱爐是石油工業(yè)中重要的設(shè)備之一，它的任務(wù)是把原油加熱到一定的溫度，以保證下一道工序的順利進(jìn)行。加熱爐的工藝過程為：燃料油經(jīng)霧化后在爐膛中燃燒，被加熱油料流過爐膛四周的排管后，就被加熱到出口溫度。本此設(shè)計(jì)內(nèi)容包括總體方案設(shè)計(jì)，系統(tǒng)原理闡述，系統(tǒng)框圖與結(jié)構(gòu)的搭建，變量檢測環(huán)節(jié)，變量變送環(huán)節(jié)，控制器，調(diào)節(jié)閥，聯(lián)鎖保護(hù)等環(huán)節(jié)的具體選擇與設(shè)計(jì)，最終形成一個(gè)可行可靠的完整串級過程控制系統(tǒng)方案，力圖通過具體應(yīng)用獲得理論知識的進(jìn)一步提升，并為工業(yè)生產(chǎn)提出可行性建議。關(guān)鍵字： 流量 溫度 串級控制目 錄1.管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義11.1管式加熱爐簡介11.2溫度控制系統(tǒng)設(shè)

3、計(jì)意義12.管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)工藝流程及控制要求23.總體方案設(shè)計(jì)33.1傳統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)33.2串級控制系統(tǒng)43.3管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)控制原理及調(diào)節(jié)過程54.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定74.1主回路設(shè)計(jì)74.2副回路設(shè)計(jì)74.3主副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇74.4主副調(diào)節(jié)器正反作用方式的確定84.5控制系統(tǒng)的參數(shù)整定85.所需檢測元件、執(zhí)行元件及調(diào)節(jié)儀表技術(shù)參數(shù)95.1溫度變送器95.2溫度檢測元件105.3流量檢測及變送105.4調(diào)節(jié)閥115.5聯(lián)鎖保護(hù)116.組態(tài)軟件設(shè)計(jì)126.1 新建工程126.2 連接設(shè)備及設(shè)備測試136.3 數(shù)據(jù)詞典136.4 建立畫面146.5 調(diào)試 執(zhí)

4、行14心得體會16參考文獻(xiàn)171.管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義1.1管式加熱爐簡介管式加熱爐是一種直接受熱式加熱設(shè)備，主要用于加熱液體或氣體化工原料，所用燃料通常有燃料油和燃料氣。管式加熱爐的傳熱方式以輻射傳熱為主，管式加熱爐通常由以下幾部分構(gòu)成：1）輻射室：通過火焰或高溫?zé)煔膺M(jìn)行輻射傳熱的部分。這部分直接受火焰沖刷，溫度很高，是熱交換的主要場所（約占熱負(fù)荷的70-80%）；2）對流室：靠輻射室出來的煙氣進(jìn)行以對流傳熱為主的換熱部分；3）燃燒器：是使燃料霧化并混合空氣，使之燃燒的產(chǎn)熱設(shè)備，燃燒器可分為燃料油燃燒器，燃料氣燃燒器和油一氣聯(lián)合燃燒器；4）通風(fēng)系統(tǒng)：將燃燒用空氣引入燃燒器，并將煙

5、氣引出爐子，可分為自然通風(fēng)方式和強(qiáng)制通風(fēng)方式。1.2溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)意義管式加熱爐是石油煉制、石油化工、煤化工、焦油加工、原油輸送等工業(yè)中廣泛使用的工藝加熱爐，由于被加熱物質(zhì)即在管內(nèi)流動介質(zhì)通常為氣體或液體，并且都是易燃易爆的物質(zhì)，所以操作條件苛刻，同時(shí)其必須長周期運(yùn)轉(zhuǎn)不間斷操作，加熱方式直接受火，所以管式加熱爐的溫度控制系統(tǒng)至關(guān)重要，是其提高加熱爐熱效率，節(jié)約能源和安全生產(chǎn)的重要保證，因此本設(shè)計(jì)的意義就是旨在設(shè)計(jì)出符合管式加熱爐生產(chǎn)控制要求的溫度控制系統(tǒng)，從而達(dá)到在其工作過程中有效及時(shí)控制，以提高其工作效率，節(jié)約能源且保證生產(chǎn)過程的安全可靠。2.管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)工藝流程及控制要求管式加

6、熱爐的主要任務(wù)是把原制油或重油加熱到一定溫度，以保證下一道工序（分餾或裂解）的順利進(jìn)行。管式加熱爐的工藝流程圖如圖2.1所示。燃料油經(jīng)過蒸汽霧化后在爐膛中燃燒，被加熱油料流過爐膛四周的排管中，就被加熱到出口溫度t。在燃料油管道上裝設(shè)一個(gè)調(diào)節(jié)閥，用它來控制燃油量以達(dá)到調(diào)節(jié)溫度t的目的。r1tTTTCFCFTf燃料油被加熱燃料油r2圖2-1 管式加熱爐工藝流程圖引起溫度t改變的擾動因素很多，主要有：1）燃料油方面（它的組分和調(diào)節(jié)閥前的油壓以及燃料油流量）的擾動；2）噴油用的過熱蒸汽壓力波動；3）被加熱油料方面（它的流量和入口溫度）的擾動；4）配風(fēng)、爐膛漏風(fēng)和大氣溫度方面的擾動；其中燃料油壓力，流量

7、和過熱蒸汽壓力都可以用專門的調(diào)節(jié)器保持其穩(wěn)定，以便把擾動因素減小到最低限度。從調(diào)節(jié)閥動作到溫度t改變，這中間需要相繼通過爐膛、管壁和被加熱油料所代表的熱容積，因而反應(yīng)很緩慢。工藝上對出口溫度t要求不高，一般希望波動范圍不超過。3.總體方案設(shè)計(jì)3.1傳統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)管式加熱爐的任務(wù)是把原料油加熱到一定溫度，以保證下道工藝順利進(jìn)行，因此若采用傳統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)，常選原料油出口溫度為被控參數(shù)、燃料油流量為控制變量，如圖3-1所示，其控制系統(tǒng)框圖如圖3-2所示。影響原料油出口溫度的干擾有原料油流量、原料油入口溫度、燃料壓力、燃料熱值、燃料流量等，該系統(tǒng)根據(jù)原料油出口溫度來控制燃料閥門的開度，通過改變?nèi)剂?/p>

8、流量將原油出口溫度控制在規(guī)定數(shù)值上，但由其系統(tǒng)圖可知當(dāng)燃料壓力、流量、熱值發(fā)生變化，產(chǎn)生擾動時(shí)，最先影響爐膛溫度，然后通過傳熱過程逐漸影響原料油的出口溫度，從燃料流量變化經(jīng)過三個(gè)容量后，才引起原料油出口溫度的變化，這個(gè)通道時(shí)間常數(shù)很大，約15min，反應(yīng)緩慢。而溫度調(diào)節(jié)器是根據(jù)原料油的出口溫度與設(shè)定值的偏差進(jìn)行控制，當(dāng)燃料部分出現(xiàn)干擾后，系統(tǒng)并不能及時(shí)產(chǎn)生控制作用，客服干擾對被控參數(shù)的影響，控制質(zhì)量差，當(dāng)生產(chǎn)工藝對原料油出口溫度要求嚴(yán)格時(shí)，傳統(tǒng)的簡單控制系統(tǒng)很難滿足要求，因此我們此次設(shè)計(jì)采用串級控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。原料油出口溫度原料油燃料燃料圖3-1 管式加熱爐簡單溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器爐膛調(diào)節(jié)閥管

9、壁溫度變送器原料油+-+-+圖3-2 管式爐溫度簡單控制系統(tǒng)框圖3.2串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)是在簡單控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，當(dāng)被控過程的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時(shí)，采用簡單控制系統(tǒng)控制品質(zhì)較差，滿足不了工藝控制精度要求，在這種情況下可考慮采用串級控制系統(tǒng)，串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個(gè)調(diào)節(jié)器，前一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。針對管式加熱爐設(shè)計(jì)的溫度-流量串級控制系統(tǒng)如圖3-3所示，其系統(tǒng)框圖如圖3-4所示。圖3-3 管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)副控制器爐膛調(diào)節(jié)閥管壁溫度變送器原料油+-圖3-4 管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)框圖主控

10、制器流量變送器-+3.3管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)控制原理及調(diào)節(jié)過程下面對管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)的控制原理和調(diào)節(jié)過程進(jìn)行簡單分析。假設(shè)在穩(wěn)態(tài)工況下，原料油進(jìn)口溫度和流量穩(wěn)定，燃料的熱值和壓力不變，控制燃料的閥門保持在一定的開度，爐膛溫度保持相對穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)原料油出口溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。如果出現(xiàn)外部干擾，是穩(wěn)態(tài)工況遭到破壞，串級控制系統(tǒng)立即開始控制動作。下面按照擾動的不同分三種情況進(jìn)行討論：1） 燃料流量（主要干擾）發(fā)生擾動：當(dāng)燃料的流量發(fā)生波動，而原油的入口溫度和流量保持穩(wěn)定，則干擾首先引起進(jìn)入爐膛的燃料量發(fā)生變化，流量變送器及時(shí)測到流量的變化，并通過副調(diào)節(jié)器及時(shí)控制燃料調(diào)節(jié)閥

11、，使得燃料流量很快回復(fù)到原先的穩(wěn)定值。如果干擾量小，經(jīng)過副回路調(diào)節(jié)后，一般影響不到原料油出口溫度；當(dāng)干擾幅度較大時(shí)，其大部分影響為副回路所客服，但仍會產(chǎn)生一定影響，但引起的偏差要比簡單溫度控制系統(tǒng)控制下產(chǎn)生的小得多，才是再通過主調(diào)節(jié)器改變副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值進(jìn)一步調(diào)節(jié)則可幾乎完全消除干擾的影響，是原料溫度維持在設(shè)定范圍；2） 原料油流量、原料油入口溫度發(fā)生擾動：當(dāng)干擾只是來自于原料油的流量和入口溫度時(shí)，干擾首先引起原料油出口溫度變化，溫度變送器及時(shí)測量到溫度的變化，并通過主調(diào)節(jié)器改變副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，進(jìn)而調(diào)整其輸出信號改變?nèi)剂祥y的開度，進(jìn)而改變?nèi)剂系牧髁?，進(jìn)而改變爐膛溫度，以校正原料油出口溫度的變

12、化，使其回復(fù)到設(shè)定溫度范圍。在串級控制系統(tǒng)中，如果干擾作用于主回路時(shí)，由于副回路的存在，加快了校正作用，可以及時(shí)改變原料油出口溫度的變化，比簡單溫度控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量好的多；3） 干擾同時(shí)作用于主回路和副回路：如果干擾同時(shí)存在，為了分析方便，先假定執(zhí)行器采用氣開形式，主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器都采用反作用形式，這時(shí)根據(jù)干擾作用下主參數(shù)和副參數(shù)變化的方向，分兩種情況進(jìn)行討論。a) 如果在干擾作用下，主副參數(shù)的變化方向相同，即同時(shí)增加或減小，如一方面由于燃料的流量增加，使進(jìn)入爐膛的燃料增加，同時(shí)由于原料油流量減少或者進(jìn)口原油溫度升高，使得原料油出口溫度上升。這時(shí)主調(diào)節(jié)器的輸出由于原料油出口溫度的升高而減小

13、，使得副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值減小，副調(diào)節(jié)器由于測量值上升，設(shè)定值減小，副調(diào)節(jié)器設(shè)定值與流入爐膛的燃料流量差值更大，副調(diào)節(jié)器的輸出大大減小，以使調(diào)節(jié)閥關(guān)得更小，大幅度減小燃料的供給量，直至主參數(shù)原料油出口溫度回復(fù)到設(shè)定值為止。由于此時(shí)主副調(diào)節(jié)器的作用都是使閥門關(guān)小，加強(qiáng)了控制作用，因此加快了控制過程；b) 如果在干擾作用下，主副參數(shù)變化方向相反，即一個(gè)增加一個(gè)減小，例如一方面由于燃料的流量增加導(dǎo)致進(jìn)入爐膛的燃料流量增加，另一方面又由于原料油流量增加或進(jìn)口溫度降低，使原料油出口溫度降低，這時(shí)主調(diào)節(jié)器的測量值降低，使其輸出增大，副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值增大，同時(shí)副調(diào)節(jié)器的測量值增大，如果兩者增加量恰好相等，則副調(diào)

14、節(jié)器輸入不變，副調(diào)節(jié)器輸出不變，閥門不需要?jiǎng)幼鳎蝗绻麅烧卟幌嗟?，由于能相互抵消一部分，副調(diào)節(jié)器輸入變化較小，輸出變化幅度也比較小，調(diào)節(jié)閥只需要做出較小的改變就可以校正原料油出口溫度的偏差，使其重新回到設(shè)定值。通過以上可以直觀地看出，在管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)中，由于引入了副回路，不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，也能加速克服主回路的干擾。副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，對副回路沒有完全克服的干擾能進(jìn)行徹底消除，由于主副回路相互配合補(bǔ)充，使得系統(tǒng)的控制質(zhì)量顯著提高。4.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定4.1主回路設(shè)計(jì)管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)是以原料油出口溫

15、度為主要被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，所以主回路的設(shè)計(jì)確定以原料油出口溫度為被控參數(shù)，其選擇與生產(chǎn)工藝密切相關(guān)，能直接反映加熱過程中的加熱質(zhì)量，也與節(jié)約能源，提高效率和安全生產(chǎn)息息相關(guān)，同時(shí)也易于測量。4.2副回路設(shè)計(jì)副回路的選擇也就是確定副回路的被控參量即串級控制系統(tǒng)的副參數(shù)，在本次設(shè)計(jì)中選用進(jìn)入爐膛的燃料流量作為副被控參數(shù)，其選擇是基于一下幾個(gè)原則：1） 主副參數(shù)有對應(yīng)關(guān)系；2） 選擇進(jìn)入爐膛的燃料流量作為副控參數(shù)使副回路包含變化劇烈的主要干擾；3） 考慮了主、副回路中控制過程的時(shí)間常數(shù)的匹配；4） 考慮了工藝上的合理性和經(jīng)濟(jì)性。4.3主副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇在串級控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器所起的作用

16、不同。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動控制作用，這是選擇調(diào)節(jié)器規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。在管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)中，由于我們選擇原料油出口溫度作為主要被控參數(shù)，而原料油出口溫度關(guān)乎產(chǎn)品質(zhì)量，工藝要求較為嚴(yán)格，又因?yàn)楣苁郊訜釥t串級控制系統(tǒng)有較大容量滯后，所以選擇PID調(diào)節(jié)作為主調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律。在串級控制系統(tǒng)中副控制副參數(shù)的選擇是為了保證和提高主參數(shù)的控制質(zhì)量，所以對副參數(shù)的要求一般不嚴(yán)格，可以在一定范圍內(nèi)變化，允許有殘差，所以副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律選擇P調(diào)節(jié)。4.4主副調(diào)節(jié)器正反作用方式的確定首先根據(jù)工藝的安全性要求確定燃料調(diào)節(jié)閥為氣開形式，這樣保證系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)調(diào)節(jié)閥處于全關(guān)狀態(tài)，防止燃料

17、進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全；其次對于副調(diào)節(jié)器，進(jìn)入爐膛的燃料流量增加時(shí)，測量信號增大，為保證副回路為負(fù)反饋，此時(shí)調(diào)節(jié)閥應(yīng)該關(guān)小，要求副調(diào)節(jié)器輸出信號要減小，按照測量信號增大，輸出信號減小的原則要求，副調(diào)節(jié)器應(yīng)為反作用方式；再者對于主調(diào)節(jié)器，當(dāng)副參數(shù)增大時(shí)，主參數(shù)也隨之增大，所以主調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇反作用方式。4.5控制系統(tǒng)的參數(shù)整定通過參數(shù)的整定，可以獲得理想的控制效果，串級控制系統(tǒng)主副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法有逐步逼近法、兩步整定法和一步整定法，其中：1） 兩步整定法是在系統(tǒng)處于串級工作狀態(tài)時(shí)，第一步按單回路方法整定副調(diào)節(jié)器參數(shù)；第二步把已經(jīng)整定好的副回路仍按單回路對主調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)整定兩步整定法；2）

18、 一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先將副控制器一次放好，不再變動，然后按照一般單回路孔控制系統(tǒng)的整定方法直接整定主控制器參數(shù)；3） 逐步逼近法是一種依次整定主回路、副回路，然后循環(huán)進(jìn)行，逐步接近主、副回路最佳整定的一種方法。由于采用兩步整定法整定的參數(shù)結(jié)果比較準(zhǔn)確，本次設(shè)計(jì)采用兩步整定法來整定串級控制系統(tǒng)的參數(shù)，其整定步驟如下：1） 在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，系統(tǒng)處于串級運(yùn)行狀態(tài)，主副調(diào)節(jié)器均為比例作用的條件下，先將主調(diào)節(jié)器的比例度置于100%刻度上，然后由大到小逐漸降低副調(diào)節(jié)器的比例度，直到得到副回路過渡過程衰減比為4:1的比例度，過渡過程的振蕩周期為；2） 在副調(diào)節(jié)器的比例度等于的條件下，逐步降低主調(diào)節(jié)器的

19、比例度，直到同樣得到主回路過渡過程衰減比為4:1的比例度，過渡過程的振蕩周期為；3） 按已求得的、和、值，結(jié)合已選定的調(diào)節(jié)規(guī)律，按照衰減曲線法整定參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出主副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值；4） 按照先副回路后主回路的順序，將計(jì)算出的參數(shù)值設(shè)置到調(diào)節(jié)器上，做一些擾動實(shí)驗(yàn)，觀察過渡過程曲線，做適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整，直到控制品質(zhì)最佳為止。5.所需檢測元件、執(zhí)行元件及調(diào)節(jié)儀表技術(shù)參數(shù)5.1溫度變送器本設(shè)計(jì)中采用DDZ-型熱電偶溫度變送器，其原理框圖如圖5-1所示，DDZ-型儀表采用了集成電路和安全火花型防爆結(jié)構(gòu)，提高了儀表精度、儀表可靠性和安全性，適應(yīng)了大型化工廠、煉油廠的防爆要求。DDZ-型儀表具有以

20、下主要特點(diǎn)：1） 采用國際電工委員會（IEC）推薦的統(tǒng)一信號標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場傳輸信號為DC420mA，控制室聯(lián)絡(luò)信號為DC15V，信號電流與電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250；2） 廣泛采用集成電路，儀表的電路簡化、精度提高、可靠性提高、維修工作量減少；3） 整套儀表可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)。DDZ-型儀表室按國家防爆規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而且增加了安全柵，實(shí)現(xiàn)了控制室與危險(xiǎn)場所之間的能量限制于隔離，使儀表能在危險(xiǎn)的場所中使用。DDZ-型PID調(diào)節(jié)器主要由輸入電路、給定電路、PID運(yùn)算電路、手動與自動切換電路、輸出電路和指示電路組成，調(diào)節(jié)器接收變送器送來的測量信號(DC420mA或DC15V），在輸入電路中與給定信號

21、進(jìn)行比較，得出偏差信號，然后在PD與PI電路中進(jìn)行PID運(yùn)算，最后由輸出電路轉(zhuǎn)換為420mA直流電流輸出。圖5-1 DDZ- 型調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)框圖5.2溫度檢測元件本設(shè)計(jì)采用熱電偶作為溫度傳感元件，具有穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時(shí)間較小等優(yōu)點(diǎn)，在使用熱電偶時(shí)，由于冷端暴露在空氣中，受周圍環(huán)境溫度波動的影響，且距熱源較近，其溫度波動也較大，給測量帶來誤差，為了降低這一影響，采用補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的連接導(dǎo)線，作用就是將熱電偶的冷端延長到距離熱源較遠(yuǎn)、溫度較穩(wěn)定的地方，如圖5.2所示，用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端延長到溫度比較穩(wěn)定的地方后，并沒有完全解決冷端溫度補(bǔ)償問題，為此采取進(jìn)一步的補(bǔ)償措施，具體的方

22、法有：查表法、儀表零點(diǎn)調(diào)整法、冰浴法、補(bǔ)償電橋法以及半導(dǎo)體PN結(jié)補(bǔ)償法。圖5-2 補(bǔ)償導(dǎo)線示意圖圖測量儀表熱帶偶恒溫器補(bǔ)償導(dǎo)線5.3流量檢測及變送為了能檢測燃料流量的變化量并將其傳送給控制器需要引入燃料流量的檢測和變送器部件，本設(shè)計(jì)采用差壓式流量計(jì)來實(shí)現(xiàn)這一功能，其原理框圖如圖5-3所示。差壓式（也稱節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測量。圖5-3 差壓式流量變送裝置原理圖5.4調(diào)節(jié)閥從生產(chǎn)工藝安全出發(fā)，燃料油調(diào)節(jié)閥選用氣開式，以便一旦出現(xiàn)故障或氣源斷氣，調(diào)節(jié)閥能夠完全關(guān)閉，切斷燃料油進(jìn)入加熱爐，以確保設(shè)備安全。調(diào)節(jié)閥按其工作能源形式可分為氣動

23、、電動和液動三類。氣動調(diào)節(jié)閥采用壓縮空氣作為工作能源，主要特點(diǎn)是能在易燃易爆環(huán)境中工作，廣泛地應(yīng)用于化工、煉油等生產(chǎn)過程中；電動調(diào)節(jié)閥用電源工作，其特點(diǎn)是能源取用方便，信號傳遞迅速，但難以在易燃易爆環(huán)境中工作；液動調(diào)節(jié)閥用液壓推動，推力很大，一般生產(chǎn)過程中很少使用。故本設(shè)計(jì)采用氣動調(diào)節(jié)閥，且為氣開形式。5.5聯(lián)鎖保護(hù)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)由壓力調(diào)節(jié)器、溫度調(diào)節(jié)器、流量變送器、火焰檢測器、低選器等部分組成。當(dāng)燃料管道壓力高于規(guī)定的極限時(shí)，壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過低選器取代正常工作的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，此時(shí)出料溫度無控制，自行浮動。壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運(yùn)行保證燃料管道壓力不超過規(guī)定上限。當(dāng)管道壓力恢復(fù)正常時(shí)，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過

24、低選器投入正常運(yùn)行，出口原料油溫度重新受到控制。當(dāng)進(jìn)料流量和燃料流量低于允許下限或火焰熄滅時(shí)，便會發(fā)出雙位信號，控制電磁閥切斷燃料氣供給量以防回火。6. 組態(tài)軟件設(shè)計(jì) 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功

25、能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。6.1 新建工程圖6-1 新建管式加熱爐流量-溫度串級控制工程6.2 連接設(shè)備及設(shè)備測試圖6-2 管式加熱爐流量-溫度串級控制設(shè)備配置6.3 數(shù)據(jù)詞典圖6-3 管式加熱爐流量-溫度串級控制變量定義6.4 建立畫面圖6-4 管式加熱爐流量-溫度串級控制畫面編輯6.5 調(diào)試,執(zhí)行PID設(shè)

26、定后運(yùn)行動態(tài)組態(tài)圖界面顯示圖圖6-5 管式加熱爐流量-溫度串級控制調(diào)試界面6.6PID控制算法設(shè)計(jì)根據(jù)流量-溫度串級控制系統(tǒng)的原理，在“命令語言”中選擇“應(yīng)用程序命令語言”，運(yùn)用組態(tài)王所提供的類似于C語言的程序編寫環(huán)境實(shí)現(xiàn)PID控制算法。本設(shè)計(jì)采用PID位置式算法，其控制算式為： 其中，在上述算式中，為比例系數(shù)，為積分時(shí)間，為微分時(shí)間。在流程中，以u(k)做為計(jì)算機(jī)當(dāng)前的輸出值，SV做為設(shè)定值，PV做為反饋值，e(k)做為偏差，位置式PID控制算法的流程圖如圖所示。圖6-6 管式加熱爐流量-溫度串級控制PID程序流程圖心得體會通過此次課程設(shè)計(jì)我鞏固了書本中所學(xué)的理論知識，并且對過程控制系統(tǒng)在工

27、業(yè)生產(chǎn)用的運(yùn)用有了更深刻的認(rèn)識，此外我對過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟、思路有了進(jìn)一步的了解與認(rèn)識，更加明確了過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟，拓展了理論與應(yīng)用的知識面，進(jìn)一步認(rèn)識到了工業(yè)工程中控制系統(tǒng)起到的重要作用。在本次設(shè)計(jì)過程中，從方案的設(shè)計(jì)到方案的確定，再到后續(xù)的回路的設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)器的正反作用的確定，被控參數(shù)的選擇，這其中每一步都付出了許多精力也收獲匪淺，雖然在設(shè)計(jì)中遇到過許多困難，但還是通過各種方法積極探索，使自己最終得以完成這次關(guān)于管式加熱爐溫度-流量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這次過程控制系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)給了我們一個(gè)十分好的平臺，讓我們切實(shí)把所學(xué)知識開始嘗試初步運(yùn)用于實(shí)踐中，讓我們通過自己查找資料，鞏固知識，了解原理，設(shè)計(jì)方案，改進(jìn)方案，撰寫