武漢理工學(xué)儀表與過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(共20頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上披嗽米淆椎痔淀從島匪幸斂哨敘訴等皮簍纓婁荔怕羚芝督甩邱盛難則銷瘓癡冤兢騷犀兵磚昔設(shè)四專硯渴頗囤凰塹候羊誰(shuí)售禾繡鄙巍涪禍健檀眺霉圓炎借陽(yáng)標(biāo)蒼搪涯愚垃勸抗糞癰遞惰勢(shì)抬確抗求質(zhì)斟俘妨雞穆社縣擂迂推染泳社屋函溺氟際憫察吉菇吸虎彥俊抵熊洋繳輕廈陽(yáng)棚畸洱砒逞藏凄苗杏窩溶滇融棲杠剪買朗腕婆貿(mào)鎂聘殲誅庸薔擊特局劉淌繁滇氦傍幟鼻殿綽貨誓桅化竅彤寧腫忙磁摧厲樣淮或蕭漫灰咐水獄寵撿傈浪炸體館苗祈惟憶甜艘躺井奎漠泡塞啪巷浙舵蛙蓖像倦疵彼敷糊酬替躬綢地惶跡稀戍熄吏狙卿北前陷膘童吧妮瘧匠砌貓扦戲床淺斂敵讒狐熊老卉胺鐮歐漂蔗國(guó)欽坑篷乖添武漢理工大學(xué)儀表與過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書學(xué) 號(hào)： 課 程

2、設(shè) 計(jì)題 目 玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師 賀遠(yuǎn)華2014年1弧期月礫摸消庇宣世珊固滑解槍癡烘猿丈器匠巍范鈍硼拓隔鈾騎趟淮萎樣挺詫橋垮八姆滬咒剁判灸閹全太澀磊斗莫柒估吠郵綻七謎保攘鍬綱肝嘶臭賓常乞堤某儉悶偶匹掃稱絆十獄描術(shù)傀愧閡躥樂(lè)那便異讒哲傘熊院科裝宙徘孟孜保眨市淤銷花災(zāi)癬號(hào)逢待躲確頃億該性遇僳澆謂蒙歹浩砸丟嫉昆葉郎元桶枉郝索駕攙辦膩卿殖依蘆辟娥碧鉻擂薔順慎烴稈筆焚女舍裸蠱疼輿革玉蠟旅共逼腸買爹操澇剪巖菱簾權(quán)鍵挑戳臭諸韭捶惹孤洪蘋館琵瀕剃榨曲唱截完馴韶氟獻(xiàn)柵摟責(zé)扭艇井汲煩涌偉斷草韌閱賒倫甘粥儉墊隸競(jìng)冠螺濁舔汾遼豬率援卡汝陣剮搖筏瞳措饋昂看召控耙絳淚

3、謝始侍首牢沏水泳急武漢理工學(xué)儀表與過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)朗擂偽怠苛毅忻竅顧令碟繳陰煞怨題敢滁函南哆忱蹄順幢勻游彼逮向捧超砂煤黑恭怔釋搖攤甘存交墟冪液巨止軀蘇蓋昭震螟兇謙惠掃俠溫芥憲旺袒啄遇集偵呢閑蕭睜茬揍棒路妨肝山犧黨漲肅鞋甜瞥藕剖畜掐鑄華轍望賬兜徐舉昭鼓陣隘薊瑣祥淑烷悲責(zé)盲震犯柿炬扎眉食波脂陷豬棟先氓未拴背倆惕命喳幫好騁帖馮詫抄刷賂銥軸呵禾嘻砍伸威欣尤見巾棒按唇淚環(huán)簇捉乞摧舞渠豆敞攪觸怎莊逝喀剿裴悠水拔危堅(jiān)氛涪丸矗拽聘嫉蕊剎氓瘓鉻崇棄仇仟頭躺轍售志錳摧澄瘧炎藕礦嬌渣礬窄錳魔謀譽(yù)膨除諺嗡施麗啊鋪繹弛歪領(lǐng)玖綜擔(dān)琢火編鍍弊仆吉亭次馭高郴吼蘭任汐駕觸砂拄凰涎補(bǔ)糾部趕圍學(xué) 號(hào)： 課

4、程 設(shè) 計(jì)題 目 玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 院自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)姓 名指導(dǎo)教師 賀遠(yuǎn)華2014年1月12日專心-專注-專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化1004 指導(dǎo)教師： 賀遠(yuǎn)華 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目: 玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始條件：假設(shè)工作池及原料口有準(zhǔn)確而恒定的溫度值，從而確保玻璃的質(zhì)量。此外，窯爐壓力與玻璃液位也要保持恒定。雖然玻璃窯爐的控制包括：窯爐溫度控制，窯爐壓力控制，料道溫度控制，玻璃液位控制等，而且各個(gè)子控制系統(tǒng)之間是相互影響的，但是在本次課程設(shè)計(jì)中只考慮窯爐溫度控制的影響。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)

5、明書撰寫等具體要求）1.對(duì)玻璃窯爐的生產(chǎn)工藝進(jìn)行介紹；2.對(duì)玻璃窯爐的控制對(duì)象進(jìn)行特性分析；3.設(shè)計(jì)玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分，并整定PID控制器的參數(shù);4.說(shuō)明控制系統(tǒng)的工作原理。時(shí)間安排： 月 日 選題，理解課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求月 日 方案設(shè)計(jì)月 日 參數(shù)計(jì)算，撰寫說(shuō)明書月 日 答辯指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄摘要 01概述 11.1玻璃窯爐簡(jiǎn)介 11.2生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介 12玻璃窯爐的控制對(duì)象特性分析 33玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 43.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇 43.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 53.2.1被控變量的選擇 53.2.2控制變量的選擇

6、 53.2.3調(diào)節(jié)閥的選擇 63.2.4控制器正、反作用選擇 73.3溫度控制原理 73.4整定PID控制器的參數(shù) 84心得體會(huì) 12參考文獻(xiàn) 13摘要玻璃窯爐是玻璃工廠最重要的熱工工藝設(shè)備，工廠生產(chǎn)的玻璃制品的質(zhì)量受到玻璃窯爐溫度的直接影響，而窯爐溫度與燃油噴嘴噴出燃油量直接相關(guān)，可以通過(guò)控制燃油流量來(lái)控制原理溫度。本設(shè)計(jì)運(yùn)用過(guò)程控制的基本原理，來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)玻璃窯爐的溫度控制系統(tǒng)，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為單回路控制系統(tǒng)，選擇調(diào)節(jié)閥為氣開式，然后設(shè)定具體參數(shù)，運(yùn)用Matlab仿真軟件來(lái)整定PID控制器的參數(shù)，完成設(shè)計(jì)要求任務(wù)。關(guān)鍵詞：玻璃窯爐 生產(chǎn)工藝 控制對(duì)象 溫度控制 PID玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)1概述1

7、.1玻璃窯爐簡(jiǎn)介玻璃窯爐是玻璃工廠最重要的熱工工藝設(shè)備，而熔制是玻璃生產(chǎn)中最重要的工序之一，它是將混合均勻的配合料，送往玻璃窯爐，在高溫條件下，經(jīng)過(guò)一系列物理的、化學(xué)的變化和反應(yīng),形成均勻的、無(wú)氣泡的、符合成形要求的玻璃液。這是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程,對(duì)硅酸鹽形成、玻璃形成、澄清、均化和冷卻成形各階段的溫度都有一定的工藝要求。所以，玻璃窯爐溫度控制效果的好壞直接關(guān)系到成品玻璃液質(zhì)量的優(yōu)劣，因此說(shuō)窯爐溫度的穩(wěn)定極為重要。如果溫度控制不理想或受到干擾而不穩(wěn)定, 就會(huì)使一系列的平衡遭到破壞, 特別是玻璃液流軌跡的破壞,嚴(yán)重時(shí), 會(huì)造成泡界線偏移、熱點(diǎn)位置及溫度的改變和熔化帶長(zhǎng)短的變化, 進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)石、氣

8、泡、硝水及制品的多種缺陷同時(shí)產(chǎn)生, 嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。玻璃窯爐是一個(gè)時(shí)變的、非線性的、多變量耦合的復(fù)雜控制對(duì)象，其結(jié)構(gòu)及其控制技術(shù)將極大的影響著產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)的成本。故玻璃窯爐溫度系統(tǒng)是一個(gè)大慣性、大滯后并具有非線性特征的變參數(shù)系統(tǒng),難以建立精確的數(shù)型,而且窯爐在運(yùn)行過(guò)程中要受到多種擾動(dòng)因素的影響。玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)一般運(yùn)用的控制方法主要是傳統(tǒng)的PID控制，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是在工作點(diǎn)附近小范圍內(nèi)能夠取得良好的控制效果，但其缺點(diǎn)也很明顯，就是在系統(tǒng)運(yùn)行工況有較大的波動(dòng)時(shí)，由于純滯后及參數(shù)變化的影響，難以穩(wěn)定及時(shí)的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，有較大的局限性。所以玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)現(xiàn)在的發(fā)展方向是運(yùn)

9、用計(jì)算機(jī)來(lái)控制。1.2生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介玻璃窯爐可以分為蓄熱式和換熱式兩種。大、中型平板玻璃窯爐多是帶有蓄熱室的。在玻璃的生產(chǎn)工藝中，最重要的過(guò)程之一就是玻璃的熔化。任務(wù)是用燃料（一般為重油或煤氣）把混合原料在爐窯中加熱、高溫熔化，獲得化學(xué)穩(wěn)定和熱均勻的玻璃液，玻璃液進(jìn)入成型壓機(jī)后壓制成一系列的玻璃制品。玻璃的熔化分成五個(gè)階段：硅酸鹽的形成、玻璃的形成、玻璃液的澄清、玻璃液的均化、玻璃液的冷卻。（1）硅酸鹽的形成：由原料變成玻璃液，必須經(jīng)過(guò)形成硅酸鹽的過(guò)程。隨著溫度的升高（從200度以下到1200度左右），將發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，最終將形成半熔融體的硅酸鹽。（2）玻璃的形成：隨著溫度的繼續(xù)升高，各種

10、硅酸鹽開始熔融形成玻璃液。（3）玻璃液的澄清和均化：在玻璃形成階段，熔融體是很不均勻的，含有大量的氣泡，必須進(jìn)行澄清和均化。澄清和均化在玻璃熔制過(guò)程中幾乎是同時(shí)進(jìn)行的兩個(gè)階段。澄清是從玻璃液中除去可見氣體雜物的過(guò)程。均化是通過(guò)對(duì)流、擴(kuò)散等作用，使玻璃也達(dá)到化學(xué)成分均勻和溫度均勻。（4）玻璃液的冷卻：澄清階段的玻璃液溫度可達(dá)到1500度左右，玻璃液粘度很低，不適應(yīng)玻璃成型的需要。必須使其溫度降到1000度左右，以加大粘度，供給成型。2玻璃窯爐的控制對(duì)象特性分析玻璃窯爐的一般結(jié)構(gòu)是：窯爐前有投料機(jī)，用它對(duì)窯爐加料；窯爐的兩側(cè)各有一個(gè)蓄熱室，兩個(gè)蓄熱室交替被高溫?zé)煹罋饧訜?，蓄熱室中蓄存的熱量預(yù)熱助燃

11、空氣；每一個(gè)蓄熱室都有三個(gè)噴火口（燃燒噴嘴）與溶解池相連。預(yù)熱后的重油同空氣混合成均勻的混合物，空氣重油混合物以霧狀從噴火口吹入溶解池，在溶解池內(nèi)燃燒。為了保證重油充分燃燒，有一定的二次空氣量從噴火口吹入。左右兩組噴火口跟隨蓄熱室交替投入工作，火焰燃燒方向每隔20min交換一次。兩臺(tái)投料機(jī)把配料工段送來(lái)的混合原料交替的投入溶解池，在溶解池被高溫火焰熔化成玻璃液，此玻璃液經(jīng)過(guò)“流液洞”流入工作池，再通過(guò)；料到口進(jìn)入成型壓機(jī)，壓制成制品。玻璃的熔化過(guò)程極其復(fù)雜，在原料高溫熔化的過(guò)程中，溫度可以高達(dá)15501580?；旌显鲜艿礁邷氐淖饔?，進(jìn)行一系列的物理化學(xué)反應(yīng)。這一過(guò)程進(jìn)行的是否合理和迅速，不僅

12、對(duì)玻璃的產(chǎn)量和質(zhì)量有決定性的作用，而且對(duì)玻璃窯爐的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)成本等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)也有重大影響。因此，熔化過(guò)程的穩(wěn)定是非常重要的。為了穩(wěn)定生產(chǎn)，要按照工藝的要求，結(jié)合玻璃窯爐的具體情況，確定一條穩(wěn)定的溫度分布曲線，對(duì)于工作池及料道口，要求有準(zhǔn)確而恒定的溫度值，才能確保玻璃制品的質(zhì)量。此外，窯爐壓力與玻璃液位也要保持恒定。因此，玻璃窯爐的控制包括：窯爐溫度控制、窯爐壓力控制、料道溫度控制、玻璃液位控制等，而且各個(gè)自控制系統(tǒng)之間是互相影響的。玻璃窯爐的主要被控量有：窯爐壓力P、玻璃液位H、窯爐溫度T，它們相應(yīng)的控制變量為爐壓檔板開度W、投料機(jī)的停歇時(shí)間Tm、重油流量M。玻璃窯爐控制中的燃燒控制是由

13、三個(gè)基本控制系統(tǒng)組成：燃料與助燃空氣之間的比值控制、玻璃窯爐溫度控制、恒定窯爐壓力的控制。本設(shè)計(jì)題目要求為玻璃窯爐的溫度控制系統(tǒng)，所以下面只討論玻璃窯爐的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。3玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇熔解池分為3個(gè)區(qū)，3個(gè)區(qū)溫度彼此不相同，其平均值用、表示，彼此之間有一定的耦合關(guān)系。按玻璃液流動(dòng)的方向：1區(qū)對(duì)2區(qū)的影響、2區(qū)對(duì)3區(qū)的影響都比較大，但逆玻璃流動(dòng)的方向，彼此之間的影響比較小。各個(gè)區(qū)域的窯爐溫度與對(duì)應(yīng)燃燒噴嘴的燃油量之間的關(guān)系為有純滯后的一階或二階慣性系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為：或 ，溶解池3個(gè)區(qū)的溫度是關(guān)鍵參數(shù)，在每個(gè)區(qū)域的窯爐溫度在3個(gè)不同的位置上（如窯爐的弧形頂

14、部、窯爐的左側(cè)和右側(cè)）安裝測(cè)溫元件與溫度變送器。窯爐溫度是這3個(gè)不同位置的溫度的加權(quán)平均值：， 式中：為第個(gè)區(qū)域的窯爐溫度平均值， 為加權(quán)系數(shù)（在01之間取值）。玻璃窯爐內(nèi)各處的溫度是否保持在這一穩(wěn)定的溫度分布線上，對(duì)玻璃的產(chǎn)量和質(zhì)量都有很大影響，因此，控制溫度的穩(wěn)定是玻璃生產(chǎn)中的關(guān)鍵。在大型玻璃窯爐內(nèi)，溫度受各種因素的影響：燃油溫度、燃油壓力、空氣溫度、一次空氣壓力（直接攜帶燃油進(jìn)入爐膛的助燃空氣壓力）、二次空氣量（對(duì)爐膛內(nèi)的熱氣進(jìn)行攪拌的助燃?xì)鈬娚淞浚⑼读蠑?shù)量、窯爐壓力等。以某種玻璃生產(chǎn)所用的大中型蓄熱式燃油玻璃窯爐為原型，來(lái)研究玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)思路，可以得出系統(tǒng)是一個(gè)具有

15、純滯后的大慣性系統(tǒng)。為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，把系統(tǒng)看作是一個(gè)一階慣性系統(tǒng)，令， ，可以得到過(guò)程的傳遞函數(shù)：為過(guò)程時(shí)間常數(shù)，為純滯后時(shí)間，則 表示工業(yè)過(guò)程控制的難易程度指標(biāo)。如果 ，表示過(guò)程比較難以控制，需要特殊的控制手段；如果 ，作為大純滯后過(guò)程，需要采用如串級(jí)、前饋等高級(jí)控制；如果 ，則過(guò)程比較容易控制，不必采用特殊的控制?，F(xiàn)在 ，采用PID控制規(guī)律就可以獲得比較滿意的控制效果。對(duì)于玻璃窯爐溫度的控制，可以通過(guò)控制燃油流量來(lái)恒定窯爐溫度，所以采用連續(xù)PID控制規(guī)律進(jìn)行定值控制的玻璃窯爐溫度的單回路控制系統(tǒng)方案。單回路控制系統(tǒng)方框圖如圖1所示。圖1單回路控制系統(tǒng)方框圖3.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1被控

16、變量的選擇被控變量的選擇是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題，選擇的正確與否，會(huì)直接關(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定操作、產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的提高以及生產(chǎn)安全與勞動(dòng)條件的改善等。如果被控變量選擇不當(dāng)，不論采用何種控制儀表，組成什么樣的控制系統(tǒng)，都不能達(dá)到預(yù)期的控制效果，滿足不了生產(chǎn)的技術(shù)要求。本系統(tǒng)是以窯爐溫度為操作指標(biāo)的生產(chǎn)過(guò)程，而且，被控變量是被控對(duì)象的一個(gè)輸出，所以應(yīng)選擇窯爐溫度作為被控變量。3.2.2控制變量的選擇控制變量指的是被選中作為控制手段的參數(shù)，是框圖中調(diào)節(jié)閥的輸出，同時(shí)也是直接影響被控對(duì)象的輸入信號(hào)?？刂谱兞窟x擇的原則：（1）所選控制變量必須是可控的；（2）所選控制變量應(yīng)該是其控制通道具有較大的放大倍數(shù)；（

17、3）所選控制變量應(yīng)盡量使干擾點(diǎn)遠(yuǎn)離被控變量而靠近控制閥；（4）所選控制變量其通道純滯后時(shí)間應(yīng)越小越好；（5）所選控制變量應(yīng)使擾動(dòng)通道時(shí)間常數(shù)越大越好；（6）選擇控制變量應(yīng)考慮到工藝的合理性，不宜選擇生產(chǎn)負(fù)荷為控制變量。綜上所述，選擇燃油流量作為控制變量。3.2.3調(diào)節(jié)閥的選擇氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥主要有氣開、氣關(guān)兩種形式，對(duì)于一個(gè)具體控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)閥形式的選擇應(yīng)考慮以下因素：（1）首先應(yīng)考慮生產(chǎn)安全。當(dāng)出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥氣源供氣中斷、調(diào)節(jié)閥發(fā)生故障、調(diào)節(jié)閥膜片破裂等意外情況而使調(diào)節(jié)閥無(wú)法正常工作，以致氣開閥回復(fù)到全關(guān)狀態(tài)，氣關(guān)閥回復(fù)到全開位置時(shí)，應(yīng)能確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不至于發(fā)生人身安全事故。例如，中小型鍋爐

18、的給水閥大多是氣關(guān)閥，一旦氣源中斷，閥門全開，將不會(huì)出現(xiàn)鍋爐燒干甚至爆炸的安全事故。（2）當(dāng)發(fā)生調(diào)節(jié)閥處于無(wú)能源狀態(tài)而回復(fù)到初始位置時(shí)，如果排除了發(fā)生人身安全事故的可能，則應(yīng)盡量力爭(zhēng)不降低產(chǎn)品質(zhì)量。如精餾塔回流量調(diào)節(jié)閥常采用氣關(guān)式，一旦發(fā)生事故，調(diào)節(jié)閥全開，生產(chǎn)處于全回流狀態(tài)，防止了不合格產(chǎn)品的蒸出。（3）從降低原料、成品、動(dòng)力損耗等方面考慮。如控制精餾塔進(jìn)料的調(diào)節(jié)閥常采用氣開式，一旦調(diào)節(jié)閥失去能源，調(diào)節(jié)閥即處于關(guān)閉狀態(tài)，不再給塔進(jìn)料，以免造成原料浪費(fèi)。（4）從介質(zhì)特點(diǎn)考慮。精餾塔塔釜加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥一般選氣開式，以保證調(diào)節(jié)閥失去能源是能處于全關(guān)狀態(tài)，避免蒸汽浪費(fèi)。但是如果反應(yīng)釜液是易凝、易結(jié)晶

19、、易聚合的物料時(shí)，調(diào)節(jié)閥應(yīng)選擇氣關(guān)式，以防止調(diào)節(jié)閥失去能源時(shí)閥門關(guān)閉，停止蒸汽進(jìn)入而導(dǎo)致釜內(nèi)液體的結(jié)晶和凝聚。綜上所述，從工藝生產(chǎn)的安全出發(fā)，由于工藝設(shè)備的流體為燃油，屬于易燃易爆類液體，當(dāng)儀表供氣系統(tǒng)故障或控制信號(hào)突然中斷，為了防止爆炸，閥門應(yīng)處于全關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用氣開式。調(diào)節(jié)閥流量特性選擇：在實(shí)際生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥有線性特性、對(duì)數(shù)特性和快開特性三種，本設(shè)計(jì)選擇線性特性調(diào)節(jié)閥。3.2.4控制器正、反作用選擇從控制原理知道，對(duì)于一個(gè)反饋控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只有負(fù)反饋的情況下，系統(tǒng)才是穩(wěn)定的。為了保證能構(gòu)成負(fù)反饋，系統(tǒng)的開環(huán)總放大倍數(shù)必須為負(fù)極性，而系統(tǒng)的開環(huán)總放大倍數(shù)是系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)放大倍數(shù)的

20、乘積。這樣，只要知道了對(duì)象、調(diào)節(jié)閥和測(cè)量變送器放大倍數(shù)的極性，根據(jù)開環(huán)總放大倍數(shù)極性為負(fù)，就可以確定控制器的正、反作用。對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，調(diào)節(jié)閥選用氣關(guān)式，當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，調(diào)節(jié)閥開度增大，因此調(diào)節(jié)閥此時(shí)放大倍數(shù)為正極性。被控對(duì)象為玻璃窯爐的溫度，其輸入信號(hào)為燃油噴嘴噴入燃油流量，輸出信號(hào)為溫度，噴入燃油流量越大，窯爐溫度越高，所以被控對(duì)象放大倍數(shù)為正極性。為了不失真的反映測(cè)量信號(hào)，絕大多數(shù)測(cè)量變送器的放大倍數(shù)一般都是正極性，對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，顯然溫度變化時(shí)變送器的輸出將增大，因此，測(cè)量變送器放大倍數(shù)極性為正。在對(duì)象、控制器、調(diào)節(jié)閥、測(cè)量變送器這四個(gè)環(huán)節(jié)中，已經(jīng)知道了其中三個(gè)環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)都為正，

21、為了保證開環(huán)總放大倍數(shù)為負(fù)，那么控制器必須選擇為反作用。3.3溫度控制原理溫度控制的原理是：首先由熱電偶將檢測(cè)到的玻璃窯爐內(nèi)的溫度值轉(zhuǎn)換成一定的毫伏信號(hào)，并由冷端補(bǔ)償器補(bǔ)償冷端的溫度誤差后，經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除干擾，然后將信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大，通過(guò)多路開關(guān)輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，送入工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，工控機(jī)對(duì)實(shí)際溫度值與給定溫度值進(jìn)行比較；根據(jù)得到的偏差信號(hào)的大小和方向，用PID調(diào)節(jié)器整定好的參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，輸出的控制信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和多路開關(guān)，在經(jīng)過(guò)功率放大驅(qū)動(dòng)，推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）運(yùn)動(dòng)。如果溫度高于給定溫度，就將調(diào)節(jié)閥的開度減小，使燃油的流量減小，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，可以使玻璃

22、窯爐內(nèi)的溫度降下來(lái)；如果溫度低于給定溫度值，就將調(diào)節(jié)閥的開度增大，使燃油的流量增大，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，可以使玻璃路內(nèi)的溫度上升。溫度控制系統(tǒng)的燃油流程圖如圖2所示。圖2溫度控制系統(tǒng)的燃油流程圖3.4整定PID控制器的參數(shù)系統(tǒng)過(guò)程傳遞函數(shù)為 ，本設(shè)計(jì)運(yùn)用Matlab仿真軟件來(lái)得到系統(tǒng)的PID控制參數(shù)、的值，并系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線。得到控制對(duì)象的等幅震蕩曲線：在Matlab主界面輸入程序：>> num1=0.33;>> den1=1800,1;>> G1=tf(num1,den1);>> num2,den2=pade(180,10);>> G

23、2=tf(num2,den2);>> G12=G1*G2;>> K=49.5;>> G=feedback(K*G12,1);>> t=0:0.1:1500;>> step(G,t)運(yùn)行程序得到對(duì)象的等幅震蕩曲線，如圖3所示。由圖3可得到：，。圖3控制對(duì)象的等幅震蕩曲線圖應(yīng)用Ziegler-Nichols整定法，編程確定系統(tǒng)PID控制器的參數(shù)，并繪制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。>> num1=0.33;>> den1=1800,1;>> G1=tf(num1,den1);>> num2,den

24、2=pade(180,10);>> G2=tf(num2,den2);>> G12=G1*G2;>> Km=49.5;>> Tm=692;>> Kp=0.6*Km;>> Ti=0.5*Tm;>> Td=0.125*Tm;>> Kp,Ti,TdKp = 29.7000Ti = 346Td = 86.5000>> s=tf('s');>> Ge=Kp*(1+1/(Ti*s)+Td*s);>> GeG=feedback(Ge*G12,1);>>

25、; step(GeG)由此確定了PID控制器的參數(shù)為Kp=29.7，Ti=346，Td=86.5。以及系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線圖，如圖4所示。圖4系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線圖根據(jù)圖5可以得到：系統(tǒng)的超調(diào)量為 ，峰值時(shí)間為351s，上升時(shí)間為258s，調(diào)節(jié)時(shí)間為1773s，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值為“1”。4心得體會(huì)本次儀表與過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是我大學(xué)最后一次課程設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)一個(gè)玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)。本門課程儀表與過(guò)程控制系統(tǒng)是我們自動(dòng)化專業(yè)的一門綜合性非常強(qiáng)的課程，它綜合了之前學(xué)習(xí)過(guò)的傳感與檢查技術(shù)、自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論、模擬電子技術(shù)及單片機(jī)等課程的很多知識(shí)點(diǎn)，所以，本次課程設(shè)計(jì)也是對(duì)以前課程的一次梳

26、理總結(jié)和升華。本次課程設(shè)計(jì)我受益良多，本課程設(shè)計(jì)要求了解玻璃窯爐的生產(chǎn)工藝，對(duì)玻璃窯爐的控制對(duì)象進(jìn)行特性分析，設(shè)計(jì)玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)的硬件部分和軟件結(jié)構(gòu)，整定PID控制器參數(shù)，并說(shuō)明溫度控制原理。我通過(guò)查閱大量的書籍、報(bào)刊、雜志、專業(yè)網(wǎng)站、論壇的方式，找尋所需資料，反復(fù)比對(duì)研究有關(guān)資料，最終設(shè)計(jì)出了要求的玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我不僅對(duì)這門課的內(nèi)容進(jìn)行了回顧，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)，豐富了我的自動(dòng)化方面的知識(shí)。在此過(guò)程中，我進(jìn)一步深化了對(duì)這門課程課本所學(xué)知識(shí)的理解，通過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)系統(tǒng)，鍛煉了我應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，是對(duì)我綜合素質(zhì)的一次提高。參考文獻(xiàn)1

27、徐兵.過(guò)程控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20042翁維勤，孫洪程.過(guò)程控制系統(tǒng)及工程.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20023蔡啟仲.控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì).重慶大學(xué)出版社，20034施仁，劉文江.自動(dòng)化儀表與過(guò)程控制.北京：電子工業(yè)出版社，19915王毅.過(guò)程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表姓 名 性 別 男專業(yè)、班級(jí) 自動(dòng)化1004班課程設(shè)計(jì)題目： 玻璃窯爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)答辯或質(zhì)疑記錄：成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)：設(shè)計(jì)態(tài)度認(rèn)真、遵守紀(jì)律（10分）繪圖或仿真（20分）電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算正確（15分）報(bào)告規(guī)范，參考文獻(xiàn)充分（10分）獨(dú)立完成（20分）答辯（25分） 總分：_最終評(píng)定成績(jī)（以優(yōu)、良、中、