管式加热炉出口温度及炉膛温度串行控制系统设计.doc

绪论 1.1 设计要求 综合运用过程控制系统及自动控制原理课中所学到的理论知识，联系工程实际，选择合理的主变量、副变量，选择合理的控制方式，设计一个符合要求的串级控制系统。 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 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%的一次阶跃扰动信号，系统的输出曲线； 7．分析系统特点。 8．撰写设计说明书及注意事项。 1.1.2 设计功能 主要功能： 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。 系统总体设计方案 2.1工艺流程图 管式加热炉是工业生产中的常用设备之一，其工艺流程图如图2-1所示： 图2-1 管式加热炉工艺流程图 2.2方框图和工艺流程的介绍 此次管式加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统的设计采用主副回路的串级控制方案，即选取炉口温度为主被控参数，选取炉膛温度为副被控参数，把炉口温度调节器的输出作为炉膛温度调节器的给定值。其系统框图如图2-2所示： 图2-2 管式加热炉出口温度串级控制系统框图 管式加热炉简介： 管式加热炉一般由个主要部分组成：烟囱、对流室辐射室及示意图 图2-3 管式加热炉 通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这部分直接受火焰冲刷，度很高（600-1600），是热交换的主要场所（约占热负荷的70-80%）。燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。硬件设计和器件的选择 3.1系统电气接线框图 本系统采用两个AI818控制器构成主副控制回路，其系统电气接线图如图3-1所示： 图3-1 系统电气接线图 3.2器件选择及元器件清单 1.控制器 AI-818人工智能温控器/调节器?除支持标准电流（电压）信号输入外，还支持各种热电偶、热电阻、电阻及辐射（红外）温度计等，并具备扩充输入插座安装特殊输入规格，并可自定义特殊输入的非线性校正表格，可外接Cu50铜电阻作热电偶冷端补偿，0.1级测量精度，温漂小于30PPm/。除主输入外的第二路输入用于外给定或阀门信号反馈功能，可组成串级或比值调节器等复杂调节系统。模块化输出支持SSR电压、线性电流（电压）、继电器触点开关、可控硅无触点开关、单相、三相可控硅过零触发、移相触发输出及位置比例输出（直接驱动阀门电机正/反转）等。除主输入外的第二路输入用于外给定或阀门信号反馈功能，可组成串级或比值调节器等复杂调节系统。具备MPT、AI人工智能调节APID等多种调节方式，具有自整定、自学习功能，无超调及无欠调的优良控制特性，亦可使用位式控制（ON-OFF）功能;双组独立参数PID可支持加热/冷却双输出功能先进的AIBUS通讯协议：支持RS485或RS232C通讯接口，配合快速通讯技术能方便组建数千点规模的大、中型计算机控制系统，亦可组成AI系列触摸屏控制系统/分体式无纸记录仪。支持上限、下限、偏差上限及偏差下限等多种报警功能，并可自由定义4个报警输出端口，支持多个报警信号从同一位置输出。具备上电免除报警等功能，避免上电报警误动作。可选用的面板尺寸：A、A2、B、C、C3、E、E2、E5、F、D。 2.温度检测元件 常用的温度检测元件有热电偶，热电阻和热敏电阻温度计等。 热电偶是根据热电效应制成的一种温度传感元件，能将温度信号转换成电动势（mV）信号，配以测量毫伏的指示仪表或变送器可以实现温度的测量指示或温度信号的转换。具有结构简单、坚固耐用、稳定性好、复现性好、精度高、测量范围宽、体积小、响应时间较小等优点，便于远距离、多点、集中测量和自动控制，热电偶一般用于500°C以上的高温，可以在1600°C高温下长期使用。 热电阻也可以作为温度传感元件。大多数电阻的阻值随温度变化而变化，如果某材料具备电阻温度系数大、电阻率大、化学及物理性能稳定、电阻与温度的关系接近线性等条件，就可以作为温度传感元件用来测温，称为热电阻。热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电阻两类。大多数金属热电阻的阻值随其温度升高而增加，而大多数半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减少。 由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较