加热炉串级控制系统课程设计.doc

摘要 串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。1 串级控制系统的优点及如何设计 1 1.1 串级控制系统原理图、结构框图 1 1.2 串级控制系统的工作过程 2 2 管式加热炉的设计 3 2.1 系统设计与对比 3 2.1.1 两种单回路控制系统 3 2.1.2 串级控制管式加热炉整体设计 4 2.1.3 管式加热炉出口温度串级控制系统的方框图 5 2.2 副回路的设计与副参数的选择 5 2.3 主、副调节器调节规律的选择 5 2.4 主、副调节器正反作用方式选择 6 2.4主、副调节器选用 6 2.5 主、副电路检测变送器的确定 7 2.5.1 温度检测元件 7 2.5.2 温度变送器 8 2.6 调节阀的确定 9 3 系统参数整定 9 4 串级控制系统的控制效果 10 4.1 迅速克服进入副回路的二次干扰 10 4.2 提高了系统的工作频率 11 4.3 对负荷剧烈变化的适应能力 12 小结与体会 13 参考文献 14 管式加热炉温度串级控制系统设计 1 串级控制系统的优点及如何设计 1.1 串级控制系统原理图、结构框图 图1-1系统原理图 串级控制系统与简单控制系统的主要区别是，串级控制系统在结构上增加了一个测量变速器和一个调节器，形成了两个闭合回路，其中一个称为副回路，一个称为主回路。 图1-2串级控制系统结构框图 串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。4）应用于参数互相关联的过程5）应用于非线性过程1.2 串级控制系统的工作过程 当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。根据扰动施加点的位置不同，分种情况进行分析：1）扰动作用于副回路2）扰动作用于主过程3）扰动同时作用于副回路和主过程分析可以看到：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。2.1 系统设计与对比 2.1.1 两种单回路控制系统 图2-1管式加热炉出口温度的单回路控制 该系统由于采用单回路控制存在着原料、燃料的流量等扰动导致控制作用不及时；偏差大，控制质量差等问题。 图2-2 管式加热炉出口温度的间接控制 图2-1和2-2为两管式加热炉的两种单回路的控制系统。在上述两个方案中，炉出口温度不是被控量，当来自原料入口温度和初始温度等干扰因素使出口温度发生变化时，此间接控制系统无法将变化了的温度调回来。 综上可总结没有采用串级控制带来的干扰 （1）干扰来自燃料油流量的变化 初始阶段，出口温度不变，温度控制器的输出不变，流量控制器就按照变化了的测量值与没变的设定值之差进行控制，改变执行阀的原有开度，使燃料油向原来的设定值靠近。 当出口温度发生变化时，温度控制器不断改变着流量控制器的设定值，流量控制器就按照测量值与变化了的设定值之差进行控制，直到炉出口温度重新恢复到设定值 。 （2）干扰来自原料油方面，使炉出口温度升高 出口温度升高导致温度控制器输出降低，进而导致流量控制器设定值的降低 。 燃料油流量为适应温度控制的需要而不断变化。 2.1.2 串级控制管式加热炉整体设计 图2-3 管式加热炉出口温度串级控制 管式加热炉整体串级控制：针对燃料油的粘度,成分，处理量和燃料油热值为主要干扰对象而设计的管式加热炉的原料出口温度与炉膛温度的串级控制系统流程。 用温度控制器的输出作为流量控制器的设定值，由流量控制器的输出去控制燃料油管线的控制阀，可以抑制燃料油流量的扰动，同样，加热炉出口温度与炉膛温度的串级控制可以抑制燃料油