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管式加热炉温度-温度串级控制系统的设计
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更新于2023-06-05
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由于管式加热炉具有强耦合、大滞后等特性,控制起来非常复杂。同时,近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备,能耗很大。因此,在设计加热炉控制系统时,在满足工艺要求的前提下,节能也是一个重要质量指标,要保证加热炉的热效率最高,经济效益最大。另外,为了更好地保护环境,在设计加热炉控制系统时,还要保证燃料充分燃烧,使燃烧产生的有害气体最少,达到减排的目的。
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武汉理工大学《调节仪表与过程控制系统》课程设计说明书
目录
前言..............................................................................................................................................2
1设计的目的及意义....................................................................................................................3
1.1管式加热炉简介..............................................................................................................3
1.2 设计目的及意义.............................................................................................................4
2 管式加热炉温度控系统工作原理及控制要求.......................................................................5
3 总体设计方案...........................................................................................................................6
3.1 温度—温度串级控制系统.............................................................................................6
3.2 方案特点.........................................................................................................................6
4 串级控制系统分析...................................................................................................................7
4.1 主回路设计.....................................................................................................................7
4.2 副回路选择.....................................................................................................................8
4.3 主、副调节器规律选择.................................................................................................8
4.4 主、副调节器正反作用方式确定.................................................................................8
4.5 控制器软件设计.............................................................................................................8
4.6数字PID控制器参数整定.............................................................................................10
5 各仪表的选取及元器件清单.................................................................................................11
5.1 温度检测元件...............................................................................................................11
5.2 温度变送器...................................................................................................................12
5.3 调节阀...........................................................................................................................13
5.4 联锁保护.......................................................................................................................13
6 感受与体会.............................................................................................................................14
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武汉理工大学《调节仪表与过程控制系统》课程设计说明书
管式加热炉温度-
温度串级控制系统的设计
前言
自70年代以来,由于工业过程控制的需要,特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发
展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下,国外温度控制系统发展迅速,并在智能化
自适应、参数自整定等方面取得成果,在这方面,以日本、美国、德国、瑞典等国技术领
先,都生产出了一批商品化的、性能优异的控制器及仪器仪表,并在各行业广泛应用。它
们主要具有如下的特点:
1、适应于大惯性、大滞后等复杂控制系统的控制。
2、能够适应于受控系统数学模型难以建立的控制系统的控制。
3、能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的控制系统的控制。
4、这些控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论,
运用先进的算法,适应的范围广泛。
5、控制系统具有控制精度高、抗干扰力强、鲁棒性好的特点。目前,国外控制系统及
仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展。
随着人们物质生活水平的提高以及市场竞争的日益激烈,产品的质量和功能也向更高的
档次发展,制造产品的工艺过程变得越来越复杂,为满足优质、高产、低消耗,以及安全
生产、保护环境等要求,做为工业自动化重要分支的过程控制的任务也愈来愈繁重。
在现代工业控制中, 过程控制技术是一历史较为久远的分支。在本世纪30 年代就已
有应用。过程控制技术发展至今天, 在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展
时期。在自动控制时期内,过程控制系统又经历了三个发展阶段, 它们是:分散控制阶段
集中控制阶段和集散控制阶段。几十年来,工业过程控制取得了惊人的发展,无论是在
大规模的结构复杂的工业生产过程中,还是在传统工业过程改造中,过程控制技术对于提
高产品质量以及节省能源等均起着十分重要的作用。
目前,过程控制正朝高级阶段发展,不论是从过程控制的历史和现状看,还是从过程
控制发展的必要性、可能性来看,过程控制是朝综合化、智能化方向发展,即计算机集成
制造系统(CIMS):以智能控制理论为基础,以计算机及网络为主要手段,对企业的经营
计划、调度、管理和控制全面综合,实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统
信息管理的最优化。
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武汉理工大学《调节仪表与过程控制系统》课程设计说明书
1设计的目的及意义
1.1管式加热炉简介
管式加热炉是石油工业中重要装置之一,加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最
终温度达到并维持在工艺要求范围内。管式加热炉一般由四个主要部分组成:烟囱、对流
室、辐射室及燃烧器,示意图如图1所示:
图1 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。
辐射室:通过火焰或高
温烟气进行辐射传热的部分 。
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武汉理工大学《调节仪表与过程控制系统》课程设计说明书
这部分直接受火焰冲刷,温度很高(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。
1.2 设计目的及意义
由于管式加热炉具有强耦合、大滞后等特性,控制起来非常复杂。同时,近年来能源的节约、回
收和合理利用日益受到关注。加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备,能耗很大。因此,在
设计加热炉控制系统时,在满足工艺要求的前提下,节能也是一个重要质量指标,要保证加热炉的热
效率最高,经济效益最大。另外,为了更好地保护环境,在设计加热炉控制系统时,还要保证燃料充
分燃烧,使燃烧产生的有害气体最少,达到减排的目的。
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