工業(yè)爐溫度串級(jí)控制課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 概述</b></p><p>　　燃燒式工業(yè)窯爐是用耐火材料砌成的用以煅燒物料或燒成制品的設(shè)備，一般大型窯爐燃料多為重油，輕柴油或煤氣、天然氣。窯爐通常由窯室、燃燒設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備，輸送設(shè)備等四部分組成。窯爐大致分為 箱式、井式、梭式、網(wǎng)帶式、回轉(zhuǎn)式、窯車式、推板式隧道電阻爐、真空爐、氣體保護(hù)爐、超高溫管式推板爐（碳管爐）、鎢鉬粉焙燒爐、還原爐等各種

2、高、中、低溫工業(yè)窯爐，工作溫度200～2500℃?？捎糜赯nO壓敏電阻器、避雷器閥片、結(jié)構(gòu)陶瓷、紡織陶瓷、PTC&NTC熱敏電阻器、電子陶瓷濾波器、片式電容、瓷介電容、厚膜電路、片式電阻、磁性材料、粉末冶金、電子粉體、稀土化工、聚焦電位器、陶瓷基板、高鋁陶瓷及其金屬化，觸頭材料、硬質(zhì)合金材料、鎢鉬材料等的燒成。 </p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)是要完成燃燒式工業(yè)窯爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用

3、的是串級(jí)控制系統(tǒng)， </p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，窯爐以甲烷作為燃料。空氣和甲烷分別通入爐內(nèi)進(jìn)行燃燒?？諝庵泻趿考s為20%。所以可以得出空氣的流量是</p><p>　　甲烷的10倍就可以保證甲烷充分燃燒。假設(shè)空氣供應(yīng)充足，大氣壓恒定。所以串級(jí)控制系統(tǒng)。 </p><p>　　在本次設(shè)計(jì)中，窯爐以甲烷作為燃料?？諝夂图淄榉謩e通入爐內(nèi)進(jìn)行燃

4、燒。???，空氣中含氧量約為20%。所以可以得出空氣的流量是甲烷的10倍就可以保證甲烷充分燃燒。假設(shè)空氣供應(yīng)充足，大氣壓恒定。所以采用開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)。在本次課程設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型、便于分析，采用如下假設(shè)： 1、燃料為天然氣，被加熱的介質(zhì)為陶瓷，陶瓷的厚度為7厘米 2、窯爐為絕熱爐，廢渣不帶走熱量</p><p>　　1.2 燃燒式工業(yè)窯爐的控制要求</p><p&

5、gt;<b>　　（1）質(zhì)量指標(biāo)</b></p><p>　　燃燒式工業(yè)窯爐是用耐火材料砌成的用以煅燒物料或燒成制品的設(shè)備，其工作原理為燃料進(jìn)入爐內(nèi)燃燒，其發(fā)出的熱量一部分被被加熱介質(zhì)所吸收，另一部分用于維持爐內(nèi)整個(gè)環(huán)境的溫度。為了滿足工藝的需要，必須使?fàn)t內(nèi)溫度維持在一定的范圍內(nèi)。影響爐內(nèi)溫度最主要的因素為燃料的進(jìn)料流量，因此可以通過(guò)控制燃料的進(jìn)料流量來(lái)控制爐內(nèi)的溫度。</p>

6、<p><b>　?。?）約束條件</b></p><p>　　約束條件防止燃燒式工業(yè)窯爐的過(guò)程變量進(jìn)入危險(xiǎn)工作區(qū)或不正常工況。必須設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)反應(yīng)到控制系統(tǒng)中。假設(shè)本設(shè)計(jì)是在一般條件下的反應(yīng)器裝置，沒(méi)有爆炸危險(xiǎn)，因此只涉及了反應(yīng)液液位報(bào)警系統(tǒng)，在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)。</p><p>　?。?）被控變量的選擇 <

7、;/p><p>　　被控變量是生產(chǎn)過(guò)程中希望保持在定值獲按一定規(guī)律變化的過(guò)程參數(shù)。在燃燒式工業(yè)窯爐溫度控制系統(tǒng)中，我們希望爐內(nèi)的溫度保持在一定的范圍內(nèi)，因此可以把爐內(nèi)的溫度作為被控變量。 </p><p>　?。?）操縱變量的選擇 </p><p>　　在控制系統(tǒng)中，用來(lái)克服干擾對(duì)被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量就是操縱變量。對(duì)于燃燒式工業(yè)窯爐，燃

8、料的流量對(duì)爐內(nèi)溫度的影響最大，因此可以把燃料的流量作為操縱變量。</p><p>　　1.3 燃燒式工業(yè)窯爐的擾動(dòng)變量</p><p>　　燃燒式工業(yè)窯爐的擾動(dòng)變量有進(jìn)料的流量、出料的流量、爐中冷燃料的流量、燃料溫度變化、爐內(nèi)壓力等多個(gè)擾動(dòng)變量，其中燃料溫度的變化是主要擾動(dòng)。 這些擾動(dòng)變量有可控的和不可控的。</p><p>　　當(dāng)擾動(dòng)變量作用下反應(yīng)轉(zhuǎn)化率或反應(yīng)生

9、成物組分與溫度、壓力等參數(shù)之間不出現(xiàn)單值函數(shù)關(guān)系時(shí)，需要根據(jù)工況變化補(bǔ)償溫度控制系統(tǒng)的給定值。</p><p>　　1.4 燃燒式工業(yè)窯爐動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型</p><p>　　絕大部分被控工業(yè)對(duì)象都是具有穩(wěn)定性，是一個(gè)開(kāi)環(huán)穩(wěn)定的對(duì)象。通常，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程伴有強(qiáng)烈的熱效應(yīng)。有的是吸熱，也有的是放熱。然而本反應(yīng)器的反應(yīng)設(shè)置為放熱反應(yīng)。對(duì)于具有放熱效應(yīng)的對(duì)象，因外干擾式反應(yīng)器溫度升高，隨著反應(yīng)速度的

10、加快，釋放的熱量也迅速增多，最終導(dǎo)致溫度不斷上升。因此對(duì)于這種具有正負(fù)反饋性質(zhì)的放熱器，在外擾作用下，溫度的變化將向兩個(gè)極端方向發(fā)展：一種是溫度一直上升，最終使反應(yīng)器急速終了；另一種是若外擾先引起反應(yīng)器溫度下降，則溫度不斷下降，直到反應(yīng)停止。不少高分子聚合過(guò)程的情況就是如此，遂于這樣的放熱反應(yīng)過(guò)程，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)膿Q熱促使，將是一個(gè)開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定的對(duì)象。 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程涉及物料、能量平衡、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等，利用動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型可以更好的了解這些量的物理

11、意義。以爐式液相反應(yīng)器為例，來(lái)說(shuō)明反應(yīng)器激勵(lì)模型的建模思路。其中爐式液相反應(yīng)器裝置如圖1-1示：</p><p>　　圖1 燃燒式工業(yè)窯爐</p><p>　　1.4.1 基本動(dòng)態(tài)方程式</p><p><b>　?。?）基本假設(shè)</b></p><p>　?、賰蓚?cè)流體均呈活塞流狀流動(dòng)，無(wú)軸向混合；</p>

12、<p>　?、趶较驘醾鲗?dǎo)可用集中參數(shù)表示，即同一截面上各點(diǎn)溫度相同；</p><p>　?、蹅鳠嵯禂?shù)U和比熱Ca、Cb恒定不變；</p><p>　?、芄鼙跓崛莺雎圆挥?jì)；</p><p>　　⑤外部絕熱良好，即不考慮熱損失。</p><p>　　系統(tǒng)基本方程式的建立</p><p>　　現(xiàn)假設(shè)空氣充足，燃料

13、能夠充分燃燒，且窯爐是絕熱的，沒(méi)有熱量損失，則燃料燃燒的熱量一部分被被加熱的介質(zhì)所吸收，另一部分用于維持窯爐整個(gè)環(huán)境在一定的溫度范圍內(nèi)，現(xiàn)假設(shè)窯爐內(nèi)整個(gè)空氣環(huán)境所擁有的熱量為Q,燃料的體積流量為，燃料的燃燒值為,空氣的質(zhì)量為，空氣的比熱容為，被加熱介質(zhì)的傳熱系數(shù)為,傳熱面積為，爐內(nèi)溫度為，被加熱物質(zhì)和空氣的原始溫度為。</p><p><b>　　根據(jù)熱量關(guān)系，有</b></p>

14、<p><b>　　其中，則</b></p><p>　　將上式帶入（1）式，得到</p><p>　　對(duì)上式進(jìn)行增量化，則，得到</p><p>　　對(duì)上式進(jìn)行拉普拉斯變換，得到</p><p><b>　　則</b></p><p>　　現(xiàn)假設(shè)燃料為甲烷，被

15、加熱的物質(zhì)為磚，</p><p>　　磚的厚度為0.07m，長(zhǎng)為0.2m，寬為0.1m</p><p><b>　　甲烷的燃燒值為，</b></p><p><b>　　空氣的質(zhì)量</b></p><p><b>　　空氣的比熱容為,</b></p><p&

16、gt;<b>　　磚的傳熱系數(shù)為,</b></p><p><b>　　所有磚的傳熱面積為</b></p><p>　　將以上數(shù)據(jù)帶入（2）式，得到</p><p>　　1.4.2 模型的簡(jiǎn)化：</p><p>　　有上式整理得被控對(duì)象傳函為： </p><p><b&

17、gt;　　;</b></p><p>　　2 控制系統(tǒng)方案確定</p><p>　　串級(jí)控制系統(tǒng)是兩只調(diào)節(jié)器串聯(lián)起來(lái)工作，其中一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的給定值的系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是如下：</p><p>　　（1）能迅速克服進(jìn)入副回路擾動(dòng)的影響，對(duì)進(jìn)入副環(huán)的擾動(dòng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力；</p><p>　?。?）改善除主控制

18、器以外的廣義對(duì)象特性，使系統(tǒng)的工作頻率提高；</p><p>　　（3）串級(jí)系統(tǒng)可以消除副過(guò)程的非線性特性和憂郁調(diào)節(jié)閥流量特性不適合而造成的對(duì)控制質(zhì)量的影響；</p><p>　　（4）串級(jí)控制系統(tǒng)可以兼顧兩個(gè)變量，更精確控制操作變量；</p><p>　?。?）串級(jí)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)靈活的控制方式，必要死可切除副調(diào)節(jié)器。</p><p>　　

19、根據(jù)設(shè)計(jì)題目為燃燒式工業(yè)窯爐溫度串級(jí)控制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，假設(shè)該反應(yīng)器用于常態(tài)常壓反應(yīng)，因此選擇控制方案為燃燒式工業(yè)窯爐反應(yīng)溫度與爐燃料溫度構(gòu)成的T-T串級(jí)控制方</p><p>　　圖2 串級(jí)系統(tǒng)控制流程圖</p><p>　　如圖2-1所示；被控過(guò)程有三個(gè)熱容器：即爐中的燃料、反應(yīng)器壁和反應(yīng)器中的物料。由于從干擾引起反應(yīng)溫度下降，到調(diào)節(jié)閥動(dòng)作時(shí)溫度升高，其間需要經(jīng)過(guò)三個(gè)熱容過(guò)程?？刂仆ǖ赖?/p>

20、時(shí)間常數(shù)和容量滯后較大，最終使調(diào)節(jié)不及時(shí)而出現(xiàn)較大的偏差。圖中控制器用于克服干擾對(duì)爐燃料溫度的影響通過(guò)穩(wěn)定爐燃料溫度來(lái)及時(shí)抑制干擾對(duì)反應(yīng)溫度產(chǎn)生的影響。但是控制器不能克服干擾對(duì)的影響.因而也就不能保證符合工藝要求。為此要根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)的情況，適當(dāng)改變的設(shè)定值。以確定爐燃料溫度能使穩(wěn)定在工藝要求的數(shù)值上，即有控制器根據(jù)與的偏差來(lái)自動(dòng)改變的設(shè)定值 。</p><p><b>　　3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b&

21、gt;</p><p>　　3.1 被控變量和控制變量的選擇</p><p>　　3.1.1 被控變量的選擇</p><p>　　（1）主被控變量的選擇</p><p>　　根據(jù)工藝過(guò)程的控制要求，主被控變量應(yīng)該能反映工藝指標(biāo)。燃燒式工業(yè)窯爐的工藝指標(biāo)主要是反應(yīng)器內(nèi)溫度，利用反應(yīng)器內(nèi)溫度來(lái)衡量反應(yīng)物之間反映的充分情況。因此，若要反映工藝指標(biāo)

22、，燃燒式工業(yè)窯爐出口溫度必須是T-T串級(jí)控制系統(tǒng)的主被控變量。</p><p>　?。?）副被控變量的選擇</p><p>　　從串級(jí)控制的特點(diǎn)可知，當(dāng)擾動(dòng)進(jìn)入副回路時(shí)，副回路能迅速而強(qiáng)有力地克服它，起到超前控制作用，因此在選擇副變量時(shí)，一定要把主要擾動(dòng)包括在副回路內(nèi)，并力求把盡量多的擾動(dòng)包含在副回路中，以充分發(fā)揮串級(jí)控制的最大優(yōu)點(diǎn)，對(duì)主變量影響最嚴(yán)重、最劇烈、最頻繁的擾動(dòng)因素抑制到最低程

23、度，以確保主被控變量的控制質(zhì)量。同時(shí)燃料溫度變化是主要擾動(dòng)，包括燃料溫變化、燃料量變化等許多的擾動(dòng)。因此采用爐燃料溫度作為副被控變量。這樣完全符合副被控變量包括主要擾動(dòng)且包含盡可能多的擾動(dòng)的原則。</p><p>　　3.1.2控制變量的選擇</p><p>　　控制變量是在系統(tǒng)中加以控制的變量。除去系統(tǒng)的主、副被控變量外的一切變量，這些變量有些必須加以控制。在燃燒式工業(yè)窯爐中反應(yīng)溫度和爐

24、燃料溫度構(gòu)成的T-T串級(jí)控制系統(tǒng)中，燃料流量這一變量在系統(tǒng)中包括的擾動(dòng)變量最多，因此選取燃料流量作為系統(tǒng)的控制變量，這樣符合系統(tǒng)的整體控制。</p><p>　　3.2 主、副回路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 主回路的設(shè)計(jì)</p><p>　　串級(jí)控制系統(tǒng)的主回路仍是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，主回路的設(shè)計(jì)仍可用單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。因此主回路應(yīng)包括主要的

25、質(zhì)量指標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)。因此確定了主被控變量、主控制變量及主要擾動(dòng)變量就能組成主回路。由上述的主被控變量和控制變量的選擇可設(shè)計(jì)出系統(tǒng)主回路。如圖3-1所示；</p><p>　　圖3串級(jí)控制系統(tǒng)主回路</p><p>　　3.2.2 副回路的設(shè)計(jì)</p><p>　　副回路可看作是一種新的動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)。副回路設(shè)計(jì)是串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。從結(jié)構(gòu)上看，副回路也是一個(gè)單回路

26、，問(wèn)題的實(shí)質(zhì)在于如何從整個(gè)對(duì)象中選取一部分作為副對(duì)象，然后組成一個(gè)控制回路，即可歸納為如何選擇副參數(shù)。首先副參數(shù)的選擇應(yīng)使副回路的時(shí)間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反應(yīng)靈敏；其次副回路因包含被控對(duì)象所受到主要干擾。由此86-99</p><p>　　可設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的副回路。如圖3-2所示；</p><p>　　圖4串級(jí)控制系統(tǒng)副回路</p><p>　　3.3 現(xiàn)場(chǎng)儀表選型&

27、lt;/p><p>　　3.3.1 測(cè)溫檢測(cè)元件及變送器</p><p><b>　　溫度檢測(cè)元件</b></p><p>　　數(shù)量2（主副各一個(gè)）</p><p>　　圖5熱電偶的分度規(guī)格及特性表</p><p>　　由于主、副回路的溫度變送器的溫度范圍相差不大可以忽略，因此兩個(gè)熱電偶可以選擇相同的

28、。假設(shè)該燃燒式工業(yè)窯爐用于普通常壓的情況下100℃條件下的反應(yīng)。由此可選鎳鉻-銅鎳（GB/T4993-1998）的熱電極代號(hào)為EP。在溫度測(cè)量環(huán)節(jié)可用以下的一節(jié)化解來(lái)近似：式中，與測(cè)量?jī)x表的量程有關(guān)。為溫度測(cè)量環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，單位為分，min.在實(shí)際過(guò)沉重這些參數(shù)基本不變。這里假設(shè)，主溫度儀表量程為50~150℃，副溫度儀表量程為0~500℃，測(cè)量環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)。而各儀表輸出經(jīng)歸一化后均為0~100%，因而有, 。可選出上述的熱電偶。&

29、lt;/p><p>　　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(dòng)的影響，且距熱源較近，其溫度波動(dòng)也較大，給測(cè)量帶來(lái)誤差，為了降低這一影響，通常用補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的連接導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用就是將熱電偶的冷端延長(zhǎng)到距離熱源較遠(yuǎn)、溫度較穩(wěn)定的地方。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用如圖3-3所示：</p><p><b>　　圖6 補(bǔ)償導(dǎo)線作用</b></p>&l

30、t;p>　　用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端延長(zhǎng)到溫度比較穩(wěn)定的地方后，并沒(méi)有完全解決冷端溫度補(bǔ)償問(wèn)題，為此還要采取進(jìn)一步的補(bǔ)償措施。具體的方法有：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。</p><p><b>　　溫度變送器</b></p><p>　　數(shù)量：2（主副各一個(gè)）</p><p>　　檢測(cè)信號(hào)要進(jìn)入控制系

31、統(tǒng)，必須符合控制系統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。變送器的任務(wù)就是將檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。因此，熱電偶和熱電阻的輸出信號(hào)必須經(jīng)溫度變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后，才能進(jìn)入控制系統(tǒng)，與調(diào)節(jié)器等其他儀表配合工作。</p><p>　　如圖3-4所示；給出了溫度變送器的原理框圖，雖然溫度變送器有多個(gè)品種、規(guī)格，以配合不同的傳感元件和不同的量程需要，但他們的結(jié)構(gòu)基本相同。</p><p>　　圖7溫度變送器原理方框圖

32、 </p><p>　　圖8智能溫度變送器  </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用鎳鉻-銅鎳EP-II型熱電偶溫度變送器。</p><p><b>　　3.3.2 執(zhí)行器</b></p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　圖9氣動(dòng)球閥

33、</b></p><p>　　內(nèi)螺紋連接球閥及對(duì)焊連接球閥分為整體式、兩段式及三段式。閥體鑄造，結(jié)構(gòu)合理、造型美觀。閥座采用彈性密封結(jié)構(gòu)，密封可靠，啟閉輕松?？稍O(shè)置90°開(kāi)關(guān)定位機(jī)構(gòu)，根據(jù)需要加鎖以防止誤操作。內(nèi)螺紋連接不堪閥及對(duì)焊連接球閥適用于PN1.0～4.0MPa,工作溫度-29～180℃（密封圈為增強(qiáng)聚四氟乙烯）或-29～300℃（密封圈為對(duì)位聚苯）的各種管路上，用于截?cái)嗷蚪油ü苈分?/p>

34、的介質(zhì)，選用不同的材質(zhì)，可分別適用于燃料、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氨鹽燃料、中和燃料等多種介質(zhì)。</p><p>　　假設(shè)調(diào)節(jié)閥為近似線性閥，其動(dòng)態(tài)滯后忽略不計(jì)，而且式中為調(diào)節(jié)閥的流通面積，通常在一定范圍內(nèi)變化，這里假設(shè)（即控制器的輸出變化，調(diào)節(jié)閥的相對(duì)流通面積變化）。</p><p><b>　　3.3.3 調(diào)節(jié)器</b></p><p>　

35、　圖10智能溫度變送器</p><p>　　選擇SK－808/900系列智能PID調(diào)節(jié)儀</p><p>　　智能PID調(diào)節(jié)儀與各類傳感器、變送器配合使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、液位、容量、力等物理量的測(cè)量顯示、智能PID調(diào)節(jié)儀并配合各種執(zhí)行器對(duì)電加熱設(shè)備和電磁、電動(dòng)、氣動(dòng)閥門進(jìn)行PID調(diào)節(jié)和控制、報(bào)警控制、數(shù)據(jù)采集、記錄。 </p><p>　　3.4 主、副控制器

36、正、反作用的選擇</p><p>　　假設(shè)燃燒式工業(yè)窯爐中反應(yīng)為放熱反應(yīng)。則選擇如下：</p><p>　?。?）控制閥：從安全角度考慮，選擇氣開(kāi)型控制閥（出現(xiàn)斷氣等事故時(shí)應(yīng)阻止燃料的進(jìn)入）；</p><p>　?。?）副控制對(duì)象（）：燃料流量增加，爐溫度上升，因此；</p><p>　?。?）副控制器（）：為保證負(fù)反饋，應(yīng)滿足，因此，應(yīng)選，

37、即選用反作用控制器；</p><p>　　（4）主被控對(duì)象（）：當(dāng)爐溫度升高時(shí)，出料溫度升高，因此；</p><p>　?。?）主控制器（）：為保證負(fù)反饋，應(yīng)滿足，因此，應(yīng)選，即選用反作用控制器。</p><p>　　3.5 控制系統(tǒng)方框圖</p><p>　　圖11燃燒式工業(yè)窯爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖</p><p&g

38、t;　　如圖3-5所示；反應(yīng)溫度與爐溫度構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，反應(yīng)溫度為主被控變量，爐溫度為副被控變量。反應(yīng)溫度控制器的輸出作為爐溫度控制的設(shè)定值。</p><p>　　此溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的具體工作過(guò)程為：當(dāng)工況穩(wěn)定時(shí)，物料的流量和溫度不變，燃料的壓力和溫度穩(wěn)定。反應(yīng)溫度和爐燃料溫度均處于相對(duì)平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥保持一定開(kāi)度，也穩(wěn)定在設(shè)定值上。如果工況平衡被破壞，一方面燃料干擾會(huì)影響爐燃料的溫度，副控制器動(dòng)作，控制調(diào)節(jié)閥

39、改變?nèi)剂狭髁浚钥朔鋵?duì)爐燃料溫度的影響。如果干擾量不大，經(jīng)過(guò)副回路的及時(shí)控制一般不會(huì)影響反應(yīng)溫度。如果干擾量副職較大，副回路雖能及時(shí)矯正，但仍可能影響反應(yīng)溫度，此時(shí)再通過(guò)主控制器的進(jìn)一步調(diào)節(jié)，就可以完全克服上述擾動(dòng)。若進(jìn)料干擾使反應(yīng)溫度變化，通過(guò)主回路即可抑制其影響。顯然由于副回路的存在加快了控制作用，使擾動(dòng)對(duì)反應(yīng)溫度的影響比單回路要小。</p><p>　　3.6 分析被控對(duì)象特性及控制算法的選擇</

40、p><p>　　3.6.1 被控對(duì)象特性分析</p><p>　　由于被控變量的選擇中可知主被控變量為反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度，副被控變量為爐內(nèi)燃料的溫度。由設(shè)計(jì)可知；主擾動(dòng)為進(jìn)料口進(jìn)料流量，副擾動(dòng)為燃料流量。</p><p>　　依據(jù)文獻(xiàn)資料可做以下假設(shè)：對(duì)于燃燒式工業(yè)窯爐反應(yīng)溫度對(duì)象，控制通道與擾動(dòng)通道的動(dòng)態(tài)特性可假設(shè)為：， 。對(duì)于爐燃料溫度對(duì)象，控制通道與擾動(dòng)通道動(dòng)態(tài)特

41、性可假設(shè)為：，。</p><p>　　3.6.2 控制算法的選擇</p><p>　　根據(jù)燃燒式工業(yè)窯爐的工藝指標(biāo)及工藝要求，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制算法選擇PID算法。</p><p>　　3.7 控制系統(tǒng)的仿真及參數(shù)整定</p><p>　　3.7.1 控制系統(tǒng)的SIMULINK仿真</p><p>　　由各個(gè)傳函等模塊

42、所組成的SIMULINK模型如下圖所示，其中兩個(gè)溫度控制器都采用PID調(diào)節(jié)器。對(duì)應(yīng)的對(duì)象模型參數(shù)分別取值為：</p><p><b>　　，，，</b></p><p><b>　　，，，</b></p><p><b>　　，,</b></p><p>　　可得到串級(jí)控制系統(tǒng)

43、SIMILINK仿真模型，如圖3-6所示；</p><p>　　圖12燃燒式工業(yè)窯爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)SIMULINK模型</p><p>　　3.7.2 串級(jí)控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法</p><p>　　爐反應(yīng)器串級(jí)控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定過(guò)程為：進(jìn)行主控制器的參數(shù)整定。</p><p>　　步驟一 首先設(shè)定控制器PID參數(shù)的初始值為<

44、;/p><p>　　可得到系統(tǒng)輸出圖如圖3-7所示；此圖不符合整定要求。</p><p>　　圖13系統(tǒng)初始輸出圖</p><p>　　步驟二 再根據(jù)設(shè)定值跟蹤速度的快慢，調(diào)整PID中的值，將副回路的放大系數(shù)適當(dāng)放大，適當(dāng)減小，增加調(diào)控力度。可得到整定輸出圖，如圖3-8所示；</p><p>　　圖14系統(tǒng)最終輸出圖</p>&l

45、t;p>　　最后選取的溫度控制器的參數(shù)為,,，，，?？傻玫秸ㄝ敵鰣D，如圖3-9所示；</p><p><b>　　主回路：</b></p><p><b>　　副回路：</b></p><p>　　圖15系統(tǒng)最終輸出圖</p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)：</b>&l

46、t;/p><p>　　由此可知，串級(jí)控制系統(tǒng)能迅速的克服進(jìn)入副回路擾動(dòng)的影響，對(duì)進(jìn)入副環(huán)的擾動(dòng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力；它還改善了除主控制器以外的廣義對(duì)象特性，是系統(tǒng)的工作頻率提高；并且消除副過(guò)程的非線性特性和由于調(diào)解閥流量不適合而造成的對(duì)控制質(zhì)量的影響；可兼顧兩個(gè)變量，更精確控制操作變量，控制方式靈活，必要時(shí)可切除副調(diào)節(jié)器。這些都大大的提高了串級(jí)控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。設(shè)計(jì)基本合格滿足設(shè)計(jì)要求。</p>

47、<p>　　4 課程設(shè)計(jì)心得及體會(huì)</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程?！扒Ю镏惺加谧阆隆保ㄟ^(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義．我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　通過(guò)這次燃燒式工業(yè)窯爐溫度串

48、級(jí)控制控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我在很多方面都有所提高。在這次課程設(shè)計(jì)中，我基本上掌握了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并且對(duì)串級(jí)控制方法有了更深入的的了解。通過(guò)系統(tǒng)仿真，我對(duì)系統(tǒng)性能有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，明確了各個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。我綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)的課程理論，更加升入了解了串級(jí)控制系統(tǒng)的各個(gè)方面的知識(shí)。進(jìn)一步了解串級(jí)控制系統(tǒng)在生產(chǎn)實(shí)際中的運(yùn)用原理及過(guò)程。大大提高了個(gè)人獨(dú)立工作和學(xué)習(xí)能力，鞏固與擴(kuò)充了過(guò)程控制系統(tǒng)這方面所學(xué)的內(nèi)容，掌握控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和

49、步驟，掌握了課程設(shè)計(jì)中的燃燒式工業(yè)窯爐的工藝性能及指標(biāo)，并且掌握了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的各個(gè)參數(shù)及工藝要求的確定。熟悉了設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各科相關(guān)的知識(shí)都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了很大的提高。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)使我在各個(gè)方面的能力都有很大的提高，并且從中也意識(shí)到了自己的不足，并且得到了彌補(bǔ)。為自己以后在工作中打下了良好了基礎(chǔ)。另外感謝各位老師的指導(dǎo)。</p><p>

50、　　圖2 串級(jí)系統(tǒng)控制流程圖</p><p><b>　　主要參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 戴連奎.過(guò)程控制工程. 第3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2012.</p><p>　　[2] 王毅.過(guò)程裝備控制技術(shù)及其應(yīng)用. 第2版.化學(xué)工業(yè)出版社,2011.</p><p>　　[3] 王樹(shù)青.工業(yè)過(guò)程控制

51、工程.化學(xué)工業(yè)出版社,2003.</p><p>　　[4] 厲玉鳴.化工儀表及自動(dòng)化. 第4版.化學(xué)工業(yè)出版社,2008.</p><p>　　[5]孟華.工業(yè)過(guò)程檢測(cè)與控制. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2002.</p><p>　　[6] 吳勤勤.控制儀表及裝置. 第2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.</p><p>　　[7]

52、 張永德. 過(guò)程控制裝置. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[8] 俞金壽.過(guò)程自動(dòng)化及儀表. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.</p><p>　　[9] 康勇、張建偉、李桂水. 過(guò)程流體機(jī)械. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　[10] 劉文定，王東林. 過(guò)程控制系統(tǒng)的MATLAB仿真. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.