过程自动化及仪表 课程设计

过程自动化及仪表课程设计

在某生产过程中，通过加热炉对冷物料进行加热。热物料温度必须满足生产工艺要求(300±2)℃.，故设计如图所示的温度控制系统。

1.试画出控制系统的组成框图。

2.选择自动化仪表给出各仪表的型号。

3.确定调节阀的气开、气关形式，选择调

节间的理想流量特性。

4.确定调节器的正，反作用和控制规律。

5.画出系统接线图。

目录

前言 (2)

1、方块图 (3)

2、仪表和符号 (3)

3、确定调节阀的气开、气关形式 (3)

4、选择调节阀的理想流量特性 (4)

5、调节阀的正、反作用 (4)

6、控制规律 (5)

前言

本加热炉温度控制系统采用单回路控制方案，即可实现控制要求。在运行过程中，当物料出口温度受干扰影响改变时，温度检测元件测得的模拟信号也会发生对应的改变，该信号经过变送器转换后变成调节器可分析的数字信号，进入调节器，将变动后的信号再与给定相比较，得出对应偏差信号，经PID算法计算后输出，通过执行器调节燃料流量，不断重复以上过程，直至物料出口温度接近给定，处于允许范围内，且达到稳定。由此消除干扰的影响，实现温度的控制要求。

工业过程的控制系统中输入变量有两类:控制变量和扰动变量。其中，干扰时客观存在的，它是影响系统平稳操作的因素，而操纵变量是克服干扰的影响，使控制系统重新稳定运行的因素。

控制参数选择的基本原则:

1、择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为控制参数;

2、在以上前提下，选择变化范围较大的输入变量作为控制参数，以便易于

控制;

3、在1的基础上选择对被控变量作用效应较快的输入变量作为控制参数，

使控制系统响应较快;

综合以上原则，本系统选择燃料的流量作为控制参数。

被控参数选择的基本原则:

1、尽量选择能直接反应控制目的的参数为被控参数

2、选择与控制目的有某种单值对应关系的间接单数作为被控参数

3、所选的被控参数必须有足够的变化灵敏度。

综合以上原则，本系统中选择物料的出口温度作为被控参数。

1、方块图

2、仪表和符号

总体的设计方案思路是:利用对燃料量的控制最终实现对冷物料的控制。本次设计采用简单控制系统对加热炉温度进行控制。系统由过程检测、变送和控制仪表、执行装置等组成，通过各种类型的仪表完成对过程变量的检测、变送和控制，并经执行装置作用于生产过程。

由于被控温度在600度以下，可选用热电阻作为测温元件并配用温度变送器，温度变送器选用STT3000智能温度变送器。为了减少滞后，控制器选用PID控制。根据系统流程和工艺需求，选定系统仪表为DDZ-III型仪表。

3、确定调节阀的气开、气关形式

对于选择调节阀的开、关形式，需要考虑到以下几种因素:

①生产安全角度:当气源供气中断，或调节阀出故障而无输出等情况下，应该确保生产工艺设备的安全，不至发生事故;

②保证产品质量:当发生控制阀处于无源状态而恢复到初始位置时，产品的质量不应降低;

③尽可能的降低原料、产品、动力损耗;

④从介质的特点考虑。

故当系统失气时要保证加热炉不工作，即没有燃料燃烧，失气时阀门关闭，故采用气开阀。

4、选择调节阀的理想流量特性

对于调节阀理想流量特性的选择

在生产中常用的理想流量特性是线性、对数和快开特性，而快开特性主要用于双位控制及程序控制，因此控制阀流量特性的选择通常是指如何合理选择线性和对数流量特性。正确的选择步骤是:

①根据过程特性，选择阀的工作特性;

②根据配管情况，从所需的工作特性出发，推断理想流量特性。

常规控制器的控制规律是线性的，控制器参数整定后希望能适应-定的工作范围，不需要经常调整。这就要求广义对象是线性的，即在遇到负荷、阀前的压力变化或设定值变动时，广义对象特性基本保持不变。因此从自动控制系统角度看，要求控制阀工作特性的选取原则是：使整个广义对象具有线性特性。由题意知，当热物料温度过高或过低是调节阀关下或开大这是一个线性的过程，故在此可以选择线性流量特性。

5、调节阀的正、反作用

负反馈是一个过程控制系统正常工作的必要前提保证，因而调节阀作用方式的确定原则是保证反馈回路为负反馈。温度控制过程中，加热炉温度升高，物料温度也升高；为保证回路为负反馈，各环节放大系数乘积必须为正，所以调节阀的作用方式为反作用方式。

即选用气开阀后有K v > 0 ，燃料流量变大时，对象增益，即K0 > 0 ，则检测变送变大，即K m > 0 ，由于K= K v * K0 * K m * K c，要保证系统的负反馈就要K > 0 ，由此得到K c > 0 ，故采用反作用调节阀。

6、控制规律

本加热炉温度控制系统较为简单，故采用数字PID算法作为系统的控制算法。采用PID调节器组成的PID自动控制系统调节炉温。PID调节器的比例调节，可产生强大的稳定作用;积分调节可消除静差值;微分调节可加速过滤过程，克服因积分作用而引起的滞后。控制系统通过温度检测元件不断的读取物料出口温度，经过温度变送器转换后接入调节器，调节器将给定温度与测得的温度进行比较得出偏差值，然后经PID算法给出输出信号，执行器接收调节器发来的信号后，根据信号调节阀门开度，进而控制燃料流量，改变物料出口温度，实现对物料出口温度的控制。

所以调节阀的控制规律采用PID控制规律，PID控制规律可调参数多，能满足对出口温度的准确控制；同时其系统稳定性好、工作可靠、调整方便。

7、系统接线图