热交换器温度控制系统课程设计
换热器出口温度控制系统设计
过程控制综合实践换热器热水出口温度控制系统设计小组成员：指导教师：目录一、被控对象的系统分析 (4)1.1、被控对象的工艺流程 (4)1，锅炉工艺流程： (4)2，换热器冷水工艺流程： (4)3、监控点和被测点分析 (5)1.2、控制需求（阐述控制系统的设计目标） (5)1，锅炉控制要求 (5)2，换热器控制要求 (5)1.3 对象特性分析（特点、扰动及难点） (5)1，锅炉特性分析 (5)2，换热器特性分析 (6)3、调节阀特性分析 (7)4、变频器特性分析 (8)二、控制系统分析和设计 (9)2.1、被控变量、操纵变量、扰动变量的选择 (9)1、换热器的相关变量选择 (9)2、锅炉对象的相关变量选择 (10)2.2、控制回路、控制算法的设计 (10)1.换热器串级控制方框图 (10)2、锅炉简单回路控制方框图 (11)2.3、I/O表(包括控制的仪表位号、名称、输入、输出信号) (11)三、控制系统设备选型与电气控制图绘制 (11)1．控制系统设备选型 (11)2．电气控制图绘制 (13)1、P&ID图（根据控制方案绘制工艺管道与控制流程图） (13)2、仪表盘或控制柜布局图、端子排和配电装置接线图等 (13)四、组态王监控软件的详细设计 (14)4.1、计算机及设备通讯 (14)1、工业网关ADAM4571的配置 (14)2、亚当ADAM4017、4024、4050配置及I/O口的检测 (15)3、组态王与亚当模块的连接 (16)4、设备连接故障检测 (17)4.2、人机界面的建立 (18)1、画面的建立 (18)2、工艺流程画面 (18)3、实时和历史曲线的建立 (19)4、调节器控件的使用 (21)4.3、变量定义和数据记录表格 (22)1、变量定义 (22)2、数据表格 (22)4.4、报警记录设计 (23)五、控制系统仿真研究 (24)5.1、锅炉仿真部分 (24)5.2、换热器仿真部分 (25)六、系统投运及参数整定 (27)1、锅炉温度控制系统投运与参数整定 (27)2、换热器控制系统投运与参数整定 (28)七、实验结果分析 (29)1、不同控制器参数对控制品质的影响 (29)2、实验结果 (29)3、控制系统性能分析 (30)八、实验分工、感受和文献资料 (31)8.1、实验分工 (31)8.2、实验感受 (31)8.2参考文献： (31)一、被控对象的系统分析1.1、被控对象的工艺流程1，锅炉工艺流程：（1）用泵1或者泵2给锅炉注水锅炉泵1注水：大水箱→泵1→换热器/电磁阀→锅炉锅炉泵2注水：大水箱→泵2→电动阀→锅炉（2）锅炉内热水循环工艺流程锅炉→泵1→换热器冷进→换热器冷出→锅炉2，换热器冷水工艺流程：大水箱→泵2→电动阀→换热器热进→换热器热出→大水箱备注：换热器上热进热出与冷进冷出标签贴反，但是对应的控制柜监测点没有反。
温度控制系统课程设计
前言温度是一种最基本的环境参数,日常生活和工农业生产中经常要检测温度。
传统的方式是采用热电偶或热电阻，但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过AD 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口，使得硬件电路结构复杂,制作成本较高。
近年来，美国DALLAS公司生产的DSI18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。
随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。
其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等。
智能温度传感器(亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。
它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE_）的结晶。
目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。
智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。
有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）,并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。
为了准确获取现场的温度和方便现场控制，本系统采用了软硬件结合的方式进行设计，利用LED数码管显示温度，利用DS18B20检测当前的温度值，通过和设定的参数进行比较，若实测温度高于设定温度，则通过555定时器产生频率可变的报警信号，若实测温度低于设定温度，则加热电路自动启动，到达设定温度后停止。
在软件部分，主要是设计系统的控制流程和实现过程，以及各个芯片的底层驱动设计已达到所要求的功能。
温控系统设计课程设计s12
温控系统设计课程设计s12一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握温控系统设计的基本原理和方法，能够运用所学知识分析和解决实际问题。
具体目标如下：1.掌握温控系统的基本组成和工作原理。
2.了解温控系统设计的流程和关键参数。
3.学习温控系统的各种传感器和执行器的选用方法。
4.熟悉温控系统的控制算法和调试方法。
5.能够运用所学知识分析和解决温控系统设计中的问题。
6.能够独立完成温控系统的设计和调试。
7.具备一定的创新能力和团队合作能力。
情感态度价值观目标：1.培养学生的责任感和使命感，使其意识到温控系统设计在现代社会中的重要性。
2.培养学生的创新意识和团队合作精神，提高其综合素质。
3.培养学生对科学研究的兴趣，激发其进一步深造的欲望。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.温控系统的基本原理和工作原理：介绍温控系统的定义、作用、基本组成及其工作原理。
2.温控系统设计的流程和关键参数：讲解温控系统设计的基本流程，以及各个环节中的关键参数确定方法。
3.传感器和执行器的选用：介绍各种常用传感器和执行器的原理、特点及选用方法。
4.控制算法和调试方法：讲解温控系统的控制算法，以及调试方法和技术。
5.实例分析：分析典型的温控系统设计案例，使学生能够将所学知识应用于实际问题的解决。
三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用以下教学方法：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握温控系统设计的基本原理和方法。
2.案例分析法：分析典型的温控系统设计案例，培养学生解决实际问题的能力。
3.实验法：通过实验操作，使学生熟悉温控系统的实际运行过程，提高学生的动手能力。
4.小组讨论法：分组讨论，培养学生的团队合作意识和创新精神。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的温控系统设计教材，为学生提供系统的学习资料。
2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系。
换热器出口温度单回路控制
目录目录 (1)1、概述 (2)1.1设备的分类 (2)1.2换热设备的换热目的 (2)1.3 换热器的组成 (3)1.4 换热器的工作原理 (3)2、换热器温度控制原理以及控制方案的确定 (4)3、被控对象特性研究 (6)3.1 被控变量的选择 (6)3.2 操纵变量的选择 (6)3.3 被控对象特性 (6)4、过程检测控制仪表的选用 (8)4.1 测温元件及变送器 (8)4.2 执行器 (9)4.3 调节器 (12)4.4、仪表型号清单列表 (13)5、系统方块图 (13)6、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 (14)6.1调节控制参数 (14)6.2 PID参数整定及系统仿真 (14)6.3 系统性能分析 (18)7、课程设计结论 (18)8、参考文献 (19)1、概述换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
本次课程设计我要完成换热器出口温度单回路控制系统设计，单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个控制对象（换热器）、一个检测元件及变送器（温度传感器）、一个调节器（PID）和一个执行器（阀门）所构成的闭合系统，方框图如下：F干扰作用参比信号（设定点）控制信号操纵变量 (干扰变量）Ys 偏差e u m 被控变量Y -Ym图1、单回路控制系统方框图其中，被控变量：温度；操纵变量：流量[1]。
1.1设备的分类根据不同的使用目的，换热器可以分为四类：加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器。
按照传热原理和实现热交换的形式不同可以分为间壁式换热器、混合式换热器、蓄热式换热（冷热流体直接接触）、有液态载热体的间接式换热器四种。
在石油、化工生产中间壁式换热器应用的最为广泛。
按冷、热流体进行热量交换的形式分为两类：一类是在无相变情况下的加热或冷却，另一种是在相变的情况下的加热或冷却。
按传热设备的结构形式来分，则有列管式、蛇管式、夹套式和套管式等[1]。
换热器温度控制系统简单控制系统方案
换热器温度控制系统简单控制系统方案(总16页)本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March目录目录 (2)1、题目 (2)2、换热器概述 (2)换热器的用途............................................................................................... 错误!未定义书签。
换热器的工作原理及工艺流程图............................................................... 错误!未定义书签。
3、控制系统 (3)控制系统的选择 (3)工艺流程图和系统方框图 (3)4、被控对象特性研究 (4)被控变量的选择 (4)操纵变量的选择 (4)被控对象特性 (5)调节器的调节规律的选择 (6)5、过程检测控制仪表的选用 (7)测温元件及变送器 (7)执行器 (10)调节器 (12)、仪表型号清单列表 (12)6、系统方块图 (13)7、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 (13)调节控制参数 (13)PID参数整定及系统仿真 (14)系统性能分析 (16)8、参考文献 (17)1、题目热交换器出口温度的控制。
2、换热器概述换热器的用途换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
进行换热的目的主要有下列四种：.使工艺介质达到规定的温度，以使化学反应或其他工艺过程很好的进行；.生产过程中加入吸收的热量或除去放出的热量，使工艺过程能在规定的温度范围内进行；.某些工艺过程需要改变无聊的相态；④.回收热量。
由于换热目的的不同，其被控变量也不完全一样。
在大多数情况下，被控变量是温度，为了使被加热的工艺介质达到规定的温度，常常取出温度问被控温度、调节加热蒸汽量使工艺介质出口温度恒定。
温度控制系统课程设计
目录目录 01 问题描述 02 需求分析 (1)3 概要设计 (5)模块划分 (5)完整硬件电路图 (5)主要模块流程图 (5)4 详细设计 (8)5 测试分析 (12)6 结束语 (14)参考文献 (15)致谢 (16)附录Ⅰ源程序代码 (17)附录Ⅱ系统整体电路图 (21)1 问题描述设计一个温度自动控制系统，采用温度传感器接收外界环境的温度信号，将信号产生的电流转变通过模数转换电路将温度信号转换为数字信号，再将数字信号传到单片机中进行分析处置并将其输出到四位七段译码显示器显示。
可手动调节温度传感器的温度值，用于模拟加热器的温度转变，当温度低于100°C时，喇叭就会报警，发出“嘀”的声音，同时蓝色LED亮，启动继电器使加热器工作，继续调高温度，当温度大于110°C时喇叭又会发出“嘀”的报警声，同时红色LED亮，关闭继电器使加热器停止加热。
正常温度下绿色LED亮，继电器断开，喇叭不叫。
程序源代码采用汇编语言编写。
2需求分析设计一个温度报警器，先要有一个温度传感器，用来传送温度信息，由于传感器的信号是模拟信号，则需要一个运算放大电路，把信号按比例放大，通过单片机内的模数转换程序将信号转换成数字信号，单片机采用AT89C51，、、作为数字信号输入端口，在外界温度信号传进单片机后需要将信号有输出到显示器上显示，以直观的看到外界温度的具体数值，我采用共阴极的四位七段译码显示器，至端口作为显示信号输出端口，当温度转变时，单片机需要对不同的温度范围做出反映，则我用作为控制喇叭的端口，至作为控制LED灯亮灭的端口，作为继电器的控制端口。
因此可知该实验中要用到的元件如下：图A T89C51单片机图四位七段译码显示器图温度信号收集器图继电器图喇叭报警器图温度指示灯3概要设计模块划分本设计共包括3个模块：3.1.1主程序模块初始化单片机各端口，对各个子模块进行统一的挪用与管理，首先挪用模数转换子程序ad_conv获取外界温度信号，并将其转化为对应的数字信号，再挪用温度判断及显示子程序display，对温度的大小进行分析，并与设定好的温度临界值比较，按照它们的大小关系控制喇叭是不是报警及LED亮哪一种颜色和选择继电器的通断。
过程控制课设--换热器温度控制系统设计
(3) Smith预估器的控制机理
Smith预估器控制的基本思路是：预先估计过程在基本扰动下的动态特性，然后 由预估器进行补偿控制，力图使被延迟了τ的被调量提前反映到调节器，并使之动作， 以此来减小超调量并加速调节过程。对于带长时滞过程而言，Smith预估器是一种非 常有效的通用的补偿器，其主要优点在于滞后时间能从闭环系统的特征方程中消除。 然而，预估器要求被控对象的数学模型非常准确，这在实际工程中很难办到，特别是 对积分和非稳定系统，其控制更为困难。Smith预估器控制原理图如图2.4所示。
2.1.1 串级控制系统设计
控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对 象（出口温度）组成闭合回路。
从冷流体管路阀门或离心泵转速变化到热流体出口温度改变，在这中间要相继通 过冷流体流量变化，换热器热交换速率变化，热流体出口温度变化等一系列过程，因 此整个控制通道的容量滞后大、时间常数大、这就导致控制系统的控制作用不及时、 最大偏差大、过度时间长、抗干扰能力差、控制精度降低。可以讲来自冷流体流量方 面的干扰因素包括在副回路内，因此可以大大减少这些扰动因素对于热流体出口温度 的影响。对于热流体流量和温度方面的干扰，采用串级控制系统也可以得到改善，具 体控制效果明显改善。
2.2 系统组成总体结构 .......................................... 3 2.2.1 换热器温度控制系统的组成与特点 ....................... 3 2.2.2 换热器温度控制原理 ................................... 3
史密斯(Smith)预估补偿器是得到广泛应用的纯滞后系统的控制方法。它针对纯滞 后系统闭环特征方程中含有纯滞后项，在 PID 反馈控制基础上,引入了一个预估补偿 环节，从而使系统闭环特征方程不含纯滞后项，抵消纯滞后特性所造成的影响，明显 地减小超调量和加速调节过程，提高了控制质量。
热交换器温度控制系统课程设计
热交换器温度控制系统一．控制系统组成由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。
图1换热器出口温度控制系统流程图控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。
被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。
二、设计控制系统选取方案根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。
其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。
对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。
以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。
换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。
热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。
冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。
在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。
在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。
多级离心泵的转速由便频器来控制。
换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。
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热交换器温度控制系统课程设计
热交换器温度控制系统
一．控制系统组成
由换热器出口温度控制系统流程图1能够看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。
图1换热器出口温度控制系统流程图
控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。
被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。
二、设计控制系统选取方案
根据控制系统的复杂程度，能够将其分为简单控制系统和复杂控制系统。
其中在换热器上常见的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。
对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。
以下是经过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。
换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别经过换热器的壳程和管程，经过热传导，从而使热流体的出口温度降低。
热流体加热炉加热到某温度，经过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。
冷流体经过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。
在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，能够调节冷热流体的大小。
在冷流体出口设置一个电功调节阀，能够根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。
多级离心泵的转速由便频器来控制。
换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到经过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是经过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。
图2换热器的温度控制系统工艺流程图
引起换热器出口温度变化的扰动因素有很多，简要概括起来主要有：
（1）热流体的流量和温度的扰动，热流体的流量主要受到换热器入口阀门的开度和循环泵压头的影响。
热流体的温度主要受到加热炉加热温度和管路散热的影响。
（2 ）冷流体的流量和温度的扰动。
冷流体的流量主要受到离心泵的压头、转速和阀门的开度等因素的影响。
冷流体的温度与大气温度和换热器回流水的流量等因素有关。
（3）加热炉的启停机的影响。
（4）室内温度与管路内气体变化和阀门开度的影响。
首先考虑采用单回路控制系统。
方块图如下图3所示：
图3单回路控制系统原理图
从图3所示的控制系统中能够看出，从冷流体管路阀门或离心泵转速变化到热流体出口温度改变，在这中间要相继经过冷流体流量变化，换热器热交换速率变化，热流体出口温度变化等一系列过程，因此整个控制通道的容量滞后大、时间常数大、这就导致控制系统的控制作用不及时、最大偏差大、过度时间长、抗干扰能力差、控制精度降低。
而工艺上对出口温度要求比较严格，一般希望波动范围不超过+-（1%~2%）。
根据大量的工程实践经验和实验的结果证明，采用图3所示单回路控制系统是达不到要求的，必须寻求其它控制方案。
分析各种影响热器出口温度的因素，除了热流体的流量和温度外，冷流体的流量、阀门的开度等因素和进入系统的位置，首先影响冷流体的流量，而后经过换热器从而影响影响热流体的出口温度。
如果以冷流体流量为被控变量，输送冷流体的离心泵转速为操纵变量，够成单回路控制系统，则该控制系统的通道的容量滞后大大减少，对来自离心泵的转速、阀门开度变化等干扰能及。