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。

3、监控点和被测点分析

1.2、控制需求（阐述控制系统的设计目标）

1，锅炉控制要求

锅炉控制要求是通过不断改变加热器电压使锅炉内水温保持恒定。锅炉内的水温变化是换热器控制系统的一个扰动，而且锅炉内的水经过换热器之后又以低于锅炉内水的温度而回到了锅炉内造成锅炉内水的温度不断下降，因此，锅炉控制系统的控制要求就是尽量使锅炉水温保持一个恒定值，这样换热器的扰动就会尽可能的小了。

2，换热器控制要求

换热气的控制要求是通过改变换热器的冷水流量而使换热器热水出口温度保持一个恒定值。换热器冷水的流量是一个输入量，由于冷水的流量和温度会不断发生变化，所以使换热器出口温度保持恒定就需要对冷水的流量做相应的串级控制，使流量尽可能维持在相应的稳定值范围内

1.3 对象特性分析（特点、扰动及难点）

1，锅炉特性分析

温度系统是一个有滞后的系统，而A-3000上的锅炉控制系统除了有滞后之

外它的散热量比较小，因此散热扰动比较小。A-3000锅炉控制系统还有一个特点，那就是在一定的加热量之下它的炉内温度会一直上升，因此它的控制系统模型不能用一阶惯性加纯滞后去模拟。在A-3000与换热器组成的换热系统之中由于锅炉内的水是不断循环的，因此锅炉控制系统的扰动主要是进水的温度，此控制系统的难点是需要根据对对象的实际操作去感受控制器PID参数的设计，仿真得出的数去与实际系统有一定偏差。

实验利用不同的加热电压加热锅炉，得到数据，加热电压不同对应的加热速率不同，记录不同加热电压对应不同的加热速率（如下表），拟合出加热电压与加热速率的特性曲线（如下图）。

锅炉对象曲线：

根据锅炉的特性曲线建立锅炉对象模型为积分环节，由此得出加热速率k=1e-6*+2e-5*x;又因为加热速率是温度关于时间的导数，即Dy/Dt=k:由以上两式得到锅炉广义对象的传递函数是：G(S)=0.0124/s+0.0046/

2，换热器特性分析

换热器控制系统也是一个温度控制系统，换热器系统通过改变冷水流量来实