加熱爐控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)哈爾濱理工大學(xué)-文庫吧
2025-06-01 22:42 本頁面
【正文】 引起的滯后。控制系統(tǒng)通過溫度檢測(cè)元件不斷的讀取物料出口溫度，經(jīng)過溫度變送器轉(zhuǎn)換后接入調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將給定溫度與測(cè)得的溫度進(jìn)行比較得出偏差值，然后經(jīng)PID算法給出輸出信號(hào)，執(zhí)行器接收調(diào)節(jié)器發(fā)來的信號(hào)后，根據(jù)信號(hào)調(diào)節(jié)閥門開度，進(jìn)而控制燃料流量，改變物料出口溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料出口溫度的控制。 本加熱爐溫度控制系統(tǒng)采用單回路控制方案，即可實(shí)現(xiàn)控制要求。在運(yùn)行過程中，當(dāng)物料出口溫度受干擾影響改變時(shí)，溫度檢測(cè)元件測(cè)得的模擬信號(hào)也會(huì)發(fā)生對(duì)應(yīng)的改變，該信號(hào)經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)換后變成調(diào)節(jié)器可分析的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入調(diào)節(jié)器，將變動(dòng)后的信號(hào)再與給定相比較，得出對(duì)應(yīng)偏差信號(hào)，經(jīng)PID算法計(jì)算后輸出，通過執(zhí)行器調(diào)節(jié)燃料流量，不斷重復(fù)以上過程，直至物料出口溫度接近給定，處于允許范圍內(nèi)，且達(dá)到穩(wěn)定。由此消除干擾的影響，實(shí)現(xiàn)溫度的控制要求。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制流程圖根據(jù)控制要求和控制方案設(shè)計(jì)的加熱爐溫控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖31所示, 該系統(tǒng)主要由調(diào)節(jié)對(duì)象(加熱爐)、檢測(cè)元件(測(cè)溫儀表)、變送器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器等5個(gè)部分組成, 構(gòu)成單回路負(fù)反饋溫度系統(tǒng)。其中顯示器是可選接次要器件，故用虛線表示；θ為物料出口溫度，Qg為燃料流量。箭頭方向?yàn)樾盘?hào)流動(dòng)方向，溫度信號(hào)由檢測(cè)元件進(jìn)入控制系統(tǒng)，經(jīng)過一系列器件和運(yùn)算后，由執(zhí)行器改變?nèi)剂狭髁?，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度控制。圖31 加熱爐溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖32 加熱爐溫度控制系統(tǒng)整體控制流程圖Qg為燃料流量，θ為物料出口溫度，加熱爐作為控制對(duì)象。第四章 控制儀表的選型 測(cè)溫元件本控制系統(tǒng)的測(cè)溫元件采用Pt100熱電阻，工業(yè)用鉑電阻作為溫度測(cè)量變送器，通常用來和顯示、記錄、調(diào)節(jié)儀表配套，直接測(cè)量各種生產(chǎn)過程中從0 ～ 500℃ 范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體等表面溫度。型號(hào)：DBW4230，環(huán)境溫度:0~50℃,環(huán)境濕度:90%RH,供電電源:220AC、220VAC(開關(guān)電源)功耗:≤6W,分度號(hào)：熱電阻Pt100，測(cè)量范圍：0~500℃，輸入信號(hào)：15V，輸出信號(hào)：420mA，精度等級(jí)： DX2000型無紙記錄儀:DX2000系列新型無紙記錄儀,為DX200系列無紙記錄儀的升級(jí)產(chǎn)品,。額定電源電壓：220VAC +1015 ％，使用電源電壓范圍：90 ～ 260 VAC，額定電源頻率：50 ～ 60 Hz，功耗： 15W環(huán)境溫度 0 ～ 50 ℃環(huán)境濕度： 20 ～ 80% RH （ 5 ～ 40 ℃） 調(diào)節(jié)器 DDZIII型PID調(diào)節(jié)器TDM400性能指標(biāo)如下表所示： DDZIII型PID調(diào)節(jié)器性能指標(biāo)名稱性能輸入信號(hào)1~5V直流電壓外給定信號(hào)4~20mA直流電流（輸入電阻250?）輸出信號(hào)4~20mA直流電流負(fù)載電阻250?~750?輸入與給定指示0~100%，%輸出信號(hào)指示0~100%，%整定參數(shù)（F=1情況下）比例帶Xp=2~500%連續(xù)可調(diào)，%；~~25分。分別連續(xù)可調(diào)，最大值與最小值刻度誤差為%；微分時(shí)間Td=~10分，連續(xù)可調(diào)，最大刻度誤差為%干擾系數(shù)F積分增益KdKd10閉環(huán)跟蹤誤差 ：圖41 DDZIII型調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器接線端子 執(zhí)行器本系統(tǒng)中，執(zhí)行器是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是按照調(diào)節(jié)器所給定的信號(hào)大小和方向，改變閥的開度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)燃料流量的裝置。 ： 執(zhí)行器在結(jié)構(gòu)上分為執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括氣動(dòng)、電動(dòng)和液動(dòng)三大類，而液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用甚少，同時(shí)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中使用最廣泛的是氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇主要是指對(duì)氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇，由于氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作溫度范圍較大，防爆性能較好，故本系統(tǒng)選擇氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)并配上電/氣閥門定位器。調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)形式需要考慮到以下幾種因素：① 生產(chǎn)安全角度：當(dāng)氣源供氣中斷，或調(diào)節(jié)閥出故障而無輸出等情況下，應(yīng)該確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不至發(fā)生事故；② 保證產(chǎn)品質(zhì)量：當(dāng)發(fā)生控制閥處于無源狀態(tài)而恢復(fù)到初始位置時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量不應(yīng)降低；③ 盡可能的降低原料、產(chǎn)品、動(dòng)力損耗；④ 從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。 綜合以上各種因素，在加熱爐溫度控制系統(tǒng)中，執(zhí)行器的調(diào)節(jié)閥選擇氣開閥：執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用正作用方式，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)正裝以實(shí)現(xiàn)氣開的氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)蝶閥。1. 調(diào)節(jié)閥的流量特性： 調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇，在實(shí)際生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥有線性特性、對(duì)數(shù)特性、拋物線特性和快開特性四種，在本系統(tǒng)中執(zhí)行器的調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇等百分比特性。：調(diào)節(jié)閥的口徑的大小，直接決定著控制介質(zhì)流過它的能力。為了保證系統(tǒng)有較好的流通能力，
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