換熱器溫度控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)-文庫吧
2025-06-22 14:13 本頁面
【正文】 圖 單回路控制系統(tǒng)方框圖其中，被控變量：被加熱物料的出口溫度； 操縱變量：載熱體的流量。如圖所示：測量元件及變送器對冷物料出口溫度進(jìn)行測量，得到測量值Ym并傳送給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器把Ym與內(nèi)部給定值 Ys比較得到偏差信號e按一定的調(diào)節(jié)運算規(guī)律計算出控制信號，并將控制信u號傳送給執(zhí)行器，執(zhí)行器接收到控制信號u，自動的改變閥門的開度，改變蒸汽的流量。被控對象特性研究換熱器是傳熱設(shè)備中較為簡單的一種，也是最常見的一種。通常它兩側(cè)的介質(zhì)(工藝介質(zhì)和載熱體)在換熱過程中均無相變。換熱器換熱的目的是保證工藝介質(zhì)加熱(或冷卻)到一定溫度。為保證出口溫度平穩(wěn)，滿足工藝要求，必須對傳遞的熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 被控變量的選擇影響一個生產(chǎn)過程正常操作的因素很多,應(yīng)為獨立變量,人們最關(guān)心的是對換熱器中介質(zhì)即冷流體的溫度和壓力的自動控制與調(diào)節(jié),而在這兩項當(dāng)中,、產(chǎn)量、效率及安全性,即本系統(tǒng)把換熱器出口水溫作為被控參數(shù). 操縱變量的選擇 在控制系統(tǒng)中，用來克服干擾對被控變量的影響，實現(xiàn)控制作用的變量就是操縱變量。將出口溫度維持在一定值，影響冷物料出口溫度的有很多因素，比說冷物料的流量，載熱體的流量，載熱體的溫度等。冷物料是工藝所需要的，不能選用冷物料作為被控變量，而若選載熱體溫度作為操縱變量，改變其溫度還需改變其他工藝過程如鍋爐的溫度，考慮工藝合理性，我選擇對熱流體流量進(jìn)行控制，保證出口溫度的穩(wěn)定。 被控對象特性換熱器系統(tǒng)在連續(xù)生產(chǎn)中，其控制原理可通過熱量平衡方程和傳熱速率方程來分析，這個方案的控制流程圖如圖6。 圖6 換熱器的溫度控制系統(tǒng)工藝流程圖為了處理方便，不考慮傳熱過程中的熱損失，根據(jù)能量守恒定律，熱流體失去的熱量應(yīng)該等于冷流體吸收的熱量，熱量平衡方程為：式中，q為傳熱速率（單位時間內(nèi)傳遞的熱量）；G為質(zhì)量流量；c為比熱容；T為溫度。式中的下標(biāo)處1為載熱體；2為冷流體；i為入口；o為出口。傳熱過程中的傳熱速率為：式中，K為傳熱系數(shù)；F為傳熱面積；為兩流體間的平均溫差。其中，平均溫差對于逆流、單程的情況為對數(shù)平均值： 當(dāng)時，其誤差在5%以內(nèi)，可采用算術(shù)平均值來代替，算術(shù)平均值表示為： 由于冷流體間的傳熱既符合熱量平衡方程，又符合傳熱速率方程，因此有下列關(guān)系整理后得 從上式可以看出，在傳熱面積F、冷流體進(jìn)口流量、溫度和比熱容一定的情況下，影響冷流體出口溫度的因素主要是傳熱系數(shù)K以及平均溫差。 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)器的作用是對來自變送器的測量信號與給定值比較所產(chǎn)生的偏差e(t)進(jìn)行比例(P)、比例積分(PI)、比例微分(PD)或比例積分微分(PID)運算，并輸出信號到執(zhí)行器。選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是為了使調(diào)節(jié)器的特性與控制過程的特性能很好配合，使所設(shè)計的系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)工藝對控制質(zhì)量指標(biāo)的要求。比例控制規(guī)律(P)是一種最基本的控制規(guī)律，其適用范圍很廣。在一般情況下控制質(zhì)量較高，但最后有余差。對于過程控制通道容量較大，純時延較小，負(fù)荷變化不大，工藝要求又不太高的場合，可選用比例控制作用。比例控制規(guī)律(P)的微分方程數(shù)學(xué)模型為：
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