【正文】 設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求 設(shè)計內(nèi)容： 某隧道窯爐系統(tǒng)，考慮將燃燒室溫度作為副變量，燒成溫度為主變量，燃燒室溫度為副變量的串級控制系統(tǒng)中主、副對象的傳遞函數(shù)分別為： G01(s)=1/(30s+1)(3s+1)。g02(s)=1/((10s+1)(s+1)^2)。 主控制器采用比例積分控制，副控制器采用比例控制。 設(shè) 計要求： 試分別采用單回路控制和串級控制設(shè)計主、副 PID 控制器的參數(shù)，并給出整定后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線和階躍擾動的響應(yīng)曲線，并說明不同控制方案對系統(tǒng)的影響。 目 錄 第 1 章 概述 ......................................................... 1 第 2 章 系統(tǒng)總體方案 ................................................. 2 隧道窯的結(jié)構(gòu) ................................................ 2 方案比較 .................................................... 2 方案選擇 ................................................... 4 第 3 章 系統(tǒng)控制參數(shù)的選擇 ........................................... 5 串級控制系統(tǒng)選擇 ............................................. 5 主變量的選擇 ........................................... 5 副變量的選擇 ........................................... 5 操縱變量的選擇 ......................................... 5 調(diào)節(jié)閥開關(guān)形式的選擇 ........................................ 6 傳感器、變送器的選擇 ........................................ 6 控制器的選擇 ................................................ 7 控制器控制規(guī)律的選擇 ................................... 7 控制器正、反作用選擇 ................................... 7 控制器選型 ............................................. 8 第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試 .................................................... 10 系統(tǒng)參數(shù)的整定 .............................................. 10 系統(tǒng)仿真 ................................................... 10 第 5 章 心得體會 .................................................... 14 參考文獻 ........................................................... 15 1 第 1 章 概述 隨著人們物質(zhì)生活水平的提高以及市場競爭的日益激烈，產(chǎn)品的質(zhì)量和功能也向更高的檔次發(fā)展，制造產(chǎn)品的工藝過程變得越來越復(fù)雜，為滿足優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗，以及安全生產(chǎn)、保護環(huán)境等要求，做為工業(yè)自動化重要分支的過程控制的任務(wù)也愈來愈繁重。 在現(xiàn)代工業(yè)控制中 , 過程控制技術(shù)是一歷史較為久遠的分 支。在本世紀 30 年代就已有應(yīng)用。過程控制技術(shù)發(fā)展至今天 , 在控制方式上經(jīng)歷了從人工控制到自動控制兩個發(fā)展時期。在自動控制時期內(nèi)，過程控制系統(tǒng)又經(jīng)歷了三個發(fā)展階段 , 它們是：分散控制階段 , 集中控制階段和集散控制階段。幾十年來，工業(yè)過程控制取得了驚人的發(fā)展，無論是在大規(guī)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在傳統(tǒng)工業(yè)過程改造中，過程控制技術(shù)對于提高產(chǎn)品質(zhì)量以及節(jié)省能源等均起著十分重要的作用。 目前，過程控制正朝高級階段發(fā)展，不論是從過程控制的歷史和現(xiàn)狀看，還是從過程控制發(fā)展的必要性、可能性來看，過程控制是朝綜合 化、智能化方向發(fā)展，即計算機集成制造系統(tǒng) (CIMS)：以智能控制理論為基礎(chǔ)，以計算機及網(wǎng)絡(luò)為主要手段，對企業(yè)的經(jīng)營、計劃、調(diào)度、管理和控制全面綜合，實現(xiàn)從原料進庫到產(chǎn)品出廠的自動化、整個生產(chǎn)系統(tǒng)信息管理的最優(yōu)化。 本次課程設(shè)計是隧道窯的溫度課程系統(tǒng)，而隧道窯是對陶瓷制品進行預(yù)熱、燒成、冷卻的裝置。因為幾個環(huán)節(jié)都涉及到溫度的控制，因此隔焰隧道窯的溫度是生產(chǎn)工藝的一項重要指標，溫度控制的好壞將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 如果火焰直接在窯道燒成帶燃燒，燃燒氣體中的有害物質(zhì)將會影響產(chǎn)品的光澤和顏色，所以就出現(xiàn)了隔焰式隧道窯 ?；鹧嬖谌紵抑腥紵?，熱量經(jīng)過隔焰板輻射加熱燒成帶。 另外隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，對工藝操作條件的要求更嚴格，對安全運行及對控制質(zhì)量的要求也更高。而因為隧道窯溫度的變化比較慢，所以滯后比較大。綜上所述，須設(shè)計一套以溫度為控制變量的控制系統(tǒng)。 該控制系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求： ⑴可以實現(xiàn)對整個隧道窯的工藝流程的控制。 ⑵能夠克服較大的滯后。 ⑶能夠自動控制窯內(nèi)溫度，并達到所需精度。 2 第 2 章 系統(tǒng)總體方案 隧道窯的結(jié)構(gòu) 隧道窯的整個窯爐主要包括窯爐主體結(jié)構(gòu)、窯頭封閉氣幕及排煙系統(tǒng)、攪 拌風系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、窯尾冷卻系統(tǒng)、車下冷卻風系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、窯車、自動控制系統(tǒng)等。 制品在窯道的燒成帶內(nèi)按工藝規(guī)定的溫度進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般為1300℃，偏差不得超過 5C。所以燒成帶的燒結(jié)溫度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要控制指標之一，因此將窯道燒成帶的溫度作為被控變量， 將燃料的流量作為操縱變量。如果火焰直接在窯道燒成帶燃燒，燃燒氣體中的有害物質(zhì)將會影響產(chǎn)品的光澤和顏色。因此，我選用了隔焰式隧道窯，讓火焰只在燃燒室中燃燒，熱量經(jīng)過隔焰板輻射加熱燒成帶。 方案比較 制品在窯道的燒成帶內(nèi)按工藝規(guī)定的溫度進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般為1300℃，偏差不得超過 5C。所以燒成帶的燒結(jié)溫度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要控制指標之一，因此將窯道燒成帶的溫度作為被控變量，將燃料的流量作為操縱變量。如果火焰直接在窯道燒成帶燃燒，燃燒氣體中的有害物質(zhì)將會影響產(chǎn)品的光澤和顏色，所以就出現(xiàn)了隔焰式 隧道窯?；鹧嬖谌紵抑腥紵?，熱量經(jīng)過隔焰板輻射加熱燒成帶。 若采用隔焰隧道窯溫度簡單控制系統(tǒng)，由于從控制閥到窯道燒成帶滯后時間 3 太大，如果燃料的壓力發(fā)生波動，盡管控制閥門開度沒變，但燃料流量將發(fā)生變化，必將引起燃燒室溫度的波動，再經(jīng)過隔焰板的傳熱、輻射，引起燒成帶溫度的變化。因為只有燒成帶溫度出現(xiàn)偏差時，才能發(fā)現(xiàn)干擾的存在，所以對于燃料壓力的干擾不能夠及時發(fā)現(xiàn)。燒成帶溫度出現(xiàn)偏差后，控制器根據(jù)偏差的性質(zhì)立即改變控制閥的開度，改變?nèi)剂狭髁?，對燒成帶溫度加以調(diào)節(jié)?？墒沁@個調(diào)節(jié)作用同樣要經(jīng)歷燃燒室的燃燒、隔焰板的傳 熱以及燒成帶溫度的變化這個時間滯后很長的通道，當調(diào)節(jié)過程起作用時，燒成帶的溫度已偏離設(shè)定值很遠了。也就是說，即使發(fā)現(xiàn)了偏差，也得不到及時調(diào)節(jié)，造成超調(diào)量增大，穩(wěn)定性下降。如果燃料壓力干擾繁出現(xiàn)，對于單回路控制系統(tǒng)，不論控制器采用 PID的什么控制作用，還是參數(shù)如何整定，都得不到滿意的控制效果。 為了克服較大的滯后，抑制較大的干擾以及使控制更加的準確，簡單控制系統(tǒng)已不能滿足條件，故可選擇串級控制系統(tǒng)。簡單控制系統(tǒng)和串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。 )(1 SG)(2 SG + )(2 SV++)(SR )(SY)(2 SY )(2 SG v)( SD 圖 單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 )(2