【正文】 。 6 調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)形式的選擇 調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(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(wú)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(wú)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； 當(dāng)隔焰隧 道窯發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)關(guān)閉調(diào)節(jié)閥停止燃料的送入，避免窯內(nèi)溫度過(guò)高及燃料不必要的浪費(fèi)。副變量的選擇應(yīng)遵循以下原則： ① 應(yīng)使主要干擾和更多的干擾落入副回路； ② 應(yīng)使主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)匹配； ③ 應(yīng)考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟(jì)型 另外考慮到燃料壓力變化的干擾對(duì)系統(tǒng)溫度影響較大，選擇燃燒室溫度作為副變量。綜上 所述，本設(shè)計(jì)選擇串級(jí)控制系統(tǒng)。副回路具有先調(diào)、初調(diào) 、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，對(duì)副回路沒(méi)有完全克服干擾的影響能徹底加以消除。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)和串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示?？墒沁@個(gè)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(gè)時(shí)間滯后很長(zhǎng)的通道，當(dāng)調(diào)節(jié)過(guò)程起作用時(shí)，燒成帶的溫度已偏離設(shè)定值很遠(yuǎn)了?；鹧嬖谌紵抑腥紵?，熱量經(jīng)過(guò)隔焰板輻射加熱燒成帶。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(guò)隔焰板輻射加熱燒成帶。 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(gè)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(fēng)系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、窯尾冷卻系統(tǒng)、車下冷卻風(fēng)系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、窯車、自動(dòng)控制系統(tǒng)等。綜上所述，須設(shè)計(jì)一套以溫度為控制變量的控制系統(tǒng)。 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(huì)影響產(chǎn)品的光澤和顏色，所以就出現(xiàn)了隔焰式隧道窯 。幾十年來(lái)，工業(yè)過(guò)程控制取得了驚人的發(fā)展，無(wú)論是在大規(guī)模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，還是在傳統(tǒng)工業(yè)過(guò)程改造中，過(guò)程控制技術(shù)對(duì)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。 在現(xiàn)代工業(yè)控制中 , 過(guò)程控制技術(shù)是一歷史較為久遠(yuǎn)的分 支。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。在本世紀(jì) 30 年代就已有應(yīng)用。 目前，過(guò)程控制正朝高級(jí)階段發(fā)展，不論是從過(guò)程控制的歷史和現(xiàn)狀看，還是從過(guò)程控制發(fā)展的必要性、可能性來(lái)看，過(guò)程控制是朝綜合 化、智能化方向發(fā)展，即計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) (CIMS)：以智能控制理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為主要手段，對(duì)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)、計(jì)劃、調(diào)度、管理和控制全面綜合，實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)庫(kù)到產(chǎn)品出廠的自動(dòng)化、整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)信息管理的最優(yōu)化?；鹧嬖谌紵抑腥紵?，熱量經(jīng)過(guò)隔焰板輻射加熱燒成帶。 該控制系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求： ⑴可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)隧道窯的工藝流程的控制。 制品在窯道的燒成帶內(nèi)按工藝規(guī)定的溫度進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般為1300℃，偏差不得超過(guò) 5C。 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(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般為1300℃，偏差不得超過(guò) 5C。 若采用隔焰隧道窯溫度簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，由于從控制閥到窯道燒成帶滯后時(shí)間 3 太大，如果燃料的壓力發(fā)生波動(dòng)，盡管控制閥門開(kāi)度沒(méi)變，但燃料流量將發(fā)生變化，必將引起燃燒室溫度的波動(dòng)，再經(jīng)過(guò)隔焰板的傳熱、輻射，引起燒成帶溫度的變化。也就是說(shuō)，即使發(fā)現(xiàn)了偏差，也得不到及時(shí)調(diào)節(jié)，造成超調(diào)量增大，穩(wěn)定性下降。 )(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 SD )(1 SG)(1 SD )(2 SG+++)(1 SV)(2 SV+++)( SR )( SY 圖 串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 4 方案選擇 方案一的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)有干擾時(shí)， TC輸出信號(hào)改變閥門開(kāi)度，進(jìn)而改變?nèi)剂狭髁?，在爐膛中燃燒后，爐膛溫度改變，改過(guò)程時(shí)間常數(shù)大，可達(dá)到15min。由于主副回路相互配合，使控制質(zhì)量顯著提高。 5 第 3章 系統(tǒng)控制參數(shù)的選擇 主變量的選擇 串級(jí)控制系統(tǒng)選擇主變量時(shí)要遵循以下原則：在條件許可的情況下，首先應(yīng)盡量選擇能直接反應(yīng)控制目的的參數(shù)為主變量；其次要選擇與控制目的有某種單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為主變量；所選的主變量必須有足夠的變化靈敏度。 操縱變量的選擇 工業(yè)過(guò)程的輸入變量有兩類：控制變量和擾動(dòng)變量。所以調(diào)節(jié)閥選擇氣開(kāi)閥。這種變送器具有體積 小、質(zhì)量輕、現(xiàn)場(chǎng)安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因而在工業(yè)生產(chǎn)中 得到廣泛應(yīng)用。輸入電路是一個(gè)冷端補(bǔ)償電橋， cuR 為銅補(bǔ)償電阻，通過(guò)改變電位器 1W 的阻值可以調(diào)整變送器的零點(diǎn)。對(duì)于本系統(tǒng)由于溫度變化緩慢造成的滯后較大，為克服較大滯后，選用 PID控制器作為主控制器。 調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)式為正作用。 DDZIII型儀表采用了集成電路和安全火花型防爆結(jié)構(gòu)，提高了儀表精度、儀表可靠性和安全性，適應(yīng)了大型化工廠、煉油廠的防爆要求。主要由輸入電路、給定電路、 PID運(yùn)算 電路、手動(dòng)與自動(dòng)切換電路、輸出電路和指示電路組成。 綜上所述， 串級(jí)控制在結(jié)構(gòu)上形成的兩個(gè)閉環(huán)，一個(gè)在閉環(huán)里面，成為內(nèi)環(huán)、副環(huán)或副控回路，其控制器為副控制器，在控制中起“粗調(diào)”的作用；一個(gè)閉環(huán)在外面，成為外環(huán)、主環(huán)或主控回路，其控制器稱為主控制器，在控制中起“細(xì)調(diào)”作用，最終被控量滿足控制要求。 圖 隔焰隧道窯溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖 10 第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試 本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件 MATLAB，使用 MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用 MATLAB 的 Simulink 工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。兩步整定法雖然比逐步近法簡(jiǎn)化了調(diào)試過(guò)程，但還是要做兩次 4： 1衰減曲線法的實(shí)測(cè)。 本次課程設(shè)計(jì)中的串級(jí)控制系統(tǒng)中主、 副對(duì)象的傳遞函數(shù)分別為： G01(s)=1/(30s+1)(3s+1)。當(dāng)衰減比為 4： 1時(shí)，比例度 2sP 為 98，振蕩周期為 2sT 為 ，最后按已求得的 P1S、 T1S 和 P2s、 T2s 值，結(jié)合已選定的調(diào)節(jié)規(guī)律，按衰減曲線法整定參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)行主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)的整定。 圖 單回路控制系統(tǒng)仿真圖 圖 串級(jí)控制系統(tǒng)仿真圖 12 單回路控制系統(tǒng)和串級(jí)控制系統(tǒng)的 主、副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定好以后系統(tǒng)在不加擾動(dòng)時(shí)的仿真輸出圖如下圖所示。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，從拿到題目，系統(tǒng)方案的選擇到方案的確定，主副回路的設(shè)計(jì)，調(diào)節(jié)器的正反作用的確定，被控參數(shù)的選擇，都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎?，使系統(tǒng)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)在工業(yè)中的運(yùn)用有了深入的認(rèn)識(shí)，對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟、思路有一定的了解與認(rèn)識(shí)。 與此同時(shí)，在團(tuán)隊(duì)的協(xié)作中使我們?cè)谂c人共事之中學(xué)會(huì)交流學(xué)會(huì)合作。不過(guò)我看得更多的還是教材，萬(wàn)變不離其宗，對(duì)任何一個(gè)設(shè)計(jì)其基本原理最終都可以在書本上找到答案。 15 參考文獻(xiàn) [1] 蔡啟仲 .控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) . 重慶：重慶大學(xué)出版社， 2021 [2] 孫洪程、李大宇 .過(guò)程控制工程 . 北京：高等教育出版社， 2021 [3] 蔣珉 .控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真 . 北京 :電子工業(yè)出版社， 2021 [4] 梁昭峰 .過(guò)程控制工程 . 北京：北京理工大學(xué)出版社， 2021 [5] 王選民 . 智能儀器原理及設(shè)計(jì) . 北京 :清華大學(xué)出版社， 2021 [6] 王再英 .過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 , 2021 [7] 金以慧，方崇智編．過(guò)程控制．清華大學(xué)出版社， 2021． 16 電氣與信息工程系課程設(shè)計(jì)評(píng)分表 項(xiàng) 目 評(píng) 價(jià) 優(yōu) 良 中 及格 差 設(shè)計(jì)方案的合理性與創(chuàng)造性 軟件設(shè)計(jì)完成情況 硬件調(diào)試完成情況 設(shè)計(jì)說(shuō)明書與設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量 答辯情況