【導讀】在工業(yè)生產(chǎn)中，工藝過程往往要求在一定的溫度下進行。器的應用是比較廣泛的。生產(chǎn)中許多物料要進行預熱或加熱，如在工藝生。自聚，低于給定值會發(fā)生凝結(jié)。而工業(yè)生產(chǎn)中為了冷卻，就會產(chǎn)生大量的。冷卻水）余熱進行熱交換的自動控制系統(tǒng)作了設計，目的是充分利用余熱，只有當用熱水加熱不能滿足出口溫度要求時，才使用蒸汽補充加熱。一種節(jié)省能源，降低能耗的設計方案，也應合了當今工業(yè)生產(chǎn)中節(jié)能控制，提高經(jīng)濟效益的指導思想。

　　

【正文】 A 閥用來控制熱水的開度， B 閥用來控制蒸汽流量的開度，它們都是接收到傳送來的氣動信號而改變開度的。蒸汽的溫度相對要高一些，它可以滿足更高溫度的需要。余熱得到最大限度的利用，而溫度給定值又達到了，因此它的利用將在很多方面得到改善。 這種充分利用熱水余熱的溫度分程控制的設計，把冷卻水的余熱利用發(fā) 揮到了極限。比如在工廠利用此熱量加熱，為居民提供生活熱水，方便人們洗澡、清洗之類的事情。當要求較低溫度時，只需減少熱水流量，少量余熱也就被利用了。當溫度要求較高時，將 A閥開到最大，充分利用冷卻水的余熱。這種節(jié)能控制將會帶來很大的經(jīng)濟效益和社會效益，它的市場前景將會 很廣闊。 采用分程控制的理由 1. 用于節(jié)能控制：即通過分程控制手段減少能量消耗，提高經(jīng)濟效益。 在本系統(tǒng)中，蒸汽閥和熱水閥均選用氣開式，調(diào)節(jié)器為反作用。在正常情況下，熱水閥全開仍不能滿足出口溫度要求時，調(diào)節(jié)器輸出信號同時使蒸汽閥 打開，以滿足出口溫度的要求?？梢姴捎梅殖炭刂?，可節(jié)省能源，降低能耗。 2. 用于擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍，改善調(diào)節(jié)閥的工作特性。 在有些工業(yè)生產(chǎn)中，要求調(diào)節(jié)閥工作時，其可調(diào)范圍比較大，而目前同一設計的柱塞式調(diào)節(jié)閥，其可調(diào)范圍一般在 30 左右，因此能滿足小流量就不能滿足大流量，反之亦然。解決的辦法是設計和應用分程控制，將兩個調(diào)節(jié)閥當作一個調(diào)節(jié)閥使用，擴大其可調(diào)范圍，改善其特性，以滿足其工藝要求。 設調(diào)節(jié)閥的可控制最小流量為 minQ ，可流量控制最大 maxQ ，則定義： 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 控制方案設計 21 m inm a xR ? 式中， R 稱為閥門的可調(diào)比或可調(diào)范圍 閥門開度 % 100 A B 0 p/paM 圖 9 閥門的分程控制特性 在圖 9 中 兩只閥門均為氣開特性，設可控制最大流量 maxQ ,均為 200，R=30，可控制最小流量 minQ = maxQ ／ R=。 當兩只閥門以分程方式工作時， A 閥工作于控制信號的 ～ 段， B 閥工作于控制信號的 ～ 段。這時對于這兩只閥門并聯(lián)而成的起分程控制作用的整體來說： 可控最小流量 min1Q = minQ = 可控最小流量 max1Q = maxQ + maxQ =400 則有 60min1max139。 ?? R 可見，可調(diào)比增加了一倍。如果 A 閥的 maxQ 較小， B 閥的 maxQ 較大，則可調(diào)比增加的更多。 這樣也就保證了冷流體在換熱器中的溫度可調(diào) 范圍也增加了。這能滿足 不同生產(chǎn)階段的溫度要求，達到了自動控制的需要。 分程控制系統(tǒng)的幾個問題 (1) 控制閥流量特性要正確選擇。因為在兩閥分程點上，控制閥的放大倍 數(shù)可能出現(xiàn)突變，表現(xiàn)在特性曲線上產(chǎn)生斜率突變的折點，這在大小控制閥并聯(lián)時尤其重要。如果兩控制閥均為線性特性，情況更為嚴重。如果采用對數(shù)特性控制閥，分程信號重疊一小段，則情況會有所改善，如圖 10所示。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 控制方案設計 22 Q / % 100 50 0 P 入 /Mpa 圖 10 閥門特性 （ 2） 大小閥并聯(lián)時，大閥的泄漏量不可忽視，否則就不能充分發(fā)揮擴大可調(diào)范圍的作用。當大閥的泄漏量較大時，系統(tǒng)的最小流通能力就不再是小閥的最小流通能力了。 （ 3） 分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上是簡單控制系統(tǒng)，因此控制器的選擇和參數(shù)整定，可參照簡單控制系統(tǒng)處理。不過在運行中，如果兩個控制通道 特性不同，就是說廣義對象特性是兩個，控制器參數(shù)不能同時滿足兩個不同對象特性的要求。遇此情況，只好照顧正常情況下的被控對象特性，按正常情況下整定控 制器的參數(shù)。對另一臺閥的操作要求，只能在工藝允許的范圍內(nèi)即可。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 4 系統(tǒng)配置 23 4 系統(tǒng)配置 綜上所述，根據(jù)實際需 要，在簡單控制系統(tǒng)中所采用的儀器儀表：一個熱電偶溫度計、一個溫度變送器（ 4~20mA）、一個調(diào)節(jié)器（ 4~20mA）或（單回路可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器 SLPC的編程）、一個氣動調(diào)節(jié)閥（帶閥門定位器）。分程控制系統(tǒng)在選用儀表方面與簡單控制系統(tǒng)一樣，只是采用了兩個氣動調(diào)節(jié)閥， 需要說明的是氣動調(diào)節(jié)閥選擇氣開式，調(diào)節(jié)器選擇反作用。 這里需要特別指出的是在采用（單回路可編程數(shù)字調(diào)節(jié)器 SLPC 的編程）將會大大提高控制的精度和效率。因此需簡單介紹一下，畢竟它是自動化不斷發(fā)展過程中，又一科技產(chǎn)品。 數(shù)字調(diào)節(jié)器 SLPC 的編程。將更加靈活方便，形象而直觀的數(shù)字或圖形顯示，高度的完全可靠性，實現(xiàn)了儀表和計算機的一體化。 這種控制設計方案，實現(xiàn)了儀表和計算機的一體化，應用起來很方便。但是這種控制方案成本很高，在實際應用中不是很普遍。 總的來說不管采用何種儀器、儀表，何種自動控制設計，就是要在工業(yè)生 產(chǎn)中能夠最有效、最經(jīng)濟的實現(xiàn)自動控制。本次設計是以工業(yè)冷卻水余熱的充分利用為主要設計理念，使其能量在熱交換器中得到充分利用，實現(xiàn)能量的回收利用。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 5 系統(tǒng)特色和優(yōu)勢 24 5 系統(tǒng)特色和優(yōu)勢 與其它兩種控制方案相比，分程控制更加符合這次設計的主導思想。充分利用熱水（工業(yè)冷卻水）的余熱，沒有讓這 部分熱量再次流失，完成了能量的回收利用。更重要的是前面兩種控制方案不能很好的控制流體的出口溫度，然而分程控制能夠及時、準確的使出口溫度達到給定值。 在當今全球規(guī)模的環(huán)境問題日趨嚴重的情勢下，以往那種 “ 大量生產(chǎn)、大量流通、大量浪費、 大量廢棄 ” 的生產(chǎn)模式己經(jīng)越來越不被人們所接受。因此，應切實關(guān)注這一巨大的低溫熱源的資源效益，在 “ 把節(jié)約放在首位，依法保護和合理使用資源，提高資源利用率，實現(xiàn)永續(xù)利用 ” 的方針指導下，樹立開展熱水（工廠循環(huán)冷卻水）余熱利用的超前理念，設立專門的組織機構(gòu)，統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一管理。將高技術(shù)含量的回收利用與一般性回用途徑結(jié)合起來。以高技術(shù)為龍頭，因地制宜、因時制宜地開展這一余熱利用的事業(yè)；在宏觀監(jiān)控上，國家應出臺鼓勵工廠余熱利用的政策，對于利用余熱進行生產(chǎn)加工的企業(yè)給予優(yōu)先發(fā)展的條件，對其產(chǎn)品銷售給予優(yōu)惠；在技術(shù)研發(fā)上， 要研制和開發(fā)低成本高效率、能充分利用工廠自身廢熱能為驅(qū)動能的熱泵機組，以及開發(fā)采用熱管這一熱超導元件的高效換熱裝置。隨著科技的發(fā)展，應逐步加大熱泵、熱管高技術(shù)回用技術(shù)在工廠循環(huán)冷卻水余熱利用中的比例。為保障 ‘ 循環(huán)水余熱利用 ’ 研究項目的實施，要建立 “ 產(chǎn)學研 ” 一體的 技術(shù)開發(fā)體系，組織示范工程 。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 結(jié)束語 25 結(jié)束語 污水處理資源化的三大支柱之一便是污水熱能回收利用，這是環(huán)境保護及資源循環(huán)利用先導者們面對世界生態(tài)環(huán)境日趨惡劣、可用資源日漸匱乏的嚴酷現(xiàn)實所提出的戰(zhàn)略。污水熱能回用尚且如此，工廠循環(huán)冷卻水所含巨大余熱量的回 收利用，在能源節(jié)約及環(huán)境保護上的深深寓意應不辨自明。因此，當前問題所在已不是應不應該開展工廠循環(huán)冷卻水余熱利用的研究，而是如何把利用的研究工作搞得更好；不是有幾個工廠對循環(huán)冷卻水余熱已有所利用，熱泵技術(shù)已相對成熟，可照搬過來了，而是如何緊密結(jié)合工廠實際情況，提高利用的效益，充分使用工廠生產(chǎn)過程中排放的其它廢熱源，而去研制更適合工廠回收低品位熱能的高效廉價的熱泵、熱管換熱器。不應該躊躇于初期階段有可能出現(xiàn)的 “ 投入 ” 微勝、甚至不抵“ 產(chǎn)出 ” 的暫時局面，確信隨著國家宏觀調(diào)控政策的逐漸完善、世界科技水平的日益發(fā)展，在 此項研究的深入進程中，低成本、高產(chǎn)出的效益型工廠循環(huán)水余熱回收利用系統(tǒng)定會實現(xiàn)。 在熱水蒸汽共同供熱的熱交換器的自動控制設計中，主要采用分程控制 系統(tǒng)。主要是在實際應用、工業(yè)生產(chǎn)中，考慮到經(jīng)濟及控制效果等因素，采用分程控制是最經(jīng)濟、又最有可靠性的設計。 它主要是充分利用了熱水（工業(yè)冷卻水）的余熱，工廠循環(huán)冷卻水余熱利用問題正是實施“循環(huán)型社會”戰(zhàn)略目標中的一個層面，它關(guān)系到節(jié)能、資源綜合利用以及生態(tài)環(huán)境保護等問題。這種設計是 低成本、高產(chǎn)出的效益型工廠循環(huán)水余熱回收利用系統(tǒng)，把巨額數(shù)量能源的回用，本身就是資源財富 。 這也正應合了國際、國內(nèi)在工業(yè)生產(chǎn)中所提倡的環(huán)保、節(jié)約能源的思想。這是一種積極的自動化控制設計，它蘊藏著巨大效益。攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 參考文獻 26 參考文獻 [1] 歷玉鳴?化工儀表及自動化?北京：化學工業(yè)出版社， 2020 年 [2] 何離慶，張壽明，朱文嘉?過程控制系統(tǒng)與裝置?重慶：重慶大學出版社， 2020年 [3] 侯志林?過程控制與自動化儀表?西安理工大學：機械工業(yè)出版社， 2020 年 [4] 王俊杰，王家楨? 檢測技術(shù)與儀表?武漢：武漢理工大學出版社， 2020 年 [5] 林錦國?過程控制系統(tǒng) .儀表 .裝置?南京：東南大 學出版社， 2020 年 [6] [美 ] 蕭德云，呂伯明?過程控制系統(tǒng) — 應用 .設計與整定?北京：清華出版社， 2020 年 [7] 王俊杰，王家楨?傳感器與變送器?北京：清華大學出版社， 2020 年 [8] 吳勤勤，黃禎地?電動控制儀表及裝置?北京：化學工業(yè)出版社， 2020 年 [9] 翁維勤，周慶海?過程控制系統(tǒng)及工程?北京：化學工業(yè)出版社， 1996 年 [10] 邊立秀，周俊霞，趙勁松等?熱工控制系統(tǒng)?北京：中國電力出版社， 2020攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 致謝 27 致 謝 時光如梭，四年充實而愉快的大學時光即將過 去，回想大學求學的四年，心中充滿無限感激和留戀之情。感謝母校為我們提供的良好的學習環(huán)境，給我們深造的機會，使我們能繼續(xù)學習和提升自我。 感謝在論文寫作過程中幫助過我的每一個人。首先，也是最主要感謝的是本文的指導老師， 周榮富老師和張學通老師 ，在整個過程中他 們 給了我很大幫助。在論文題目制作時， 周老師 給了我論文的具體大方向，在論文提綱制定時，我思路不是很清晰，經(jīng)過老師的幫忙，讓我在具體寫作時理清了我的思路和方向。在初稿完成后，經(jīng)過老師的檢查，老師給了我很多建議和指導。 周 老師對工作的敬業(yè)精神和忘我熱情，深深地感動著 我，并將激勵我今后在工作上不斷進取，以優(yōu)異的成績回報老師的培養(yǎng)。在完成畢業(yè)設計這段時間里，老師對我真誠的關(guān)懷和幫助，這段美好時光，我將永銘于心。正是 周 老師細心的指導才使得我能夠順利完成學業(yè)。在這里請允許我向 周 老師致以最真誠的謝意 感謝所有關(guān)心、愛護我成長的親人、朋友、老師和同學們！特別感謝我的父母對我學習的鼓勵和支持，他們是我能夠順利完成學業(yè)的精神支柱。 最后對答辯委員會的專家表示崇高的敬意和深深的謝意！