管式加熱爐溫度-溫度串級控制系統(tǒng)的設(shè)計-在線瀏覽
2024-08-17 16:12本頁面
【正文】 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。管式加熱爐一般由四個主要部分組成：煙囪、對流室、輻射室及燃燒器，示意圖如圖1所示： 圖1 管式加熱爐通風系統(tǒng)：將燃燒用空氣引入燃燒器，并將煙氣引出爐子，可分為自然通風方式和強制通風方式。輻射室：通過火焰或高溫煙氣進行輻射傳熱的部分。燃燒器：是使燃料霧化并混合空氣，使之燃燒的產(chǎn)熱設(shè)備，燃燒器可分為燃料油燃燒器，燃料氣燃燒器和油一氣聯(lián)合燃燒器。同時，近年來能源的節(jié)約、回收和合理利用日益受到關(guān)注。因此，在設(shè)計加熱爐控制系統(tǒng)時，在滿足工藝要求的前提下，節(jié)能也是一個重要質(zhì)量指標，要保證加熱爐的熱效率最高，經(jīng)濟效益最大。2 管式加熱爐溫度控系統(tǒng)工作原理及控制要求管式加熱爐加熱爐的工作原理如圖2所示。經(jīng)加熱的物料從右上端物料出口溫度的管口流出，物料出口溫度為被控參數(shù)。從調(diào)節(jié)閥動作到溫度θ1改變，這中間需要相繼通過爐膛、管壁和被加熱油料所代表的熱容積，因而反應(yīng)很緩慢。2℃。中間被控變量：爐膛溫度；操縱變量：燃料流量。 圖3管式加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)X3X2圖4管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)框圖其中X1為給定溫度，X2為物料溫度，X3為爐膛溫度，F(xiàn)1為被加熱油料方面（它的流量和入口溫度）的擾動，F(xiàn)2為燃料油方面（它的組分和調(diào)節(jié)閥前的油壓）的擾動，F(xiàn)3為配風、爐膛漏風和大氣溫度方面的擾動，F(xiàn)4為噴油用的過熱蒸汽壓力波動。副回路具有先調(diào)、初調(diào)、快調(diào)的特點；主回路具有后調(diào)、細調(diào)、慢調(diào)的特點，對副回路沒有完全克服干擾的影響能徹底加以消除。與單回路控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)多用了一個測量變送器與一個控制器（調(diào)節(jié)器），增加的投資并不多（對計算機控制系統(tǒng)來說，僅增加了一個測量變送器），但控制效果卻有顯著的提高。4 串級控制系統(tǒng)分析 主回路設(shè)計 加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)是以原料油出口溫度為主要被控參數(shù)的控制系統(tǒng)。溫度調(diào)節(jié)器對被控參數(shù)θ1精確控制與溫度調(diào)節(jié)器對來自燃料干擾的及時控制相結(jié)合，先根據(jù)爐膛溫度θ2的變化，改變?nèi)剂狭浚焖傧齺碜匀剂系母蓴_、對爐膛溫度的影響；然后再根據(jù)原料油出口溫度θ1與設(shè)定值的偏差，改變爐膛溫度調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，進一步調(diào)節(jié)燃料量，使原料油出口溫度恒定，達到溫度控制的目的。燃料由于其成分和流量變化，對控制過程產(chǎn)生極大干擾。串級系統(tǒng)中，通過調(diào)整副參數(shù)爐膛溫度θ2能夠有效地影響主參數(shù)原料油出口溫度θ1，提高了主參數(shù)的控制效果。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動控制作用，這是選擇調(diào)節(jié)器規(guī)律的基本出發(fā)點。 控制副參數(shù)是為了保證和提高主參數(shù)的控制質(zhì)量，對副參數(shù)的要求一般不嚴格，可以在一定范圍內(nèi)變化，允許有殘差，所以我們的負調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律選擇P控制。主調(diào)節(jié)器作用方式確定：爐膛溫度升高，物料出口溫度也升高，主被控過程Ko1﹥0。又為保證副回路是負反饋，各環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為正，所以負調(diào)節(jié)器大于0，負調(diào)節(jié)器作用方式為反作用方式。圖5 串級控制系統(tǒng)主回路簡化方框圖對于主控制器采用數(shù)字PID控制算法的選擇由兩種：位置型和增量型。而位置型算法要用到過去的誤差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累加誤差。而位置型算法輸出的是控制量的全量輸出，誤動作影響大。 經(jīng)過以上的分析可知，采用增量型數(shù)字PID 控制算法較好。將A/D結(jié)果賦給Y（K）求E（K）=R（K）Y（K）計算控制增量將控制增量輸給DAC令E（K）2=E（K）1，E（K）1=E（K）采樣時刻到否NY設(shè)定q0，q1，q2置E（K1）和E（k）為0圖6數(shù)字PID增量型控制算法流程圖串級控制系統(tǒng)通常用于對主參數(shù)控
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