換熱器溫度控制系統(tǒng)設計

1、換熱器溫度控制系統(tǒng)設計1、換熱設備概述換熱器又稱熱交換器，是進行熱量交換的設備的統(tǒng)稱。換熱器廣泛應用于化工、石 化、煉油、輕工、制藥、食品加工、動力以及原子能等工業(yè)。換熱器應用于存在溫 度差的流體間的熱交換設備，換熱器中至少有兩種流體，溫度較高則放出熱量，反 之則吸收熱量。換熱器依據(jù)傳熱原理和實現(xiàn)熱交換的方法一般分為間壁式、混合式、蓄熱式三類。其中間壁式換熱器應用最廣。它又可分為管式換熱器、板式換熱器、 翅片式換熱器、熱管換熱器等。其中以管式（包括蛇管式、套管式、管殼式等）換 熱器應用最普遍。列管式和板式，各有優(yōu)點，列管式是一種傳統(tǒng)的換熱器，廣泛應 用于化工、石油、能源等設備；板式則以其高效、

2、緊湊的特點大量應用于工業(yè)當中。2、控制方案的確定實驗控制對象位列管式換熱器，主要的擾動是冷物料的流量 Q換熱器溫度控制系統(tǒng) 包括換熱器、控制冷流體的離心泵，傳感器等設備。實驗采用溫度流量串級控制， 以冷物料出口溫度為主對象，以冷物料流量Q為副對象。換熱器控制圖換熱器熱水出口溫度和冷水流量串級控制框圖3、系統(tǒng)硬件設計或控制量型號參數(shù)熱保護套管末端類型直管型 工作溫度范圍PT100 (薄膜式(TF) |50 C.500 C (58 F.932 F)溫度變送器(En dress+Hauser) TR13PT100 (繞線式(WW):-200 C.600 C(-328 F.1,112 F)PT100

3、(薄膜式(TF):-50 C.400 C (58 F.752 F)最大過程壓力(靜壓)20 C 時：50 bar(725 psi)流量變送器(Endress+Hauser)73W渦街流量計73W參 數(shù)：標稱 口 徑 DN 15150(1/26)測量范圍 氣體：45210 m3/h過程溫度-200.+400 C ( -328.+752 F)最 高可達 +450 C / 842 F (特殊選型)輸出信號420mA電流輸出防爆認證 ATEX、FM、CSA、TIIS 、NEPSI、IEC防護等級IP 67 (NEMA 4x)TX4S參數(shù)額定電壓：250 V負載電流：5 A室內(nèi)控制器(Autonics

4、) TX4S控溫精度：0.1 C類型：智能溫度調(diào)節(jié)控制器輸出額定功率：6 w 溫控范圍:1000 C顯示方式:數(shù)字顯示調(diào)節(jié)閥D971XD971X電動蝶閥參數(shù)公稱通徑公稱壓DN(mm)502000力PN(MPa)0.6 1.0 1.6試驗壓強度試驗0.91.52.4力密圭寸試驗0.661.11.76適用介氣密封試驗0.6 0.6 0.6質(zhì)驅(qū)動形空氣、水、污水、蒸氣、煤氣、油品等。式手動、蝸桿蝸輪傳動、氣傳動、電傳動。4、控制規(guī)律選擇調(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

5、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， 使所設計的系統(tǒng)能滿足生產(chǎn)工藝對控制質(zhì)量指標的要求(1)控制器：本系統(tǒng)是溫度控制為被控參數(shù)，溫度檢測本身具有滯后性，為 了彌補這個缺點，本系統(tǒng)選用比例積分 (PI)控制規(guī)律。(2)調(diào)節(jié)器：在串級控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器所起的作用是不同的。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，在本設計中，出口溫度增大，入口 流量應增大，主控制器為負作用，入口流量增大，調(diào)節(jié)閥開度應減小，副調(diào)節(jié)器為 正作用。5、控制參數(shù)整定PID參數(shù)整定方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) P、積分時間常數(shù)Ti和微分時間常數(shù) Td,改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性

6、，使系統(tǒng)的過渡過程達到最為滿意的質(zhì)量指標要求。 一般可以通過理論計算確定，但誤差太大。目前，應用最多的還是工程整定法：如 經(jīng)驗法、衰減曲線法、臨界比例帶法和反應曲線法。下面介紹衰減曲線法整定PID參數(shù)。衰減曲線法是在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把調(diào)節(jié)器設置為純比例作用，然后把比例度由大逐 漸減小，加階躍擾動觀察輸出響應的衰減過程，直至10： 1衰減過程為止。這時的比例度稱為10： 1衰減比例度，用s表示之。由于當衰減比為10： 1時。要推測y3 的時間不容易，因此當過渡過程曲線上只看到第一個波峰而第二個看不出來時就認 為是衰減比為10： 1的振蕩過程。此時被控參數(shù)上升時間為 Tr。根據(jù)Tr和s，運用 表2所

7、示的經(jīng)驗公式，就可計算出調(diào)節(jié)器預整定的參數(shù)值。表2衰減曲線法整定計算公式衰減率整疋參數(shù) 調(diào)節(jié)規(guī)律3TiTd0.9PPI1.2 62TrPID0.8 d1.2Tr0.4TrT衰減曲線法的第一步就是獲取系統(tǒng)的衰減曲線，采用10： 1衰減曲線法。取T 一Td =，可直接將圖中的積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)都斷開，讓3S的值從大到小進行試驗.，觀察示波器的輸出，直到只看到第一個波峰而第二個看不出來時就認為是衰 減比為10： 1的振蕩過程。simuli nk 仿真方框圖系統(tǒng)仿真圖根據(jù)系統(tǒng)方框圖及傳遞函數(shù)做系統(tǒng)仿真，并調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以便使系統(tǒng)達到最 佳的狀態(tài),即：-=50 =3時候有系統(tǒng)達到穩(wěn)定?？偨Y(jié)在這次課程設計中鍛煉了我的自學能力，自學simulink仿真，自己用CAD畫圖，因為這次課程設計中有部分知識我們之前還沒有接觸過，所以自己必須學會查找相關(guān)資料來閱讀了解。經(jīng)過這次的課程設計，讓我深深的感受到理論聯(lián)系實踐 的重要性，平時在