管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(新版).docx

1、過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計題目:管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)的設(shè)計管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)是以原料油出口溫度為主要被控參數(shù)的控制系 統(tǒng)，所以主回路的設(shè)計確定以原料油出口溫度為被控參數(shù)，其選擇與生產(chǎn)工藝密切相關(guān), 能直接反映加熱過程中的加熱質(zhì)量，也與節(jié)約能源，提高效率和安全生產(chǎn)息息相關(guān)，同 時也易于測量。副回路的選擇也就是確定副回路的被控參量即串級控制系統(tǒng)的副參數(shù)，在本次設(shè)計中選 用進入爐膛的燃料流量作為副被控參數(shù)，其選擇是基于一下兒個原則：1 ）主副參數(shù)有*對應(yīng)關(guān)系；2）選擇進入爐膛的燃料流量作為副控參數(shù)使副回路包含變化劇烈的主要干擾；3）考慮了主、副回路中控制過程的時間常數(shù)的匹配；4）

2、考慮了工藝上的合理性和經(jīng)濟性。在串級控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器所起的作用不同。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。在管式加熱爐溫度流量串級控制系統(tǒng)中，由于我們選擇原料油出口溫度作為主要 被控參數(shù)，而原料油出口溫度關(guān)乎產(chǎn)品質(zhì)量，工藝要求較為嚴格，又因為管式加熱爐串 級控制系統(tǒng)有較大容量滯后，所以選擇PID調(diào)節(jié)作為主調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律。在串級控制系統(tǒng)中副控制副參數(shù)的選擇是為了保證和提高主參數(shù)的控制質(zhì)量，所以 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，所以副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié) 規(guī)律選擇P調(diào)節(jié)。首先根據(jù)工藝的安全性要求確定燃料調(diào)節(jié)閥為氣開形式，這樣保

3、證系統(tǒng)出現(xiàn)故障時 調(diào)節(jié)閥處于全關(guān)狀態(tài)，防止燃料進入加熱爐，確保設(shè)備安全；其次對于副調(diào)節(jié)器，進入 爐膛的燃料流量增加時，測量信號增大，為保證副回路為負反饋，此時調(diào)節(jié)閥應(yīng)該關(guān)小, 要求副調(diào)節(jié)器輸出信號要減小，按照測量信號增大，輸出信號減小的原則要求，副調(diào)節(jié) 器應(yīng)為反作用方式；再者對于主調(diào)節(jié)器，當副參數(shù)增大時，主參數(shù)也隨之增大，所以主 調(diào)節(jié)器應(yīng)選擇反作用方式。通過參數(shù)的整定，可以獲得理想的控制效果，串級控制系統(tǒng)主副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 方法有逐步逼近法、兩步整定法和一步整定法，其中：1）兩步整定法是在系統(tǒng)處于串級工作狀態(tài)時，第一步按單回路方法整定副調(diào)節(jié)器參數(shù); 第二步把己經(jīng)整定好的副回路仍按單回路對主調(diào)

4、節(jié)器進行參數(shù)整定兩步整定法；2）一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗先將副控制器一次放好，不再變動，然后按照一般單回 路孔控制系統(tǒng)的整定方法直接整定主控制器參數(shù)；3）逐步逼近法是一種依次整定主回路、副回路，然后循環(huán)進行，逐步接近主、副回路 最正確整定的一種方法。由于采用兩步整定法整定的參數(shù)結(jié)果比較準確，本次設(shè)計采用兩步整定法來整定串 級控制系統(tǒng)的參數(shù)，其整定步驟如下：1）在生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，系統(tǒng)處于串級運行狀態(tài)，主副調(diào)節(jié)器均為比例作用的條件下，先 將主調(diào)節(jié)器的比例度巴置于1（）0%刻度上，然后由大到小逐漸降低副調(diào)節(jié)器的比例度 P?,直到得到副回路過渡過程衰減比為4:1的比例度P* ,過渡過程的振蕩周期為弓,；

5、2）在副調(diào)節(jié)器的比例度等于七的條件下，逐步降低主調(diào)節(jié)器的比例度R,直到同樣得 到主回路過渡過程衰減比為4:1的比例度R、，過渡過程的振蕩周期為孔；3）按己求得的匕、L和Pzs、A值，結(jié)合已選定的調(diào)節(jié)規(guī)律，按照衰減曲線法整定參 數(shù)的經(jīng)驗公式，計算出主副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值；4）按照先副回路后主回路的順序，將計算出的參數(shù)值設(shè)置到調(diào)節(jié)器上，做一些擾動實 驗，觀察過渡過程曲線，做適當?shù)膮?shù)調(diào)整，直到控制品質(zhì)最正確為止。5.所需檢測元件、執(zhí)行元件及調(diào)節(jié)儀表技術(shù)參數(shù)本設(shè)計中采用DDZ-III型熱電偶溫度變送器，其原理框圖如圖5-1所示，DDZ-III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

6、、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。DDZ-IH型儀表具有以下主要特點：1）采用國際電工委員會IEC）推薦的統(tǒng)一信號標準，現(xiàn)場傳輸信號為DC420mA,控制室聯(lián)絡(luò)信號為DC15V,信號電流與電壓的轉(zhuǎn)換電阻為250。；2）廣泛采用集成電路，儀表的電路簡化、精度提高、可靠性提高、維修工作量減少；3）整套儀表可構(gòu)成安全火花型防爆系統(tǒng)。DDZ-III型儀表室按國家防爆規(guī)程進行設(shè)計 的，而且增加了安全柵，實現(xiàn)了控制室與危險場所之間的能量限制于隔離，使儀表 能在危險的場所中使用。DDZ-III型PID調(diào)節(jié)器主要由輸入電路、給定電路、PID運算電路、手動與自動切 換電路、輸出電路和指

7、示電路組成，調(diào)節(jié)器接收變送器送來的測量信號（DC420mA或 DC15V）,在輸入電路中與給定信號進行比較，得出偏差信號，然后在PD與PI電路 中進行PID運算，最后由輸出電路轉(zhuǎn)換為420mA直流電流輸出。圖5-1 DDZ-UI型調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)框圖本設(shè)計采用熱電偶作為溫度傳感元件，具有穩(wěn)定、復(fù)現(xiàn)性好、體積小、響應(yīng)時間較 小等優(yōu)點，在使用熱電偶時，由于冷端暴露在空氣中，受周圍環(huán)境溫度波動的影響，且 距熱源較近，其溫度波動也較大，給測量帶來誤差，為了降低這一影響，采用補償導線 作為熱電偶的連接導線，作用就是將熱電偶的冷端延長到距離熱源較遠、溫度較穩(wěn)定的 地方，如圖所示，用補償導線將熱電偶的冷端延長到溫

8、度比較穩(wěn)定的地方后，并沒有完 全解決冷端溫度補償問題，為此采取進一步的補償措施，具體的方法有：查表法、儀表 零點調(diào)整法、冰浴法、補償電橋法以及半導體PN結(jié)補償法。恒溫器圖5-2補償導線示意圖為了能檢測燃料流量的變化量并將其傳送給控制器需要引入燃料流量的檢測和變 送器部件，本設(shè)計采用差壓式流量計來實現(xiàn)這一功能，其原理框圖如圖5-3所示。差壓 式（也稱節(jié)流式）流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的 壓力差而實現(xiàn)流量測量。差壓變送器圖5-3差壓式流屈變送裝置原理圖從生產(chǎn)工藝安全出發(fā)，燃料油調(diào)節(jié)閥選用氣開式，以便一旦出現(xiàn)故障或氣源斷氣， 調(diào)節(jié)閥能夠完全關(guān)閉，切斷燃料油進入加熱爐，

9、以確保設(shè)備安全。調(diào)節(jié)閥按其工作能源形式可分為氣動、電動和液動三類。氣動調(diào)節(jié)閥采用壓縮空氣 作為工作能源，主要特點是能在易燃易爆環(huán)境中工作，廣泛地應(yīng)用于化工、煉油等生產(chǎn) 過程中；電動調(diào)節(jié)閥用電源工作，其特點是能源取用方便，信號傳遞迅速，但難以在易 燃易爆環(huán)境中工作；液動調(diào)節(jié)閥用液壓推動，推力很大，一般生產(chǎn)過程中很少使用。 故本設(shè)計采用氣動調(diào)節(jié)閥，且為氣開形式。聯(lián)鎖保護系統(tǒng)由壓力調(diào)節(jié)器、溫度調(diào)節(jié)器、流量變送器、火焰檢測器、低選器等部 分組成。當燃料管道壓力高于規(guī)定的極限時，壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過低選器取代正常工作的 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，此時出料溫度無控制，自行浮動。壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)投入運行保證燃料管道 壓力不超過

10、規(guī)定上限。當管道壓力恢復(fù)正常時，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過低選器投入正常運行, 出口原料油溫度重新受到控制。當進料流量和燃料流量低于允許下限或火焰熄滅時，便 會發(fā)出雙位信號，控制電磁閥切斷燃料氣供應(yīng)量以防回火。6 .組態(tài)軟件設(shè)計組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件,是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng),它以標準的工業(yè)電腦軟、 硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴 展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層 三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實 時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮

11、三 方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對 監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面,有利于試驗者實時現(xiàn) 場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動 畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等,可便利的生成各種報表。 它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。6.1新建工程圖6-1新建管式加熱爐流量-溫度串級控制工程KIplc 吧新建.|設(shè)備w特|備注仿真PLCO圖6-2管式加熱爐流量-溫度串級控制設(shè)備配置6.3數(shù)據(jù)詞典6.3數(shù)據(jù)詞典3 la) 幻助Lg:49 MSQSM&

12、#171;16172122324KV272829RI1H33乂35CcmmfrrC C*f F：肱 1111，12221-012擰圖6-3管式加熱爐流量-溫度串級控制變量定義6.4建立畫面監(jiān)控中心副控制器主控制器溫度設(shè)定值T1溫度齪值T1JI 外"C熱爐主控制翌測量值T2副控制器洲量值FC7a郵薩nam#F#m«I#罪弱伽叩minI I 燃料油流量實時溫度 燃料油流量微分時間D |郵#能障分時間DQ原油控制閥門燃料湍滯"B比例系數(shù)P學沔比例系敬P 積分時間I匝亟分時間I燃料:b閥門退出圖6-4管式加熱爐流量溫度串級控制畫面編輯6.5調(diào)試，執(zhí)行PID設(shè)定后運行動態(tài)組

13、態(tài)圖界面顯示圖圖6-5管式加熱爐流量-溫度串級控制調(diào)試界面6.6PID控制算法設(shè)計根據(jù)流量-溫度串級控制系統(tǒng)的原理，在“命令語言”中選擇“應(yīng)用程序命令語言”， 運用組態(tài)王所提供的類似于C語言的程序編寫環(huán)境實現(xiàn)PID控制算法。本設(shè)計采用P1D位置式算法，其控制算式為：u(k) = u(k 一 1) +(I + 4 + 上)e(k) - 給(1 + 色)e依1) + Kp 上 e依-2)=u(k - 1) +- q、e(k - 1) + q?e(k - 2)其中，Qq = Kp(l + y- +)在上述算式中，Kp為比例系數(shù)，。為積分時間，7為微分時間。在流程中，以 u(k)做為電腦當前的輸出值，

14、SV做為設(shè)定值，PV做為反饋值，e(k)做為偏差，位置式 PID控制算法的流程圖如下圖。計算 q2*e（k2）qi*e（kl）+qo*e（k）T_計算 q?*e（k2）q i *e（k 1 ）+qo*e（k）+u（k 1）u（k） >u（k-l）!e（kl）»e（k2）I取設(shè)定值SV,|反饋值PV I一計算偏差I(lǐng)e（k）=sv-pv計算qk）!計 Iqi*e（k-1）ill 倬*k2）計算 q2*e（k2）qi*e（kl）圖6-6管式加熱爐流量-溫度串級控制PID程序流程圖摘要當今世界，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

15、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，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。為了能 將課程中所學理論知識初步嘗試應(yīng)用于實踐，本次設(shè)計將采用過程控制系統(tǒng)原理來實現(xiàn) 工業(yè)生產(chǎn)控制問題的解決，通過設(shè)計一個溫度-流量串級控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對管式爐加熱 原料油的溫度控制。管式加熱爐是石油工業(yè)中重要的設(shè)備之一，它的任務(wù)是把原油加熱到一定的溫度， 以保證下一道工序的順利進行。加熱爐的工藝過程為：燃料油經(jīng)霧化后在爐膛

16、中燃燒， 被加熱油料流過爐膛四周的排管后，就被加熱到出口溫度。本此設(shè)計內(nèi)容包括總體方案 設(shè)計，系統(tǒng)原理闡述，系統(tǒng)框圖與結(jié)構(gòu)的搭建，變量檢測環(huán)節(jié)，變量變送環(huán)節(jié)，控制器, 調(diào)節(jié)閥，聯(lián)鎖保護等環(huán)節(jié)的具體選擇與設(shè)計，最終形成一個可行可靠的完整串級過程控 制系統(tǒng)方案，力圖通過具體應(yīng)用獲得理論知識的進步提升，并為工業(yè)生產(chǎn)提出可行性 建議。關(guān)鍵字：流量溫度 串級控制心得體會通過此次課程設(shè)計我穩(wěn)固了書本中所學的理論知識，并且對過程控制系統(tǒng)在工業(yè)生 產(chǎn)用的運用有了更深刻的認識，此外我對過程控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟、思路有了進一步的 了解與認識，更加明確了過程控制系統(tǒng)的設(shè)計方法和步驟，拓展了理論與應(yīng)用的知識面, 進一步

17、認識到了工業(yè)工程中控制系統(tǒng)起到的重要作用。在本次設(shè)計過程中，從方案的設(shè)計到方案確實定，再到后續(xù)的回路的設(shè)計，調(diào)節(jié)器 的正反作用確實定，被控參數(shù)的選擇，這其中每一步都付出了許多精力也收獲匪淺，雖 然在設(shè)計中遇到過許多困難，但還是通過各種方法積極探索，使自己最終得以完成這次 關(guān)于管式加熱爐溫度.流量控制系統(tǒng)的設(shè)計。這次過程控制系統(tǒng)的課程設(shè)計給了我們一 個十分好的平臺，讓我們切實把所學知識開始嘗試初步運用于實踐中，讓我們通過自己 查找資料，穩(wěn)固知識，了解原理，設(shè)計方案，改良方案，撰寫報告等過程來更加銘記所 學的知識與現(xiàn)實工業(yè)生產(chǎn)之間的聯(lián)系，讓我收獲頗豐，十分感謝這么一個珍貴的時機。參考文獻4 周澤魁

18、編著.控制儀表與電腦控制裝置.北京：化學工業(yè)出版社.2009年王兆安、黃俊編著.電力電子技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社.2000年5 王再英、劉淮霞編著.過程控制系統(tǒng)與儀表.北京：機械工業(yè)出版社.2011年附錄A系統(tǒng)腳本程序PID控制算法的腳本程序啟動時：本站點I 1 =本站點17本站點Ti 1;本站點D 1 =本站點Td 1 /本站點T;本站點uk 1 =0; 本站點 ukll=0;本站點ekl=0; 本站點 ekil=0; 本站點 ekl2=0;本站點12=本站點T/本站點Ti2;本站點D2=本站點Td2A本站點T;本站點uk2=0; 本站點 uk21=0;本站點ek2=0; 本站點 ek21

19、=0; 本站點 ek22=0;運行期間：if（本站點'自動開關(guān)=1） 本站點T=15;本站點11=本站點T/木站點Ti 1;本站點D 1 =本站點Td 1 /本站點T;本站點q 10=本站點P 1 *（1 +本站點I 1 +本站點D 1）;本站點q 11 =本站點P 1 *（1 +2*本站點D 1）;本站點q 12=本站點P 1 *本站點D 1;本站點ek 1 =本站點S V-W本站點'上水箱液位；本站點uk 1 =本站點ql（）*本站點ek 1 -本站點q 11 *本站點ek 11 +本站點q 12率本站點ekl2+本站點uk11;本站點uk 11 =本站點uk 1;本站點e

20、k 12=本站點ek 11;本站點ek 11 =本站點ek 1;if（ 本站點 ukl<1000）if（ 本站點ukl<0） 本站點 uk11=0;else（本站點uk 11 =本站點uk 1;else 本站點ukl 1 = 1000;停止時：本站點ukl=0;本站點ukll=0; 本站點 ekl=（）; 本站點 ekll=O; 本站點 ek12=0;本站點uk2=0; 本站點 uk21=0;本站點ek2=0;本站點 ek21=0; 本站點 ek22=0;I .管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計意義01.1管式加熱爐簡介01.2溫度控制系統(tǒng)設(shè)計意義0管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)工藝流程及控制要

21、求12. 總體方案設(shè)計23.1傳統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)23.2串級控制系統(tǒng)33.3管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)控制原理及調(diào)節(jié)過程4系統(tǒng)的設(shè)計與參數(shù)整定64.1主回路設(shè)計64.2副回路設(shè)計64.3主副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇64.4主副調(diào)節(jié)器正反作用方式確實定74.5控制系統(tǒng)的參數(shù)整定7所需檢測元件、執(zhí)行元件及調(diào)節(jié)儀表技術(shù)參數(shù)85.1溫度變送器85.2溫度檢測元件95.3流量檢測及變送95.4調(diào)節(jié)閥105.5聯(lián)鎖保護10116.1新建工程II6.2連接設(shè)備及設(shè)備測試126.3數(shù)據(jù)詞典126.4建立畫面136.5調(diào)試 執(zhí)行錯誤!未定義書簽。心得體會16參考文獻17管式加熱爐是-種直接受熱式加熱設(shè)備，主要用

22、于加熱液體或氣體化工原料，所用 燃料通常有燃料油和燃料氣。管式加熱爐的傳熱方式以輻射傳熱為主，管式加熱爐通常 由以下兒部分構(gòu)成：1）輻射室：通過火焰或高溫煙氣進行輻射傳熱的部分。這部分直接受火焰沖刷，溫度 很高，是熱交換的主要場所約占熱負荷的70-80%）；2）對流室：靠輻射室出來的煙氣進行以對流傳熱為主的換熱部分；3）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；4）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。管式加熱爐是石油煉制、石油化工、煤化工、焦油加工、原油輸送等工業(yè)中廣泛使

23、用的工藝加熱爐，由于被加熱物質(zhì)即在管內(nèi)流動介質(zhì)通常為氣體或液體，并旦都是易燃 易爆的物質(zhì)，所以操作條件苛刻，同時其必須長周期運轉(zhuǎn)不間斷操作，加熱方式直接受 火，所以管式加熱爐的溫度控制系統(tǒng)至關(guān)重要，是其提高加熱爐熱效率，節(jié)約能源和安 全生產(chǎn)的重要保證，因此本設(shè)計的意義就是旨在設(shè)計出符合管式加熱爐生產(chǎn)控制要求的 溫度控制系統(tǒng)，從而到達在其工作過程中有效及時控制，以提高其工作效率，節(jié)約能源 且保證生產(chǎn)過程的安全可靠。2 .管式加熱爐溫度控制系統(tǒng)工藝流程及控制要求管式加熱爐的主要任務(wù)是把原制油或重油加熱到一定溫度，以保證下一道工序（分 餡或裂解）的順利進行。管式加熱爐的工藝流程圖如圖2.1所示。燃料

24、油經(jīng)過蒸汽霧化 后在爐膛中燃燒，被加熱油料流過爐膛四周的排管中，就被加熱到出口溫度to在燃料 油管道上裝設(shè)一個調(diào)節(jié)閥，用它來控制燃油量以到達調(diào)節(jié)溫度t的目的。引起溫度t改變的擾動因素很多，主要有：1）燃料油方面（它的組分和調(diào)節(jié)閥前的油壓以及燃料油流量）的擾動；2）噴油用的過熱蒸汽壓力波動；3）被加熱油料方面（它的流量和入口溫度）的擾動；4）配風、爐膛漏風和大氣溫度方面的擾動；其中燃料油壓力，流量和過熱蒸汽壓力都可以用專門的調(diào)節(jié)器保持其穩(wěn)定，以便把 擾動因素減小到最低限度。從調(diào)節(jié)閥動作到溫度t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。工藝上對出口溫度t要求不

25、高，一 般希望波動范圍不超過± 1 2%。管式加熱爐的任務(wù)是把原料油加熱到一定溫度，以保證下道工藝順利進行，因此假 設(shè)采用傳統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)，常選原料油出口溫度凡（t）為被控參數(shù)、燃料油流量為控制 變量，如圖3-1所示，其控制系統(tǒng)框圖如圖3-2所示。影響原料油出口溫度用（t）的干擾 有原料油流量"（t）、原料油入口溫度f2（t）.燃料壓力f3（0燃料熱值f4（t）.燃料流量 fs（t）等，該系統(tǒng)根據(jù)原料油出口溫度0（t）來控制燃料閥門的開度，通過改變?nèi)剂狭髁?將原油出口溫度控制在規(guī)定數(shù)值上，但由其系統(tǒng)圖可知當燃料壓力、流量、熱值發(fā)生變 化，產(chǎn)生擾動時，最先影響爐膛溫度，然后通

26、過傳熱過程逐漸影響原料油的出口溫度， 從燃料流量變化經(jīng)過三個容量后，才引起原料油出口溫度的變化，這個通道時間常數(shù)很 大，約15min,反應(yīng)緩慢。而溫度調(diào)節(jié)器T£是根據(jù)原料油的出口溫度外t）與設(shè)定值的 偏差進行控制，當燃料部分出現(xiàn)干擾后，系統(tǒng)并不能及時產(chǎn)生控制作用，客服干擾對被 控參數(shù)0心）的影響，控制質(zhì)量差，當生產(chǎn)工藝對原料油出口溫度0"）要求嚴格時，傳 統(tǒng)的簡單控制系統(tǒng)很難滿足要求，因此我們此次設(shè)計采用串級控制系統(tǒng)進行控制。原料油出口溫度4（t）圖3-1管式加熱爐簡單溫度控制系統(tǒng)圖3-2管式爐溫度簡單控制系統(tǒng)框圖串級控制系統(tǒng)是在簡單控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，當被控過程的

27、滯后較大，干 擾比較劇烈、頻繁時，采用簡單控制系統(tǒng)控制品質(zhì)較差，滿足不了工藝控制精度要求， 在這種情況下可考慮采用串級控制系統(tǒng)，串級控制系統(tǒng)采用兩套檢測變送器和兩個調(diào)節(jié) 器，前一個調(diào)節(jié)器的輸出作為后一個調(diào)節(jié)器的設(shè)定，后一個調(diào)節(jié)器的輸出送往調(diào)節(jié)閥。 針對管式加熱爐設(shè)計的溫度-流量串級控制系統(tǒng)如圖3-3所示，其系統(tǒng)框圖如圖3-4所示。原料出口溫度0 i（f）X1+X1+溫度變送器V圖3-4管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)框圖下面對管式加熱爐溫度-流量串級控制系統(tǒng)的控制原理和調(diào)節(jié)過程進行簡單分析。假設(shè)在穩(wěn)態(tài)工況下，原料油進口溫度和流量穩(wěn)定，燃料的熱值和壓力不變，控制燃 料的閥門保持在一定的開度，爐膛

28、溫度保持相對穩(wěn)定狀態(tài)，此時原料油出口溫度穩(wěn)定在 設(shè)定值。如果出現(xiàn)外部干擾，是穩(wěn)態(tài)工況遭到破壞，串級控制系統(tǒng)立即開始控制動作。 下面按照擾動的不同分三種情況進行討論：1）燃料流量主要干擾）發(fā)生擾動：當燃料的流量發(fā)生波動，而原油的入口溫度和流量保持穩(wěn)定，則干擾首先引起進入 爐膛的燃料量發(fā)生變化，流量變送器及時測到流量的變化，并通過副調(diào)節(jié)器及時控制燃 料調(diào)節(jié)閥，使得燃料流量很快回復(fù)到原先的穩(wěn)定值。如果干擾量小，經(jīng)過副回路調(diào)節(jié)后， 一般影響不到原料油出曰溫度；當干擾幅度較大時，其大部分影響為副回路所客服，但 仍會產(chǎn)生一定影響，但引起的偏差要比簡單溫度控制系統(tǒng)控制下產(chǎn)生的小得多，才是再 通過主調(diào)節(jié)器改變副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值進一步調(diào)節(jié)則可兒乎完全消除干擾的影響，是原料 溫度維持在設(shè)定范圍；2）原料油流量、原料油入口溫度發(fā)生擾動：當干擾只是來自于原料油的流量和入口溫度時，干擾首先引起原料油出口溫度變 化，溫度變送器及時測量到溫度的變化