直接蒸汽加热器自动控制系统在线仿真.pdf

《直接蒸汽加热器自动控制系统在线仿真.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、过程控制化工自动化及仪表，2010，37(2)：28—30ControlandInstrumentsinChemicalIndustry直接蒸汽加热器自动控制系统在线仿真杨莹8，曹玉波6，高维平4(吉林化工学院a．化工与材料工程学院；b．信息与控制工程学院，吉林吉林132022)摘要：以直接蒸汽加热器为研究对象，通过机理分析法建立了直接蒸汽加热器温度控制回路各环节的教学模型。利用组态软件编制仿真界面，通过DDE接口与差分数字化模型程序进行通讯，仿真程序运行过程中可实时修改和调整过程运行参数，从而实现了蒸汽加热器出口温度自动控制过程的在线仿真。关键词：PID控制器；直接蒸汽加热器；仿真；在线

2、中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1000-3932(2010)0243028-031引言蒸汽加热器主要是利用蒸汽的冷凝热对工艺介质进行加热，是空分行业、石化工业、食品工业和冶金等工业中应用非常广泛的单元操作设备之一。在蒸汽加热过程中，需要对换热器出口温度进行定值控制，以保证生产过程的正常进行，所以蒸汽加热器出口温度的控制问题便成为工业生产中一项十分重要的内容⋯。2直接蒸汽加热器工艺简介直接蒸汽加热器是一种直接将蒸汽与被加热介质相混合的一种加热方式，当出水温度偏离目标值时，通过调节加热蒸汽量来使出口温度自动恢复到设定目标值范围内。其工艺控制系统流程如图1所示。温度自动控制系统方

3、框图如图2所示。图2自动控制系统方框图3自动控制系统数学模型3．1加热器对象模型^31考查加热器内热量的变化情况，假设在单位时间(at)内流人加热蒸汽所含热量为g。，流入冷流体所含热量为g。，流出热流体所含热量为q．，其它热损失可忽略不计。根据热量守衡定律，单位时间内热量进入量与热量流出量之差等于加热器内热量积存量u的变化量，即：dU=(q。+g。一口．)dt(1)式中：q。g。、q。、卜中间变量，与流体参数之间的关系是：q。=W·H；q。=e·c。·以；q。=e·c。·以；dU=V·y·c。·dO。；卜加热器内液体的体积，可假定为常数；y——流体密度，可假定为常数；W、卜加热蒸汽的流量和

4、热焓；口。、p。——热、冷流体温度；G。、G。——热、冷流体流量；c。c。——热、冷液体的比热，假设近似相等，并统一用c。、表示。则式(1)变为：y·y·c。·等=G。·c。·0e+W·／／一G．．cc·以假设蒸汽用量比流体流量小很多，则可忽略不计，则G。=G。，从而上式可简化为：等·警+以=巩m去(2)这里选加热蒸汽流量形为控制变量，并假设冷液体温度0，为干扰变量，即当温度设定值或冷液体温度发生变化而导致热流体温度0。偏离设定值时，温度控制器TICIOI通过调节蒸汽调节阀的开度以调整加热量从而使出水温度自动恢复到设定值附近。上式采用前向差分离散化后有：小+1)=警吲¨镨Oo(^)+Iv(

5、k)·景(3)收稿日期：2009．1l-23(修改稿)第2期杨莹等．直接蒸汽加热器自动控制系统在线仿真·29·式中：日(1

6、})、日(k一1)——液位当前测量值、液位前次测量值。3．2调节阀模型蒸汽调节阀选用线性阀，假定蒸汽压力不变，则蒸汽流量与阀门开度成正比，考虑到执行机构的滞后特性，可表示为：形(t)=c·肘(t—下)(4)3．3测量通道模型工业上通常可用热电阻或热电偶完成温度信号的测量和转换，通常由于测温元件具有一定的热容性导致温度测量环节的输出信号与温度特性呈一阶惯性的动态关系，其离散关系式可表示为H。’：r(^)=(1一{})·7’(^一1)+j；}·口(％)(5)3．4PID调

7、节器模型‘1’2】帅)=峰倒¨百Kp·p(t)dr+K，·％·掣E(t)=冠(t)一日(￡)式中：后，——比例放大倍数；正——积分时间常数；％——微分时间常数；E(f)——系统余差。离散化后有：心)：Kp似蚰毕．圭刚)群·％·[E(＆)一E(k一1)]+一————i一一一：Kp．曰(后)+1(k—1)+警．E(^)11+坠玉坐攀!业(6)』●E(t)=R(后)一日(＆)(7)通过以上分析，式(3)一式(7)给出了图2所示方框图中各环节的动态输入、输出关系，通过编制程序，即可实现对直接蒸汽加热器温度自动控制系统的仿真。4控制系统仿真直接蒸汽加热器在线仿真结构原理如图3所示。程序运行中随时可接

8、受控制参数及设定值或干扰变量的变化，通过PID运算能自动调整被控变量恢复到设定目标范围内，人机界面与生产过程中实际在线DCS画面一致。I控制iiiij而(人机接口)，包括'I-f“数据I显示、动态厕面、PID参数捧图等】rIDDE：绥Il图3在线仿真程序结构图图4中，时间段A为设定值①改变时系统自动调节出口温度②跟随设定值而变化，时间段B是进水温度干扰时系统自动调节出水温度恢复到被控目标范围内的过度过程。由图可知，当PI