过程控制课程设计-管式加热炉串级系统控制

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1、学号天津城建大学过程控制课程设计设计说明书串级温度控制系统设计起止日期：2017年7月3日至2017年7月7日学生姓名侯亚东班级14自动化2班成绩指导教师(签字)控制与机械工程学院2017年7月7日天津城建大学课程设计任务书2016-2017学年第2学期控制与机械工程学院自动化专业班级14自动化2班姓名侯亚东学号课程设计名称：过程控制设计题目：串级温度控制系统设计完成期限：自2017年7月3日至2017年7月7日共1周设计依据、要求及主要内容：一、设计任务 管式加热炉系统，考虑将燃烧室温度作为副变量，烧成温度作为主变量，主、副对象的传递函数分别为：，试

2、采用串级控制设计温度控制系统，具体要求如下：1)进行控制方案设计，包括调节阀的选择、控制器参数整定，给出相应的闭环系统原理图；2)进行仿真实验，给出系统的跟踪性能和抗干扰性能；3）说明不同控制方案对系统的影响。二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果：（1）超调量（2）峰值时间（3）过渡过程时间（4）余差（5）第一个波峰值（6）第二个波峰值（7）衰减比（8）衰减率（9）振荡频率（10）全部P、I、D的参数（11）PID的模型（12）设计思路三、设计报告课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。四

3、、参考资料[1]何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004[2]邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000[3]过程控制教材指导教师（签字）：教研室主任（签字）：批准日期：年月日目录绪论1一、设计的目的意义11.1管式加热炉简介21.2设计目的及意义11.3管式加热炉温度控系统工艺流程及控制要求2二、设计方案22.1简单控制系统22.2串级控制系统32.3方案选择4三、串级控制系统分析43.1主回路设计43.2副回路选择43.3主、副调节器规律选择43.4主、副调节器正反作用方式确定43.5控制器参数工程整定4四、各仪表的

4、选取及元器件54.1温度变送器54.2温度检测元件64.3调节阀74.4联锁保护7五、MATLAB仿真实验75.1副回路的整定85.2主回路的整定85.3整体参数整定8心得体会10参考文献10绪论过程控制课程是自动化专业最主要的一门课程，它是在自动控制理论的基础上发展起来的应用课程，既有理论又有工程实践。以表征生产过程的参数为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。例如，锅炉中蒸汽的产生、分馏塔中原油的分离等。表征过程的主要参数有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等

5、。通过对过程参数的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少同时本次课程设计还综合应用了多款软件如MATLAB,VISIO绘图软件。管式加热炉的特点有下面几个：1)可以智能AI控温，拥有50段程序编排功能，同时发出节能而且有较高的效益;2)将高纯度晶体纤维作为炉膛保温的材料，这样温度能够均匀分布，而且保温性能非常优异;3)高温热处理范围比较广：100～1600℃;4)可以进行抽真空和双路供气，也能作气氛保护或反应气体使用;5)自带循环水来进行冷却，保证真空密封;6)机体是组合式的结构，更加具有个性化;　　管式加热炉主要是用在冶金，玻璃，热处

6、理，锂电正负极材料，新能源，磨具等行业测定材料在一定气氛条件下的专业设备。一、设计的目的意义1.1管式加热炉简介管式加热炉是炼油、化工生产中的重要装置之一，它的任务是把原料油加热到一定温度，以保证下道工序的顺利进行。因此，常选原料油出口温度为被控参数、燃料流量为控制变量，构成如图1-1所示的温度控制系统，控制系统框图如图1-2所示。影响原料油出口温度的干扰有原料油流量、原料油入口温度、燃料压力、燃料压力等。该系统根据原料油出口温度变化来控制燃料阀门开度，通过改变燃料流量将原油出口温度控制在规定的数值上，是一个简单控制系统。管式加热炉一般由四个主要部分组

7、成：烟囱、对流室、辐射室及燃烧器，示意图如图1-1所示：图1-1管式加热炉9通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这部分直接受火焰冲刷，温度很高（600-1600℃），是热交换的主要场所（约占热负荷的70-80%）。燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。1.2设计目的及意义管式加热炉是石油工业中重要装置之一，加热炉控制的主要任务就是保

8、证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于其具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂