造纸厂网前箱温度控制系统的设计

1、1摘要.21 网前箱温度控制系统简述.31.1 概述 .31.2 过程控制系统的应用意义 .42 设计方案.42.1 整体方案 .42.1.1 方案一：单回路控制系统 .52.1.2 方案二：串级控制系统 .63 串级控制系统的分析与设计.73.1 温度串级控制系统 .73.2 网前箱温度流量串级控制系统 .83.3 液位指示报警系统 .104 器件的选择.114.1 元器件清单 .115 结语.12参考文献：.142摘要温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关。在科学研究和生产实践的诸多领域中 温度控制占有着极为重要的地位 特别是在冶金、化工、建材、食品

2、、机械、石油等工业中，具有举足轻重的作用。对于不同生产情况和工艺要求下的温度控制，所采用的加热方式，燃料，控制方案 也有所不同。例如冶金、机械、食品、化工等各类工业生产中广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等；燃料有煤气、天然气、油、电等。温度控制系统的工艺过程复杂多变，具有不确定性，因此对系统要求更为先进的控制技术和控制理论。目前在控制领域中，虽然逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。但就其控制策略而言，占统治地位的仍旧是常规的 PID 控制。PID 结构简朴、稳定性好、工作可靠、使用中不必弄清系统的数学模型。PID 的使用已经有 60

3、多年了，有人称赞它是控制领域的常青树。31 网前箱温度控制系统简述混合器和网前箱在造纸工业中中是非常重要的换热设备。混合器控制的主要任务就是保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。同时，近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。因此，在设计网前箱控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要质量指标，要保证网前箱的热效率最高。1.1 概述造纸厂纸浆由混合箱送往网前箱的工艺流程如下：调配好中浓度纸浆由泵从贮槽送至混合箱，在混合箱中与过滤网过滤后的白水混合，配成低浓度纸浆悬浮液，并被蒸汽加热至 72左右，经立筛、圆筛除去杂质后送至

4、网前箱，再以一定速度喷向造纸网脱水。为保证质量，网前箱温度应保持在61。混合箱至网前箱的纯滞后时间有 90s，如果纸浆流量波动 35Kg/min，网前箱纸浆温度最大偏差将高达 8.5，过渡时间则长达 450s。故工艺上要求：1.网前箱纸浆温度保持在 611 。2.混合箱温度保持在 72143.温度误差大于3时应会自动提示报警。1.2 过程控制系统的应用意义过程控制通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术最重要的组成部分之一。其应用范围覆盖石油、化工、制药、生物、医药、水利、电力、冶金、轻工、纺织、建材、核环境等许多领域，在国民经济中占有极其重要的地位。过程控制的主要任务是对生产过程中的有关

5、参数进行控制，使其保持恒定或按一定规律变化，在保证产品质量和生产安全的前提下，使连续型生产过程自动地进行下去。连续生产过程的特征是：呈流动状的各种原料中连续流动过程中，伴随着物理变化、化学反应、生化反应、物质能量的转换与传递。连续型生产过程常常要求苛刻的工艺条件，如高温、高压等；现场存在易燃、易爆或有害泄漏等危险，生产条件恶劣；需要有保护人身与生产设备安全的特别措施等。在大型的连续生产系统中，影响生产过程的因素和条件一般不止一个，各自所起到作用也不同，这就决定了过程控制的复杂性和多样性。2 设计方案2.1 整体方案根据题目要求并通过检阅大量，有二种方案可以实现换5热器温度控制系统：2.1.1

6、方案一：单回路控制系统网前箱中温度作为被控参数，经过温度变;送器传送到比较器，与设定值比较后控制蒸汽调节阀的蒸汽量，从而实现网前箱的温度控制。单回路反馈控制控制系统结构框图：图1单回路反馈控制控制系统结构框图网前温箱温度控制系统：温度控制器 TC 设定为 61，,根据网前箱出口温度与设定值的偏差进行控制。可是当混合器环节出现干扰后，控制系统并不能及时产生控制作用，克服干扰对被控参数的影响，故控制质量差。当生产工艺对网前箱出口温度要求严格时，单回路控制系统很难满足要求。被控变量：网前箱出口温度；操纵变量：蒸汽流量。温度控制器控制阀混合器立筛、圆筛温度检测、变送仪表网前箱6混合器圆筛立筛网前箱TC

7、TT图2单回路网前箱温度控制系统2.1.2 方案二：串级控制系统 串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。串级控制系统结构框图：中间被控变量：混合器温度；操纵变量：蒸汽变量；当混合器温度变化时，副测量变送器可以及时动作克服干扰。7图 3 串级控制系统结构框图3 串级控制系统的分析与设计3.1 温度串级控制系统图4温度串级控制系统的结构框图当网前箱温度出现偏差发现干扰的存在，控制器马上改变控制阀的开度，改变蒸汽流量，对网前箱加以调节。可这个调节作用同样要经过混合箱、立筛、圆筛等时间滞后很长的通道，当调节起作用时，网前箱的

8、温度又会发生变化。也就是说，即使发现偏差，也得不到及时调节，造成超调量增大，稳定性下降。主调节器 主调节器 控制阀 混合器 立筛、 圆筛 主测量变送器 网前箱 副测量变送器 副调节器 控制阀混合器立筛、圆筛主测量变送器网前箱副测量变送器 TTTT副调节器8这个方案从表面看似乎很好，因为所有对网前箱温度的干扰因素都包括在控制回路中，只要干扰导致网前箱温度发生变化，控制器就通过改变调节阀的开度来改变加热蒸汽流量，把变化了的网前箱温度调回到设定值。但实践证明，这种控制方案控制质量很差，达不到工艺要求。原因在于当纸浆流量和蒸汽压力变化时，首先影响混合器的出口温度再进而使网前箱温度发生变化，只有被控变量

9、网前箱温度变化时，控制器才能发出控制作用，通过改变蒸汽流量，把被控量调回到设定值。TT002过滤网FT002FC002TC002蒸汽T0LILA白水中浓度纸浆纸浆池图 5 温度前馈串级控制系统3.2 网前箱温度流量串级控制系统网前温箱控制系统是以网前箱温度为主要被控参数的控9制系统。其他被控参数有混合器温度，立筛温度，圆筛温度等。温度调节器对被控参数（网前箱温度）精确控制与温度调节器对来自蒸汽干扰的及时控制相结合，现根据混合器温度的变化，改变蒸汽流量，快速消除来自蒸汽的干扰对混合器温度的影响；然后再根据网前箱温度与设定值的偏差，改变温度调节器，进一步调节蒸汽流量，使网前箱温度恒定，达到温度控制

10、的目的。图 6 网前箱温度流量串级控制系统的结构框图这种方案使控制通道滞后减小，控制及时，能够迅速克服纸浆流量和蒸汽压力方面的干扰，把它们克服在影响网前箱温度之前。但是，控制混合器出口温度不是最终目的，它不能完全代表网前箱温度。当干扰因素来自于立筛、圆筛或网前箱时，该系统对这些干扰就无能为力了。10V-1铜网FC001FT001TC001TT001P-1P-9T0图 7 温度流量串级控制系统3.3 液位指示报警系统 纸浆池LI001LA001图 8 液位指示报警系统114 器件的选择4.1 元器件清单元器件清单元器件名称品牌型号元器件标号数量温度测量器威卡T19.30001TT002TT003

11、TT004TT4温度控制器西域SB1560001TC002TC003TC004TC4 流量测量器西门子2HQ3512001FT002FT003FT3流量控制器西门子7ME6910001FC002FC003FC3浓度控制器DICE33001VC1比值控制器BURKERTBURKERT8611001FY1报警器维克WD-FW001TA002TA2125 结语本次课设是网前箱温度控制系统，主要作用是实现纸浆的加热，因此用单回路闭环系统就可实现对换热器出口温度控制。但纸浆流量的不稳定，是本系统的最主要扰动，为了克服纸浆流量变化对被控参数的影响，在单回路闭环系统的基础上串入副回路控制，构成串级控制系统，

12、这样就能克服主要扰动(纸浆流量 Q)的影响，而其他扰动如，纸浆的初温、蒸汽压力波动等，单回路闭环系统自己又可以克服，因此本系统基本满足要求。课程设计是培养我们综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。回顾起此过程控制课程设计，我仍感慨颇多，的确，从老师发下题目，到完成，这些天过得，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计，我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来

13、，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。虽然这已经不是第一次作课设了，但在设计的过程还是遇到很多困难，毕竟过程控制这门是理论与实际相结合十分紧密的，书本上的理论和实际应用中还是有很大区别的。但是通过查13阅大量书籍及在网上搜到的有关知识，基础上解决了一些遇到的难题，通过几天紧张的忙碌，对过程控制这门课有了更深的了解，对上课中老师所的串级系统、前馈-反馈系统等，有了进一步了解，同时对各种不同系统选用什么样的变送器，控制器、调节器有了进一步的理解。总之，这次课程设计终于顺利完成了，但是自己所设计的系统中还存在不少缺点和不足，希望老师给予指正。14参考文献： 1刘德峥. 精细化工生产工艺学M