过程控制报告

1、过程控制报告姓名：学号：指导老师:报告名称：加热炉温度控制系统设计日期：2015年10月26日目 录摘要 1第一章 控制系统工艺流程及控制要求2 1.1 生产工艺介绍 1.2 控制要求 第二章 锅炉炉膛温度控制的的理论数学模3 2.1锅炉炉膛温度控制的理论数学模型第三章 控制系统设计5 3.1 系统控制参数确定第四章 控制仪表的选型和配置64.1 测温元件4.2流量检测变送器的选择4.3主、副控制器正反作用的选择4.4主回路的PID调节器和副回路的PI调节器4.5控制器仪表的选择4.6控制阀的选择第五章 联锁保护11第六章 控制系统的工作原理12第七章 设计心得13参考文献1、摘要在工业中，电

2、流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。温度控制是控制系统中最为常见的控制类型,主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成。锅炉是工业生产中不可缺少的动力设备，它多产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥、蒸发等过程提供热源，而且，还可以作为风机，压缩机、泵类驱动透平的动力源。随着石油化学工业规模的不断扩大，生产过程不断强化，生产设备不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高参数、高效率的方向发展。为确保安全，稳定生产，对过路设备的自动控制就显得尤为重要。第一章 控制系统工艺流程及控制要求 1.1 生产工艺介绍加热炉是石油化工、发电等工业过程

3、必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。加热炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种多样，常用的加热炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。本加热炉环节中，燃料与空气按照一定比例送入加热炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给物料。物料被加热后，温度达到生产要求后，进入下一个工艺环节。用泵将从初馏塔底得到的拔顶油送入加热炉中加热到360 370 后，再送入常压分馏塔中。经分馏，在塔顶可得

4、到低沸点汽油馏分，经冷凝和冷却到30 40 时，一部分作为塔顶回流液，另一部分作为汽油产品。此外，还设有12个中段回流。在常压塔中一般有34个侧线，分别馏出煤油、轻柴油。侧线产品是按人们的不同需要而取的不同沸点范围的产品，在不同的流程中并不相同。有的侧线产品仅为煤油和轻柴油，而重油为塔底产品；有的侧线为煤油、轻柴油和重柴油，而塔底产品为常压渣油。 初底油用泵加压后与高温位的中段回流、产品、减渣进行换热，一般换后温度能达到260°C以上，如果换热流程优化的好，换热温度可达到310°C左右。初底油在进入常压炉进一步加热至365°C（ 各装置设定的炉出口温度随所炼不同原

5、油的组成性质而差异，一般都在360°C至370°C之间）。最后初底油进入常压塔进行分离。 加热炉设备主要工艺流程图如图2-1所示1.2 控制要求根据生产负荷的不同需要，锅炉需要提供不同规格（压力和温度）的蒸汽，同时，根据安全性和经济性的要求，是锅炉安全运行和完全燃烧，锅炉设备的主要控制要求如下。1、供给蒸汽量适应负荷变化需要或者保持给定负荷；2、锅炉供给用汽设备的蒸汽压力应当保持在一定的范围内；3 、过热蒸汽温度保持在一定范围；4、汽包水位保持在一定范围；5、保持锅炉燃烧的经济性和安全性；6 、炉膛负压保持在一定的范围内。第二章 锅炉炉膛温度控制的理论数学模型由于锅炉炉膛采

6、用的燃料为煤粉，在燃烧过程中，炉膛和汽包之间的传热过程是一个相当复杂的过程，炉膛的温度的动态特性具有一般的大滞后、时变、非线性和不对称性等特点。在过程控制中，为了方便设计，同时又在一定的要求范围内，我们通常把锅炉炉膛的温度的动态特性看作是一个线性的系统。可以用以下传递函数描述。具有时滞的一阶环节: 具有时滞的二阶环节: 可以认为锅炉炉膛温度是一种具有大容积滞后和大纯滞后的对象。在整个炉膛的温区内，其动态参数随锅炉的工作温度变化，在工作点附近的小温度范围内，炉膛的动态特性近似线性的。 炉膛温度问题是比较复杂的。对炉膛温度动态特性进行分段线性化，则在每个较小的温度区间，锅炉炉膛的燃料流量炉膛温度系

7、统的动态特性可近似地用一个惯性环节和一个纯滞后环节串联的简化模型来表征，即: 其中K。为过程的增益，为过程的纯滞后时间，To为过程的等效容积滞后时间。在锅炉炉膛的整个温度范围内，对象的增益、容积滞后时间和纯滞后时间都是炉膛温度和负载的非线性函数。K。随锅炉炉膛内温度升高而减小，To随锅炉炉膛内的温度升高而增大。机理建模和计算机仿真分析以及实验辨识等也证明了这一模型的可行性。加热炉温度控制系统整体控制流程图Qg为燃料流量，为物料出口温度，加热炉作为控制对象。第三章 控制系统设计 3.1 系统控制参数确定 3.1.1 被控参数选择单回路控制系统选择被控参数时要遵循以下原则：在条件许可的情况下，首先

8、应尽量选择能直接反应控制目的的参数为被控参数；其次要选择与控制目的有某种单值对应关系的间接单数作为被控参数；所选的被控参数必须有足够的变化灵敏度。综合以上原则，在本系统中选择物料的出口温度作为被控参数。该参数可直接反应控制目的。 3.1.2 控制参数选择工业过程的输入变量有两类：控制变量和扰动变量。其中，干扰时客观存在的，它是影响系统平稳操作的因素，而操纵变量是克服干扰的影响，使控制系统重新稳定运行的因素。而控制参数选择的基本原则为： 选择对所选定的被控变量影响较大的输入变量作为控制参数； 在以上前提下，选择变化范围较大的输入变量作为控制参数，以便易于控制； 在的基础上选择对被控变量作用效应较

9、快的输入变量作为控制参数，使控制系统响应较快；综合以上原则，选择燃料的流量Qg量作为控制参数。第四章 控制仪表的选型4.1 测温元件热电偶温度变送器与各种测温热电偶配合使用，可将温度信号线性地转换成为420mADC电流信号或15VDC电压信号输出，它是由量程单元和放大单元两部分组成的。热电偶温度变送器的主要特点是采用非线性负反馈回路来实现线性变化。这个特殊的性质反馈回路能按照热电偶温度毫伏信号间的非线性关系调整反馈电压，以保证输入温度t与整机输出或间的线性关系。零点调整、量程调整电路的工作原理与直流毫伏变送器大致相仿。所不同的是：在热电偶温度变送器的输入回路中增加了由铜电阻等元件组成的热电偶冷

10、端温度补偿电路；同时把调零电位器移动到了反馈回路的支路上；在反馈回路中增加了运算放大器等组成的线性化电路起线性化作用。由于锅炉炉膛内的温度值较高，所以选用的热电偶变送器的温度测量值必须达到要求，这里，我选用的是DBW-1150型热电偶温度变送器。DBW-1150型热电偶温度变送器是DDZ-III系列仪表的主要品种。本温度变送器用热电偶作为测温元件，将被测温度线性地转换成标准信号1-5VDC或4-20mADC输出，供给指示、记录、凋节器、计算机等自动化监控系统。技术参数：输    入：  标准热电偶 输  

11、  出：  输出电流：420mADC              输出电压：15VDC              输出电阻：250            

12、0; 允许负载变化范围：100量 程：  01600冷端补偿误差： 1温度漂移：  0.1×基本误差/1绝缘电阻：  电源、输入与输出端子间100M 绝缘强度：  电源/输入/输山端子间1500VAC/分钟 工作条件：  环境温度：050              相对湿度：90%（RH）电源电压： 

13、; 24VDC±5%功    耗：  2W防爆等级：  (ib)IICT6重    量：  2Kg4.2流量检测变送器的选择由于流量变送的对象是煤粉和热空气，所以在选择流量变送装置的时候，必须是能够检测气体流量和和粉末混合气体的流量的。另外，由于空气是热空气，所以还要求变送装置能够在一定的高温下工作，所以这里选用的流量变送器为LUGB型涡街流量计。LUGB型涡街流量计根据卡门（karman）涡街原理测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的

14、体积流量或质量流量的体积流量计。广泛用于各种行业气体、液体、蒸汽流量的计量，也可测量含有微小颗料、杂质的混浊液体，并可作为流量变送器用于自动化控制系统中。LUGB型涡街流量传感器防爆型，符合GB3836-2000爆炸性环境用防爆电气设备有关规定，防爆标志为“ExiaIICT6”，该仪表适用于工厂C级T6组及其以下的爆炸场所。在本次设计中，选用LUGB型涡街流量传感器其精度等级完全可以满足火电厂锅炉温度控制系统的精度要求。技术参数：公称口径： DN10DN500测量介质： 气体、液体、蒸气可测介质温度： -40150；-40280；-40350；-40450公称压力： 2.5MPa（>2.

15、5 MPa协商供货）精度等级： 1级，0.5级（注：0.5级量程范围1：7）输出信号： 电压脉冲：低电平1V，高电平6V，脉冲宽0.4ms，负载电阻>150 420mA转换精度±0.5%满度值，负载电阻19V350，24V500，30V750 现场液晶显示：瞬时流量6位显示，（m3/h或kg/h，t/h），转换精度±0.1%；累计流量8位显示，（m3，kg，t），转换精度±0.1%供电电源： 电压脉冲输出：+12VDC或+24VDC 420mA输出：+19VDC+30VDC 现场液晶显示：电池供电3.6V，1节1号锂电池，使用寿命大于3年；外部供电+12VD

16、C或+24VDC可实现带背光的液晶显示（订货注明）环境温度： 电压脉冲输出：-30+65 420mA输出：-10+55 现场液晶显示  -25+55防爆标志： ExiaIIBT6表体材料： 1Cr18Ni9Ti(其它材料协议供货)；45号钢（法兰连接型）全智能型仪表： 输出信号：标态的体积流量或质量流量 现场液晶显示：循环显示6位瞬时流量、压力、温度；8位显示累积量4.3主、副控制器正反作用的选择DX2000系列新型无纸记录仪,为DX200系列无纸记录仪的升级产品,DX2000最多可达48通道.可以广泛应用于各种环境中。额定电源电压：220VAC +10-15 ，使用电源电压范围：9

17、0 260 VAC，额定电源频率：50 60 Hz，功耗：< 15W环境温度 0 50 环境湿度： 20 80% RH （ 5 40 ）4.4主回路的PID调节器和副回路的PI调节器因为主回路是一个定制系统，主控制器起着定制控制作用。保持主变量的稳定是首要任务，主控制器必须有积分作用。在这里采用的是PID调节器，它综合了比例控制、积分控制和微分控制三种规律的优点，又克服了各自的缺点。比例部分能够迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差，微分部分可以稳定调节精度。因为副回路是一个随动系统，其给定值随主控制器输出的变化而变化，同时两个并列的副环具有逻辑比值关系，其变化是双交叉的，为了能快

18、速跟踪，同时比例调节，应该采用PI调节。4.5控制器仪表的选择采用模拟控制器:DDZIII型调节器，DDZ基型控制器框图如图4.3 。控制器的输入信号为15V的测量信号。设定信号有内设定和外设定两种。内设定信号为15V，外设定信号为420mA。测量信号和设定信号通过输入电路进行减法运算，输出偏差到比例积分微分电路进行比例积分微分运算后，由输出电路转换为420mA信号输出。手动电路和保持电路附于比例积分微分电路之中，手动电路可实现软手动和硬手动两种操作，当处于软手动状态时，用手指按下软手动操作键，使控制器输出积分式上升或下降，当手指离开操作键时，控制器的输出值保持在手指离开前瞬间的数值上，当控制

19、器处于硬手动状态时，移动硬手动操作杆，能使控制器的输出快速改变到需要的数值，只要操作杆不动，就保持这一数值不变。由于有保持电路，使自动与软手动相互切换，硬手动只能切换到软手动，都是无平衡无扰动切换，只有软手动和自动切换到硬手动需要事先平衡才能实现无扰动切换。如果是全刻度指示控制器，测量信号的指示电路和设定信号的指示电路分别把15V电压信号转化为15mA电流信号用双针指示器分别指示测量信号和设定信号。当控制器出现故障需要把控制器从壳体中取出检查时，可以把便携式手动操作器插入手动操作插孔，以实现手动操作。图4.3中的420mA输出信号通过精密电阻转化为15V电压反馈到控制器的输入端，使控制器形成了

20、自闭系统，提高了控制器的运算精度。根据生产设计要求，采用WHSPL型调节器。 DDZ基型控制器框图技术参数：统一标准信号：1-5VDC或4-20mADC。控制精度为<0.5%。负载电阻250750。比例度2500。积分时间0.012.5min与0.125min。微分时间0.0410min。电源：220±10%AC，0.2A。PID参数范围： （1）给定值-6.9%106.9% （2）比例带0.0799.9% （3）积分时间0.099.9%分 （4）微分时间0.099.9%分 （5）采样周期200毫秒4.6控制阀的选择本设计采用气动薄膜调节阀，其工作原理：当气室输入了0.020.

21、10MPa信号压力之后，薄膜产生推力，使推力盘向下移动，压缩弹簧，带动推杆、阀杆、阀芯向下移动，阀芯离开了阀座，从而使压缩空气流通。当信号压力维持一定时，阀门就维持在一定的开度上。气动薄膜调节阀的结构可以分为两部分，上面是执行机构，下面是调节机构。它主要由膜片、弹簧、推杆、阀芯、阀座等零部件组成。当来自控制器的信号压力通入到薄膜气室时，在膜片上产生一个推力，并推动推杆部件向下移动，使阀芯和阀座之间的空隙减小，流体受到的阻力增大，流量减小。推杆下移的同时，弹簧受压产生反作用力，直到弹簧的反作用力与信号压力在膜片上产生的推力相平衡为止，此时，阀芯与阀座之间的流通面积不再改变，流体的流量稳定。 出于

22、安全的原因，在此次设计中使用VBD气动端面密封蝶阀，VBD气动端面密封蝶阀是一种重量轻，结构简单的后座式端面密封蝶阀。阀体、阀板均用钢板焊接或铸造加工而成。适用于低压状态的空气或其他气体的流量、压力控制。本产品符合GB/T4213-92标准。技术参数：型式： 扁平式焊接或铸造阀体公称通径： 1252000mm（580）公称压力： PN0.25、0.6、1.0、1.6MPa          JIS2K、 JIS5K、JIS10K      

23、60;   ANSI 150连接型式： 法兰式：1252000mm（880）密封面型式：RF材料： 25#、SUS304、SUS316、高温耐热钢Ni25Mo等标  准  型： 适用-5200，公称通径DN550以下。外部轴承型： 公称通径DN600以上；公称通径DN550以下，温度200600。压盖形式：   螺栓压紧式填        料：    聚四氟乙烯、  聚四氟乙烯石棉（常温用）、  柔性石墨（中温、高温

24、用）阀内组件额定行程：    全开60°或全开90°阀板材料： 25#、SUS304、SUS316等旋转轴材料：SUS630、SUS304、SUS316阀体、阀板密封形式    端面密封型执行机构型式 气缸活塞执行机构供气压力500kPa气源接口G1/8"、G1/4"、G3/8"、G1/2"、环境温度070阀作用型式根据执行机构与旋转轴之间键连接位置不同，可实现阀的气关式或气开式阀门安装方式   阀杆应水平地安装在配管上。若安装方式发生变化，请予以注明。附

25、件定位器、空气过滤减压器、保位阀、行程开关、阀位传送器、手轮机构等第五章 联锁保护一、原料介质流量过低或中断导致加热炉被烧坏。二、燃料压力过低将造成回火现象。三、燃料压力过高将造成喷嘴脱火现象。基于安全因素考虑设置了流量低值连锁报警FSAL1、FSAL2和火焰检测器BS动作。在加热炉控制系统中，采用加热炉出口温度与燃料控制阀阀后压力的选择性控制方案来保证原料出口温度符合控制要求。其中，燃料控制阀采用气开式，选择器采用LS低选器，温度控制器TC和压力控制器PC均采用反作用。正常生产时，温度控制器输出信号通过LS低选器调节燃料控制阀。当出现异常扰动使燃料控制阀阀后压力过高，达到安全极限时，压力控制

26、器输出信号通过低选择器取代温度控制器工作，关小燃料控制阀，以防止脱火。恢复正常后，压力控制器退出工作转为后备，转为温度控制器重新调节燃料控制阀。当燃料气流量过低时，流量检测装置FSAL1触点动作；当炉内火焰熄灭时，火焰检测器BS动作；而当原料流量过低时，流量检测装置FSAL2动作。当以上三个检测装置的一个或几个动作时，使接在气源上的三通电磁阀失电，来自起源的压缩空气放缩空，温度控制器或压力控制器的信号失效。由于控制阀是气开式控制阀，失去信号后将自动关闭阀门，切断燃料。电电磁阀上需要设置人工复位开关，连锁动作以后，不能自动复位，必须确认危险已经解除后，通过手动复位使生产过程恢复运行。第六章 控制

27、系统的工作原理锅炉温度的控制虽然已经普遍采用了计算机控制，但最常用的控制方法仍是普通PID控制，包括单回路、串级回路和分程控制等都是由PID作为基本的控制算法。在此次设计中我们采用串级回路控制方法。串级调节系统多用于燃料源受频繁扰动的锅炉炉膛，该系统由主回路和副回路组成，主回路根据实际值与给定值的偏差由PID调节规律对燃料流量进行调节，副回路根据燃料流量实际值与主回路温度调节器输出的燃料流量的偏差对流量进行调节，以避免扰动对燃料流量的影响。在系统稳定状态时，温度PID的输出以A1送到煤粉流量调节回路PID作为设定值，以B1送到空气流量调节回路PID作为设定值。在负荷剧增(温测<温给)时,温度PID的输出剧增.对于空气流量调节回路,随着B1开始增加时,B1<B2,低选器选中B1,空气流量增加,当B1正跳变到B1>B2时,低选器选中B2,B1被中断,同时B3<B2,高选器选B2,B2作为该回路PID的设定值,使空气流量随着煤粉流量的增加而增加,交叉限制作用开始,当B2增加到B2>B1时,低选器又选中B1,B1又作为该回路PID设定值,交叉限制作用结束,系统稳定。对于煤粉流量调节回路,随着煤粉流量的增加,高选器选A1,而低选器中,开始时选A1作为该回路PID的设定值, 煤粉流量增加,A1>A2时