某加热炉温度控制 过程控制

④从介质的特点考虑。综合以上各种因素，在加热炉温度控制系统中，执行器的调节阀选择气开阀：执行机构采用正作用方式，调节机构正装以实现气开的气动薄膜调节蝶阀。图2-3电/气阀门定位器和气动调节阀组成的系统框图调节阀的流量特性：调节阀的流量特性的选择，在实际生产中常用的调节阀有线性特性、对数特性、抛物线特性和快开特性四种，在本系统中执行器的调节阀的流量特性选择等百分比特性。调节阀的口径：调节阀的口径的大小，直接决定着控制介质流过它的能力。为了保证系统有较好的流通能力，需要使控制阀两端的压降在整个管线的总压降中占有较大的比例。本系统选用电/气阀门定位器ZPD-01和薄膜气动调节阀ZMBS-16K。其主要技术参数见下表：表2-3ZPD-01参数表名称性能输入信号4-20mA·DC输出信号0-0.14MPa2.4变送器变送器在自动检测和控制系统中的作用，是对各种工艺参数，如温度、压力、流量、液位、成分等物理量进行检测，以供显示、记录或控制之用。无论是由模拟仪表构成的系统，还是由计算机控制装置构成的系统，变送器都是不可缺少的环节，获取精确和可靠的过程参数值是进行控制的基础。本系统中的变送器用于温度信号变送，故选择温度变送器。其中较为常用的有模拟式温度变送器、一体化温度变送器和智能式温度变送器三种，本系统采用典型模拟式温度变送器中的DDZ-III型热电偶温度变送器，属安全火花型防暴仪表，还可以与作为检测元件的热电偶相配合，将温度信号线性的转换成统一标准信号。DDZ-Ⅲ类仪表相对于DDZ-Ⅱ类仪表的一个优点是电流范围不是从零开始，这样就避免了把仪表不能正常工作误认为是输出为零，所以应选择DDZ-Ⅲ型K型热电偶温度变送器。本系统选择型号为HR-WP-20-1TC20K-W的单输入单输出热电偶温度变送器。主要特点有：全智能、数字化、可编程；环境温度、零点、满幅自动补偿；符合国际电工委员会IEC61000相关抗电磁干扰标准。其主要技术参数见下表：表2-4热电偶温度变送器参数表名称性能系统传输准确度±0.5%×F.S（可订制±0.2%）冷端温度补偿准确度±1℃（预热时间30分钟）输入阻抗电流—100Ω；电压—500KΩ电流输出允许外接的负载阻抗4～20mA≤350Ω；0～10mA≤700Ω温度漂移＜0.005％F.S/℃工作环境温度-10—+55℃供电电源直流，DC24V±10%；交流，AC95～265V2.5检测元件温度的测量方式有接触式测温和非接触式测温两大类。本系统选择接触式测温元件。其中较为常用的有热电偶、热电阻和集成温度传感器三种，由于系统对温度的要求不是很高，一般的测温元件即可满足要求，故选择K型热电偶作为测温元件，其电路原理图如下图所示：、图2-5热电偶电路原理图三控制系统仪表配接图及说明3.1控制系统仪表配接说明接线图主要由接线板W、温度变送器K（HR-WP-20-1TC20K-W）、电动III型调节器T（TDM-400）、电/气阀门定位器Z（ZPD-01）和气动薄膜调节阀S（ZMBS-16K）五个部分组成。K型热电偶的输出接入温度变送器HR-WP-20-1TC20K-W的输入信号端K1(-），K2(+)；变送器输出信号由K9(+)，K10(-)端子接至电动III型调节器TDM-400的输入信号端T1(+)，T2(-)；调节器的输出信号由T13(+)，T14(-)端子接至电/气阀门定位器ZPD-01的输入信号端子Z1(+)，Z2(-)；阀门定位器的输出信号由Z3(+)，Z4(-)端子接至气动薄膜调节阀ZMBS-16K的输入信号端子S1(+)，S2(-)。表3-1接线图元器件编号名称个数型号1电/气阀门定位器1ZPD-012气动薄膜角型调节阀1ZMBS-16K3热电偶温度变送器1HR-WP-20-1TC20K-W4电动III型调节器1TDM-400四加热炉炉温控制系统仿真结果分析基于各种控制方案的讨论，在仿真环节对各种控制方案进行了仿真。4.1根据已知数据画出单位阶跃曲线图4-1数据画出单位阶跃曲线4.2炉温单回路控制仿真(3-1)图4-2PID控制仿真原理图当KP=1.2TI=0.24TD=1.5时，阶跃响应结果如图4-3所示：由传递函数画出系统的阶跃响应曲线图4-3调节前的阶跃响应曲线当KP=0.9TI=0.2TD=1.2时，阶跃响应结果如图4-4所示图4-4调节后的阶跃响应曲线超调量=(1.65-1.5)/1.5*100%=10%峰值时间=25s过渡过程时间=125s余差=0第一个波峰值=25s第二个波峰值=76s衰减比=1.06衰减率=0.06振荡频率=0.0314五参考文献[1]金以慧主编.过程控制.北京：清华大学出版社2010年[2]乐嘉谦主编.仪表工手册.北京：化学工业出版社，2004年；[3]张毅、张宝芬、曹丽、彭黎辉编著.自动检测技术及仪表控制系统[M].北京化学工业出版社，2009年[4]周泽魁主编.控制仪表与计算机控制装置