換熱器出口溫度比值控制系統(tǒng)設(shè)計馬沖

1、中北大學(xué)課程設(shè)計說明書中北大學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書學(xué)生姓名： 馬沖 學(xué) 號： 1002034306 學(xué) 院： 機械與動力工程學(xué)院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 題 目： 換熱器出口溫度比值控制系統(tǒng)設(shè)計 指導(dǎo)教師： 高強 職稱: 副教授 陸輝山 職稱: 副教授 2013年12月30日中北大學(xué) 課程設(shè)計任務(wù)書 2013/2014 學(xué)年第 1 學(xué)期學(xué) 院： 機械與動力工程學(xué)院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 學(xué) 生 姓 名： 馬沖 學(xué) 號： 1002034306 課程設(shè)計題目：換熱器出口溫度比值控制系統(tǒng)設(shè)計 起 迄 日 期： 2013年12月30日2014年1月10日 課程設(shè)計地點： 中北大學(xué)

2、指 導(dǎo) 教 師： 高強 陸輝山 系 主 任： 黃晉英 下達任務(wù)書日期: 2013年12月30日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1設(shè)計目的：（1）培養(yǎng)學(xué)生運用過程檢測儀表與控制技術(shù)及其他相關(guān)課程的知識，結(jié)合畢業(yè)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，獨立地分析和解決實際過程控制的問題，初步具備設(shè)計一個過程控制系統(tǒng)的能力。 （2）運用工程的方法，通過一個簡單課題的設(shè)計練習(xí)，可使學(xué)生初步體驗過程控制系統(tǒng)的設(shè)計過程、設(shè)計要求、完成的工作內(nèi)容和具體的設(shè)計方法。（3）培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力和創(chuàng)造力；綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識，解決實際工程技術(shù)問題的能力；（4）培養(yǎng)查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力；（5）培養(yǎng)編寫技術(shù)報告和編制技

3、術(shù)資料的能力。2設(shè)計內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計要求等）：經(jīng)過過程檢測儀表與控制課程的學(xué)習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)后，對現(xiàn)場的實際過程控制策略、實際環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)有了一定的認識和了解。在此基礎(chǔ)上，針對實踐環(huán)節(jié)中的被控對象（控制裝置），獨立完成控制系統(tǒng)的設(shè)計，并通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制參數(shù)，達到較好的控制效果。1. 確定系統(tǒng)整體控制方案以及系統(tǒng)的構(gòu)成方式，給出控制流程圖；2. 現(xiàn)場儀表選型，編制有關(guān)儀表信息的設(shè)計文件；3. 給出控制系統(tǒng)方框圖；4. 分析被控對象特性，選擇控制算法；5. 進行系統(tǒng)仿真，調(diào)節(jié)控制參數(shù)，分析系統(tǒng)性能；6. 寫出設(shè)計工作小結(jié)。對在完成以上設(shè)計過程所進行的有關(guān)步驟：如設(shè)計思想

4、、指標論證、方案確定、參數(shù)計算、元器件選擇、原理分析等作出說明，并對所完成的設(shè)計作出評價，對自己整個設(shè)計工作中經(jīng)驗教訓(xùn)，總結(jié)收獲。3設(shè)計工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書(論文)、圖紙、實物樣品等：1確定系統(tǒng)整體控制方案、儀表選型、系統(tǒng)控制流程圖、選擇控制算法。2撰寫課程設(shè)計說明書一份（A4紙）。 4主要參考文獻：1過程裝備控制技術(shù)及其應(yīng)用 王毅 主編 化學(xué)工業(yè)出版社2過程自動化及儀表 俞金壽 主編 化學(xué)工業(yè)出版社 3工業(yè)過程控制工程 王樹青 主編 化學(xué)工業(yè)出版社4控制儀表及裝置 吳勤勤 主編 化學(xué)工業(yè)出版社5過程控制儀表 徐春山 主編 冶金工業(yè)出版社6過程裝備成套技術(shù)設(shè)計指南工程

5、黃振仁 主編 化學(xué)工業(yè)出版社7過程控制裝置 張永德 主編 化學(xué)工業(yè)出版社8化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計 匡國柱 主編 化學(xué)工業(yè)出版社9化工設(shè)備設(shè)計設(shè)計手冊（上、下） 朱有庭 主編 化學(xué)工業(yè)出版社10工業(yè)過程檢測與控制 孟華 主編 化學(xué)工業(yè)出版社5設(shè)計成果形式及要求：提供課程設(shè)計說明書一份，要求內(nèi)容與設(shè)計過程相符，且格式要符合規(guī)定要求；系統(tǒng)控制流程圖一份；6工作計劃及進度：2013年12月30日 -2014年1月2日 確定系統(tǒng)整體控制方案以及系統(tǒng)的構(gòu)成方式，畫出控制流程圖，完成儀表選型，接線圖；2014年 1月3日 - 1月6日 控制系統(tǒng)方框圖，分析被控對象特性，選擇控制算法；1月7日- 1月8日

6、 進行系統(tǒng)仿真，調(diào)節(jié)控制參數(shù)，分析系統(tǒng)性能；1月8日 - 1月9日 編寫課程設(shè)計說明書1月10日 答辯學(xué)科管理部審查意見： 簽字： 年 月 日 目 錄一換熱器工作原理及結(jié)構(gòu)特點11.1換熱器的簡介及分類11.2換熱器的控制方法1二控制方案的選擇32.1傳遞函數(shù)的確定及被控對象的特性分析3 2.1.1 被控對象靜態(tài)特性分析4 2.1.2 被控對象動態(tài)特性分析6 三儀表的選型及參數(shù)的確定113.1 流量測量儀113.2 調(diào)節(jié)器123.3 調(diào)節(jié)閥12四控制系統(tǒng)的仿真144.1各個環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)及各個參數(shù)的確定14五課程設(shè)計總結(jié)18六主要參考文獻191 換熱器工作原理及結(jié)構(gòu)特點 1.1換熱器的簡介及分類

7、 換熱器是一種用來進行熱量交換的工藝設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。它的作用是通過熱流體加熱冷流體，使工作介質(zhì)達到生產(chǎn)工藝所規(guī)定的溫度要求，以利于生產(chǎn)過程的順利進行，同時避免生產(chǎn)過程中的浪費，以節(jié)約能源。換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。 換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。在熱量交換中常有一些腐蝕性、氧化性很強的物料，因此，要求制造換熱器的材料具有抗強腐蝕性能。換熱器的分類比較廣泛：反應(yīng)釜 壓力容器 冷凝器 反應(yīng)鍋 螺旋板式換熱器 波紋管換熱器 列管換熱器 板式換熱器 螺旋板換熱器 管殼式換熱器 容積式換熱器 浮頭式換熱器 管式換熱器 熱管換熱器

8、 汽水換熱器 換熱機組 石墨換熱器 空氣換熱器 鈦換熱器 換熱設(shè)備，要求制造換熱器的材料具有抗強腐蝕性能。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金屬材料以及不銹鋼、鈦、鉭、鋯等金屬材料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、體積大、導(dǎo)熱差等缺點，用鈦、鉭、鋯等稀有金屬制成的換熱器價格過于昂貴，不銹鋼則難耐許多腐蝕性介質(zhì)，并產(chǎn)生晶間腐蝕。如圖1【1】 1.2 換熱器的控制方法換熱器是傳熱設(shè)備中較為簡單的一種，也是最常見的一種。通常它兩側(cè)的介質(zhì)(工藝介質(zhì)和載熱體)在換熱過程中均無相變。換熱器換熱的目的是保證工藝介質(zhì)加熱(或冷卻)到一定溫度。為保證出口溫度平穩(wěn)，滿足工藝要求，必須對傳遞的熱量進行調(diào)節(jié)。

9、調(diào)節(jié)熱量有以下幾種方式。1) 控制載熱體流量這個方案的控制流程如圖2。其控制原理可通過熱量平衡方程和傳熱速率方程來分析。 圖2 換熱器控制流程圖由于冷流體的傳熱符合熱量平衡方程式【2】工程熱力學(xué)，熱力平衡部分，又符合傳熱速率方程式，通過對換熱器靜態(tài)特性分析部分的內(nèi)容，因此有下列關(guān)系 （1-19）整理后得 （1-20）當從上式可看出，在傳熱面積、冷流體進口流量 、溫度 和比熱容 一定的情況下，影響冷流體出口溫度 的因素主要為傳熱系數(shù)及平均溫差?？刂戚d流體流量實質(zhì)上是改變。若由于某種原因使降低，控制器 TC 將使控制閥門增大，載熱體流 量增加，傳遞的熱量增加，這就必然導(dǎo)致冷熱流體平均溫差升高，從而

10、使工藝介質(zhì) 的出口溫度增加。載熱體流量增加，一方面使溫差增加，另一方面?zhèn)鳠嵯到y(tǒng)數(shù)也會增加，但在通常情況下傳熱系統(tǒng)數(shù)變化不大，所以經(jīng)常忽略。因此這種方案實質(zhì)上是通過改變來控制工藝介質(zhì)的出口溫度的。改變載熱體流量是應(yīng)用最為普遍的控制方案，多適用于載熱體流量的變化對溫度影響較靈敏的場合。當載熱體流量已經(jīng)變得很大， 較小時，進入飽和區(qū)控制就很遲迍，此時不宜采用此方案。2) 控制載熱體旁路流量 【4】流量控制當載熱體本身也是一種工藝物料，其流量不允許變化時，可采用此控制方案。它的控制原理也是利用改變溫差的手段來達到溫度控制的目的。這里采用三通控制閥來改變進入換熱器的載熱體流量與旁路流量的比例，這樣既可以

11、改變進入換熱器的載熱體流量，又能保證載熱體總流量不受影響。3) 工藝介質(zhì)的旁路控制當工藝介質(zhì)的流量允許變化，而且換熱器的傳熱面有富余時，可將工藝介質(zhì)的一部分經(jīng)換熱器，其余部分由旁路直接流到出口處，然后將兩者混合起來控制溫度。該控制方案中被控變量是冷流體和熱流體混合后的溫度，熱流體溫度大于設(shè)定溫度，冷流體溫度小于設(shè)定溫度，通過控制冷熱流體流量的配比，使混合 后的溫度等于設(shè)定溫度。從控制原理上來看，這種方案實際上是一個混合過程。所以反應(yīng)及時，過程的滯后并不直接顯示出來，適用于停留時間較長的換熱器。但需注意的是換熱器必須有較大余量的傳熱面積，且載熱體一直處于最大流量，因此在通過換熱器的被加熱 介質(zhì)流

12、量較小時就不太經(jīng)濟?？紤]經(jīng)濟性，旁路的流量通常占總流量的 10%30%。4) 控制傳熱面積從傳熱速率方程 來看，使傳熱系數(shù) 和傳熱平均溫差 基本保持不變，調(diào)節(jié)傳熱面積可能改變傳熱量，從而達到控制出口溫度的目的。此時調(diào)節(jié)閥裝在冷凝液的排出管線上。如果被加熱物料出口溫度高于給定值，說明傳熱量過大，可將 冷凝液控制閥關(guān)小，冷凝液就會積累起來，減少了有效的蒸汽冷凝面積，從而使傳熱量減 少，工藝介質(zhì)出口溫度就會降低。反之，如果被加熱物料出口溫度低于給定值，可將冷凝 液控制閥開大，增大傳熱面積，使傳熱量相應(yīng)增加。二控制方案的選擇2.1 傳遞函數(shù)的確定及被控對象特性分析在本文中，以列管式逆流單程換熱器進行分

13、析，令為熱流體的流量，為冷流體流量。分別為熱流體和冷流體的入口溫度，分別為熱流體和冷流體的出口溫度，而分別為熱流體和冷流體的比熱容?！?】自動控制原理傳遞函數(shù)部分2.1.1被控對象靜態(tài)特性分析對象的靜態(tài)特性就是要確定之間的函數(shù)關(guān)系。靜態(tài)特性的求得，可以作為控制方案設(shè)計時系統(tǒng)的擾動分析。靜態(tài)放大系數(shù)也能作為系統(tǒng)整定分析，以及控制閥流量特性選擇的依據(jù)。靜態(tài)特性推導(dǎo)的兩個基本方程式一熱量平衡關(guān)系式及傳熱速率方程式為了處理方便，不考慮傳熱過程中的熱損失，則熱流體失去的熱量應(yīng)該等于冷流體吸收的熱量，為 （1-1）式中，為傳熱速率(單位時間內(nèi)傳遞的熱量)；為質(zhì)量流量；為比熱容；為溫度。式中的下標處 1 為

14、載熱體；2 為冷流體；為入口；為出口。另外，傳熱過程中的為 （1-2）式中，為傳熱系數(shù)；為傳熱面積；為兩流體間的平均溫差。其中平均溫差對于逆流、單程的情況為對數(shù)平均值 （1-3）在，其誤差在5%以內(nèi)，可采用算數(shù)平均值來代替。算術(shù)平均值為： （1-4）對上述公式進行整理后得到： （1-5）上式為逆流、單程列管式換熱器靜態(tài)特性的基本表達式。其中各通道的靜態(tài)放大倍數(shù)均可由此式推出：(l)熱流體入口溫度對出口溫度的影響，即通道的靜態(tài)放大倍數(shù)。對上式進行增量化，令，則可得: （1-6） 由式可求得通道的靜態(tài)放大倍數(shù)為: （1-7）該式表明，與之間為線性關(guān)系，其靜態(tài)放大倍數(shù)為小于1的常數(shù)。（2）冷流體入口

15、溫度對熱流體出口溫度的影響，即通道的靜態(tài)放大倍數(shù)。同樣對式（1-5）進行增量化，令，可得: （1-8）（1-8）式表明，之間也為線性關(guān)系。（3）熱流體流量對其出口溫度的影響，即通道的靜態(tài)放大倍數(shù)，通過對式（1-5）進行求導(dǎo)，求取靜態(tài)放大倍數(shù)為: （1-9）由上式（1-9）可見，通道的靜態(tài)特性是一個非線性關(guān)系。從上式很難分清兩者之間的關(guān)系，因此，常用下圖來表示這個通道的靜態(tài)關(guān)系。可以看出，當較大時，曲線呈飽和狀，此時的變化，從靜態(tài)來看，對的影響微弱了。 圖3 T10與G1的靜態(tài)關(guān)系(4) 冷流體流量對熱流體出口溫度的影響，即通道的靜態(tài)放大倍數(shù)。同樣可通過對式(1-5)求導(dǎo)，其結(jié)果與式（1-9）相

16、似，兩者為一復(fù)雜的非線性關(guān)系。為此，也用圖來表示這個通道的靜態(tài)關(guān)系。圖2表示了這個關(guān)系，可以看出，當較大時，曲線呈飽和狀，此時的變化，從靜態(tài)來看，對的影響已經(jīng)很小了。圖4 T10與G2的靜態(tài)關(guān)系2.1.2被控對象動態(tài)特性分析【3】換熱器由于兩側(cè)都不發(fā)生相變化，一般均為分布參數(shù)對象。分布參數(shù)對象中輸出(即被控變量)既是時間的函數(shù)，又是空間的函數(shù)，其變化規(guī)律需用偏微分方程來描述?，F(xiàn)說明列管式換熱器動態(tài)特性的建立方法。為便于分析，對該管式換熱器作如下假設(shè):1、間壁的熱容可以忽略;2、流體1和流體2均為液相，而且是層層流動;3、傳熱系數(shù)K和比熱容c為常數(shù);4、同一截面上的各點溫度相同。建立分布參數(shù)對象

17、的數(shù)學(xué)模型，同樣是從熱量動態(tài)平衡方程入手，但這時必須取微元來分析問題，并假設(shè)這一微元中各點溫度相同。先分析流體1的熱量動態(tài)平衡問題。取長度為的圓柱體為微元，這一微元的熱量動態(tài)平衡方程可敘述為：（單位時間內(nèi)流體1帶入微元的熱量)一(單位時間內(nèi)流體1離開微元所帶走的熱量)+(單位時間內(nèi)流體2傳給流體1微元的熱量)=流體1微元內(nèi)蓄熱量的變化率，即 【7】 （1-10）式中，為換熱器的總長度;內(nèi)管的圓周長;微元的表面積;流體1單位長度的流體質(zhì)量; 微元體的質(zhì)量消去方程式中的，并適當?shù)恼?，得?（1-11） 同理，可得流體的熱量動態(tài)平衡方程式 （1-12）時間和空間的邊界表達式為： （1-13） 上述

18、兩個方程式（1-11）和（1-12）及其邊界條件（1-13）就是描述列管式換熱器行為的動態(tài)方程。要對這樣的動態(tài)方程進行精確的解析求解是很困難的。通常為了便于計算機實時控制和現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，可以采用時間、空間離散化的方法，將上述連續(xù)偏微分方程轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的離散狀態(tài)空間模型。為了能說明傳熱對象的動態(tài)特性的基本規(guī)律，也可近似應(yīng)用一些經(jīng)驗公式來描述。對于換熱器的動態(tài)特性，可以用下面的近似關(guān)系式來表示。(l)熱流體入口溫度，冷流體入口溫度對熱流體出口溫度的影響，即，的通道特性。如用傳遞函數(shù)來描述，可為: （1-14）式中：K各通道的靜態(tài)放大倍數(shù);分別為換熱器的容量和冷流體的流量;拉普拉斯運算子符號。(

19、2)熱流體流量、冷流體流量對熱流體出口溫度的影響，即通道特性。如用傳遞函數(shù)來描述，可為: （1-15） 式中:K各通道的靜態(tài)放大倍數(shù)； （1-16） （1-17） 分別為熱流體和冷流體的儲存量和流量。由式（1-15）看出，過程通道的動態(tài)特性均可近似為帶有純滯后的二階慣性環(huán)種近似關(guān)系可以這樣理解，要從熱流體把熱量傳遞到冷流體，必須先由熱流體傳給間壁，然后再由間壁傳給冷流體，這樣就成為二階慣性環(huán)節(jié)。此外，還考慮了由于停留時間所引起的純滯后。式（1-15）為一個近似的經(jīng)驗表達式，因為二階環(huán)節(jié)的兩個時間常數(shù)不不僅取決于兩側(cè)流留時間，而且與列管的厚度、材質(zhì)、結(jié)垢等情況有關(guān)，但是，這個式子一定程度上描述了

20、換熱器動態(tài)特性的內(nèi)在性質(zhì)。在熱器出口溫度控制系統(tǒng)中，熱流體流量不發(fā)生變化，冷流體和熱流體表示冷水和熱水。換熱器熱流體進出口溫度差在附近，冷流體進出口溫差在30左右。假設(shè)熱流體溫度由80降低到40，則根據(jù)以下數(shù)據(jù):水的比熱水的密度取971.9，40時水的密度為992.2;換熱器冷卻面積殼體長度;熱流體流量;冷流體流量;根據(jù)式經(jīng)驗公式（1-15）可求得換熱器動態(tài)特性的基本規(guī)律，由式（1-9）求出增益K為:故換熱器溫度控制的數(shù)學(xué)模型為: （1-18）由上式可以看出系統(tǒng)的滯后時間常數(shù)為11.85s，換熱器出口溫度控制系統(tǒng)是慣性和時間滯后均較大的系統(tǒng)。通過對被控對象特性的研究以及對現(xiàn)有的常用的控制方法的

21、分析【5】，現(xiàn)擬采用比值控制對換熱器的出口溫度進行控制。由熱平衡公式（1-1）可知，當冷熱流體的流量成一定的比值關(guān)系時便可以保證按照兩流體出口溫度的變化量成一定比值關(guān)系，同時假定冷熱流體入口處溫度、 都保持恒定，則此時，冷熱流體的溫度、便同時可以保持恒定。即有 （2-1）從而達到換熱器冷熱流體的溫度同時得到控制的目的。比值控制系統(tǒng)的屬于復(fù)雜控制系統(tǒng)，在比值控制系統(tǒng)中，具體又分為定比值控制系統(tǒng)與變比值控制系統(tǒng)。其中，定比值控制系統(tǒng)又可分為開環(huán)比值控制系統(tǒng)、單閉環(huán)控制系統(tǒng)與雙閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)中從動量無抗擾動能力【3】，只能適用于比較平穩(wěn)且系統(tǒng)對比值關(guān)系要求不高的場合。實際生產(chǎn)過程中的從

22、動量變化是不可避免的，因此在實際系統(tǒng)中很少采用開環(huán)比值控制系統(tǒng)。單閉環(huán)控制系統(tǒng)控制方案的優(yōu)點是能確保流量比值比較精確。其特點是：從動量是一個閉環(huán)隨動控制，主動量是開環(huán)的，結(jié)構(gòu)比較簡單。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中得到廣泛的應(yīng)用。但由于主流量可變，所以進入系統(tǒng)的總流量是不固定的。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)通過主動量控制回路來克服主動量擾動，實現(xiàn)對主動量的定值控制；通過從動量控制回路克服作用于從動量回路中的擾動，實現(xiàn)隨動控制。當擾動消除后，主、從動量都恢復(fù)到原設(shè)定值上，比值不變。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與單回路控制系統(tǒng)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)對主動量的抗擾動控制和定值控制，兩個閉合回路可以克服各自的外界干擾，使主、從動量均比較

23、穩(wěn)定，從而使總物料量也比較平穩(wěn)，系統(tǒng)的運行比較平穩(wěn)。 它的另一方面的優(yōu)點是調(diào)整負荷比較方便，只需緩慢改變主動量控制回路的給定值?！?】通過以上分析，考慮到生產(chǎn)過程中換熱器的實際生產(chǎn)環(huán)境，主動量的變化波動不是很大，并且對最后的總流量沒有像反應(yīng)器一樣要求嚴格，不允許變動，另外，考慮系統(tǒng)設(shè)計中所用儀表多少、設(shè)備的投資等因素，最終確定控制方案為單閉環(huán)比值控制。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖為【4】：擾動輸出被控對象調(diào)節(jié)閥溫度控制器FC比值器溫度檢測變送器溫度檢測變送器圖5 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖圖中， FC為流量控制器，GV為調(diào)節(jié)閥傳遞函數(shù)， Gp1為流量對象傳遞函數(shù)， 為流量檢測變換傳遞函數(shù)，Gd1為主

24、回路干擾傳遞函數(shù)。其控制流程圖為： 圖6 控制系統(tǒng)流程圖三儀表的選型及參數(shù)的確定3.1流量測量儀選用SKLUCB型插入式渦街流量計，如圖所示：圖7 插入式渦街流量計工作原理：按國際標準化組織IS07145(在環(huán)形截面封閉管道中的流體流量測定在截面一點的速度測量法)，采用埋入壓電晶體的渦街測速探頭，插入大口徑工業(yè)管道內(nèi)，將卡門旋渦頻率轉(zhuǎn)換為與流量成正比的電流或電壓脈沖信號或420mADC電流信號。8技術(shù)參數(shù) ：表1 流量計技術(shù)參數(shù)公稱通經(jīng)（mm） 2501500 儀表材質(zhì) 1Cr18Ni 9Ti 公稱壓力（Mpa） PN1.6Mpa；PN2.5Mpa被測介質(zhì)溫度（） 40+250 環(huán)境條件 溫度

25、10+55，相對濕度590，大氣壓力86106Kpa 精度等級 示值的2.5% 量程比 1:10；1:15 阻力損失系數(shù) Cd2.6 輸出信號 傳感器：脈沖頻率信號0.1 3000Hz 低電平1V 高電平6V變送器：兩線制4 20mADC電流信號 3.2調(diào)節(jié)器選擇SK808/900系列智能PID調(diào)節(jié)儀8圖7 SK808/900系列智能PID調(diào)節(jié)儀智能PID調(diào)節(jié)儀與各類傳感器、變送器配合使用，實現(xiàn)對溫度、壓力、液位、容量、力等物理量的測量，并配合各種執(zhí)行器對電加熱設(shè)備和電磁、電力、氣動閥門進行PID調(diào)節(jié)和控制、報警控制、數(shù)據(jù)采集等。3.3 調(diào)節(jié)閥選擇KVQJ系列電動單座、套筒調(diào)節(jié)閥。8圖8 調(diào)節(jié)

26、閥KVQJ系列電動單座、套筒調(diào)節(jié)閥，接受調(diào)節(jié)儀表來的直流電流信號，改變被調(diào)介質(zhì)流量，使被控工藝參數(shù)保持在給定值。廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、石油、輕紡、制藥、造紙等工業(yè)部門的生產(chǎn)自動化控制。本系列產(chǎn)品公稱通徑由20至200mm，公稱壓力有1.0、1.6、4.0、6.4MPa，使用溫度范圍由-40450，接受信號為010mA.DC或420mA.DC。流量特性為線性或等百分比。配用不同的執(zhí)行機構(gòu)可分為普通型和電子型兩種。表2 調(diào)節(jié)閥技術(shù)參數(shù)公稱通徑DN(mm)（閥座直徑dn）2025324050658010121520額定流量系數(shù)直級1.82.84.46.91117.627.54469110等百分

27、比1.62.546.31016254063100額定行程(mm)162540公稱壓力PN（MPa）1.0 1.6 4.0 6.4固有流量特性直線 等百分比固有可調(diào)比50工作溫度t（）-20200 -40250 -40450 -60450信號范圍（mA.DC）010 420作用方式電關(guān)式 電開式使用環(huán)境溫度（）電動調(diào)節(jié)閥：-2070 伺服放大器：050使用環(huán)境條件電動調(diào)節(jié)閥：95% 伺服放大器：85%電源電壓220V 50Hz 380V 50Hz 24AC/DC四控制系統(tǒng)的仿真4.1各個環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)及各個參數(shù)的確定3冷、熱流體流量測量儀表插入式渦街流量計為線性單元，動態(tài)滯后可忽略，用一階環(huán)節(jié)來近似： （4-1）通過查找相關(guān)資料，這里假設(shè)渦街流量計的，對于調(diào)節(jié)閥，由于其流量特性為直線和等百分比。對于調(diào)節(jié)閥控制流量對象，控制通道的動態(tài)特性為： （4-2） （4-3）這里假設(shè)， 對于換熱器的結(jié)構(gòu)及一般熱力學(xué)關(guān)系，流量控制通道的傳遞函數(shù)近似為 （4-4）在本設(shè)計中討論的列管式換熱器中，假定, ,。在MATLAB中的Simulink工具箱組件中進行系統(tǒng)的仿真9，所搭建的系統(tǒng)模型如下圖9所示。由于是采用比值對流量進行控制，所以選擇控制器的調(diào)節(jié)規(guī)律為PID調(diào)節(jié)。根據(jù)調(diào)節(jié)器參數(shù)工程整定的相關(guān)內(nèi)容，應(yīng)用臨界比例度法先通過對調(diào)節(jié)器參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)的使用，最終使