典型操作單元的控制傳熱設(shè)備的控制課件

1、典型操作單元的控制傳熱設(shè)備的控制戴連奎浙江大學(xué)智能系統(tǒng)與決策研究所浙江大學(xué)信息學(xué)院控制系2000/12/01第一頁(yè)，共三十頁(yè)。內(nèi) 容 引 言熱交換過(guò)程的靜態(tài)特性換熱設(shè)備的控制加熱爐的控制鍋爐設(shè)備的控制第二頁(yè)，共三十頁(yè)。熱交換過(guò)程的靜態(tài)特性問(wèn)題：針對(duì)逆流單程列管式熱交換器，巳知入口條件（G1, T1i, G2, T2i）,要求計(jì)算穩(wěn)定條件下工藝介質(zhì)與載熱體的出口溫度（T1o, T2o）。其中c1, c2分別為相應(yīng)介質(zhì)的比熱。第三頁(yè)，共三十頁(yè)。熱交換過(guò)程的熱量平衡方程假設(shè)工藝介質(zhì)與載熱體均無(wú)相變，而且沒(méi)有熱損失。即被加熱物料得到的熱量/單位時(shí)間= 載熱體放出的熱量/單位時(shí)間第四頁(yè)，共三十頁(yè)。熱交換

2、過(guò)程的傳熱速率方程K 為傳熱系數(shù)；Fm 為傳熱面積；Tm 為傳熱壁兩側(cè)流體的平均溫差.對(duì)于逆流單程換熱器，可取對(duì)數(shù)平均值若在1/3 3 之間，則可用算術(shù)平均近似第五頁(yè)，共三十頁(yè)。熱交換過(guò)程的靜態(tài)方程第六頁(yè)，共三十頁(yè)。熱交換過(guò)程的靜態(tài)特性分析嚴(yán)重非線性，若其它環(huán)節(jié)為線性，調(diào)節(jié)閥需選用等百分?jǐn)?shù)閥。第七頁(yè)，共三十頁(yè)。換熱設(shè)備的控制方法被控變量(1) 被加熱/冷卻介質(zhì)的出口溫度（無(wú)相變）；(2) 加熱/冷卻所需的熱量（有相變），如精餾塔底再沸器的蒸發(fā)量?？刂谱兞?1) 調(diào)載熱體的流量；(2) 調(diào)節(jié)傳熱平均溫差；(3) 調(diào)傳熱面積；(4) 將工藝介質(zhì)分路，一路經(jīng)換熱，另一路走旁路。第八頁(yè)，共三十頁(yè)。換熱

3、設(shè)備的控制方案第九頁(yè)，共三十頁(yè)。加熱爐的控制問(wèn)題被控變量：工藝介質(zhì)的出口溫度?？刂谱兞浚喝剂嫌突蛉剂蠚獾牧髁?。主要干擾：工藝介質(zhì)的進(jìn)料溫度、流量、組分；燃料油/燃料氣的壓力、流量、成分（或熱值）；燃料油的霧化情況；空氣充分情況；火嘴的阻力，爐膛壓力等。對(duì)象特性建模方法：定性分析+實(shí)驗(yàn)測(cè)試，通?？捎靡浑A加純滯后環(huán)節(jié)來(lái)近似。第十頁(yè)，共三十頁(yè)。加熱爐的單回路控制第十一頁(yè)，共三十頁(yè)。加熱爐的串級(jí)控制第十二頁(yè)，共三十頁(yè)。催化裂化加熱爐的控制系統(tǒng)第十三頁(yè)，共三十頁(yè)。加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)LS：低選器；BS：火焰檢測(cè)器；GL1：燃料氣流量過(guò)低聯(lián)鎖裝置；GL2：進(jìn)料流量過(guò)低聯(lián)鎖裝置。第十四頁(yè)，共三十頁(yè)。鍋爐

4、設(shè)備的工藝流程第十五頁(yè)，共三十頁(yè)。鍋爐設(shè)備的控制問(wèn)題 系統(tǒng)分解：（1）鍋爐汽包水位的控制；（2）鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制；（3）過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制。第十六頁(yè)，共三十頁(yè)。汽包水位的控制問(wèn)題被控變量：汽包水位，用H (s)表示控制變量：汽包給水量，用G (s)表示主要干擾：蒸汽負(fù)荷（蒸汽流量），用D (s)表示通道對(duì)象：非自衡、非最小相位、非線性等特性第十七頁(yè)，共三十頁(yè)。汽包水位的對(duì)象特性干擾通道特性控制通道特性第十八頁(yè)，共三十頁(yè)。非最小相位特性對(duì)象為非最小相位（存在位于復(fù)平面右半平面的零點(diǎn)）的條件為第十九頁(yè)，共三十頁(yè)。汽包水位的單沖量控制第二十頁(yè)，共三十頁(yè)。液位非自衡對(duì)象響應(yīng)測(cè)試（1）手動(dòng)改變控制器的

5、輸出信號(hào)u(k)，觀察被控變量y(k)的變化過(guò)程。（2）由階躍響應(yīng)曲線得到對(duì)象基本特征參數(shù) 。第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)。非自衡對(duì)象特征參數(shù)的獲得 Kp (穩(wěn)態(tài)輸出斜率)：其中umax、umin與 ymax、ymin為輸入輸出的量程上下限；若巳歸一化，則 umax umin =1, ymax ymin =1。 T0 (純滯后時(shí)間)：第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)。非自衡對(duì)象PID控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：穩(wěn)定條件：第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)。非自衡對(duì)象PID參數(shù)整定原則將上述PID控制器投入“Auto” （自動(dòng)）方式，并適當(dāng)改變控制回路的設(shè)定值，觀察控制系統(tǒng)跟蹤性能。若響應(yīng)過(guò)慢，而且無(wú)超調(diào)存在，則適當(dāng)加大Kc

6、值，例如增大到原來(lái)的兩倍；反之，則減小Kc值。PID參數(shù)初始值的選擇：第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)。汽包水位的雙沖量控制前饋補(bǔ)償原理：假設(shè)調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，C1=1，則調(diào)節(jié)器為正作用，而C2應(yīng)取負(fù)號(hào)，具體數(shù)值可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整或根據(jù)閥門(mén)特性計(jì)算其初始值。第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)。汽包水位的三沖量控制第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)。三沖量控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化連接第二十七頁(yè)，共三十頁(yè)。鍋爐蒸汽壓力控制和燃料與空氣比值控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)：I1= I2 = I3 = I4 = IpQ1 = KQ2分析提降量過(guò)程？第二十八頁(yè)，共三十頁(yè)。練習(xí)題對(duì)于鍋爐汽包水位的控制問(wèn)題，可采用如圖所示的簡(jiǎn)化的三沖量控制系統(tǒng)。假設(shè)調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，要求（1）結(jié)合汽包水位的控制對(duì)象，畫(huà)出完整的系統(tǒng)方框圖，并注明各方框圖的輸入輸出變量意義；（2）確定C1， C2， C3與調(diào)節(jié)器的正反作用方向，并說(shuō)明C2與C3數(shù)值確定方法。第二十九頁(yè)，共三十頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)典型操作單元的控制傳熱設(shè)備的控制。2000/12/01。嚴(yán)重非線性，若其它環(huán)節(jié)為線性，調(diào)節(jié)閥需選用等百分?jǐn)?shù)閥。(1) 被加熱/冷卻介質(zhì)的出口溫度（無(wú)相變）。(2) 加熱/冷卻所需的熱量（有相變），如精餾塔底再沸器的蒸發(fā)量。工藝介質(zhì)的進(jìn)料溫度、流量、組分。燃料油/燃料氣的壓力、流量、成分（或熱值）。蒸汽負(fù)荷（蒸汽流量），用D (s)表示。非自衡、非最小相位、非線性等特性。對(duì)象為非最小相位（存在位