换热器温度控制系统的设计毕业设计论文

② 设干扰使氨气流量增加，即调节器测量值大于给定值，为保证系统的副反馈作用，调节器输出必须减小，才能使调节阀开度减小。最终使流经调节阀的氨气流量减小，恢复到给定值。

③ 根据以上分析可知为满足调节系统的负反馈作用，调节器的测量值增大，而输出值减小与测量值成反比，因此调节器定为反作用。

对主回路

调节阀的开关形式，保持副回路选择形式：气开阀 副调节器的正反作用保持不变。

设主回路测量值氧化炉温度增加，即主调节器测量值大于给定值，先假

设主调节器为正作用，调节器输出必然增大，也就是副调节器的给定值也增大。由于副调节器已选定为反作用，因此副调节器的输出增大，使调节阀开度增大。最终使流经调节阀的氨气流量增大，从而使氧化炉的温度更高，整个系统成为正反馈，主参数不恢复到给定值。这说明主调节器作用选错了，应采用反方向作用：反作用。

2.主、副调节器的调节规律选择

凡是设计串级控制系统的场合，对象特性总有较大的滞后，主调节器采用三作用PID控制规律是必要的。

而副回路是随动回路，允许存在余差。从这个角度来讲，副调节器不需要积分作用，一般只采用P作用。如当温度作副变量时，副调节器不宜加积分。这样可以将副回路的开环静态增益调整的较大，以提高克服干扰的能力；如果要加入微分作用，一定要采用“微分先行”，因为副回路是个随动系统，设定值是经常变化的，调节器的微分作用，会引起调节阀的大幅跳动，并引起很大的超调。但是如果副回路是流量（或液体压力）系统时，它们的开环静态增益、时间常数都较小，并且系统存在高噪声。因此在实际生产上，流量（或液体压力）副调节器常采用PI作用，以减少系统的波动。 3.4 执行器的选择

最常用的执行器是控制阀，也称调节阀。执行器由执行机构和调节机构两部分组成。执行机构可分解为两部分：将控制器输出信号转换为控制阀的推力或力矩的部件称为力或力矩转换部件；将推力或力矩转换为直线或角位移的部件称为转换部件。调节机构将位移信号转换为流通面积的变化，改变操纵变量的数值。

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根据所使用的能源，执行机构分为气动、电动和液动三类。它们各有特点，适用于不同的场合。气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两类。活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合；而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。由于气动执行机构有结构简单，输出推力大，动作平稳可靠，并且安全防爆等优点，在发电厂、化工，炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。液动执行器的推力很大，现在一般都是机电一体化的，但比较笨重，所以现在很少有人使用。电动执行机构防爆性能较差，电机动作不够迅速，且在行程受阻或阀杆被札住时电机容易受损。尽管电动执行器进几年来不断扩大且有扩大应用的趋势，但不如气动执行机构在应用上普遍。气动执行机构结构简单，输出推力大，动作平稳可靠，并且安全防爆的优点，所以在工业生产中得到广泛的应用。

执行机构的选择类型主要考虑的因素性是： （1）可靠性 （2）经济性

（3）动作平稳，足够的输出力 （4）结构简单，维护方便。

气开控制阀和气关控制阀中的“气”是指输入到执行机构的信号。气开控制阀指当输入到执行机构的信号增加时，流过控制阀的流量增加；反之，气关控制阀指当输入到执行机构的信号增加时，流过控制阀的流量减小。因此，故障时，气开控制阀处于全关状态，气关控制阀处于全开状态。

分程控制系统中主控制器作用方向的选择完全由工艺情况确定，或者说，只取决于主对象的特性，而与执行器的气开、气关型式及副控制器的作用方向完全无关。这种情况可以这样来理解：如果将整个副回路看作是构成主回路的一个环节时，副回路这个环节的输入就是主控制器的输出(即副回路的给定)，而其输出就是副变量。由于副回路的作用总是使副变量跟随主控制器的输出变化而变化，不管副回路中副对象的特性及执行器的特性如何，当主控制器输出增加时，副变量总是增加的，所以在主回路中，副回路这个环节的特性总是“正”作用方向的。由图可见，在主回路中，由于副回路、主测量变送这两个环节的特性始终为“正”，所以为了使整个主回路构成负反馈，主控制器的作用方向仅取决于主对象的特性。主对象具有“正”作用特性(即副变量增加时，主变量亦增加)时，主控制器应选“反”作用方向，反之，当主对象具有“反”作用特性时，主控制器应选“正”作用方向。

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本系统中选择上海沪京阀门厂生产的气动保温球阀。该产品具有良好的保温保冷特性，且阀门的通径与管径一致，同时又能有效降低管路中介质热量损失。主要用于石油、化工、冶金、制药、食品等各类系统中，以输送常温下会凝固的高粘度介质。由于采用整体式结构，因而保温球阀比一般球阀何种更小，重量更轻，且无外漏，密封性能良好，夹套采用碳素钢管焊接比铸造的更加耐压牢固。 3.5 变送器的选择

1.检测变送环节的性能

检测变送环节的作用是将温度经检测、变送单元转换为标准信号。检测变送环节的工作原理图如图3.2 所示。

过程变量 检测元件

温度 变送器 标准信号

图3.1 检测变送环节工作原理

检测元件和变送器的基本要求是准确、迅速和可靠。准确指检测元件和变送器能正确反映加热炉的温度，误差应小；迅速指应能及时反映加热炉温度的变化；可靠是检测元件和变送器的基本要求，它能在环境工况下长期稳定运行。

由于检测元件直接与加热炉的温度接触，因此应选用抗高温的检测元件，能够长期稳定运行；其次，应考虑检测元件的精确度和响应的快速性；还有就是检测元件和变送器的线性特性。

检测变送仪表的量程应满足读数误差的精确度要求，即?1?C。由于Km在反馈通道，因此，在满足系统稳定性和读数误差的条件下，Km较小，有利于增大控制器的增益，使前向通道的增益增大，即有利于克服扰动的影响。

2.温度变送器及流量变送器的选择 （1）温度变送器的选择

在换热器温度串级控制系统中可以选用SBWR、SBWZ系列热电偶温度变送器，该变送器是DDZ系列仪表中的现场安装式温度变送器单元，与工业热电偶配套使用，它采用二线制传输方式。将工业热电偶信号转换成与输入信号或温度信号成线性的4010mA的输出信号。

20mA、

该温度变送器可直接安装在热电偶的接线盒内与之形成一体化结构。它作为新一代测

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温仪表可广泛应用与冶金、石油、化工、电力、轻工、纺织、食品、国防以及科研部门等。

①主要特点

a.采用硅橡胶或环氧树脂密封结构，因此耐震、耐湿、适合在恶劣的现场环境安装使用。

b.现场安装在热电偶的接线盒内，直接输出420mA、010mA的输出信号。这样既

节约了昂贵的补偿导线费用，又提高了信号远距离传输过程中的抗干扰能力。

c.热电偶变送器具有冷端温度自动补偿功能。

d.精度高、功耗低，使用环境温度范围宽，工作稳定可靠。 ②工作原理

热电偶传感器将被测温度转换成电信号，再将该信号送入变送器的输入网络，该网络包含调零和热电偶补偿等相关电路。经调零后的信号输入到运算放大器进行信号放大，放大的信号一路经VI转换器计算处理以后以420mA直流电流输出；另一路经AD转换器

处理后到表头显示。变送器的线性化电路有两种，均采用反馈方式。

③技术参数

a.输入信号：热电偶：K、E、J、B、S、T、N。智能型温度变送器的输入信号可通过手持器和PC机任意设置。

b.输出信号：在量程范围内输出4型温度变送器输出420mA直流信号，与热电偶输入信号成线性。智能

20mA直流信号同时叠加符合HART标准协议通信。

c.测温范围：采用镍铬—康铜材质的热电偶温度变送器，其测温范围为：01000?C。 （2）流量变送器的选择

在换热器温度串级控制系统中选用EJA流量变送器。EJA智能采用数字化传感器—单晶硅谐振式传感器，传感器输出一对差值数字信号，在传感器部分直接消除外界干扰。产品具有更高的精度??0.075?、更高的稳定性、可靠性。 3.6 调节阀的选择

1．气开、气关的选择：

本系统为换热器温度控制系统，通过系统的工作原理分析，阀门A（热水）为气开阀，阀门B（蒸汽）为气关。

2．流量特性的选择：

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