物料温度控制系统的设计.doc
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自动化仪表与过程控制
物料温度控制系统的设计
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摘要
引言
关键词
一、设计要求
二、设计内容
1、系统方框图
2、方案设计及仪表选定
3、气动阀和电动阀的比较
4、确定调节阀的气开、气关形式，选择调节阀的理想流量特性
5、确定调节阀的正、反作用和控制规律
三、结语
四、参考文献
物料温度控制系统的设计
摘要：
本系统是采用简单控制系统实现对物料温度的自动控制，通过使用PID控制器实现温度的精确控制，由温度传感器检测温度并将检测值与设定值进行比较，最终经控制器发出相应的控制信号实现温度控制。
引言：
温度控制是工业对象中主要的控制参数之一，随着电子技术的不断提高，工业上对温度控制系统的要求也越来越高，一个完好的温度控制系统要求其具备结构简单、可靠性高、节省能源以及成本低等诸多特点。
综合分析现有的温度控制系统，可以发现温度控制器大都是由前端温度数据采集和数据传输两部分组成。
本系统的设计也是基于这一特点，依据温度传感器的采集数据，经处理后传输数据，最后由控制器实现温度控制。
关键词：
温度加热炉PID控制器控制系统传感器
一、设计要求：
在某生产过程中，通过加热炉对冷物料进行加热，热物料温度必须满足生产工艺要求（3000±1）℃。
设计如下图所示的温度控制系统。
TCCC
TT
冷物料
热物料
燃料
加热炉
图一温度控制系统
1、画出系统方框图。
2、选择自动化仪表，给出各仪表的型号。
3、确定调节阀的气开、气关形式，选择调节阀的理想流量特性。
4、确定调节阀的正、反作用和控制规律。
二、设计内容：
1、系统方框图
设定值
出口温度
扰动
扰动
调节阀
加热炉
温度变送器
物料
图二系统方框图
2、方案设计及仪表选定
总体的设计方案思路是：
利用对燃料量的控制最终实现对冷物料的控制。
本次设计采用简单控制系统对加热炉温度进行控制。
系统由过程检测、变送和控制仪表、执行装置等组成，通过各种类型的仪表完成对过程变量的检测、变送和控制，并经执行装置作用于生产过程。
系统有一个控制回路，在燃料出口处设置回路温度传送器，由其带动温度控制器从而进行对燃料阀的流量控制。
以物料温度为被控对象，加热炉为执行器，利用AD590传感器检测物料温度，利用流量传感器检测燃料流量。
温度调节器将冷物料的出口温度与设定值进行比较，根据冷物料温度与设定值的偏差引导控制器对燃料流量进行控制。
燃料流量的大小直接影响到加热炉对物料加热的程度，最终实现对热物料温度的控制。
根据设计方案可以选定该系统的仪表为DDZ-Ⅲ型仪表。
3、气动阀和电动阀的比较
电动阀使用电机做动力，气动阀使用压缩空气作动力。
电动阀优点：
对液体介质和大管径气体效果好，不受气候影响。
不受空压气的压力影响。
缺点：
成本高、在潮湿环境不好。
气动阀优点：
对气体介质和小管径液体效果好，成本低，维护方便。
缺点：
受空压气压力波动的影响，在北方冬季易受空压气含水影响，造成传动部分冻结、不动作。
一般气动要比电动快，电动的都是手电两用的。
电动阀门用于一些大管径的地方，因为气动很难做到，但是电动阀门的稳定性不如气动，开关速度慢，执行机构长时间会出现卡齿现象。
气动阀门开关速度快、精度高，但是需要稳定的气源。
电动阀能做到防爆的品牌不是很多；气动阀动作迅速，防爆相对来说价格比电动低。
电动阀是以电转化为电磁能来作为动力，电动阀的灵敏度比气动阀高，安全可靠性不及气动阀来的强，维护方面也不及气动阀简单，动力也不及气动阀来的强。
气动阀动作力距比电动阀门大，气动阀门开关动作速度可以调整，结构简单，易维护，动作过程中因气体本身的缓冲特性，不易因卡住而损坏，但必须有气源，且其控制系统也比电动阀复杂。
综合分析，此物料温度控制系统采用气动阀动比较合适。
4、确定调节阀的气开、气关形式，选择调节阀的理想流量特性。
调节阀气开、气关作用方式的选择主要以人员安全、生产安全、系统及设备安全为首要依据。
气开式调节阀随着控制信号的增加而开度加大，当无压力控制信号时，阀门处于全关闭状态。
与之相反，气关式调节阀随着信号压力的增加，阀门逐渐关小，当无信号时，阀门处于全开状态。
综合考虑到以上选择原则及特点可知，该系统调节阀的气开、气关形式为气开式。
调节阀的流量特性影响着调节系统的调节品质，要保持一个调节系统在整个工作范围内都具有较好的品质，就应该使系统在整个工作范围内的总放大倍数尽可能保持恒定。
根据生产过程的工艺参数和对控制系统的工艺要求，该系统调节阀的理想流量特性应选择等百分比流量特性。
5、确定调节阀的正、反作用和控制规律。
负反馈是一个过程控制系统正常工作的必要前提保证，因而调节阀作用方式的确定原则是保证反馈回路为负反馈。
温度控制过程中，加热炉温度升高，物料温度也升高；为保证回路为负反馈，各环节放大系数乘积必须为正，所以调节阀的作用方式为反作用方式。
在温度控制系统中，调节阀起到定制控制作用，这是选择调节阀控制规律的基本出发点。
系统以冷物料出口温度为主要控制参数，物料的温度直接影响到产品的质量，工艺要求严格；又因为控制系统存在较大的容量滞后，所以调节器的控制规律采用PID调节规律。
三、结语：
本次设计的物料温度控制系统，采用简单控制系统实现对温度的控制。
系统以电磁阀为执行器，利用温度传感器检测冷物料温度，利用流量传感器检测燃料流量。
选取物料温度为被控对象，利用对燃料量的控制最终实现对冷物料的控制。
该系统改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量，对负荷变化的适应性较强，是工业上实现温度的一种简单可行的温度控制系统。
四、参考文献：
[1]王再英.过程控制系统与仪表.北京：
化学工业出版社，2007.7
[2]何衍庆.工业生产过程控制.北京：
化学工业出版社，2004.3
[3]孙优贤.工业过程控制技术-应用篇.北京：
化学工业出版社，2006.1
[4]翁维勤.过程控制系统及工程.北京：
化学工业出版社，2002.7
[5]何希才.传感器及其应用电路.北京：
电子工业出版社，2001.3
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