换热器热流出口温度控制.docx

工程项目1 简单控制系统的分析与设计
子项目3 换热器热流出口温度控制
班级__12电气4__ 姓名__颜泽凯 项目日期_2014/5/6
项目目标：
1、 了解温度对象的特性和控制方法
2、 掌握PID作用的控制规律、PID控制器的使用
3、 巩固学习PID控制器参数工程整定方法——衰减曲线法
项目任务分解：
任务1 掌握温度的概念及温标表示方法
温度的概念
根据某个可观察现象（如水银柱的膨胀），按照几种任意标度之一所测得的冷热程度。温度是物体内分子间平动动能的一种表现形式。分子运动愈快，物体愈热，即温度愈高；分子运动愈慢，物体愈冷，即温度愈低。从分子运动论观点看，温度是物体分子运动平均平动动能的标志，温度是分子热运动的集体表现，含有统计意义。
对于真空而言，温度就表现为环境温度，是物体在该真空环境下，物体内分子间平均动能的一种表现形式。物体在不同热源辐射下的不同真空里，物体的温度是不同的，这一现象为真空环境温度。比如，物体在离太阳较近的太空中，温度较高；物体在离太阳较远的太空中，反之，温度较低。这是太阳辐射对太空环境温度的影响。
温标表示方法
根据某个可观察现象（如水银柱的膨胀），按照几种任意标度之一所测得的冷热程度。温度是物体内分子间平动动能的一种表现形式。分子运动愈快，物体愈热，即温度愈高；分子运动愈慢，物体愈冷，即温度愈低。从分子运动论观点看，温度是物体分子运动平均平动动能的标志，温度是分子热运动的集体表现，含有统计意义。
对于真空而言，温度就表现为环境温度，是物体在该真空环境下，物体内分子间平均动能的一种表现形式。物体在不同热源辐射下的不同真空里，物体的温度是不同的，这一现象为真空环境温度。比如，物体在离太阳较近的太空中，温度较高；物体在离太阳较远的太空中，反之，温度较低。这是太阳辐射对太空环境温度的影响。

任务2 了解换热器机理及对控制系统的要求
传热设备的控制要求
1、传热的目的主要有下列三种：
1)使工艺介质达到规定的温度
2)使工艺介质改变相态
3)回收热量
2、 被控对象：换热器 被控变量：热流出口温度
3、 操纵变量：冷水入口流量 干扰变量：热流流量、冷水温度

1.换热器介绍
换热器：又称为热交换器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。
列管式换热器主要由壳体、管束、管板和封头等部分组成。在其中进行换热的液体有两种，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。
换热器可分成加热器和冷却器两类。
工作原理：一种流体由管箱进入换热管（管程），另一种流体在管外流动（壳程），由于两种流体存在温度差，于是通过管壁进行热量交换。

任务3 了解温度自恒特性
温度自衡过程
1）将阀门FV1105固定开度为30，点击工具栏中的运行按钮 ，运行换热器工程。
2）将阀门FV1103固定到一个开度，待热流出口温度TI1104稳定之后记录下流量FI1102和温度TI1104的值。
3） 将阀门FV1103调整到一个新的开度，待温度稳定之后记录流量和温度新的稳态值。
4） 本实验可以继续下去，对应FV1103任何一种开度，蒸汽温度TI1104都能达到平衡。
5）由于热流最高温度的限制，无论冷流流量的变化有多大，都不会导致TI1104无休止地上升或下降。所以，热交换过程属于完全自衡过程。

任务4 换热器热流出口温度单回路控制系统设计

任务5 方案实施
打开换热器工程。确认FV1103为内控状态。进行控制系统组态。设置数据采集点，采集换热器热流出口温度TI1104实测值作控制器输入。PID控制器组态（见下页）。设置执行单元，阀门位号FV1103，数据输出类型为“绝对量”。进行信号连接。
根据比例控制器的特点，不断修改Kc的值，每修改一次都要通过改变SP来加入阶跃扰动，直到热流出口温度曲线出现4:1衰减。观察并记录TI1104的响应曲线，同时记录下此时Kc的值。
确定Kc以及Ti的值之后，再修改Td的值，即加入微分作用。令Td=1，改变过热蒸汽出口温度TI1104的SP，即从120℃变为130℃，观察并记录响应曲线。当TI1104稳定后，再将SP从130℃变为120℃，观察响应曲线。
将Td的值改为2，同样通过改变TI1104的SP，观察响应曲线。
根据微分作用的特点，修改Td的值，当响应曲线接近4:1衰减振荡时，适当修改Kc、Ti和Td的值，使响应曲线的衰减比达到4:1，观察并记录TI1104的响应曲线和此时的PID控制器参数
施加扰动测试控制器性能。
令TIC1104的比例增益Kc=2.5、积分时间Ti=55、微分时间Td=3，将TI1104设定值从120变为130，记录TI1104响应曲线。
待TI1104稳定后，将TI1104设定值从130再变为120，记录TI1104的响应曲线。
待系统稳定之后，手工将FV1105开度设置为40，观察TI1104曲线的变化趋势。
当TI1104稳定后，再将FV1105开度调到30，等待TI1104稳定。
任务6 运行调试
1.按下表数据进行相应参数设置

2.不断修改Kc的值，每修改一次都要通过改变SP来加入阶跃扰动，直到热流出口温度曲线出现4:1衰减。观察并记录TI1104的响应曲线，同时记录下此时Kc的值。

3.将Td的值改为2，同样通过改变TI1104的SP，观察响应曲线

4.待系统稳定之后，手工将FV1105开度设置为40，观察TI1104曲线的变化趋势。当TI1104稳定后，再将FV1105开度调回到30，等待TI1104稳定。

项目小结
通过这次实训我们将理论结合实际深深地了解到了控制方案的设计，运用等必须要科学、准确。同时要注意细节问题的处理，不能粗心大意，这也是我们以后踏上工作岗位的基本素养。
通过这次项目实训，我们收获了许多。学会了比例积分微分作用的控制规律、PID控制器的使用：巩固学习PID控制器参数工程整定方法——衰减振荡法、临界比例度法。我们采用了临界比例度法。在这过程中遇到了一些问题，比如说相应参数设定，比例的控制与调试，后来在老师的指导及多次的实验调试下终于解决了问题达到了实训效果。

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