1、设计依据、要求及主要内容：设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 要求：选择加热炉出口温度为主变量，炉膛温度为副变量，设计串级控制系统。 假设热物料出口温度的特性可近似为 180 1 2 ( ) (301) s o e Gs s ，燃料热值变化对炉膛温度影响特性可 近似为 18 2 2 () (101)(1) s o e Gs ss 。 二、设计要求： 1） 选择控制器与调节阀的作用方式； 2）画出控制系统框图； 3）采用两步整定法整定主、副控制器 PID 的参数。求出比例度与衰减振荡周期； 4）按照经验公式且适当修正分别求得主、副控制器的最佳参数值； 5）求出系统的阶跃响应曲线； 6）求出
2、设定值位 0 时，施加幅值为 30%的一次阶跃扰动信号，系统的输出曲线； 7）分析系统特点。 三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求” 。 四、参考资料 1 何衍庆工业生产过程控制（1 版） 北京：化学工业出版社，2004 2 邵裕森过程控制工程北京：机械工业出版社 2000 3 过程控制教材 1 指导教师（签字） ： 教研室主任（签字） ： 批准日期： 年 月 日 2 目目 录录 一、管式加热炉概述 1 1.1 管式加热炉在石油工业中的重要性. 1 1.2 管式加热炉的基本构成与组成. 1 二、管式加热炉温度控制系统工作原理及控制要
3、求 1 2.1 管式加热炉出口温度控制系统工作原理 1 2.2 管式加热炉出口温度控制系统控制要求 1 三、管式加热炉出口温度控系统工艺流程设计 2 3.1 管式加热炉出口温度影响因素的扰动分析 2 3.2 管式加热炉出口温度控制系统的工艺流程设计 2 四、管式加热炉出口温度控系统现场仪表的选型与连线图 3 4.1 控制系统中温度检测元件的选型 3 4.2 控制系统中变送器的选型 3 4.3 控制系统中执行器（调节阀）的选型 4 4.4 控制系统中调节器的选型 5 4.5 控制系统中的连锁保护与接线图 5 五、管式加热炉出口温度串级控制系统分析 6 5.1 控制系统方框图与工作过程 6 5.2
4、 主、副调节器规律选择 7 5.3 主、副调节器正反作用方式确定 . 7 5.4 控制器参数工程整定 7 六、管式加热炉出口温度串级控制系统的 MATLAB SIMULINK 仿真与分析. 8 6.1 传递函数的选择. 8 6.2 系统的参数的选择. 9 6.3 系统的仿真分析 10 七、设计体会 . 12 参考文献 . 13 1 一、管式加热炉概述 1.1 管式加热炉在石油工业中的重要性 加热温度高（火焰温度 1000以上） ，传热速率快。 是整个石油加工和石油化工过程中能耗最大的设备之一。 是控制运转周期及自动化及自动化程度的关键设备。 1.2 管式加热炉的基本构成与组成 管式加热炉是一种
5、直接受热加热设备主要用于加热气体或液体化工原料，所用燃料通常 有燃料油和燃料气。管式加热炉的传热方式以辐射传热为主。 管式加热炉一般由辐射室、余热回收系统、对流室、燃烧器和通风系统等五部分组成： （1）辐射室：通过火焰或高温烟气进行辐射传热的部分。这部分直接受火焰冲刷，温度很高 （600-1600） ，是热交换的主要场所（约占热负荷的 70-80%） 。 （2） 余热回收系统： 用以回收加热炉的排烟余热。 有空气预热方式和废热锅炉方式两种方法。 （3）对流室：靠辐射室出来的烟气进行以对流传热为主的换热部分。 （4）燃烧器：是使燃料雾化并混合空气，使之燃烧的产热设备，燃烧器可分为燃料油燃烧器，
6、燃料气燃烧器和油一气联合燃烧器。 （5）通风系统：将燃烧用空气引入燃烧器，并将烟气引出炉子，可分为自然通风方式和强制 通风方式。 其结构通常包括：钢结构、炉管、炉墙、燃烧器、孔类配件等。 二、管式加热炉温度控制系统工作原理及控制要求 2.1 管式加热炉出口温度控制系统工作原理 管式加热炉的主要任务是把物料加热到一定温度，以保证下一道工序的顺利进行。燃料 油经过蒸汽雾化后在炉膛中燃烧，物料流过炉膛四周的排管中，就被加热到出口温度。在燃 料油管道上装设一个调节阀，用它来控制燃油量以达到所需出口温度 1 T的目的。 2.2 管式加热炉出口温度控制系统控制要求 影响出口温度 1 T变化的因素有很多种，主要表现在： （1）被加热物料的流量与初温 1 D。 （2）燃料热值的变化、压力波动、流量的变化 2 D。 （3）烟窗挡板位置的改变、抽力的变化 3 D。 2 其中燃料油压力和过热蒸汽压力都可以用专门的调节器保持其稳定，以便把扰动因素减 小到最低限度，能够及时准确的实现控制过程。工艺上对出口温
