加热炉的温度自动控制系统一.系统设计的目的及意义加热炉被广泛应用于工业生产和科学研究中。由于这类对象使用方便,可以通过调节输出功率来控制温度,进而得到较好的控制性能,故在冶金、机械、化工等领域中得到了广泛的应用。在一些工业过程控制中,工业加热炉是关键部件,炉温控制精度及其工作稳定性已成为产品质量的决定性因素。对于工业控制过程,PID调节器具有原理简单、使用方便、稳定可靠、无静差等优点,因此在控制理论和技术飞跃发展的今天,它在工业控制领域仍具有强大的生命力。在产品的工艺加工过程中,温度有时对产品质量的影响很大,温度检测和控制是十分重要的,这就需要对加热介质的温度进行连续的测量和控制。在冶金工业中,加热炉内的温度控制直接关系到所冶炼金属的产品质量的好坏,温度控制不好,将给企业带来不可弥补的损失。为此,可靠的温度的监控在工业中是十分必要的。二.控制要求加热炉设备的控制任务是根据生产负荷的需要,供应热量,同时要使加热炉在安全、经济的条件下运行。按照这些控制要求,加热炉设备将有主要的控制要求:加热炉燃烧系统的控制方案要满足燃烧所产生的热量,适应物料负荷的需要,保证燃烧的经济型和加热炉的安全运行,使物料温度与燃料流量相适应,保持物料出口温度在一定范围内。三.系统介绍本加热炉温度控制系统采用单回路控制方案,即可实现控制要求。在运行过程中,当物料出口温度受干扰影响改变时,温度检测元件测得的模拟信号也会发生对应的改变,该信号经过变送器转换后变成调节器可分析的数字信号,进入调节器,将变动后的信号再与给定相比较,得出对应偏差信号,调节器将给定温度与测得的温度进行比较得出偏差值,然后经PID算法给出输出信号,执行器接收调节器发来的信号后,根据信号调节阀门开度,进而控制燃料流量,改变物料出口温度,实现对物料出口温度的控制。不断重复以上过程,直至物料出口温度接近给定,处于允许范围内,且达到稳定。由此消除干扰的影响,实现温度的控制要求。四.具体控制系统设计1测温元件本控制系统的测温元件采用Pt100热电阻,工业用铂电阻作为温度测量变送器,通常用来和显示、记录、调节仪表配套,直接测量各种生产过程中从0~500℃范围内的液体、蒸汽和气体介质以及固体等表面温度。2调节控制器件DDZ-III型PID调节器TDM-400性能指标如下表所示:表5.2DDZ-III型PID调节器性能指标名称性能输入信号1~5V直流电压外给定信号4~20mA直流电流(输入电阻250Ω)输出信号4~20mA直流电流负载电阻250Ω~750Ω输入与给定指示0~100%,指示误差为1.0%输出信号指示0~100%,指示误差为2.5%控制器(电子或微机控制装置)执行器(加热器)被控对象(加热炉)被控量(炉内温度)给定量(设定的温度)检测装置(热电偶)控制量(电压)比较器3执行器选型本系统中,执行器是系统的执行机构,是按照调节器所给定的信号大小和方向,改变阀的开度,以实现调节燃料流量的装置。在加热炉温度控制系统中,执行器的调节阀选择气开阀:执行机构采用正作用方式,调节机构正装以实现气开的气动薄膜调节蝶阀。1)调节阀的流量特性:调节阀的流量特性的选择,在实际生产中常用的调节阀有线性特性、对数特性、抛物线特性和快开特性四种,在本系统中执行器的调节阀的流量特性选择等百分比特性。2)调节阀的口径:调节阀的口径的大小,直接决定着控制介质流过它的能力。为了保证系统有较好的流通能力,需要使控制阀两端的压降在整个管线的总压降中占有较大的比例。所选择电/气阀门定位器ZPD-01表5.3ZPD-01参数表名称性能输入信号4-20mA·DC输出信号0-0.14MPa整定参数(F=1情况下)比例带Xp=2~500%连续可调,最大值刻度误差2.5%;积分时间Ti有两档0.01~2.5分与0.1~25分。分别连续可调,最大值与最小值刻度误差为2550%;微分时间Td=0.04~10分,连续可调,最大刻度误差为2550%干扰系数FIT/T1FD积分增益KdKd10闭环跟踪误差%5.0