过程控制课程设计报告

前言过程控制系统课程设计是测控技术与仪器专业的实践教学环节。其教学目的是：运用所学专业知识，结合工业生产实际，以仪表控制系统的工程设计为核心，是学生初步了解生产过程检测与控制系统的设计方法、设计规范和设计步骤，并通过实践设计、绘图等环节，培养学生的工程意识，掌握一定的工程设计技能，初步具备独立承接科研课题或工程设计的能力，受到一次工程师的基本训练。本次过程控制系统课程设计主题为均热炉仪表检测控制系统，要求同学们选用DDZ-III型仪表，实现均热炉温度控制。整个设计过程大概分为五部分。首先，查阅资料，整理笔记，了解均热炉的生产工艺及控制要求。第二步，根据设计要求，初步设计均热炉温度检测控制系统，并绘制系统原则图。第三步，按要求通过计算选择仪表类型，并绘制系统框图。第四步，绘制系统接线图。第五，撰写设计报告。2目录1．概述.......................................................................................................31.1均热炉的结构与生产工艺..............................................................31.2均热炉检测控制系统概述..............................错误!未定义书签。2.均热炉的生产工艺参数与检测控制系统分析.....................................42.1均热炉工艺参数与检测控制系统分析..........................................42.2仪表选型..........................................................................................52.3均热炉控制系统分析......................................................................72.3.1双交叉限幅燃烧控制系统.......................................................62.3.2炉膛压力控制系统...................................错误!未定义书签。2.3.3换热器保护控制系统...............................错误!未定义书签。2.3.4热风超温放散控制系统...........................................................72.3.5煤气压力低限报警、切断控制...............错误!未定义书签。3.空燃比控制用比值器比值系数的计算及气体流量的温差修正错误!未定义书签。3.1空燃比控制用比值器比值系数的计算..........................................83.2热风流量的温度压力修正及乘除器运算系数的计算..................83.3煤气流量的压力修正及乘除器运算系数的计算..........................84.结束语......................................................................................................85.参考文献..................................................................错误!未定义书签。6.指导教师评语………………………………………………………………………………..1031．概述初轧是钢铁工业的一个重要环节。炼钢浇注的钢锭大部分经初轧、开坯后才能轧制成材，而钢锭必须经过均热炉按照特定的工艺曲线加热后才能送往初轧机进行轧制，它在间歇性的炼钢生产变为连续性初轧生产之间起缓冲、平衡作用。均热炉是初轧厂中钢锭加热用的设备，它将冷、热钢锭加热到轧制要求的温度，并使其温度均匀。均热炉操作直接影响到钢坯的产量、质量和成本。为了充分发挥初轧机的生产能力，有必要增强对均热炉的控制。1.1均热炉的结构与生产工艺在初轧前把钢锭加热或保温一定时间，通过热扩散使钢均热炉锭内部温度均匀而适于金属塑性加工用的坑式炉。炉膛为长方体形，钢锭在炉内竖放。通常由几个炉坑组成一组,共用一套控制系统。多数使用气体燃料加热,也可用重油。均热炉是周期性工作的，其温度制度和供热制度随时间变化。均热炉主要用于均热脱模后的热钢锭，也可加热冷钢锭。在充分利用钢锭潜热的情况下，单位热耗可为(0.05～0.07)×106千卡/吨。均热炉可分为蓄热式、换热式（有中心供热的、四角供热的和上部双侧或均热炉单侧供热的）和电均热炉（见冶金炉）。蓄热式均热炉炉坑两端有蓄热室，预热空气和煤气，缺点是来回换向、温度不均匀，影响加热质量；特别是炉坑长度受温度差容许范围的限制，不能适应大钢锭、大轧机的要求。上部单侧供热的换热式均热炉，烧嘴在长方形炉坑一个端墙上,火焰呈U形，均热炉烟气由供热端烧嘴下面的排烟口排出,进入换热器。如图1-1所示。图1-11.2均热炉检测控制系统概述均热炉上使用的仪表应满足下列要求：4（1）自动燃烧控制用的调节器，应满足间歇操作与调节功能；（2）燃料流量与空气流量的调节装置，要求在很宽的范围内都能满足要求；（3）为了保持炉内温度稳定，要尽量减少炉内压力变化带来的影响；（4）燃料流量与空气流量天揭发的驱动速度不同，应该考虑当流量突然变化时，要防止冒黑烟；（5）流量测量的孔板设计，要考虑较宽的测量范围；（6）为保持良好的燃烧控制，可以采用废弃中含氧量的测量与控制。均热炉参数检测与控制系统如图1-2所示。它主要包括炉内温度控制、煤气空气燃料配比控制、炉内压力控制系统、换热器保护系统。图1-22.均热炉的生产工艺参数与检测控制系统分析2.1均热炉工艺参数与检测控制系统分析为了满足工艺要求，必须对均热炉生产过程的参数进行控制：(1)炉温控制。按工艺要求对炉温进行控制。使被加热的钢锭达到温度值，且内外均匀。(2)燃料流量控制。根据要求控制煤气流量，并对煤气压力的变化进行修正。(3)空气流量控制。按给定的空燃比控制空气流量。当使用预热空气时，应对预热空气的温度压力进行补正。(4)空燃比控制。要求空燃比达一定值，可以保证燃料的合理燃烧和所要求的炉内气氛。(5)炉膛压力控制。保证炉膛压力稳定在正常范围内，一保证良好的热传导，5降低损耗能源，同时还能减少污染和保持良好的生产环境。(6)换热器保护控制。它能防止因换热器过热的烧毁事故发生。(7)废气含氧控制。目的使燃料充分燃烧，提高燃料效力，降低能耗。给定条件及参数数据1．炉膛温度检测与控制温度量程，0～1600℃，1～5VDC,4～20mADC炉温1380℃，钢坯均热温度1340℃2．均热炉燃烧的空燃体控制空燃比5.2%100maxminQQk比值系数，自动校正功能，残氧修正3．煤气流量，检测与控制，压力补正（温补）hmQMAX/40003常用量3520hm/3，管径D=219mm6，6指的是厚度6mmPa1500h204．空气（热风）流量测量与控制hNmQ/110003max，常用=8800hm/3,管径：450mm95．炉膛压力P=10~30Pa，微正压，上下线报警6．空气预热器保护热风温度（400℃）控制，上限600℃，报警放散预热器前，温度检测，上限报警，稀释（鼓入冷风），温度控制700~900℃后，温度检测报警，400~500℃，上限报警7．延期含氧量检测1.5~2.5%8．空气压力：3000~5000Pa,下限报警9．煤气压力：3000~5000Pa,下限报警10．烟道负压检测与显示：P=-4000~6000Pa11．烟道温度检测与显示：300℃2.2仪表选型以统一的标准信号，将对参数的测量、变送、显示及控制等各种能够独立工作的单元仪表（简称单元，例如变送单元、显示单元、控制单元等）相互联系而组合起来的一种仪表。根据不同功能和使用要求加以组合，单元仪表可构成各种单参数或多参数的自动控制系统。该均热炉仪表检测控制系统包括的主要仪表有变送器、调节器、执行器与调节阀、比值器、乘除器、开方器等，按照设计要求仪表型号如下：检测元件：热电偶TE-101、热电阻Pt-1006变送器：差压变送器CECC-220、热电偶温度变送器DBW-1130、热电阻温度变送器DBW-1240、压力变送器CECY-120、负压变送器DBY-0100调节器：DTZ-2100电动执行器：DKZ-1100伺服放大器：FC-01电动操作器：DFD-2000乘除器：DJS-1000——乘法器：DJS-4000、除法器：DJS-2000开方器：DJK-1000选择器：高选DFC-1200低选DFC-2200配电器：DFP-2100阻尼器：DFZ-1000显示仪：DXZ-1011带指示的报警器：DXB-1100(单上)DXB-1200（单下）DXB-1300（单上下限报警）恒流给定器：DGA-1001积算器：DXS-1200比值器：DGB-23002.3均热炉控制系统分析2.3.1双交叉限幅燃烧控制系统双交叉限幅控制方式是在串级平行控制的基础上，再加上交叉限幅控制功能。燃料流量和空气流量与炉温调节构成串级平行控制系统，则温度调节器的输出同时作为燃料调节器和空气调节器的设定值。在燃料流量控制回路中，温度调节器的输出（SV）与空气流量测量值（赋予负向偏置-a1）一起送到低值选择器。低选器输出值与空气流量测量值再一起送到高选器。高选器的输出作为煤气燃料调节器的设定值（SV3）。2.3.2炉膛压力控制系统炉膛压力控制系统。炉膛压力会直接影响钢锭的加热质量、炉温的分布情况、燃料的消耗量及炉体寿命的长短。通常均热炉的炉膛压力多控制在微正压的情况下，这样可以得到良好的热传导，使气体燃烧所产生的大量热能被钢坯所吸收，提高钢坯加热时的热能利用。可通过控制烟道闸板的开度及改变烟道吸引力的大小来改变炉膛的压力。2.3.3换热器保护控制系统换热器保护控制系统见图2-1.换热器的保护控制能防止因换热器过热的烧毁事发生。检测热风温度，如果温度过高，向换热器里鼓入冷风，达到保护换热器放入作用。7图2-12.3.4热风超温排散控制系统热风超温放散控制系统见图2-2。图2-22.3.5煤气压力低限报警、切断控制煤气压力低限报警、切断控制见图2-5.当燃烧过程使用的燃料是煤气时，为了保证各段烧嘴的稳定燃烧，对煤气管道压力必须控制，这样可以使各烧嘴的火焰长度维持不变，以保证炉内温度场分布均匀。同时，保证一定的压力，不能过低，防止在与空气接触时，由于煤气压力过低而混入一定量的空气，从而发生爆炸的危险。83.空燃比控制用比值器比值系数的计算及气体流量的温差修正3.1空燃比控制用比值器比值系数的计算均热炉燃烧的空燃体控制空燃比5.2%100maxminQQk即系统原则图上比值器a=2.5。所以原则图上的两个比值器比值分别为2.5和0.4。3.2热风流量的温度压力修正及乘除器运算系数的计算空气（热风）温压补正hNmQ/110003max，常用=8800hm/3,管径：450mm9热风流量的温度修正系数k1=8800/400^2=0.055热风流量的压力修正系数k2=8800/(5000-3000)=4.43.3煤气流量的压力修正及乘除器运算系数的计算煤气流量，检测与控制，压力补正（温补）hmQMAX/40003常用量3520hm/3，管径D=219mm6，6指的是厚度6mm煤气流量的压力修正系数k3=3520/（5000-3000）=1.764.结束语过程控制系统课程设计教会了我们如何设计一个完整的工业控制系统，从手绘图到CAD的绘制再到最终设计报告的完成，在