《CDCC交联生产线加热控制系统01.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CDCC交联生产线加热控制系统01.doc（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1CDCCJ交联生产线加热控制系统V1.0CDCC交联生产线加热控制系统设计说明书第一章 CDCC交联生产线加热系统结构原理及控制方案1.1 存储管理存储管理主要是对CDCC交联生产线安全的管理，主要包括物理参数的检测，以及消防系统的运行。 (1)消防系统运行消防系统流程图消防系统的基本组成部分如上图所示。消防系统分为两个主要流程，一个是消防供水流程，一个是消防泡沫流程。消防水源是储水罐和蓄水池，储水罐通过提升泵进行补水。三台消防泵设计运行两台，备用一台，消防泵启动后，将储水罐中的水打进主干流程，一路直接通往消防水炮和消防栓；另一路进入泡沫罐，形成混合泡沫液后输送到CDCC交联生产线，可以直接
2、通过安装的泡沫发生器进入覆盖液面，还可以供给泡沫炮和泡沫拴。1.2 系统原理框图及变频控制理论、数学模型1.2.1CDCC交联生产线加热控制系统原理框图1. 锅炉房在整个CDCC交联生产线加热控制中最为重要的一个环节便是：锅炉房，它是整个系统的热量来源，实现的目标就是把锅炉房产生的蒸汽通过一级板换转换为合适温度的热水，再通过二级板换将蒸汽的热量间接地传递，实现预先设计的加热目的。但是这不是本设计所要求的重点，这是因为锅炉的设计本来就是一个很庞大的系统，设计复杂，控制更为困难、复杂所以只需直接利用锅炉房出来的蒸汽即可，不需进行锅炉的控制。2. 补水泵锅炉房出来的蒸汽从上方进入汽水板换后加热循环水
3、，循环水及蒸汽都采用顺时针的方向循环，但是循环水系统在运转过程中失水是不可避免的，如果不及时补水，系统压力就会下降，使循环水系统无法正常运行。因此在系统运行中，为了使热水供热系统管网水压力工况运行正常，对管网系统的泄漏量必须随时补充，而且必须保证全系统每一点压力都处于正值，不许出现倒空，使运行保持平稳。其补水量应根据供热系统失水量确定，而扬程(H)不应小于系统最高补水点的压力加3- 5m水柱。要提高循环泵的稳定调速区间又要使整个供暖系统的管线处于稳定安全的压力范围内运行，首要问题就是系统的压力，我们采用了以下的方法来合理的安排补水泵的工作，如下图：具体工作原理是：在循环泵停止的时候，把整个管路
4、中注入符合要求的水量，然后测得C点的压力为静态水压力P，。当循环泵运行开始以后，调节阀门A、B使得C点的动水压力，此时，令补水泵工作以维持C点的动水压力和静态水压相同。采取这种方法既能合理的给热水供暖系统补充损失的水，循环泵又能不用过多考虑因管道失水而对系统压力的影响。采用变频调速技术后，使电动机起动电流大幅下降，减小了电网电压的波动，此技术在节能方面的贡献是非常明显的；而且对于提高整个系统的自动化水平，减轻工人的劳动强度，降低操作机构的维修费用，延长设备使用寿命和检修周期，减轻电机频繁启动对电网的冲击等各个方而也都有显著效果。采用压力反馈PID来控制补水泵的运行。3. 汽水板换汽水板换是将蒸
5、汽管道通于内部，循环水在蒸汽管道外侧循环流动，利用热传递原理将蒸汽的温度传递给循环水，起到对循环水加热的目的。4. 给水泵给水泵采用变频和工频两种运行方式，利用手动和自动两种方式控制。手动方式是利用控制面板上的按钮实现给水泵的启停、工频以及变频的运行。5. 水油板换水油板换是将水管道置于板换器的内部，在循环水管道外侧循环流动，利用热传递原理将循环水的温度传递给柴油，起到对加热的目的。这个板换器与一级板换器相比较，更要做好密封工作，防止循环水外泄构成影响。所以所选择的板换器更加技术含量要求更高。6. 蝶阀 蝶阀的蝶板安装于管道的直径方向。在蝶阀阀体圆柱形通道内，圆盘形蝶板绕着轴线旋转，旋转角度为
6、0-90之间，旋转到90时，阀门则牌全开状态。蝶阀结构简单、体积小、重量轻，只由少数几个零件组成。而且只需旋转90即可快速启闭，操作简单，同时该阀门具有良好的流体控制特性。蝶阀处于完全开启位置时，蝶板厚度是介质流经阀体时唯一的阻力，因此通过该阀门所产生的压力降很小，故具有较好的流量控制特性。蝶阀有弹密封和金属的密封两种密封型式。弹性密封阀门，密封圈可以镶嵌在阀体上或附在蝶板周边。采用金属密封的阀门一般比弹性密封的阀门寿命长，但很难做到完全密封。金属密封能适应较高的工作温度，弹性密封则具有受温度限制的缺陷。常用的蝶阀有对夹式蝶阀和法兰式蝶阀两种。对夹式蝶阀是用双头螺栓将阀门连接在两管道法兰之间，
7、法兰式蝶阀是阀门上带有法兰，用螺栓将阀门上两端法兰连接在管道法兰上。三向偏心的独特设计使密封面之间无摩擦传动，延长了阀门使用寿命。由扭矩产生弹性密封。巧妙的楔形设计使阀门有越关越紧的自动密封功能，密封面之间具有补偿性、零泄漏。体积小、重量轻、操作轻巧、便于安装。可根据用户要求配置气动、电动装置，满足遥控和程控的需要。更换零件材质可适用于各种介质，并可进行衬里防腐。连续结构多样化：对夹、法兰、对焊。蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的阀门叫蝶阀。蝶阀全开到全关通常是小于90度，蝶阀和蝶杆本身没有自锁有力，为了蝶板的定位，要在阀杆上加装蜗轮减速器。采用蜗轮
8、减速器，不仅可以使蝶板具有自锁能力，使蝶板停止在任意位置上，还能改善阀门的操作性能。工业专用蝶阀的特点能耐高温，适用压力范围也较高，阀门公称通径大，阀体采用碳钢制造，阀板的密封圈采用金属环代替橡胶环。大型高温蝶阀采用钢板焊接制造，主要用于高温介质的烟风道和煤气管道。蝶阀的优点如下： 启闭方便迅速、省力、流体阻力小，可以经常操作。 结构简单，体积小，重量轻。 可以运送泥浆，在管道口积存液体最少。低压下，可以实现良好的密封。 调节性能好。蝶阀按结构形式可分为偏置板式、垂直板式、斜板式和杠杆式。按密封形式可分为较密封型和硬密封型两种。软密封型一般采用橡胶环密封，硬密封型通常采用金属环密封。按连接型式
9、可分为法兰连接和对夹式连接；按传动方式可分为手动、齿轮传动、气动、液动和电动几种。 蝶阀的安装与维护应注意以下事项：在安装时，阀瓣要停在关闭的位置上。 开启位置应按蝶板的旋转角度来确定。带有旁通阀的蝶阀，开启前应先打开旁通阀蝶阀简介:蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的阀门叫蝶阀。蝶阀全开到全关通常是小于90度。 综上所述，本设计采用手动的法兰式蝶阀，这样就能省略掉几个待控制变量，使得待控制变量变得较少，而且可以使系统变得便于维护。采用顺时针的方向流动至板换器里面进行加热。1.2.2 给水泵变频恒温控制的理论模型及数学模型1. 给水泵变频恒温控制的理论
10、模型给水泵变频控制系统以循环水的温度为控制目标，在控制上实现循环水的温度跟随设定的温度。设定的温度可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，给水泵变频控制的目标就是使循环水的温度维持在设定的温度上。从上图中可以看出，在系统运行过程中，如果实际循环水温度低于设定温度，本系统将得到正的温度差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供循环水温度与设定循环水温度的差值，将这个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使给水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重
11、复，直到实际循环水的温度和设定的循环水温度相等为止。如果运行过程中实际循环水温度高于设定温度，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低，给水泵机组的转速减小，实际循环水温度因此而减小。同样，最后调节的结果是实际循环水温度和设定的循环水温度相等。2. 给水泵变频恒温控制的数学模型由于给水泵变频调速恒温系统的控制对象是一个时变的、非线性的、滞后的、模型不稳定的对象，我们难以得出它的精确数学模型，只能进行近似等效。给水泵由初始状态到变频启动的状态，管网从初始的循环水温度开始启动水泵运行，至管网内的循环水温度达到稳定要求时经历两个过程：(1)给水泵将循环水水送到一级板换中，这个阶段管网内循环水温度基本保
12、持初始的循环水温度，这是一个纯滞后的过程；(2)水泵将循环水带动着在整个管网中顺时针运转，循环水温度随之逐渐增加直到稳定，这是一个大时间常数的惯性过程。系统中其他控制和检测环节，例如变频环节、继电控制转换、循环水温度检测等的时间常数和滞后时间与循环水系统的时间常数和滞后时间相比，可忽略不计，均可等效为比例环节。因此，给水泵变频恒温系统的数学模型可以近似成一个带纯滞后的一阶惯性环节，即可以写成：式中：K为系统的总增益，T为系统的惯性时间常数，r为系统滞后时间。3. PID算法在生产过程自动控制的发展历程中，PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。在本世纪40年代以前，除在最简单的情况下可
13、采用开关控制外，它是唯一的控制方式。PID控制具有很多优点：算法简单，使用方便，容易通过简单的硬件和软件方式实现；适应性强，可以广泛的应用于各种行业；鲁棒性强，它的控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。由于具有这些优点，PID控制直到现仍然是应用最广泛的基本控制方式之一。在本次设计中，选用了具有PID调节模块的变频器来实现闭环控制保证供水系统中的压力恒定，较好地满足系统的恒压要求。在连续控制系统中，常采用Proportional(比例)、Integral(积分)、Derivative(微分)控制方式，称之为PID控制。PID控制器是一种线性控制器，它是对给定值r(t)和实际输出值y(t)之间的
14、偏差e(t):e(t)=y(t)-r(t)经比例(P)、积分(I)和微分(D)运算后通过线性组合构成控制量u(t)，对被控对象进行控制，故称PID控制器。系统由模拟PID控制器和被控对象组成，其控制系统原理框图如图29所示，图中u(t)为PID调节器输出的调节量。PID控制规律为：式中：KP为比例系数；T1为积分时间常数；TD为微分时间常数。相应的传递函数为:PID控制器各环节的作用及调节规律如下：(1)比例环节：成比例地反映控制系统偏差信号的作用，偏差e(t)一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。比例环节反映了系统对当前变化的一种反应。比例环节不能彻底消除系统偏差，系统偏差随比例系数
15、K，的增大而减少，但是比例系数过大将导致系统不稳定。(2)积分环节：表明控制器的输出与偏差持续的时间有关，即与偏差对时间的积分成线性关系。只要偏差存在，控制就要发生改变，实现对被控对象的调节，直到系统偏差为零。积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数rl，Z越大，积分作用越弱，易引起系统超调量加大，反之则越强，易引起系统振荡。(3)微分环节：对偏差信号的变化趋势(变化速率)做出反应，并能在偏差信号变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。微分环节主要用来控制被调量的振荡，减小超调量，加快系统响应时间，改善系统的动态特性。但过大的R对于干扰信号的抑制能力却将减弱。PID的三种作用是相互独立，互不影响。改变一个调节参数，只影响一种调节作用，不会影响其他的调节作用。然而，对于大多数系统来说，单独使用一种控制规律都难以获得良好的控制性能。如果能将它们的作用作适当的配合，可以使调节器快速，平稳、准确的运行，从而获得满意的控制效果。自从计算机进入控制领域以来，用数字计算机代替模拟调节器来实现PID控制算法具有更大的灵活性和可靠性。数字PID控制算法是离散化来实现的。用一系列的采样时刻点代表连续时间，用矩形法数值积分近似代替连续系统的积分，以一阶后向差分近似代替连续系统的微分，得到P
