换热器出口温度比值控制系统设计

中北大学课程设计说明书
中北大学
课 程 设 计 说 明 书
学生姓名： 学 专 题 院： 业：
学 号： 机械工程与自动化学院 过程装备与控制工程
目： 换热器出口温度比值控制系统设计
指导教师：刘广璞
职称: 职称:
教授 讲师
王泽兵
2012 年 1 月 3 日

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课程设计任务书
2011/2012 学年第 1 学期
学 专
院： 业：
机械工程与自动化学院 过程装备与控制工程 学 号：
学 生 姓 名：
课程设计题目： 换热器出口温度比值控制系统设计
起 迄 日 期： 2011 年 12 月 19 日～2012 年 1 月 5 日 课程设计地点： 指 导 教 师： 系 主 任： 中北大学 刘广璞、王泽兵 姚竹亭
下达任务书日期: 2011 年 12 月 19 日

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课 程 设 计 任 务 书
1．设计目的：
（1） 培养学生运用过程检测仪表与控制技术及其他相关课程的知识， 结合毕业实习 中学到的实践知识，独立地分析和解决实际过程控制的问题，初步具备设计一个过程控 制系统的能力。 （2）运用工程的方法，通过一个简单课题的设计练习，可使学生初步体验过程控制 系统的设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法。 （3）培养学生独立工作能力和创造力；综合运用专业及基础知识，解决实际工程技 术问题的能力； （4）培养查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力； （5）培养编写技术报告和编制技术资料的能力。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等） ：
经过《过程检测仪表与控制》课程的学习和生产实习后，对现场的实际过程控制策 略、实际环节的控制系统有了一定的认识和了解。在此基础上，针对实践环节中的被控 对象（控制装置） ，独立完成控制系统的设计，并通过调节系统控制参数，达到较好的控 制效果。 1、确定系统整体控制方案以及系统的构成方式，给出控制流程图； 2、现场仪表选型，编制有关仪表信息的设计文件； 3、给出控制系统方框图； 4、分析被控对象特性，选择控制算法； 5、进行系统仿真，调节控制参数，分析系统性能； 6、写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计思想、指标 论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出说明，并对所完成的设计作 出评价，对自己整个设计工作中经验教训，总结收获。

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3． 设计工作任务及工作量的要求 〔包括课程设计计算说明书(论文)、 图纸、 实物样品等〕 ：
1．确定系统整体控制方案、仪表选型、系统控制流程图、选择控制算法。 2．撰写课程设计说明书一份（A4 纸） 。
4．主要参考文献：
[1]《过程装备控制技术及其应用》 [2]《过程自动化及仪表》 [3]《工业过程控制工程》 [4]《控制仪表及装置》 [5]《过程控制仪表》 [6]《过程装备成套技术设计指南工程》 [7]《过程控制装置》 [8]《化工单元过程及设备课程设计》 [9]《化工设备设计设计手册》 （上、下） [10]《工业过程检测与控制》 王毅 主编 化学工业出版社 俞金寿 主编 化学工业出版社 化学工业出版社
王树青 吴勤勤 徐春山 黄振仁 张永德 匡国柱 朱有庭 孟华
主编
主编 主编 主编 主编 主编 主编 主编
化学工业出版社 冶金工业出版社 化学工业出版社 化学工业出版社 化学工业出版社 化学工业出版社 化学工业出版社
5．设计成果形式及要求：
提供课程设计说明书一份，要求内容与设计过程相符，且格式要符合规定要求； 系统控制流程图一份；

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6．工作计划及进度：
2011 年 12 月 19 日 ~12 月 22 日 确定系统整体控制方案以及系统的构成方式，画
出控制流程图，完成仪表选型，接线图； 12 月 23 日 ~12 月 26 日 12 月 27 日 ~12 月 31 日 1 月 1 日 ~1 月 3 日 2012 年 1 月 4 日 控制系统方框图，分析被控对象特性，选择控制算法； 进行系统仿真，调节控制参数，分析系统性能；
编写课程设计说明书
答辩
系主任审查意见：
签字： 年 月 日

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目
录
1 换热器工作原理及结构特点 .................................................. 1 1.1 问题背景 ............................................................... 1 1.2 被控对象的特性分析 ..................................................... 2 1.3 目前换热器的控制方法 ................................................... 7 2 控制方案的选择 ............................................................ 9 3 仪表的选型及参数的确定 ................................................... 11 3.1 流量测量仪 ............................................................ 11 3.2 调节器 ................................................................ 12 3.3 调节阀 ................................................................ 13 4 控制系统的仿真 .......................................................... 14 4.1 各个环节传递函数及各个参数的确定 ...................................... 14 5 6 7 课程设计总结 ............................................................ 17 主要参考文献 ............................................................ 18 附图 .................................................................... 19

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1 换热器工作原理及结构特点
1.1 问题背景 换热器是一种用来进行热量交换的工艺设备，在工业生产中应用极为广泛。它的作用是 通过热流体加热冷流体，使工作介质达到生产工艺所规定的温度要求，以利于生产过程的顺 利进行，同时避免生产过程中的浪费，以节约能源。 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。按照传热方式的不 同，换热设备可分为三类： 1、混合式换热器：利用冷、热流体直接混合的作用进行热量的交换。这类交换器 的结 构简单、价格前便宜、常做成塔状。例如：冷水塔（凉水塔） 、造粒塔、气流干燥 装置、流 化床等。 2、蓄热式换热器：在这类换热器中，能量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完 成的。 蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜、单位体积传热面大，故较适用于气气热交换 的场合。主 要用于石油化工生产中的原料气转化和空气余热。 3、间壁式换热器：所谓间壁式换热器，是指两种不同温度的流体在固定的壁面（称 为 传热面）相隔的空间里流动，通过壁面的导热和壁表面的对流换热进行热量的传递。 间壁式 换热器的传热面大多采用导热性能良好的金属制造。在某些场合由于防腐的需要，也有用非 金属（如石墨，聚四乙烯等）制造的。这是工业制造最为广泛应用的一类 换热器。按照传热 面的形状与结构特点它还可分为： （1)管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等。 （2）板面式换热器：如板式、螺旋板式， 、板壳式等。 （3）扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。 其中，在间壁式换热器中，管壳式换热器易于制造、生产成本较低、选材范围广、 传 热表面的清洗比较方便、适应较强、处理量较大，具有高度工作可靠性，能够承受高 压、高 温。虽然在结构紧凑性，传热强度和单位传热面积的金属耗量方面它确实有着缺点，但是由 于其优点，使之能在出现的新兴换热器的今天，依然充满生命力，居于统治地位。 换热系统中，生产过程需要对系统的一些参数进行控制，其中，换热器出口介质的温度 是最为主要、最为常见的控制对象，也是关系工艺产品质量的重要因素之一。目前，对温度 的控制大都采用传统的 PID 调节器。但是，由于换热系统这种被控对象具有纯滞后、大惯性
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的特点，而且整个控制过程与环境条件及换热系统本身等因素密切相关，是一个典型的参数 时变的非线性系统，所以，要寻求一个更好地控制办法以满足工业生产的需要。 1.2 被控对象的特性分析 在本文中， 以列管式逆流单程换热器进行分析， G1 为热流体的流量，G2 为冷流体流量。 令 分别为热流体和冷流体的出口温度， c1、c2 分别为热 而 T1i 分别为热流体和冷流体的入口温度， 流体和冷流体的比热容。 静态特性分析： 对象的静态特性就是要确定 T1o与T1i、T2i、G1、G2 之间的函数关系。静态特性的求得，可以 作为控制方案设计时系统的扰动分析。静态放大系数也能作为系统整定分析，以及控制阀流 量特性选择的依据。静态特性推导的两个基本方程式一热量平衡关系式及传热速率方程式为 了处理方便，不考虑传热过程中的热损失，则热流体失去的热量应该等于冷流体吸收的热量，
7 热量平衡方程? ? 为
q ? G1c1 ?T1i ?T2o ? ? G2c2 ?T2o ?T 2i ?
式中， q 为传热速率(单位时间内传递的热量)；
G 为质量流量； c 为比热容； T 为温度。
（1-1）
式中的下标处 1 为载热体；2 为冷流体； i 为入口； o 为出口。 另外，传热过程中的 传热速率? ? 为
7
q ? KF ?T
式中， K 为传热系数； F 为传热面积； ? T 为两流体间的平均温差。 其中平均温差 ? T 对于逆流、单程的情况为对数平均值
?T ? (T1i ? T1o ) ? (T20 ? T2i ) ?T1 ? ?T2 ? ?T1i ? ?T1o ?T ln 1 ln ?T2 ?T2o ? ?T2i
（1-2）
（1-3）
在
1 T1i ? T1o ? ? 3 ，其误差在5%以内，可采用算数平均值来代替。算术平均值为： 3 T2 o ? T2i
?T =
?T2i ? T1o ? + ?T2o ? T1i ?
2
2
（1-4）

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对上述公式进行整理后得到：
T1o ? T1i 1 ? T2i ? T1i G1c1 1 ? G1c1 ? ? ?1 ? ? KF 2 ? G2c2 ?
（1-5）
上式为逆流、 单程列管式换热器静态特性的基本表达式。 其中各通道的静态放大倍数均可 由此式推出： (l)热流体入口温度 T1i 对出口温度 T1o 的影响，即 ?T1i ? ?T1o 通道的静态放大倍数。对上式⑤进 行增量化，令 ?T2i ? 0 ，则可得:
?T10 ? ?T1i 1 ? ?T1i G1c1 1 ? G1c1 ? ? ?1 ? ? KF 2 ? G2c2 ?
由⑥式可求得 ?T1i ? ?T1o 通道的静态放大倍数为:
（1-6）
?T10 1 ? 1? ?T1i G1c1 1 ? G1c1 ? ? ?1 ? ? KF 2 ? G2c2 ?
该式表明， ?T1i 与 ?T1o 之间为线性关系，其静态放大倍数为小于1的常数。
（1-7）
（2）冷流体入口温度 T2i 对热流体出口温度 T1o 的影响，即 ?T2i ? ?T1o 通道的静态放大倍数。 同样对式（1-5）进行增量化，令 ?T1i ? 0 ，可得:
?T10 1 ? ?T1i G1c1 1 ? G1c1 ? ? ?1 ? ? KF 2 ? G2c2 ?
（1-8）式表明， ?T1i与?T1o 之间也为线性关系。
（1-8）
（3）热流体流量 G1 对其出口温度 T1o 的影响，即 ?G1 ? ?T1o 通道的静态放大倍数， 通过对式（1-5）进行求导
dT1o ，求取静态放大倍数为: dG1
dT1o ? dG1
G2c2 ?T2i ? T1i ? ? G c 1 ? G c ?? 2G12c1 ? 2 2 ? ?1 ? 2 2 ? ? ? KF 2 ? G1c1 ? ?
2
（1-9）
3

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由上式（1-9）可见， ?G1 ? ?T1o 通道的静态特性是一个非线性关系。从上式很难分清两者 之间的关系，因此，常用下图来表示这个通道的静态关系。可以看出，当 G1c1 较大时，曲线呈饱 和状，此时 G1 的变化，从静态来看，对 T1o 的影响微弱了。
(4)冷流体流量 G2 对热流体出口温度 T1o 的影响，即 ?G2 ? ?T1o 通道的静态放大倍数。同样可 通过对式(1-5)求导
dT1o ，其结果与式（1-9）相似，两者为一复杂的非线性关系。为此，也用 dG1
图来表示这个通道的静态关系。图2表示了这个关系，可以看出，当 G2c2 较大时，曲线呈饱和状， 此时 G2 的变化，从静态来看，对 T1o 的影响已经很小了。
换热器的动态特性分析：
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换热器由于两侧都不发生相变化，一般均为分布参数对象。分布参数对象中输出(即被控变 量)既是时间的函数，又是空间的函数，其变化规律需用偏微分方程来描述。现说明列管式换 热器动态特性的建立方法。 为便于分析，对该管式换热器作如下假设: 1、间壁的热容可以忽略; 2、流体1和流体2均为液相，而且是层层流动; 3、传热系数K和比热容c为常数; 4、同一截面上的各点温度相同。 建立分布参数对象的数学模型，同样是从热量动态平衡方程入手，但这时必须取微元来分 析问题，并假设这一微元中各点温度相同。先分析流体1的热量动态平衡问题。取长度为 dz 的 圆柱体为微元， 这一微元的热量动态平衡方程可叙述为： （单位时间内流体1带入微元的热量) 一(单位时间内流体1离开微元所带走的热量)+(单位时间内流体2传给流体1微元的热量)=流 体1微元内蓄热量的变化率，即
?T ? l , t ? ? ?T ? l , t ? ? G1c1T1 ? l , t ? ? G1c1 ?T1 ? l , t ? ? 1 dl ? ? KAdl ?T2 ? l , t ? ? T1 ? l , t ? ? ? M 1c1dl 1 ? ? ?l ?l ? ?
（1-10）
式中 M 1dl ， L 为换热器的总长度;
A —内管的圆周长;
Adl —微元的表面积;
M 1 —流体1单位长度的流体质量; M 1dl —微元体的质量
消去方程式中的 dl ，并适当的整理，得：
?T ? l , t ? ? KA ? ? M 1 ? ?T1 ? l , t ? ?? 1 ?? ? ? ? ?T2 ? l , t ? ? ?T1 ? l , t ? ? ? ? ?l ? G1 ? ?t ? G1c1 ?
（1-11）
同理，可得流体的热量动态平衡方程式
?T ? l , t ? ? KA ? ? M 2 ? ?T2 ? l , t ? ?? 2 ?? ? ? ? ?T1 ? l , t ? ? ?T2 ? l , t ? ? ? ? ?l ? G2 ? ?t ? G2 c2 ?
（1-12）
时间和空间的边界表达式为：
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?T1 ? l , 0 ? ? T1 ? l ? , T2 ? l , 0 ? ? T2 ? l ? ? ?T1 ? 0, t ? ? T1i ? t ? , T1 ?1, t ? ? T1o ? t ? ? ?T2 ? 0, t ? ? T2o ? t ? , T2 ?1, t ? ? T2i ? t ?
（1-13）
上述两个方程式（1-11）和（1-12）及其边界条件（1-13）就是描述列管式换热器行为的动 态方程。要对这样的动态方程进行精确的解析求解是很困难的。通常为了便于计算机实时控制 和现代控制理论的应用，可以采用时间、空间离散化的方法，将上述连续偏微分方程转换成相 应的离散状态空间模型。 为了能说明传热对象的动态特性的基本规律，也可近似应用一些经验公式来描述。对于 换热器的动态特性，可以用下面的近似关系式来表示。 (l)热流体入口温度 T1i ，冷流体入口温度 T2i 对热流体出口温度 T1o 的影响，即 T1i ? ?T1o ，
T2i ? ?T1o 的通道特性。如用传递函数来描述，可为:
G ?s? ? K Ts ? 1
（1-14）
式中： K—各通道的静态放大倍数;
T ?W /G
W 、G —分别为换热器的容量和冷流体的流量;
s —拉普拉斯运算子符号。
(2)热流体流量 G1 、冷流体流量 G2 对热流体出口温度 T1o 的影响，即
G1 ? T1o、G2 ? T1o 通道特性。如用传递函数来描述，可为:
G ?s? ?
?T1s ? 1??T2 s ? 1?
K
e?? 2 s
（1-15）
式中:K—各通道的静态放大倍数；
W1 / G1 ? W2 / G2 2 W / G ? W2 / G2 T2 ? 1 1 8 T1 ?
（1-16） （1-17）
W1、W2、G1、G2 —分别为热流体和冷流体的储存量和流量。
由式（1-15）看出，过程通道的动态特性均可近似为带有纯滞后的二阶惯性环种近似关系可以 这样理解，要从热流体把热量传递到冷流体，必须先由热流体传给间壁，然后再由间壁传给冷
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流体，这样就成为二阶惯性环节。此外，还考虑了由于停留时间所引起的纯滞后。式（1-15） 为一个近似的经验表达式，因为二阶环节的两个时间常数不不仅取决于两侧流留时间，而且与 列管的厚度、材质、结垢等情况有关，但是，这个式子一定程度上描述了换热器动态特性的内 在性质。在热器出口温度控制系统中，热流体流量 G2 不发生变化，冷流体和热流体表示冷水和 热水。换热器热流体进出口温度差在 40 ?C 附近，冷流体进出口温差在30℃左右。假设热流体温 度由80℃降低到40℃，则根据以下数据: 水的比热 c1 ? c2 ? 1kcal / ? kg . ?C ? 水的密度取971.9 kg / m3 ，40℃时水的密度为992.2 kg / m3 ; 换热器冷却面积 F ? 3m2 壳体长度 L =1500mm ; 热流体流量 G1 =2m3 / h ; 冷流体流量 G2 =7m3 / h ; 根据式经验公式（1-15）可求得换热器动态特性的基本规律，由式（1-9）求出增益K为:
K ? 2;T1 ? 45.32s;T2 ? 11.85s;
故换热器温度控制的数学模型为:
G ?s? ? 2 e ?11.85 s 537 s ? 57.17 s ? 1
2
（1-18）
由上式可以看出系统的滞后时间常数为11.85s，换热器出口温度控制系统是惯性和时间 滞后均较大的系统。 1.3 目前换热器的控制方法 换热器是传热设备中较为简单的一种，也是最常见的一种。通常它两侧的介质(工艺介质 和载热体)在换热过程中均无相变。 换热器换热的目的是保证工艺介质加热(或冷却)到一定温 度。为保证出口温度平稳，满足工艺要求，必须对传递的热量进行调节。调节热量有以下几 种方式。 1) 控制载热体流量 这个方案的控制流程如图 1 所示。 其控制原理可通过热量平衡方程和传热速率方程来分 析。
7

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图3
换热器控制流程图
由于冷流体的传热符合热量平衡方程式，又符合传热速率方程式，通过对换热器静态特性 分析部分的内容，因此有下列关系
G2c2 ?T2o ? T2i ? ? KF ?T
整理后得
T2o ? KF ?T ? T2i G2c2
（1-19）
（1-20）
当从上式可看出，在传热面积 F 、冷流体进口流量 G2 、温度 T2i 和比热容 c2 一定的情 况下，影响冷流体出口温度 T2o 的因素主要为传热系数 K 及平均温差 ? T 。控制载流体流量 实质上是改变 ? T 。若由于某种原因使 T2o 降低，控制器 TC 将使控制阀门增大，载热体流 量
G1 增加，传递的热量增加，这就必然导致冷热流体平均温差 ? T 升高，从而使工艺介质 的出
口温度 T2o 增加。载热体流量 G1 增加，一方面使温差 ? T 增加，另一方面传热系统数 K 也会增 加，但在通常情况下传热系统数 K 变化不大，所以经常忽略。因此这种方案实质上是通过改 变 ? T 来控制工艺介质的出口温度的。 改变载热体流量是应用最为普遍的控制方案，多适用于载热体流量 G1 的变化对温度影响 较灵敏的场合。当载热体流量已经变得很大，T1i ? T1o 较小时，进入饱和区控制就很迟迍，此 时不宜采用此方案。 2) 控制载热体旁路流量 当载热体本身也是一种工艺物料，其流量不允许变化时，可采用此控制方 T1i ? T1o 案。它 的控制原理也是利用改变温差 ? T 的手段来达到温度控制的目的。 这里采用三通控制阀来改变
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进入换热器的载热体流量与旁路流量的比例，这样既可以改变进入换热器的载热体流量，又 能保证载热体总流量不受影响。 3) 工艺介质的旁路控制
当工艺介质的流量允许变化，而且换热器的传热面有富余时，可将工艺介质的一部分经 换热器，其余部分由旁路直接流到出口处，然后将两者混合起来控制温度。该控制方案中 被控变量是冷流体和热流体混合后的温度，热流体温度大于设定温度，冷流体温度小于设 定温度，通过控制冷热流体流量的配比，使混合 后的温度等于设定温度。从控制原理上来 看，这种方案实际上是一个混合过程。所以反应及时，过程的滞后并不直接显示出来，适 用于停留时间较长的换热器。但需注意的是换热器必须有较大余量的传热面积，且载热体 一直处于最大流量， 因此在通过换热器的被加热 介质流量较小时就不太经济。 考虑经济性， 旁路的流量通常占总流量的 10%～30%。 4) 控制传热面积 从传热速率方程 q ? KF ?T 来看，使传热系数 K 和传热平均温差 ? T 基本保持不变，调 节传热面积 F 可能改变传热量， 从而达到控制出口温度的目的。 此时调节阀装在冷凝液的排出 管线上。如果被加热物料出口温度高于给定值，说明传热量过大，可将 冷凝液控制阀关小， 冷凝液就会积累起来，减少了有效的蒸汽冷凝面积，从而使传热量减 少，工艺介质出口温度 就会降低。反之，如果被加热物料出口温度低于给定值，可将冷凝 液控制阀开大，增大传热 面积，使传热量相应增加。
2 控制方案的选择
通过对被控对象特性的研究以及对现有的常用的控制方法的分析，现拟采用比值控制对 换热器的出口温度进行控制。由热平衡公式（1-1）可知，当冷热流体的流量成一定的比值关 系时便可以保证按照两流体出口温度的变化量成一定比值关系，同时假定冷热流体入口处温 度 T1i 、 T 2i 都保持恒定，则此时，冷热流体的温度 T1o 、 T2o 便同时可以保持恒定。即有
G1 c2 ?T2o ?T 2i ? ? G2 c1 ?T1i ?T1o ?
从而达到换热器冷热流体的温度同时得到控制的目的。
9
（2-1）

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比值控制系统的属于复杂控制系统，在比值控制系统中，具体又分为定比值控制系统与 变比值控制系统。其中，定比值控制系统又可分为开环比值控制系统、单闭环控制系统与双 闭环控制系统 开环比值控制系统中从动量无抗扰动能力，只能适用于比较平稳且系统对比值关系要求 不高的场合。实际生产过程中的从动量变化是不可避免的，因此在实际系统中很少采用开环 比值控制系统。 单闭环控制系统控制方案的优点是能确保流量比值比较精确。其特点是：从动量是一个 闭环随动控制，主动量是开环的，结构比较简单。在工业生产过程自动化中得到广泛的应用。 但由于主流量可变，所以进入系统的总流量是不固定的。 双闭环比值控制系统通过主动量控制回路来克服主动量扰动， 实现对主动量的定值控制； 通过从动量控制回路克服作用于从动量回路中的扰动，实现随动控制。当扰动消除后，主、 从动量都恢复到原设定值上，比值不变。 双闭环比值控制系统与单回路控制系统相比，能够实现对主动量的抗扰动控制和定值控 制，两个闭合回路可以克服各自的外界干扰，使主、从动量均比较稳定，从而使总物料量也 比较平稳，系统的运行比较平稳。 它的另一方面的优点是调整负荷比较方便，只需缓慢改变 主动量控制回路的给定值， 通过以上分析，考虑到生产过程中换热器的实际生产环境，主动量的变化波动不是很大， 并且对最后的总流量没有像反应器一样要求严格，不允许变动，另外，考虑系统设计中所用 仪表多少、设备的投资等因素，最终确定控制方案为单闭环比值控制。单闭环比值控制系统 方框图为：
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扰动 Gd 1
比值器 — —
流量控制器 FC
调节阀 Gv
被控对象
G p1
输出 qv 2
流量检测变送器 GLM 1
流量检测变送器
qv1
GLM 2
图 4 单闭环比值控制系统方框图
图中， FC 为流量控制器，GV 为调节阀传递函数， Gp1 为流量对象传递函数， GLM 1 GLM 2 为流量检测变换传递函数，Gd1 为主回路干扰传递函数。 其控制流程图为：
图5
控制系统流程图
3 仪表的选型及参数的确定
3.1 流量测量仪 选用 SKLUCB 型插入式涡街流量计，如图所示：
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图 6 插入式涡街流量计
工作原理： 按国际标准化组织 IS07145(在环形截面封闭管道中的流体流量测定—在截面一点的速度 测量法)，采用埋入压电晶体的涡街测速探头，插入大口径工业管道内，将卡门旋涡频率转换 为与流量成正比的电流或电压脉冲信号或 4～20mADC 电流信号。 技术参数 ：
表1 公称通经（mm） 仪表材质 公称压力（Mpa） 被测介质温度 （℃） 环境条件 精度等级 量程比 阻力损失系数 输出信号 250～1500 1Cr18Ni 9Ti PN1.6Mpa；PN2.5Mpa －40～+250℃ 温度－10～+55℃， 相对湿度 5％～90％， 大气压力 86～106Kpa 示值的±2.5% 1:10；1:15 Cd<2.6 传感器：脉冲频率信号 0.1 ~ 3000Hz 低电平≤1V 高电平≥6V 变送器：两线制 4 ~ 20mADC 电流信号 流量计技术参数
3.2 调节器
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选择 SK－808/900 系列智能 PID 调节仪
图 7 SK－808/900 系列智能 PID 调节仪
智能 PID 调节仪与各类传感器、变送器配合使用，实现对温度、压力、液位、容量、力 等物理量的测量，并配合各种执行器对电加热设备和电磁、电力、气动阀门进行 PID 调节和 控制、报警控制、数据采集等。 3.3 调节阀 选择 KVQJ 系列电动单座、套筒调节阀。
图 8 调节阀
KVQJ 系列电动单座、 套筒调节阀，接受调节仪表来的直流电流信号，改变被调介质流量， 使被控工艺参数保持在给定值。广泛应用于电力、冶金、化工、石油、轻纺、制药、造纸等 工业部门的生产自动化控制。 本系列产品公称通径由 20 至 200mm，公称压力有 1.0、1.6、4.0、6.4MPa，使用温度范 围由-40℃~450℃，接受信号为 0~10mA.DC 或 4~20mA.DC。流量特性为线性或等百分比。配用 不同的执行机构可分为普通型和电子型两种。
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中北大学课程设计说明书 表 2 调节阀技术参数 公称通径 DN(mm) （阀座直径 dn） 0 额定流 量系数 等 百 分比 额定行程(mm) 公称压力 PN（MPa） 固有流量特性 固有可调比 工作温度 t（℃） 信号范围（mA.DC） 作用方式 使用环境温度 （℃） 使用环境条件 电源电压 1.0 直级 1 .8 1 .6 20 1 2 2 .8 2 .5 16 1.6 4.0 6.4 1 5 4 .4 4 1 0 6 .9 6 .3 25 40 10 16 25 40 63 100 11 17.6 27.5 44 69 110 2 25 32 40 50 65 80
直线 等百分比 50 -20~200 -40~250 -40~450 -60~450 0~10 4~20 电关式 电开式 电动调节阀：-20~70℃ 伺服放大器：0~50℃ 电动调节阀：≤95% 伺服放大器：≤85% 220V 50Hz 380V 50Hz 24AC/DC
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控制系统的仿真
4.1 各个环节传递函数及各个参数的确定 冷、热流体流量测量仪表插入式涡街流量计为线性单元，动态滞后可忽略，用一阶环节 来近似：
GLM ( s) ?
KQM T1s ? 1
（4-1）
通过查找相关资料，这里假设涡街流量计的 T1 ? 2 ， KQM ? 1 对于调节阀，由于其流量特性为直线和等百分比。 对于调节阀控制流量对象，控制通道的动态特性为：
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换热器热流出口温度控制

毕业设计说明书 G RADUATE T HESIS 论文题目：换热器热流出口温度控制学院：电气工程学院

摘要 换热器作为一种标准工艺设备已经被广泛应用于动力工程领域和其他过程工业部门。以工业上常用的列管式换热器为例,热流体和冷流体通过对流热传导达到换热的目的,从而使换热器物料出口温度满足工业生产的需求。但由于目前制造工艺的限制,控制方式的单一性,换热器普遍存在控制效果差,换热效率低的现象,造成能源的浪费。如何提高换热器的控制效果,提高换热效率,对于缓解我国能源紧张的状况,具有长远的意义。 本课题来源于对SMPT—1000实验平台换热器的研究，对于换热器热流出口温度的控制，使用PID控制来进行调节，通过不断的调整其参数，确定一个比较准确的参数值，通过调整冷水阀的开度调整其流量来控制热流的出口温度。 本设计利用PCS7来完成整个系统自动控制，通过PCS7软件对系统进行硬件和软件组态，完成控制出口温度的编程，最后通过人机界面监控维护控制系统正常运行。 关键词换热器;温度;PID控制;PCS7

Abstract Heat exchanger as a standard process equipment has been widely used in the field of power engineering and other process industries. In the industry commonly used shell and tube heat exchanger, for example, the hot fluid and cold fluid heat transfer by convection heat transfer to achieve the purpose, so that the heat exchanger outlet temperature of the material to meet the needs of industrial production. However, as the manufacturing process constraints, control unity, common heat exchanger control is poor, the phenomenon of low heat transfer efficiency, resulting in waste of energy. How to improve the control performance of the heat exchanger to improve heat transfer efficiency, to ease China's energy shortage situation, have long-term significance. The design comes from the SMPT-1000 test platform research exchanger for heat exchanger outlet temperature control, the use of PID control to adjust, through continuous adjusting its parameters to determine a more accurate parameter values by adjusting opening of the cold water valve to control the flow of adjustment of the outlet temperature of the heat flow. This design uses PCS7 to complete the system of automatic control by PCS7 software on the system hardware and software configuration, complete control of the outlet temperature of the programming, the last operating normally by HMI monitoring and control system. Keywords Heat;temperature; PID control; PCS7

空调自动化控制原理.

空调自动化控制原理说明 自动化系统是智能建筑的一个重要组成部分。楼宇自动化系统的功能就是对大厦内的各种机电设施，包括中央空调、给排水、变配电、照明、电梯、消防、安全防范等进行全面的计算机监控管理。其中,中央空调的能耗占整个建筑能耗的50%以上，是楼宇自动化系统节能的重点[1]。由于中央空调系统十分庞大，反应速度较慢、滞后现象较为严重，现阶段中央空调监控系统几乎都采用传统的控制技术，对于工况及环境变化的适应性差，控制惯性较大，节能效果不理想。传统控制技术存在的问题主要是难以解决各种不确定性因素对空调系统温湿度影响及控制品质不够理想。而智能控制特别适用于对那些具有复杂性、不完全性、模糊性、不确定性、不存在已知算法和变动性大的系统的控制。“绿色建筑”主要强调的是:环保、节能、资源和材料的有效利用，特别是对空气的温度、湿度、通风以及洁净度的要求，因此，空调系统的应用越来越广泛。空调控制系统涉及面广，而要实现的任务比较复杂，需要有冷、热源的支持。空调机组内有大功率的风机，但它的能耗很大。在满足用户对空气环境要求的前提下，只有采用先进的控制策略对空调系统进行控制，才能达到节约能源和降低运行费用的目的。以下将从控制策略角度对与监控系统相关的问题作简要讨论。 2 空调系统的基本结构及工作原理 空调系统结构组成一般包括以下几部分[2] [3]:

(1) 新风部分 空调系统在运行过程中必须采集部分室外的新鲜空气(即新风)，这部分新风必须满足室内工作人员所需要的最小新鲜空气量，因此空调系统的新风取入量决定于空调系统的服务用途和卫生要求。新风的导入口一般设在周围不受污染影响的地方。这些新风的导入口和空调系统的新风管道以及新风的滤尘装置(新风空气过滤器)、新风预热器(又称为空调系统的一次加热器)共同组成了空调系统的新风系统。 (2) 空气的净化部分 空调系统根据其用途不同，对空气的净化处理方式也不同。因此，在空调净化系统中有设置一级初效空气过滤器的简单净化系统，也有设置一级初效空气过滤器和一级中效空气过滤器的一般净化系统，另外还有设置一级初效空气过滤器，一级中效空气过滤器和一级高效空气过滤器的三级过滤装置的高净化系统。 (3) 空气的热、湿处理部分 对空气进行加热、加湿和降温、去湿，将有关的处理过程组合在一起，称为空调系统的热、湿处理部分。在对空气进行热、湿处理过程中，采用表面式空气换热器(在表面式换热器内通过热水或水蒸气的称为表面式空气加热器，简称为空气的汽水加热器)。设置在系统的新风入口，一次回风之前的空气加热器称为空气的一次加热器;设置在降温去湿之后的空气加热器，称为空气的二次加热器;设置

热交换器温度控制系统课程设计报告书

热交换器温度控制系统 一．控制系统组成 由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。 图1换热器出口温度控制系统流程图 控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。 二、设计控制系统选取方案 根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。

换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。多级离心泵的转速由便频器来控制。 换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。 图2换热器的温度控制系统工艺流程图 引起换热器出口温度变化的扰动因素有很多，简要概括起来主要有： （1）热流体的流量和温度的扰动，热流体的流量主要受到换热器入口阀门的开度和循环泵压头的影响。热流体的温度主要受到加热炉加热温度和管路散热的影响。 （2 ）冷流体的流量和温度的扰动。冷流体的流量主要受到离心泵的压头、转速

换热器温度控制系统

1. E-0101B混合加热器设计 为确保混合加热器（E-0101B)中MN（亚硝酸甲酯）,CO（一氧化碳）的出口温度为408K，选用0.68Mpa,408K 的加热蒸汽加热入口温度为294K的工艺介质。为保证生成物的产量，质 量，及最终生成物的转化率，且工艺介质较稳定，蒸汽源压力较小，变化不大，因此针对此 实际情况，最后确定设计一个换热器的反馈控制方案。 1.1 换热器概述 换热器工作状态如何, 可用几项工作指标加以衡量。常用的工作指标主要有漏损率、换热效率 和温度效率。它们比较全面的说明了换热器的特点和工作状态，在生产和科学试验中了解这 些指标，对于换热器的管理和改进都是必不可少的。 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、 动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷 却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。换热器是一种在不同温度的两种或两种以上 流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流 体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的 主要设备之一。 1.2换热器的分类 适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器 的具体分类如下： 一按传热原理分类：间壁式换热器，蓄热式换热器，流体连接间接式换热器，直接接触 式换热器，复式换热器 二按用途分类：加热器，预热器，过热器，蒸发器 三、按结构分类：浮头式换热器，固定管板式换热器，U形管板换热器，板式换热器等 此设计要求是将进料温度都为297.99K 的MN（亚硝酸甲酯）和CO（一氧化碳）加热到出

(完整word版)基于51单片机的温度控制系统设计

基于51单片机的水温自动控制系统 0 引言 在现代的各种工业生产中 ,很多地方都需要用到温度控制系统。而智能化的控制系统成为一种发展的趋势。本文所阐述的就是一种基于89C51单片机的温度控制系统。本温控系统可应用于温度范围30℃到96℃。 1 设计任务、要求和技术指标 1.1任务 设计并制作一水温自动控制系统，可以在一定范围（30℃到96℃）内自动调节温度，使水温保持在一定的范围（30℃到96℃）内。 1.2要求 （1）利用模拟温度传感器检测温度，要求检测电路尽可能简单。 （2）当液位低于某一值时，停止加热。 （3）用AD转换器把采集到的模拟温度值送入单片机。 （4）无竞争-冒险，无抖动。 1.3技术指标 （1）温度显示误差不超过1℃。 （2）温度显示范围为0℃—99℃。 （3）程序部分用PID算法实现温度自动控制。 （4）检测信号为电压信号。 2 方案分析与论证 2.1主控系统分析与论证 根据设计要求和所学的专业知识，采用AT89C51为本系统的核心控制器件。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。其引脚图如图1所示。 2.2显示系统分析与论证 显示模块主要用于显示时间，由于显示范围为0～99℃，因此可采用两个共阴的数码管作为显示元件。在显示驱动电路中拟订了两种设计方案： 方案一：采用静态显示的方案 采用三片移位寄存器74LS164作为显示电路，其优点在于占用主控系统的I/O口少，编程简单且静态显示的内容无闪烁，但电路消耗的电流较大。 方案二：采用动态显示的方案 由单片机的I/O口直接带数码管实现动态显示，占用资源少，动态控制节省了驱动芯片的成本，节省了电 ,但编程比较复杂，亮度不如静态的好。 由于对电路的功耗要求不大，因此就在尽量节省I/O口线的前提下选用方案一的静态显示。

换热器温度控制系统简单控制系统方案

换热器温度控制系统简单控制系统方案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

目录 目录 (2) 1、题目................................................................................................................. 错误!未定义书签。 2、换热器概述..................................................................................................... 错误!未定义书签。 换热器的用途............................................................................................... 错误!未定义书签。 换热器的工作原理及工艺流程图............................................................... 错误!未定义书签。 3、控制系统 (3) 控制系统的选择 (3) 工艺流程图和系统方框图 (3) 4、被控对象特性研究 (4) 被控变量的选择 (4) 操纵变量的选择 (4) 被控对象特性 (5) 调节器的调节规律的选择 (6) 5、过程检测控制仪表的选用 (7) 测温元件及变送器 (7) 执行器 (10) 调节器 (12) 、仪表型号清单列表 (12) 6、系统方块图 (13) 7、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 (13) 调节控制参数 (13) PID参数整定及系统仿真 (14) 系统性能分析 (16) 8、参考文献 (17)

空调自控系统方案设计(江森自控)

沈阳利源轨道交通设备有限公司暖通空调自控系统项目 HVAC暖通空调自控系统 技术方案设计书

一. 总体设计方案 根据用户对项目要求，并结合沈阳建筑智能化建筑现状，沈阳利源轨道交通装备有限公司暖通空调自控系统项目是屹今为止整个沈阳所有建筑物厂区当中智能化程度要求较高的。沈阳利源轨道交通装备有限公司暖通空调自控系统项目里面分布着大量的暖通空调机电设备。 ？如何将这些暖通空调机电设备有机的结合起来，达到集中监测和控制，提高设备的无故障时间，给投资者带来明显的经济效益； ？如何能够使这些暖通空调机电设备经济的运行，既能够节能，又能满足工作要求，并在运行中尽快的将效益体现出来； ？如何提高综合物业管理综合水平，将现代化的的计算机技术应用到管理上提高效率。 这是目前业主关心的也是我们设计所侧重的。 沈阳利源轨道交通装备有限公司暖通空调楼宇自动化控制系统的监测和控制主要包括下列子系统： 冷站系统 空调机组系统 本暖通空调楼宇自动化控制系统之设计是依据沈阳利源轨道交通设备有限公司暖通空调自控系统项目的设计要求配置的，主体的设计思想是结合招标文件及设计图纸为准。 1.1冷站系统 （1）控制设备内容 根据项目标书要求，暖通自控系统将会对以下冷站系统设备进行监控：监控设备监控内容 冷却水塔（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手 自动状态。 冷却水泵（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手

自动状态、水流开关状态； 冷却水供回水管路供水温度、回水温度， 冷水机组（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手 自动状态； 冷冻水泵（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手 自动状态、水流开关状态； 冷冻水供回水管路供水温度、回水温度、回水流量； 分集水器分水器压力、集水器压力、压差旁通 阀调节； 膨胀水箱高、低液位检测； 有关系统的详细点位情况可参照所附的系统监控点表。 （2）控制说明 本自控系统针对冷站主要监控功能如下： 监控内容控制方法 冷负荷需求计算根据冷冻水供、回水温度和回水流量测量值，自动计算建筑空 调实际所需冷负荷量。 机组台数控制根据建筑所需冷负荷自动调整冷水机组运行台数，达到最佳节 能目的。 独立空调区域负荷计算根据Q=C*M*(T1-T2) T1＝分回水管温度，T2＝分供水总管温度， M＝分回水管回水流量 当负荷大于一台机组的15%，则第二台机组运行。 机组联锁控制启动：冷却塔蝶阀开启，冷却水蝶阀开启，开冷却水泵，冷冻 水蝶阀开启，开冷冻水泵，开冷水机组。停止：停冷水机组， 关冷冻泵，关冷冻水蝶阀，关冷却水泵，关冷却水蝶阀，关冷 却塔风机、蝶阀。 冷却水温度控制根据冷却水温度，自动控制冷却塔风机的启停台数，并且自

温度自动控制系统的设计毕业设计论文

北方民族大学学士学位论文论文题目:温度自动控制系统的设计 北方民族大学教务处制

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

太阳能热水器自动温度控制器设计_王彤

接启动一个拨号服务器。然后,在计算机B 中的pc Anywhere 软件中启动一个通过拨号连接的Clinet (客户端),拨通计算机A ,建立起连 接以后,就可以进行通信了 。 图1被控端计算机的屏幕显示在主控端上 图2主控端搜索被控端计算机A 图3在计算机C 中渐入A 的IP 地址 当需要多台计算机终端进行协同交互时,(比如有三台计算机A ,B ,C )。首先启动A 为Host ,B 为Clinet ,建立A 和B 的连接,在重新启动一个计算机B 上的pc Anywhere 被设为Host ,C 为Clinet 。建立C 与B 的hos t 之间的联系。这样A ,B ,C 三台计算机上同时显示计算机A 屏幕上的内容,三台计算机之间即可进行交互工作。 5总　结 综上所述,远程监控技术随着Internet 的不断发展而得到广泛应用,同时,随着控制、计算机、通信及网络技术的发展,信息交换沟通的领域正在迅速覆盖控制应用的现场设备、控制及管理的各个层次。信息技术的飞速发展,引发了自动化结构的深刻变革,逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的信息系统。目前在过程自动化、制造自动化、楼宇、家庭及交通等领域得到了广泛的应用。 值得提出的是近年来,随着远程控制技术发展的日趋成熟,黑客技术也在不断发展,对网络安全造成了极大的威胁,黑客的主要攻击手段之一,就是使用远程控制技术,渗透到对方的主机系统里。从而实现远程操作目标主机。其破坏力之大,决不容忽视的。因此,我们必须加强安全意识,合理安全的应用远程控制技术。 参　考　文　献 [1]何牧泓.轻松玩转远程控制.重庆出版社,2002. [2]崔彦锋,许小荣.VB 网络与远程控制编程实例教程.北京希望出版社, 2002.[3]王　达.计算机网络远程控制.清华大学出版社,2003.作者简介:樊丽萍,女,硕士研究生,研究方向:计算机控制及应用,通信地址:大连铁道学院303#(116028)E -mail :xiao fanshi wo @https://www.wendangku.net/doc/5712181917.html, ;袁爱进,男,研究生导师,研究方向:现场总线技术。作者注:辽宁省教育厅重大项目“工业现场智能化设备的嵌入式软件构件平台研究” 文章编号:1671-1041(2004)05-0029-02 太阳能热水器自动温度控制器设计 王　彤 (丹东电子研究设计院有限责任公司,辽宁丹东118000) 摘要:介绍了太阳能热水器的自动控制器的功能和组成,阐述了控制系统的 工作原理,硬件和软件设计及相关技术问题,实际应用表明该系统可靠性高、操作简单,具有良好的经济和社会效益。关键词:自动控制;单片机中图分类号:T P273　文献标识码:A The design of automatic temperature controller of solar heater W ANG Tong (Dandong Electronic research &Design institute Co .,Ltd .Dandong 118000China ) Ab stract :Fu nctio n an d co mpo sitio n o f au to matic temp era tu re co ntr olle r of so la r h e ate r a re in trod uce d in th is p a pe r .Also d escribe s t he wo rk p rinciple o f th e co nt rol syste m ,t he ha rd wa re d esign ,t he sof twa re d esig n a nd corre lative t ech niq ue pro b -le m .Th e pra ctical a p plica tion h a s sh ow n th at th is system is o f go od re lia blity a nd e as y op e ratio n ,a n d sig nifican t eco no mic an d so cia l be n efit .Ke y Wo rds :a u toma tic con tro l ;sin gle -chip micr ocomp u ter 收稿日期:2004-04-23　电子邮件来稿 目前,市场上销售的太阳能热水器大多没有自动控制功能,使用 起来不灵活方便,为此,为太阳能热水器加装自动控制功能,具有广泛的市场。 1自动控制系统技术要求 (1)设定温度的范围为25℃至65℃。 (2)输入信号为水温传感器产生的温度信号;水位传感器产生的水量信号。 (3)输出信号为控制水温电信号(控制加热电热管)和控制水流量调节阀信号(控制加水电磁阀)。 (4)配有输入功能键盘:完成自动/手动、手动加水键、手动加热键、温度设定键、水位档选择键。 (5)具有两位LED 数码显示电路,显示温度设定值、实际温度测量值,六个发光二极管指示六档水位(10%、30%、50%、70%、90%、100%)。 2系统硬件设计及原理 太阳能热水器加装自动控制功能,主要是加装一个数据采集系 统和一个电脑控制板。根据太阳能热水器的技术要求及经济方面的考虑,我们选用89C51单片机为核心控制器[1],组成热水器温度控制系统。系统由89C51单片机、数据采集系统、水位选择电路、温度显 29 仪器仪表用户 科研设计与成果 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布广告产品信息

2020年换热器温度控制系统简单控制系统

作者：旧在几 作品编号：2254487796631145587263GF24000022 时间：2020.12.13 目录 目录 (1) 1、题目........................................................ 错误!未定义书签。 2、换热器概述.................................................. 错误!未定义书签。 2.1换热器的用途............................................ 错误!未定义书签。 2.2换热器的工作原理及工艺流程图............................ 错误!未定义书签。 3、控制系统 (3) 3.1控制系统的选择 (3) 3.2工艺流程图和系统方框图 (3) 4、被控对象特性研究 (4) 4.1 被控变量的选择 (4) 4.2 操纵变量的选择 (4) 4.3 被控对象特性 (5) 4.4 调节器的调节规律的选择 (6) 5、过程检测控制仪表的选用 (7) 5.1 测温元件及变送器 (7) 5.2 执行器 (10) 5.3 调节器 (13) 5.4、仪表型号清单列表 (13) 6、系统方块图 (14) 7、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 (14) 7.1调节控制参数 (14)

7.2 PID参数整定及系统仿真 (15) 7.3 系统性能分析 (18) 8、参考文献 (19) 1、题目 热交换器出口温度的控制。 2、换热器概述 2.1 换热器的用途 换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及 其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。进行换热的目的主要有 下列四种： ①.使工艺介质达到规定的温度，以使化学反应或其他工艺过程很好的进行； ②.生产过程中加入吸收的热量或除去放出的热量，使工艺过程能在规定的温度 范围内进行；③.某些工艺过程需要改变无聊的相态；④.回收热量。 由于换热目的的不同，其被控变量也不完全一样。在大多数情况下，被控变 量是温度，为了使被加热的工艺介质达到规定的温度，常常取出温度问被控温度、 调节加热蒸汽量使工艺介质出口温度恒定。对于不同的工艺要求，被控变量也可 以是流量、压力、液位等。 2.2 换热器的工作原理及工艺流程图 换热器的温度控制系统换热器工作原理工艺流程如下：冷流体和热流体分别 通过换热器的管程和壳程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体

换热器出口温度设置

换热器出口温度设置 Prepared on 24 November 2020

摘要 目前,换热器控制中大多数仍采用简单控制系统及传统的PID控制,以加热（冷却）介质的流量作为调节手段,以被加热（冷却）工艺介质的出口温度作为被控量构成控制系统。但是，由于换热系统这种被控对象具有纯滞后、大惯性、参数时变的非线性特点，传统的PID控制往往不能满足其静态、动态特性的要求。使换热器普遍存在控制效果差，换热效率低的现象，造成能源的浪费。如何提高换热器的控制效果，提高换热效率，对于缓解我国能源紧张的状况，具有长远的意义 本课题是针对换热器实验设备温度控制改进提出的。设计中首先通过对现阶段换热器出口温度控制的特点进行分析，从而发现了制约控制效果进一步提高的瓶颈，为下一步改善换热器的控制效果提供了理论依据。然后根据换热系统组成、控制流程的特点对换热器温度控制系统建立数学模型。再根据所建立的数学模型，联系换热器温度控制的特点，给出了相应的控制策略，提出了串级控制及前馈控制或串级—反馈，前馈—反馈等复杂控制系统，来满足对于存在大的负荷干扰且和控制品质要求较高的应用场合。 关键字：换热器、数学模型、PID 、出口温度控制、串级控制

前言 换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大型风力发电场的建设、太阳能光伏发电产业中多晶硅产量的迅速增长、大型环境保护工程的开工建设、海水淡化工程的日益成熟，都将对换热器产业产生巨大的拉动。 未来换热器将会朝着更加节能环保和美观实用的角度不断创新与发展，短时期钢制柱式散热器和铜铝复合散热器任将会是市场主流产品与选择。

基于PLC的大棚温度自动控制系统设计

清华大学 毕业设计（论文） 题目基于PLC的大棚温度自动控制 系统设计 系（院）自动化系 专业电气工程与自动化班级2009级3班 学生姓名雷大锋 学号2009022321 指导教师王晓峰 职称副教授 二〇一三年六月二十日

独创声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 年月日 毕业设计（论文）使用授权声明 本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。 本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。 （保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名: 年月日

基于PLC的大棚温度自动控制系统设计 摘要 大棚温度自动控制系统是一种为作物提供最好环境、避免各种棚内外环境变化对其影响的控制系统。该系统采用FX2N系列PLC作为下位机，PC机作为上位机，采用三菱D-720通用变频器,采用温度、湿度、光照传感器采集现场信号，这些模拟量经PLC转化为数字信号，把转化来的数据与设定值比较，PLC经处理后给出相应的控制信号使环流风机、遮阴帘、微雾加湿机等设备动作，大棚温度就能实现自动控制。这种技术不但实现了生产自动化，而且非常适合规模化生产，劳动生产率也得到了相应的提高，通过种植者对设定值的改变，可以实现对大棚内温度的自动调节。 关键词：大棚，温度控制，PLC

换热器温度控制系统设计精编资料

换热器温度控制系统 设计

换热器温度控制系统设计 1、换热设备概述 换热器又称热交换器，是进行热量交换的设备的统称。换热器广泛应用于化工、石化、炼油、轻工、制药、食品加工、动力以及原子能等工业。换热器应用于存在温度差的流体间的热交换设备，换热器中至少有两种流体，温度较高则放出热量，反之则吸收热量。换热器依据传热原理和实现热交换的方法一般分为间壁式、混合式、蓄热式三类。其中间壁式换热器应用最广。它又可分为管式换热器、板式换热器、翅片式换热器、热管换热器等。其中以管式（包括蛇管式、套管式、管壳式等）换热器应用最普遍。列管式和板式，各有优点，列管式是一种传统的换热器，广泛应用于化工、石油、能源等设备；板式则以其高效、紧凑的特点大量应用于工业当中。 2、控制方案的确定 实验控制对象位列管式换热器,主要的扰动是冷物料的流量Q。换热器温度控制系统包括换热器、控制冷流体的离心泵，传感器等设备。实验采用温度流量串级控制，以冷物料出口温度为主对象，以冷物料流量Q为副对象。 换热器控制图 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2

仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢3 3、系统硬件设计 或控制量 型号 参数 温度变送器 （Endress+Hauser ） TR13 工作温度范围 PT100 (薄膜式(TF) 50 °C...500 °C (58 °F...932 °F) PT100 (绕线式(WW))： -200 °C (600) °C (- 328 °F...1,112 °F) PT100 (薄膜式(TF))： -50 °C...400 °C (58 °F...752 °F) 最大过程压力(静压) 20 °C 时：50 bar (725 psi) 73W 参数： 标称口径 DN 15…150 (1/2"…6") 测量范围 气体: 4…5 210 m3/h 过程温度 -200...+400°C (-328...+752°F) 最高可达 +450°C / 842°F (特殊选型) 输出信号 4…20 mA 电流输出 防爆认证 ATEX 、FM 、CSA 、TIIS 、NEPSI 、IEC 换热器热水出口温度和冷水流量串级控制

水温自动控制系统

《电子技术综合设计》 设计报告 设计题目：水温自动控制系统 组长姓名：学号： 专业与班级：工业自动化14-16班 姓名：学号： 专业与班级：工业自动化14-16班 姓名：学号： 专业与班级：工业自动化14-16班 时间： 2016 ～ 2017 学年第（1）学期指导教师：陈烨成绩：评阅日期：

一、课题任务 设计并制作一个水温自动控制系统，对1.5L净水进行加。水温保持在一定范围内且由人工设定。 细节要求如下： 1.温度设定范围为40℃~90℃，最小分辨率为0.1℃，误差≤1℃。 2.可通过LCD显示屏显示温度目标值与实时温度。 3.可以通过键盘调整目标温度的数值。 二、方案比较 1.系统模块设计 为完成任务目标，可以将系统分为如下几个部分：5V直流电供电模块、测温模块、80C52单片机控制系统、键盘控制电路、温度显示模块、继电器控制模块、强电加热电路。通过各模块之间的相互配合，可以完成水温检测、液晶显示、目标值设置、水温控制等功能。 系统方框图如下：

2.5V直流电供电模块 方案一：直接用GP品牌的9v电池，然后接通过三端稳压芯片7805稳压成5伏直流电源提供给单片机系统使用，接两个5伏电源的滤波电容后输出。 方案二：通过变压器，将220v的市电转换成9v左右的交流电，变压器输出端的9V电压经桥式整流并电容滤波。要得到一个比较稳定的5v电压，在这里接一个三端稳压器的元件7805。 由于需要给继电器提供稳定的5V电压，而方案一中导致电池的过度损耗，无法稳定带动继电器持续工作，所以我们选用能够提供更加稳定5v电源的方案二。 3.测温模块 经查阅资料,IC式感温器在市场上应用比较广泛的有以下几种： AD590：电流输出型的测温组件,温度每升高1 摄氏度，电流增加1μA，温度测量范围在-55℃～150℃之间。其所采集到的数据需经A/D 转换，才能得到实际的温度值。 DS18B20：内含AD转换器，所以除了测量温度外，它还可以把温度值以数字的方式(9 B i t ) 送出，因此线路连接十分简单，它无需其他外加电路，直接输出数字量，可直接与单片机通信，读取测温数据。它能够达到0.5℃的固有分辨率，使用读取温度暂存寄存器的方法还能达到0.0625℃以上精度，温度测量范围在-55℃～125℃之间，应用方便。 SMARTEC感温组件:这是一只3个管脚感温IC，温度测量范围在 -45℃～13℃，误差可以保持在0.7℃以内。 max6225/6626：最大测温范围也是-55～+125℃，带有串行总线接口，测量温度在可测范围内的的误差在4℃以内，较大，故舍弃该方案。 本设计选用DS18B20感温IC，这是因其性能参数符合设计要求，接口简单，内部集成了A/D 转换，测温更简便，精度较高，反应速度快，且经过市场考察，该芯片易购买，使用方便。 下面是DS18B20感温IC的实物和接口图片

换热器温度控制系统

换热器温度控制系统 一．控制系统组成 由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。 图1换热器出口温度控制系统流程图 控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。 二、设计控制系统选取方案 根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。

换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。多级离心泵的转速由便频器来控制。 换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。 图2换热器的温度控制系统工艺流程图 引起换热器出口温度变化的扰动因素有很多，简要概括起来主要有： （1）热流体的流量和温度的扰动，热流体的流量主要受到换热器入口阀门的开度和循环泵压头的影响。热流体的温度主要受到加热炉加热温度和管路散热的影响。 （2 ）冷流体的流量和温度的扰动。冷流体的流量主要受到离心泵的压头、转速

温度自动控制系统的设计毕业设计

论文题目:温度自动控制系统的设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

热交换器温度控制系统课程设计

热交换器温度控制系统课程设计

热交换器温度控制系统 一．控制系统组成 由换热器出口温度控制系统流程图1能够看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。 图1换热器出口温度控制系统流程图 控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。 二、设计控制系统选取方案

根据控制系统的复杂程度，能够将其分为简单控制系统和复杂控制系统。其中在换热器上常见的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。以下是经过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。 换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别经过换热器的壳程和管程，经过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，经过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。冷流体经过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，能够调节冷热流体的大小。在冷流体出口设置一个电功调节阀，能够根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。多级离心泵的转速由便频器来控制。 换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到经过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是经过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。

列管式换热器出口温度控制系统的设计概要

目录 摘要 (1) 1换热器过程控制概述、组成及特点 (2) 1.1 概述 (2) 1.2 换热器的组成 (2) 1.3 系统控制过程的特点 (3) 1.4 引起换热器出口温度变化的扰动因素 (3) 2 换热器出口温度控制系统方案图 (4) 2.1 换热器出口温度控制系统流程图 (4) 2.2换热器出口温度控制系统方框图 (5) 3 换热器过程控制系统分析 (4) 3.1 系统介绍 (4) 3.2 两极Smith预估补偿器 (6) 3.3模糊控制器 (7) 4 方案比较 (9) 4.1 换热器一般温控系统 (9) 4.2 Smith预估器的控制机理 (9) 5 控制器的选择 (10) 5.1 LDG型系列电磁流量计 (10) 5.2 HR-WP-201TR/TC22W智能热电阻/热电偶温度变送器 (10) 5.3 LWGB系列涡轮流量变送器 (11) 5.4 KVHV电动V型调节球阀 (11) 5.5 AI-7048型4路PID 温度控制器 (12) 5.6 流量控制器：型号TLS11-LC (13) 参考文献 (13)

摘要 换热器作为一种标准工艺设备已经被广泛应用于动力工程领域和其他过程工业部门。这个对象的特点是：热流体和冷流体通过对流热传导进行换热，从而使换热器物料出口温度满足工业生产的需求。本设计采用一带有Smith预估补偿的模糊串级控制器的控制系统，主控变量为换热管出口温度，副变量为冷水流量。对换热器出口温度偏差、偏差变化率和冷流体的流量值模糊化,使换热器热流体出口温度控制过渡过程平稳，具有较传统PID串级控制算法过渡时间缩短，超调量减少，抗干扰能力强等特点。