【论文】管式加热炉前馈反馈控制系统的设计

管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 密 级 公 开 学 号 041002 毕 业 设 计（论 文） 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 院（系、部）： 信息工程学院 姓 名： 刘英明 年 级： 自043 专 业： 自动化 指导教师： 魏文渊 教师职称： 讲 师 2008 年 6 月 11 日北京 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 北京石油化工学院 学位论文电子版授权使用协议 论文管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 系本人在北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于“北京石油化工学院学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。 本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、 文摘浏览以及全文部分浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。 注：本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。 院系名称：信息工程学院 作者签名： 刘英明 学 号： 041002 2008年6 月11 日 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 要 本次毕业设计的题目是管式加热炉前馈反馈控制系统的设计，是在管式加热炉原有控制系统的基础上增加了一个前馈反馈控制系统。前馈反馈的设计是以加热炉为研究对象，以加热炉的物料出口温度为被控变量，加热炉的物料进口流量为干扰量，通过对进入加热炉的燃料气流量的控制，以保持加热炉的物料出口温度的恒定。根据工艺的要求，在确定合理的控制方案后，进行了变送器和控制阀的仪表选型。在确定了 I/O 点的数目、类型以及控制方案后，进行了集散系统的选型。选用 散系统进行了组态。组态的内容包括控制站、操作站和操作小组的组态，组态完成后，利用 控软件进行监控。最终实现了散系统对管式加热炉单元的前馈反馈控制。 关键词： 管式加热炉，前馈反馈控制， 散系统 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 he s is of It a in of s as s as s is s by s to s , as as s to on of s, s to of 式加热炉前馈反馈控制系统的设计 录 第一章 前言 . 1 题背景 . 1 究现状及意义 . 2 论文的主要工作 . 3 第二章 管式加热炉单元 . 4 作原理简述 . 4 艺流程简介 . 4 式加热炉的发展现状 . 6 第三章 控制方案的确定及原理 . 8 制方案拟订的基本原则 . 8 制方案的确定 . 8 体控制系统的研究设计 . 9 馈控制的研究与设计 . 9 馈 控制的研究设计. 9 馈. 11 馈. 12 馈. 12 式加热炉前馈反馈控制系统的设计 . 13 第四章 仪表选型 . 14 表选型原理 . 14 量仪表选型原则 . 15 度检测仪表的选型策略 . 15 力/差压变送器的选型依据 . 15 制阀的选型 . 17 第五章 管式加热炉控制单元在 的实现 . 19 件概述 . 19 式加热炉控制单元组态的设计 . 20 制站组态设计 . 20 作站组态设计 . 23 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 统组态 . 24 制站组态 . 24 作站组态 . 31 统调试 . 33 第六章 结 论 . 34 参考文献 . 35 致 谢 . . 36 声 明 . . 44 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 1第一章 前言 题背景 计算机( 通信( 示和控制( 术(简称四 C 技术)发展起来的产物。它采用危险分散、控制分散, 而操作和管理集中的基本设计思想, 以分层、分级和合作自治的结构形式, 适应现代工业的生产和管理要求。 是一种模拟数字混合系统, 它是在常 规组合模拟仪表与计算机集中基础上发展形成的。其变送、执行单元仍然采用 4 20 模拟仪表, 控制计算、监控与人机界面采用多个 阶构成的集中与分散相结合的分散控制系统。常规的模拟仪表组成的过程控制系统存在许多局限性, 如难以实现多变量相关对象的控制; 难以实现复杂的高级控制算法和参数的集中显示操作; 由于生产工艺过程的复杂和规模的扩大, 就要增加仪表, 相应的模拟仪表也要增大。而计算机集中 制会导致危险的集中。虽不难实现用一台计算机控制几十个甚至上百个回路, 但这样必然降低系统的安全性能。 收了模拟仪表和计算机集中控制 优点, 将多台微机分散应用于过程控制, 整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点, 克服了常规仪表功能单一、人机交互差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点, 既在监视、操作与管理三方面集中, 又在功能、负荷和危险性三方面分散。 1975 年全世界第一套集散控制系统( 问世,便受到了广泛的关注,并在全球范围内掀起了 开发和应用热潮。 合了计算机技术、控制技术、通讯技术、显示技术和软件技术等高新技术。经过 30 多年的发展,集散型控制系统已广泛应用于电力、石化、钢铁等行业,用来实现对生产过程的分散控制和集中监测、管理。 模拟量的反馈控制为主,辅以开关量的顺序控制或模拟开 关量混合的批量控制。和 比, 优势是实现复杂的模拟量控制,模拟量控制及其算法是 核心技术1。 就目前来说， 发展的相当成熟和实用，毫无疑问， 是当前工业自动化系统应用及造型的主流。它并不会随着现场总线技术的出现和发展而马上管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 2退出现场过程控制的舞台。 面对挑战， 会沿着以下几点趋势继续向前发展： (1) 综合方向发展：由于标准数据通信链路和网络的发展，将多种单（多）回路调节器、 业 工控设备构成大系统，并与现场总线相融合，适应开放化的大趋势。 (2) 智能化方向发展：由于数据库系统、推理机能的发展，专家系统（ 、知识库系统（ 应用，如自学习控制、自适应控制、远距离诊断等，人工智能可在 级实现。与 场总线类似，以微处理机为基础的智能设备，如智能 I/O、智能 制、变送器和执行器等，智能人机接口、可编程调节器也会相继出现。 (3) 专业化方向发展：使用和领域相应的行业 电站 泥 璃 。 (4) 工业 方向发展：由 成 为一大趋势， 就是 先驱， 为 硬件平台。 (5) 互渗透、相互融合： 本多用于连续过程控制， 实际的生产过程比较复杂，既需要连续控制，又需要逻辑/顺序控制功能。开始时 入系统，如火电厂 统中的 格低廉，使用方便，得到了很快的发展。由于 高功能、高速度、大容量、加大模拟量的方向发展，形成同 且 化通信能力，网络以太化已很成功，又成功地与现场总线相融合，在许多情况下成为比 价比更高的分布方式控制系统2。 究现状及意义 在生产过程中有各式各样的加热炉，在炼油化工厂中最常见的加热炉是管式加热炉。其型式可分为箱式、立式和圆筒式三大类。对于加热炉，工艺介质受热升温或同时进行汽化， 其温度的高低会直接影响后一工序的操作工况和产品质量，同时当炉子温度过高时会使物料在加热炉内分解，甚至造成结焦，而烧坏炉管。加热炉的平稳操作可以延长炉管使用寿命，因此加热炉出口温度必须严加控制。 本次毕业设计的内容为利用浙大中控 置实现集散系统对管式加热炉单元的前馈反馈控制。通过本次毕业设计，使学生对集散控制系统的控制方案确定、控制流程、组态的实现有更深入的理解，使所学理论知识与实践更好的结管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 3合。 论文的主要工作 本课题主要是针对浙大中控 置实现集散系统对管式加热炉单元的前馈反馈控制。主要工作任务是加热炉单元控制方案确定，集散控制设计、集散控制系统组态，系统调试运行。 需要完成的主要内容有以下三个： （1）针对工艺，确定控制方案，相关的仪表选型（一次仪表） 。 （2）根据工艺的控制点数，确定控制站的 I/O 卡的名称和数量。 （3）集散控制系统组态设计和实现。 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 4第二章 管式加热炉单元 作原理简述 本设计选用的是一种油油气混合燃烧管式加热炉开车时，要先对于炉膛进行蒸汽吹扫，并先烧燃料气再烧燃料油。而停车时则正好相反，应先停燃料油，后停燃料气。点燃燃料油火嘴前，要先用蒸汽吹扫干净火嘴上的结焦和集水。 管式加热炉是石油化工生产中常用的设备之一，其主要结构有：辐射室（炉膛） 、对流室、燃烧器、通风系统等。 （1）辐射室（炉膛）位于加热炉的下部，是通过火焰或高温烟气进行辐射加热的部分。辐射室是加热炉的主要热交换场所，全炉热负荷的 70%由辐射室担负的，它是全炉最重要的部分。 （2）对流室是靠辐射室出来的烟气与炉管进行对流换热的部分，实际上也有一部分辐射热，但主要是对流传热起作用。 （3）燃烧器将燃料油雾化，使空气与燃料气或燃料油雾化气良好混合，充分燃烧并产生热量。 燃烧器可分为燃料油燃烧器、 燃料气燃烧器和油 （4）通风系统的任务是将燃烧用空气由风门控制引入燃烧器，并将废烟气经挡板调节引出炉子，可分为自然通风方式和强制通风方式。本岗位的加热炉采用自然通风方式，依靠烟囱本身的抽力通风，炉膛是靠炉膛内高温烟气与炉子外冷空气的密度差所形成的压差把空气从外界吸入。安装在烟道内的挡板可以由全关状态连续开启到全开状态。因本岗位的加热炉采用自然通风方式，所以挡板的作用是用于控制进入加热炉炉膛的空气用量。通过调整挡板和风门的开度能够调整炉膛负压和烟道中氧气含量3。 艺流程简介 本流程是将某可燃性工艺物料经炉膛由燃料气和燃料油混合燃烧加热至要求温度去其他设备。 工艺燃料进入加热炉 进入炉的对流段加热升温后，再进入辐射段，被加热至 420出加热炉，出口温度通过调节燃料气流量来控制。 采暖水与加热炉的烟气换热至 210，回收余热后，回采暖水系统。 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 5燃料气由燃料气管网来， 进入燃料气分液罐 控制该设备压力为 ） 。分离液体后的燃料气一路经长明线点火，另一路在长明线点火成功后，进入加热炉进行燃烧。 当炉膛温度达到 200后，雾化蒸汽将燃料油雾化后送入炉膛火嘴燃烧。雾化蒸汽由网管来，燃料油来自燃料油贮罐 燃料油泵 压后送入燃烧器燃烧，多余的燃料油返回 燃料油燃烧时，一定要通入雾化蒸汽。雾化蒸汽的通入能够使燃料油雾化，使其充分燃烧，同时它还可以充分保护火嘴。 为了保证加热炉内燃料油和燃料气的正常燃烧，应注意调节烟道挡板和风门的适当开度，维持正常的炉膛负压和烟道内氧气含量。 炉出口工艺物料温度可通过人工操作，实现两种控制方案：其一是通过前馈调节器 输出与调节器 制燃料气流量组成前馈二是通过燃料油压力调节器 调节器 成串级控制回路来调节。 流程图如图 2示: 图 2式加热炉带控制点工艺流程图 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 式加热炉的发展现状 加热炉的最主要的控制指标是工艺介质的出口温度，此温度是控制系统的被控变量，而操纵变量是燃料油或燃料气的流量。对于不少加热炉来说，温度控制指标要求相当严格，例如允许波动范围为（ 1% 。影响炉出口温度的干扰因素有工艺介质的流量、温度、组分，燃料方面有燃料油（或气）的压力、成分（或热值） ，燃料油的雾化情况，空气过量情况，燃料嘴的阻力，烟囱抽力等。在这些干扰因素中有的是可控的，有的是不可控的。为了保证炉出口温度稳定，对干扰因素应采取必要的措施。 目前，管式加热炉一般采用简单控制系统和串级控制系统。但采用这两种控制系统有时难以满足工艺要求。采用简单控制系统时，因为加热炉需要将工艺介质（物料）从几十度升到数百度，其热负荷较大。当燃料油（或气）的压力或热值（组分）有波动时，就会引起炉口温度的显著变化，并且当热变量改变后，由于传递滞后和测量滞后较大，作用不及时，而使炉出口温度波动较大，满足不了工艺生产的要求。因此简单控制系统仅适用于下列情况： （1） 对炉出口温度要求不十分严格； （2） 外来干扰缓慢而较小，且不频繁； （3） 炉膛容量较小即滞后不大。 为了改善品质，满足生产的需要，石油化工厂、炼厂中加热炉大多采用串级控制系统。 加热炉的串级控制方案，由于干扰作用及炉子型式不同，可以选用不同被控变量组成不同的串级控制系统，主要有以下方案： （1） 炉出口温度对燃料油（或气）流量的串级控制； （2） 炉出口温度对燃料油（或气）阀后压力的串级控制； （3） 炉出口温度对炉膛温度的串级控制； （4） 采用压力平衡式控制阀（浮动阀）的控制方案。 如果主要干扰在燃料的流动状态方面，例如阀前压力的变化，炉出口温度对燃料油流量的串级控制似乎是一种很理想的方案。 但是燃料流量的测量比较困难，而压力测量比较方便，所以路出口温度对燃料油（或气）阀后压力的串级控制系统应用很广泛。值得指出的是，如果燃烧嘴部分阻塞，也会使阀后压力升高，此时副控制器的动作将使控制阀关小，这是不合适的，运行中必须防止这种现象的管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 7发生。 当主要干扰是燃料油热值变化时，上述两种串级控制的副回路无法感受，此时采用炉出口温度对炉膛温度串级控制的方案更好些。但是，选择具有代表性、反映较快炉膛温度监测点较困难，测温元件及其保护套管必须耐高温。 当燃料是气态时，采用压力平衡式（浮动阀）控制方案颇有特色。这里采用压力平衡式控制阀代替了一般控制阀，节省了压力变送器，压力平衡式控制阀本身兼有压力控制器的功能，实现了串级控制。这种阀不用弹簧，不用填料，所以它没有摩擦，没有机械的间隙，故工作灵敏度高，反应快，能获得较好的效果。 采用这种方案时，如果燃料气阀位后压力小于 40大于 80了满足力平衡的要求（一般在 40，则在温度控制器的输出端要串接一个倍数的继动器。由于下述原因而使这个方案收到一定限制： （1）由于倍数继动器的限制，一般情况下只适用于 40气体燃料。 （2）一般膜片不适用于液体及温度较高的气体燃料。 （3）当膜片上下压差较大时，膜片容易损坏4。 简单控制系统和串级控制系统都有一定的缺陷，故本设计采用前馈反馈控制系统来控制加热炉的出口温度。 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 8第三章 控制方案的确定及原理 制方案拟订的基本原则要实现生产过程的自动的控制，首先要拟订控制方案。确定控制方案的基本原则有下列几方面： （1）控制方案能否成立的先决条件是在工艺上必须是合理的。控制系统只能按照预定的规律来代替人们的部分操作。如果某个控制方案在手工操作时可以实现的话，则采取自动控制也往往容易办到，如果某个控制方案根本不符合生产的工艺规律，则必然行不通。 （2）控制方案能否达到预定的工艺要求，在方案与控制规律的选择上必须是合适的。当控制对象的滞后很大，扰动的出现比较频繁，不论怎样改变整定参数，控制品质仍难符合要求。这时，除了要很好选择检测点和控制手段外，而且必要时选择某些复杂的控制回路。 （3）控制方案能否可靠运行，在操作上必须是安全的。对于某些具有危险性的生产过程，安全上的考虑要放在重要的位置。应当采取各种预防措施，一旦发生事故，能够方便而且又及时地紧急处理。 （4）控制方案的评价，要看有无显著的经济效果。自动化本身不是目的，而是一种技术手段，自动化是为了提高生产，降低成本，确保安全的减轻劳动强度。经济效果的分析通常包括自动化投资、增产的产量和产值、劳动力的节约、成本的降低、自动化的总收益与投回收期等项目5。 制方案的确定 从管式加热炉前馈第一种方案，选择工艺物料出口温度为被控变量，燃料气入口流量为操纵变量，工艺物料进料量为主要干扰量实现前馈二种方案，选择工艺物料出口温度为被控变量，燃料油压力为操纵变量，工艺物料进料量为主要干扰量实现前馈种控制方案都可以实现。为了分析的方便，以下各节均以方案（一）设计。工艺物料出口温度也可以与燃料油压力构成串级控制回路来调节。前馈管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 体控制系统的研究设计 馈控制的研究与设计 对管式加热炉工艺物料出口温度的反馈控制作为此次设计的一部分。单回路控制系统包括控制对象（简称对象）或被控过程（简称过程） 、测量变送装置、控制器和控制阀四个基本环节组成。本次设计中，以管式加热炉为研究对象的温度反馈单回路控制系统，确保加热炉工艺物料的出口温度保持恒定。系统方块图如图 3示。通过温度变送器将温度信号转换为 4 20准电流信号，或 15V 的电压信号送给控制器， 控制器通过比较定值和变送器送来的测量值之差来控制控制阀的开度，从而改变输出值，即加热炉的工艺物料出口温度。 图 3热炉工艺物料出口温度反馈控制方块图 加热炉物料出口温度的反馈控制回路为一闭合回路。当加热炉物料出口温度升高或降低时， 通过温度变送器测量并转化为标准的电信号传送到反馈控制器 （反作用） ，反馈控制器比较给定值和测量值之间的差值，来调节控制阀的开度。当测量值低于给定值时，偏差为负，控制器为反作用，控制阀为气开式，所以控制阀的开度增大，加热炉燃料气入口流量增大，加热炉物料出口温度升高，温度回到给定值附近。同理，当测量值高于给定值时，偏差为正，控制阀的开度减小，加热炉燃料气入口流量减小，物料出口温度降低，温度又将回到给定值。 馈控制的研究设计 前馈控制是直接测量干扰量（负荷） ，而按干扰量的变化来补偿对被控变量的影响，控制结果是保持被控变量的稳定。 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 10如比值、串级等控制系统，都是按照被控变量的偏差大小来控制操纵变量的。而从干扰变化引起被控变量发生变化，从控制器测量偏差到产生控制作用，从操纵变量改变到被控变量向给定值变化都需要时间，所以造成控制作用不及时，尤其对有滞后的过程更难控制，控制质量有时达不到要求。 前馈控制正是改善反馈控制不及时的一种控制手段。前馈控制系统是根据干扰量变化直接改变操纵变量进行控制的。它直接测量干扰量作为控制器校正的依据，能在被控变量受到影响之前产生控制作用，及时消除扰动对系统的影响。从理论上来讲，前馈控制对干扰影响可以完全补偿，使被控变量保持不变。所以，对于滞后和惯性较大、干扰量大而频繁的生产过程控制有显著的效果。 前馈控制器不同于反馈控制器的 P、 规律。严格地说，它必须针对过程干扰通道和控制通道的特性来专门设计，故应是专用的控制器，也称前馈补偿器。 前馈控制的方框图如图 3示。应用不变性原理推导前馈补偿器的传递函数6。 图 3馈控制系统方块图 设由控制作用到被控变量的控制通道的传递函数为 ()扰变量到被控变量的干扰通道的传递函数为 ()把干扰变量 ()过前馈补偿器 ()时有： () () () () ()PD s G s G s (3干扰量要实现完全补偿时的条件是： () () () 0PD = （3 即前馈补偿器的传递函数为: 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 11()()() (3满足式(3计的前馈补偿器,其控制作用能及时对干扰变化起补偿作用，使被控变量在扰动作用下保持不变。如图 3示，控制作用和扰动作用对被控变量的影响是相反的，补偿特性与干扰特性曲线完全对称，在一定条件下。可实现理想的完全补偿。 图 3馈控制系统的补偿过程 加热炉物料入口流量是影响物料出口温度的主要干扰之一，当物料入口流量产生波动，流量瞬间增大时，由于调节阀的输出没来得及改变，燃料气的流量不变。加热温度不变，进口流量增大，物料出口温度将减小。反之，物料入口流量的减小，会使物料出口温度增大。所以采用前馈补偿的方法来使控制阀提前动作，改变操纵变量的大小，即燃料气的流量，是物料出口温度尽快回到给定值。 馈着生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对操作条件要求更加严格,参数间相互关系更加复杂,对控制系统的精度和功能提出许多新的要求,特别是在电管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 12厂的主要热工过程自动调节系统中,由于对生产过程的安全性和经济性要求较高,如果仍然用单回路调节系统,往往不能满足生 产的要求,因此,要采用复杂的调节系统,即采用前馈。 馈馈控制是根据被控变量的偏差进行调节的，只用一个控制回路就能克服多个干扰；但这种调节作用总是落后于扰动作用，是“不及时”的控制。前馈控制是按干扰进行工作的。单纯的前馈往往不能很好的补偿干扰,存在着不少局限性，这主要表现在单纯前馈不存在被控变量的反馈，即对于补偿的效果没有检验的手段，这样，在前馈作用的控制结果并没有最后消除被控变量偏差时，系统无法得到这一信息而作进一步的校正。其次，由于实际工作对象存在着多个干扰，为了补偿它们对被控系统的影响，势必要设计多个前馈通道，这就增加了投资费用和维护工作量。此外，前馈控制模型的精度也受多种因素的限制，对象特性要受负荷和工况等因素的影响而产生漂移，必将导致进料量对被控变量的传递函数的变化，因此，一个固定的前馈模型难以获得良好的控制品质。为了解决这一局限性，将前馈与反馈结合起来使用，构成所谓的前馈该系统中可综合两者的优点，将反馈控制不易克服的主要干扰进行前馈控制，而对其他干扰则进行反馈控制，这样，既发挥了前馈校正及时的特点，又保持了反馈控制能克服多种干扰，并对被控变量始终给予检验的有点，因而是过程控制中有发展前途的控制方式7。 馈馈反馈控制作为一种较有发展前途的复杂控制方式，有它特有的优点如下： (1)由于增加了反馈控制回路，大大简化了原有的前馈控制系统，只需要对主要的干扰进行前馈补偿，其他干扰可由反馈控制予以校正； (2)反馈回路的存在，降低了前馈控制模型的精度要求，为工程上实现比较简单的通用型模型创造了条件； (3)负荷或工况变化时，模型特性也要变化，可由反馈控制加以补偿，因此具有一定的自适应能力。 前馈示。 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 13图 3热炉前馈3 前馈式加热炉前馈反馈控制系统的设计 将前馈控制与反馈控制相叠加，实现对物料出口温度的控制，将构成管式加热炉前馈反馈控制系统。 为了保证加热炉的安全，控制阀 择气开式。阀门开度增大，物料出口温度升高，加热炉为正对象，故控制器为反作用。当加热炉物料入口流量发生波动时，如物料入口流量增大时，物料出口温度降低，偏差为负，前馈控制器通过流量变送器获得信息后，即按比例控制增大燃料气的入口流量，以补偿物料入口流量对物料出口温度降低的影响。同时，对前馈未能消除的偏差，以及未被引入前馈的其他干扰作用，如物料入口压力和温度等的波动所引起的物料出口温度的变化，在温度控制器获得信息后，按常规得 制对燃料气的入口流量产生校正作用，前馈和反馈控制使燃料出口温度尽快的回到给定值。 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 14第四章 仪表选型 表选型原理一个正确合理的自控方案，不仅要有正确的测量和控制方案，而且还需正确选择和使用各种自动化仪表，即进行正确的仪表选型。 仪表的选型是在自控方案已经确定，工艺管道及控制流程图已经完成之后进行的。它的主要任务是确定各种测量及调节仪表为指示式、记录式或累积式，是就地安装或安装在仪表盘上，主体仪表采用哪种系列的仪表等等。 仪表选型的主要依据为： (1)工艺过程的条件 工艺过程的温度、压力、流量、粘度、腐蚀性、毒性、脉动等因素是决定仪表选型的主要条件，它关系到仪表选用的合理性、仪表的使用寿命及车间的保安防火等问题。因此在设计过程中，必须正确收集工艺的各有关参数，结合各仪表的特点和适用场合，合理选用仪表的型号、规格。 (2)操作上的重要性 各检测点的参数在操作上的重要性是仪表的指示、记录、积算、报警、调节、手动遥控等功能选定的依据。 一般来说，对工艺过程影响不大，但需经常监视的变量，宜设指示；必须操作的变量，宜用手动遥控；对需经常了解变化趋势的重要变量，宜选记录式；而一些对工艺过程影响较大的，又需随时监控的变量，应设调节；对关系到物料衡算和动力消耗而要求计量或经济核算的变量，宜设积算；一些可能影响生产或安全的变量，宜设报警。 (3)自动化水平和经济性 仪表的选型也决定于自动化的水平和投资的规模。按照工程规模等特点确定了自动化水平的高低、从而也就确定了仪表的选型是就地安装还是集中安装。一般自动化水平，可分为就地检测与调节、机组集中控制、中央控制室集中控制等。不同类型的控制方式为采用何种系列的仪表提供一定的依据。 (4)统一性 为便于仪表的维修和管理，在仪表选型时也要注意到仪表的统一性。即选用仪表尽量为同一系列、同一规格型号及同一生产厂家的产品，避免仪表类型过多，管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 15造成维修人员难以掌握，增加维修技术上的困难。同时，仪表品种过于繁多，维修所用的仪表备品、备件也难以准备齐全。 (5)仪表供应和使用情况 这是在进行工程设计时必须考虑的一个问题。对供应比较紧张的仪表，为了在设计后工程能及时施工并投入生产，设计时就应考虑能否及时供货，否则尽量少用。对那些正在试制或质量不够稳定的仪表，为了避免将来给生产带来影响，在选型时要慎重采用8。 上面提出的五点是仪表选型的原则性依据，在设计时应结合各类仪表的结构原理和应用特点来考虑。 量仪表选型原则（1）石化行业首先要考虑仪表的防爆性能要满足现场要求，不仅要考虑流量计本身的防爆性能，还要从整个测量系统进行考虑。这是关系到安全使用的重大问题，万万不可忽视。 （2）摸清被测流体的工艺条件，包括:流量范围(最大、正常、最小);允许压力损失；操作温度、压力、密度、粘度、饱和蒸汽压(针对有些容易气化的液体)；蚀性；含杂质情况；工艺对测量不确定度的要求。 （3）流量仪表的技术选型。根据上述两点并结合以往使用中的经验选择技术指标满足工艺要求的流量计9。 度检测仪表的选型策略在选择温度检测仪表时,不能片面追求测量的范围大、精度高、自动化程度高等,而应对生产过程中的工艺要求、被测介质的具体情况、经济实用等各方面因素进行综合考虑。其基本原则是检测仪表测温上下限大于被测介质温度变化范围、精度满足生产工艺要求、使用方式符合操作人员观察需要、检修维护与更换方便等,在上述条件均能达到的前提下,尽量选用价格较低、经济实用的检测仪表10。 力/差压变送器的选型依据差压变送器根据以下几点选型： （1）测量范围、需要的精度及测量功能； 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 16（2）测量仪表面对的环境，如石油化工的工业环境，有可燃（有毒）和爆炸危险气氛的存在，有较高的环境温度等； （3）被测介质的物理化学性质和状态，如强酸、强碱、粘稠、易凝固结晶和气化等工况； （4）操作条件的变化，如介质温度、压力、浓度的变化。有时还要考虑到从开车到参数达到正常生产时，气相和液相浓度和密度的变化； （5）被测对象容器的结构、形状、尺寸、容器内的设备附件及各种进出口料管口都要考虑，如塔、溶液槽、反应器、锅炉汽包、立罐、球罐等11。 综上所述，本次设计的仪表选型如表 4示： 表 4表选型 位号 仪表名称 型号 被量范围 仪表测量范围 输入信号 装式涡街流量变送器 h t/h 4装式涡街流量变送器 4376h t/h 4装式涡街流量变送器 h h 4远传差压 、压力变送器 17远传差压 、压力变送器 45远传差压 、压力变送器 45电偶一体化温度变送器 00 0 4电偶一体化温度变送器 15 0 4电偶一体化温度变送器 30 0 4电偶一体化温度变送器 30 0 4电偶一体化温度变送器 0 4电偶一体化温度变送器 30 0 4式加热炉前馈反馈控制系统的设计 17电偶一体化温度变送器 30 0 4频电容式物位变送器 100% 4频电容式物位变送器 0% 100% 4制阀的选型 控制阀是控制系统的执行机构，它接受控制器的命令执行控制任务。控制阀选择得合适与否，将直接关系到能否很好地起到控制作用。 控制阀开、闭形式的选择 12控制阀接受的是气压信号，当膜头输入压力增大，控制开度也增加时，称之为气开阀。反之，当膜头输入压里增大时，控制阀开度减小，则为气闭阀 。 对于一个具体得控制系统来说， 究竟选气开阀还是选气闭阀， 要由具体的生产工艺来决定。 一般来说，要根据以下几条原则来进行选择。 （1）先从生产安全出发。即当气源供气中断，或控制器出故障而无输出，或控制阀膜片破裂而漏气等而使控制阀无法正常工作， 以至阀芯回复到无能源的初始状态（气开回到全闭，气闭回到全开）应能保证生产公元的安全，不致发生事故。如，锅炉供水控制阀，为了保证发生上述情况时不致把锅炉烧坏，控制阀应选气闭阀。 （2）从保证产品质量出发。即当发生控制阀处于无能源状态而回到初始位置时，不应降低产品的质量。如精馏塔回流控制阀采用气闭式，一旦发生故障，控制阀全开，使生产处于全回流状态，这就防止了不合格产品的蒸出，从而保证塔顶产品的质量。 （3）从降低原料、成品、动力损耗来考虑。如控制精馏塔进料的控制阀就采用气开阀，一旦控制阀失去能源控制阀即处于关闭状态，不在给塔进料，以免造成浪费。 （4）从介质的特点考虑。精馏塔塔釜加热蒸汽控制阀一般都选气开式，以保证在控制阀失去能源时能处于全闭状态，避免蒸汽的浪费。但是如果釜液是易凝、易结晶、易聚合的物料时，控制阀则应选气闭式，以防控制阀失去能源时阀门关闭，停止蒸汽进入而导致釜内液体的结晶和凝聚13。 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 18此次设计中，主要装置是管式加热炉。从安全角度考虑，为了整个装置的安全，阀 气开阀，阀 气闭阀。 本次设计采用在设计中应用恒星公司的 )P 型气动薄膜单座调节阀，气信号： 气压力： 管式加热炉前馈反馈控制系统的设计 19第五章 管式加热炉控制单元在 的实现 件概述“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（ 出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。组态的意思就是模块的任意组合。本次设计采用的是浙大中控的 散系统。 基本组成包括工程师站（ 、操作站（ 、控制站（ 通讯网络 通过在 通讯网络上挂接总线变换单元（ 实现与 统的连接；在通讯网络上挂接通信接口单元（ 实现 数字设备的连接；通过多功能计算站（ 相应的应用软件 实现与企业管理计算机网的信息交 换，实现企业网络（ 境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变位记录与查看、报表数据存贮、历史趋势存贮与查看、生产过程报表生成与输出等功能，从而实现整个企业生产过程的管理、控制全集成综合自动化。 盖了大型集散系统的安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成的用户界面及信息存取功能，除了具有模拟量信号输入输出、数字量信号输入输出、回路控制等常规 功能， 还具有高速数字量处理、 高速顺序事件记录 （