文档介绍：2013年西门子杯 全国大学生工业自动化挑战赛
设计开发型竞赛组 工程设计方案
组号:A/B/C/D组
队伍编号:1/2/3/4/5/6/7/8/9/10号
报告主要内容
一、项目背景
二、系统分析
1、控制需求分析
2、对象特性分析
3、系统安全分析
五、实施效果
1、监控画面
2、响应曲线及性能分析
三、控制系统设计
1、基础控制系统设计
2、安全控制系统设计
3、节能减排降耗方面的考虑
四、控制系统选型与系统连接
1、控制设备选型
2、控制设备与被控对象的连接
工程背景
工业加热炉在工业领域应该及其广泛,其温度、负压、燃烧效率及安全保护是整个加热炉燃烧过程控制的主要任务,对于工业企业节能环保、提高经济效益、实现可持续性发展具有重要意义。
创新能力培养
目前,市场对高校人才培养模式提出了设计型、综合型、创新型的教学要求。因而大赛设计开发竞赛组选择具有工程背景的加热炉系统作为竞赛课题,对于培养工程实践能力提供了很好地锻炼机会。
一、项目背景
基本目标:
以虚拟的加热炉系统的控制工程项目为背景展开。综合考察参赛选手系统分析、设计能力以及工程项目开发实施能力。
具体任务:
完成方案设计、硬件接线、系统调试、现场实施及工程移交等有关工作。
二、系统分析
1、控制需求分析
2、对象特性分析
3、系统安全分析
1、控制需求分析
过程控制参数与节能减排指标
稳定热物料A流量和出口温度
保证工况运行安全可靠
在满足工艺控制要求前提下,实现节能减排
满足安全生产控制要求
保证开车稳步进行,实现系统无扰投运。
针对炉管爆裂、炉膛灭火、进料中断这三种加热事故进行故障识别并制定相应的安全控制措施。
2、对象特性分析
加热炉温度、燃烧控制特性
研究温度控制的非线性、大滞后、强耦合特点和相关动态特性
选择空燃比最佳控制参数
加热炉流量特性
研究供热物料流量扰动特性和干扰因素。
如果流体是气体,则由于气体通过阀门时压力要降低,流量响应产生滞后;当流体是液体时,则由于流动惯性而产生滞后。
加热炉管段、炉膛压力特性
分析加热过程中管段和炉膛压力控制动态特性
多级换热特性
主要包括对流室、辐射室、换热器三个主要部分
3、系统安全分析
火灾危险性分析
炉管破裂、燃料管线泄漏引发火灾
炉膛及烟道故障引发事故
结焦、操作不当产生危险事故
加热炉可燃性混合物的引火源
防火防爆安全措施
严格控制工艺参数
仪表安全防爆、隔离
加强设备点检、保证设备运行稳定、防止工艺管线泄漏
及时检修、避免和清除结焦、炉膛、烟道爆炸
制定应急处理预案
设置安全保护装置和灭火设施
三、控制系统设计
1、基础控制系统设计
2、安全控制系统设计
3、节能减排降耗考虑
1、基础控制系统设计
进料流量闭环控制
炉膛负压闭环控制回路
1、基础控制系统设计
温度—含氧量—燃料、空气双串级比值前馈控制