西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛工程设计文件.doc

2013年西门子杯 全国大学生工业自动化挑战赛 工程设计文件 设计开发型赛项 学校：湖北汽车工业学院科技学院 参赛队伍编号：SIAC-34-0911 2013年 6月 28日 一、方案设计依据、范围及相关标准 1.本方案是以流程工业领域常见的强制通风式加热炉为被控对象，通过加热炉辐射与对流传热，将一定流量的物料A加热到工艺要求的某个特定温度。 2.方案设计范围包括加执行器顺序启动，炉温调节控制系统，运行状态监测， 及对出现的各种运行状况进行正确的处理操作等方面。 为使一定流量的物料A加到某个特定的温度，必需对加热炉运行状态进行准确的监测。运行状态监测则需对执行器各个方面数据进行实时性监测，有物料A的流量，物料A的初始温度，燃料的进给量，空气的流量，烟道挡板等数据监测。运行状态数据为加热炉的输入量，对控制系统起着决定性作用，也是加热炉能够稳定正常运行的保证。 （1 ）物料A的流量 物料A的流量，将直接影响到加热炉达到稳态的时间；流量过低，虽然加热炉达到稳态的时间低，但是使加热炉的输出效率较低；流量过高，达到稳态的时间也较高，而却还会加大燃料的使用量，从而也会影响到加热炉的输出效率。 （2 ） 物料A的初始温度 物料A的初始温度，决定着对流段预热对物料A的作用的效果，即物料A进入辐射段时的初始温度，这个初始温度将直接影响到输出的物料A的加热到某个特定温度值。 （3 ）燃料的进给量 燃料，是加热炉的能源核心，起着决定性的作用。燃料的进给量太小，充分燃烧时，可能使炉膛的温度达不到预定的温度，直接影响到加热的效率；燃料的进给量太大，造成能源的浪费，也会影响到加热炉的输出效率。 （4 ）空气的流量 炉膛的含氧量直接影响到燃料的是否能够充分燃烧，而且还会影响加热炉是否能够安全工作。炉膛含氧量过高，燃料虽然能够充分燃烧，但是会造成炉膛压强过高，会损坏设备；炉膛含氧量过低，燃料不能够充分燃烧，而且还会因为燃料与氧气的比列太高，会产生爆炸，影响安全生产。 （5 ）烟道挡板 烟道挡板的开度直接影响到炉膛的压强。如果废气里面带有大量未燃烧的氧气，会带走大量的热，使燃料的是使用率变低，则效率低；如果不及时排走炉膛内的废气，会造成炉膛压强大，对炉膛曹造成损坏。 因为上料泵和燃烧泵不能变频调速，使用调节阀来控制其输入流量，使用液体流量计检测其流量；鼓风机可以变频调速，在空气管线上加一个空气流量计检测其输入流量。 3. 设计参数要求如下表 变量名称 设计参数 低负荷进料时物料A流量 10kg/s±0.5kg/s 高负荷进料时物料A流量 31kg/s±0.5kg/s 炉膛吹扫时间 1min±5s 热物料A的温度 240℃±1℃ 热物料A出口流量 31kg/s±0.5kg/s 稳态最小保持时间 5min 炉膛真空度 10mmH2O~600mmH2O 烟气的含氧量 1%~3% 4. 输入输出数据 （1 ）发往控制器的模拟量数 名称 物料A进料管线调节阀 燃料管线调节阀 变频鼓风机 热物料A出口管线调节阀 烟道挡板 物料A进料管线调节阀旁路阀 （2 ）发往控制器的数字量数据 名称 名称 汽包上水管线截断阀 燃料管线截断阀 上料泵启停开关 燃料泵启动开关 鼓风机启停开关 炉膛点火按钮 （3 ）控制器输出的模拟量数据 名称 单位 物料A进料流量 Kg/s 燃料流量 Kg/s 空气流量 /s 热物料A出口流量 Kg/s 烟气流量 Kg/s 炉膛中心火焰温度 ℃ 加热炉对流段出口物料A温度 ℃ 加热炉辐射段出口物料A温度 ℃ 热物料A出口温度 ℃ 烟气温度 ℃ 加热炉对流段入口物料A温度 ℃ 燃料压力 MPa 炉膛真空度 mmH2O 烟气含氧量 % （4 ）控制器输出的数字量数据 名称 炉膛燃料状态指示 二、系统分析（包括控制需求分析、对象特性分析、工艺流程分析、系统安全要求等） 甲方需求分析 甲方的要求是所选被控对象是流程工业领域常见的强制通风式加热炉，通过加热炉辐射与对流传热，将一定流量的物料A加热到工艺要求的温度，所有操作要保证有序进行，工况要保持全程稳定并要。充分考虑生产过程中可能出现的异常工况，并对其进行解决。整个过程实现自动化生产。 现在可以这样分析，加热炉能够正常稳定地工作需要对多个变量的监控与反馈信息进行调节。有物料A的流量、燃料的流量、空气的流量、物料A的初始温度、炉膛中心火焰温度、热物料A出口温度等反馈信息。对加热炉有很多种情况，如开车步骤。启动检查