玻璃窑炉的温度控制系统 过程控制课设.doc

武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书 课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 刘红丽 工作单位： 武汉理工大学 题 目: 玻璃窑炉温度控制系统 初始条件： 要求在玻璃融化过程中温度稳定，波动范围小。 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） （1）分析被控对象的特性，提出系统的设计方案，给出系统方框图，分析系统的工作原理及工作流程图； （2）系统硬件设计，包括被控对象建模，控制量与被控量的选择；控制器、执行器、传感器等的选型，控制器和执行器的作用方式等； （3）PID参数整定与系统仿真； （4）论文用WORD打印，方框图，流程图，电路图等均用protel、autocad，visio等软件绘制。 时间安排：2013年12月30日至2014年1月8日，具体进度安排见下表 具体时间 设计内容 12月30日 指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介绍。学生确定选题，明确设计要求 12月31日,1月2日，3日 开始查阅资料，完成方案的初步设计 1月6日,7日 由指导老师指导完成课设情况。学生修改、完善 1月8日 撰写课程设计说明书，并进行答辩 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 PAGE PAGE 2 摘 要 玻璃窑炉为玻璃制造行业所必须拥有的一种熔化装置，是玻璃工厂最重要的热工工艺设备，工厂生产的玻璃制品的质量受到玻璃窑炉温度的直接影响，而窑炉温度与燃油喷嘴喷出燃油量直接相关，可以通过控制燃油流量来控制原理温度。本设计运用过程控制的基本原理，来指导设计玻璃窑炉的温度控制系统，将系统设计为单回路控制系统，选择调节阀为气开式，然后设定具体参数，运用Matlab仿真软件来整定PID控制器的参数，完成设计要求任务。 关键词：玻璃窑炉 生产工艺 控制对象 温度控制 PID 目 录 TOC \o 1-3 \h \u 3286 摘 要 I 18231 1概述 1 28582 1.1玻璃窑炉简介 1 23576 1.2生产工艺简介 1 24627 2玻璃窑炉的控制对象特性分析 3 18298 3玻璃窑炉温度控制系统设计 4 1810 3.1系统设计方案的选择 4 14194 3.2系统硬件结构设计 6 10890 3.2.1被控变量的选择 6 3983 3.2.2控制变量的选择 6 1221 3.2.3调节阀的选择 7 23233 3.2.4控制器正、反作用选择 8 4258 3.3整定PID控制器的参数 8 32114 4心得体会 12 10716 参考文献 13 PAGE PAGE 2 玻璃窑炉温度控制系统 1概述 1.1玻璃窑炉简介 玻璃窑炉是玻璃工厂最重要的热工工艺设备，而熔制是玻璃生产中最重要的工序之一，它是将混合均匀的配合料，送往玻璃窑炉，在高温条件下，经过一系列物理的、化学的变化和反应,形成均匀的、无气泡的、符合成形要求的玻璃液。这是一个非常复杂的过程,对硅酸盐形成、玻璃形成、澄清、均化和冷却成形各阶段的温度都有一定的工艺要求。所以，玻璃窑炉温度控制效果的好坏直接关系到成品玻璃液质量的优劣，因此说窑炉温度的稳定极为重要。如果温度控制不理想或受到干扰而不稳定, 就会使一系列的平衡遭到破坏, 特别是玻璃液流轨迹的破坏,严重时, 会造成泡界线偏移、热点位置及温度的改变和熔化带长短的变化, 进而导致结石、气泡、硝水及制品的多种缺陷同时产生, 严重影响产品的质量和产量。 玻璃窑炉是一个时变的、非线性的、多变量耦合的复杂控制对象，其结构及其控制技术将极大的影响着产品的质量、生产的成本。故玻璃窑炉温度系统是一个大惯性、大滞后并具有非线性特征的变参数系统,难以建立精确的数学模型,而且窑炉在运行过程中要受到多种扰动因素的影响。玻璃窑炉温度控制系统一般运用的控制方法主要是传统的PID控制，这种方法的优点是在工作点附近小范围内能够取得良好的控制效果，但其缺点也很明显，就是在系统运行工况有较大的波动时，由于纯滞后及参数变化的影响，难以稳定及时的对系统进行控制，有较大的局限性。所以玻璃窑炉温度控制系统现在的发展方向是运用计算机来控制。 1.2生产工艺简介 玻璃窑炉可以分为蓄热式和换热式两种。大、中型平板玻璃窑炉多是带有蓄热室的。 在玻璃的生产工艺中，最重要的过程之一就是玻璃的熔化。任务是用燃料（一般为重油或煤气）把混合原料在炉窑中加热、高温熔化，获得化学稳定和热均