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摘 要

节能减排指的是减少能源浪费和降低废气排放，它对能源和环境的可持续发展有着重要的意义。造纸生产过程中，蒸汽是必不可少的部分，而往往低参数蒸汽因不符合生产的要求而被浪费掉，这与节能减排的宗旨相违背。

本文介绍的蒸汽喷射混合器系统将高参数蒸汽与低参数蒸汽混合，得到符合生产要求的混合蒸汽，充分利用了低参数蒸汽的热量，但混合蒸汽的压力和温度能否被控制，使其符合生产的要求，这是个非常重要的问题。本文就该系统的压力和温度可控性进行论述，首先介绍了控制对象蒸汽混合喷射器，随后就工业过程中常用的PID控制器，以及计算机数据采集与处理系统进行分析，最后用MATLAB对所需研究的两个控制对象进行仿真，从理论上分析了压力和温度的可控性。

关键词：蒸汽喷射混合器；PID控制；DCS；MATLAB仿真

Abstract

Energy-saving and emission reduction means the reduction of energy waste and reduce emissions, it has an important significance to energy and sustainable development of the environment. During paper production process, the steam is an essential part, but usually low-parameter steam production due to failure to meet the requirements is of being wasted, which runs counter to the purpose of energy reduction.

The steam jet mixer system which this article describes makes high and low parameters steam mixed, in line with the production requirements to be a mixture of steam, take full advantage of the low parameters steam heat, but whether the mixture of steam pressure and temperature can be controlled in line with production requirements, it is certainly an issue have to consider. In this paper, the system pressure and temperature aspects of controllability is discussed, first of all introduced the mixed-controlled jet of steam, followed by the industrial processes used in the PID controller, and computer data acquisition and processing system for analysis, and finally to use MATLAB to required to study two control simulation objects, from a theoretical analysis of pressure and temperature control.

Keywords: Steam jet mixer; PID control; DAS; MATLAB simulation

目录

摘 要 I

Abstract III

第一章 诸 论 1

1.1背景介绍 1

1.2目标及内容 2

第二章 喷射混合器及供汽系统介绍 3

2.1喷射混合器 3

2.1.1概述 3

2.1.2喷射器的类型与基本工作原理 3

2.1.3结构与机理 5

2.1.4主要性能指标 6

2.1.5低压蒸汽喷射器的特点与作用 6

2.2供汽系统及研究对象 6

2.2.1 供汽系统简介 6

2.2.2 研究对象简介 8

第三章 PID控制算法分析 10

3.1 PID控制的原理和特点 10

3.2各种控制器的作用 11

3.2.1 比例调节P作用 11

3.2.2积分调节I作用 12

3.2.3微分调节D作用 13

3.3数字PID基本算法 14

3.4 PID各参数对系统控制特性的影响 15

3.5 PID控制器的参数整定 16

3.5.1凑试法 16

3.5.2 ZN临界比例度法 17

3.5.3扩充响应曲线法 18

第四章 DCS系统功能及硬件设计 19

4.1 DCS系统整体设计及功能 19

4.2 硬件系统拓扑 21

4.3 控制结构模块简介 22

4.4 IW系列数采模块功能简介 30

4.4.1 主要技术指标 31

4.4.2接线方式 34

4.4.3组网方式 36

4.4.4 通信命令 37

4.4.5 C语言通信代码 41

第五章 PID控制器设计及MATLAB仿真 45

5.1 MATLAB仿真简介 45

5.2 控制对象的模型 45

5.3 PID控制仿真 46

5.3.1 压力PID控制仿真 46

5.3.2温度PID控制仿真 48

结 论 49

致 谢 52

参 考 文 献 53

第一章 诸 论

1.1背景介绍

能源是我们社会不断发展和进步的物质基础。在历史中，在社会不断变化的每个重要阶段，都会发生能源的改进和更替。总体而言，为了加快世界经济和人类社会的发展，我们必须加快对能源的开发。当前，中国在能源的生产消费上已经属于世界前列。不断增加的能源消费，也促进了经济社会的不断发展，同时也为世界能源市场提供了良好的发展前景。就当前世界能源市场中，中国已经成为了不可或缺的一部分，并且在对维护全球能源安全方面正在扮演着越来越重要的角色。

我们之所以提倡节能减排是因为它能减少资源的浪费和废气的排放。 在“十一五”期间，我国也对能源消耗与污染物排放方面也给出了一定的目标，那就是单位国内生产总值能耗降低20％左右、主要污染物排放总量减少10％。只要我们能在“十一五”期间完成这个目标，我们就离建设资源节约型、环境友好型社会更进一步。

紫兴纸业供热抽气节能控制项目为了利用低压蒸汽的热量，使用了“蒸汽喷射混合器”，将低压蒸汽混入高压蒸汽中得到混合蒸汽参数，使得混合蒸汽相对于低压蒸汽能够在整个供热系统得到使用，我们设计和应用控制系统的目的是为了保证混合蒸汽的出口压力和出口温度能够满足工艺要求的范围，同时也能减少低压蒸汽能量的浪费，达到更好的节能减排效果。

本文针对紫兴纸业电厂的供汽系统,设计了供热抽气节能系统及其计算机控制系统（DCS）。供热抽气节能系统是以PID控制器为基础, 控制蒸汽混合器出口压力和出口蒸汽温度，以及减温减压器的出口温度和压力。另外，本文还介绍了整个机组的DCS系统及其相应连接,最后就蒸汽混合器出口蒸汽压力和温度的控制模型用MATLAB进行仿真,确定这个方案的可行性，并对仿真所得出的结论进行分析。

1.2目标及内容

工业生产过程中的低参数蒸汽的热能常常得不到利用，这部分热量就浪费掉了。本设计的主要任务就是利用“蒸汽喷射混合器”，设计一套提升低品质蒸汽参数供造纸用的供热系统, 充分利用低参数蒸汽的热量,达到更好的节能减排效果。这对能更好的实现供热机组的节能减排有着非常重要的实际意义！

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