4.4 主、副调节器正反作用方式确定
由生产工艺安全考虑，燃料调节阀应选气开方式，这样保证系统出现故障时调节阀处于全关状态，防止燃料进入加热炉，确保设备安全，调节阀的Kv﹥0。主调节器作用方式确定：炉膛温度升高，物料出口温度也升高，主被控过程Ko1﹥0。为保证主回路为负反馈，各环节放大系数成绩必须为正，所以负调节器的放大系数K1﹥0，主调节器作用方式为反作用。又为保证副回路是负反馈，各环节放大系数乘积必须为正，所以负调节器大于0，负调节器作用方式为反作用方式。文档来自于网络搜索 4.5 控制器软件设计
管式加热炉温度串级控制系统主回路简化方框图如图5所示。
R(t)+E(t)主控制器U(t)广义被控对象-Y(t)温度变送器1图5 串级控制系统主回路简化方框图
对于主控制器采用数字PID控制算法的选择由两种：位置型和增量型。
位置型PID控制数学表达式如下：
TkE(k)?E(k?1)U(k)?Kp[E(k)??E(i)?TD]TIi?0T (1)
增量型PID控制数学表达式如下：
U(k)?U(k?1)??U(k)?U(k?1)?q0E(k)?q1E(k?1)?q2E(k?2) (2)
比较两种数字PID控制的数学表达式可知，增量型控制算法不需要做累加，控制量
的增量的确定仅与最近几次误差采样值有关，计算误差和计算精度问题对控制量的计算影响较小。而位置型算法要用到过去的误差的累加值，容易产生较大的累加误差。同时增量型算法得出的是控制量的增量，例如阀门控制中，只输出阀门开度的变化部分，误
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动作影响小，不会严重影响系统的工作。而位置型算法输出的是控制量的全量输出，误动作影响大。文档来自于网络搜索 除此以外，采用增量型PID数字控制算法，易于实现手动到自动的无冲击切换。
经过以上的分析可知，采用增量型数字PID 控制算法较好。相应的数字PID增量型
控制算法流程图如图6所示。文档来自于网络搜索
设定q0，q1，q2 置E（K-1）和E（k）为0 将A/D结果赋给Y（K） 求E（K）=R（K）-Y（K） 计算控制增量 将控制增量输给DAC 令E（K）-2=E（K）-1，E（K）-1=E（K） N 采样时刻到否 Y 文档来自于网络搜索 图6数字PID增量型控制算法流程图
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4.6数字PID控制器参数整定
串级控制系统通常用于对主参数控制要求比较严格的生产过程，同时在串级控制系统中，对副参数的要求是能准确快速地跟踪主调节器输出的变化。这种要求的不同是我们合理选择参数整定方法的依据。文档来自于网络搜索
串级控制系统的参数整定常用工程整定方法有：逐步逼近法，两步整定法和一步整
定法。逐步逼近法是依次整定主回路、副回路，然后循环进行，逐步逼近主、副回路的最佳状态。两步整定是让系统处于串级控制状态，首先按单回路控制系统整定副回路调节器的参数，然后把已经整定好的副回路视为串级控制系统的一个环节，仍然按照单回路参数整定的方法对主控制器的参数进行整定。一步整定法是根据经验，先将副调节器的参数一次调好，不再变动；然后按照单回路控制系统的整定方法直接整定主调节器的参数。文档来自于网络搜索
比较几种整定方法，逐步逼近法比较繁琐，而且工作量大；两步整定法虽然能满足
对主、副参数的要求，但是要分两步进行，需要寻求两个衰减比为4：1的衰减振荡过程，同样比较繁琐。相比较而言，一步整定法的整定过程简单而且工作量相对较小。故在这里选用一步参数整定法对串级控制系统进行参数整定。文档来自于网络搜索
系统参数整定步骤：
（1）在正常生产，系统为纯比例运行的条件下（即TI为无穷大，TD为零），根据工
程经验，确定副环调节器（为P型控制器）的参数比例度。文档来自于网络搜索
（2）将副回路视为一个环节，按照单回路参数整定的方法对主控制器的参数进行整
定。把系统中的调节器设置成纯比例作用（即TI为无穷大，TD为零），将?由大到小的规律进行调整，直到被控参数出现等副振荡为止。记下此时的比例度?K（临界比例度）和等副振荡的周期TK（临界振荡周期）。根据相应的经验公式可以计算出??1.6?K，
TI?0.5TK，TD?0.5TI。文档来自于网络搜索 （3）在已整定参数条件下，观察控制过程，适当调整主调节器的参数，使其满足工
艺要求。
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5 各仪表的选取及元器件清单
5.1 温度检测元件
热电偶作为温度传感元件，能将温度信号转换成电动势（mV）信号，配以测量毫伏的指示仪表或变送器可以实现温度的测量指示或温度信号的转换。具有稳定、复现性好、体积小、响应时间较小等优点、热电偶一般用于500°C以上的高温，可以在1600°C高温下长期使用。文档来自于网络搜索 热电阻也可以作为温度传感元件。大多数电阻的阻值随温度变化而变化，如果某材料具备电阻温度系数大、电阻率大、化学及物理性能稳定、电阻与温度的关系接近线性等条件，就可以作为温度传感元件用来测温，称为热电阻。热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电阻两类。大多数金属热电阻的阻值随其温度升高而增加，而大多数半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减少。文档来自于网络搜索 在使用热电偶时，由于冷端暴露在空气中，受周围环境温度波动的影响，且距热源较近，其温度波动也较大，给测量带来误差，为了降低这一影响，通常用补偿导线作为热电偶的连接导线。补偿导线的作用就是将热电偶的冷端延长到距离热源较远、温度较稳定的地方。补偿导线的作用如图7所示。文档来自于网络搜索 用补偿导线将热电偶的冷端延长到温度比较稳定的地方后，并没有完全解决冷端温度补偿问题，为此还要采取进一步的补偿措施。具体的方法有：查表法、仪表零点调整法、冰浴法、补偿电桥法以及半导体PN结补偿法。文档来自于网络搜索 采用热电阻法测量温度时，一般将电阻测温信号通过电桥转换成电压，当热电阻的链接导线很长时，导线电阻对电桥的影响不容忽视。为了消除导线电阻带来的测量误差，不管热电阻和测量一边之间的距离远近，必须使导线电阻的阻值符合规定的数值，如果不足，用锰铜电阻丝凑足。同时，热电阻必须用三线接法，如图8所示，热电阻用三根导线引出，一根连接电源，不影响电桥平衡，另外两根被分别置于电桥的两臂内，使引线电阻值随温度变化对电桥的影响大致抵消。而本次设计要使得管式加热炉出口温度为为70℃，稳态误差±2℃，故选用热电阻，电流输出型集成温度传感器AD590，灵敏度1μA/K,测量范围为-55~150℃。文档来自于网络搜索 13 / 20
图7补偿导线的作用
图8 热电阻三线制接法
5.2 温度变送器
DDZ-III型仪表采用了集成电路和安全火花型防爆结构，提高了仪表精度、仪表可靠性和安全性，适应了大型化工厂、炼油厂的防爆要求。III型仪表具有以下主要特点：
文档来自于网络搜索 （1）采用国际电工委员会（IEC）推荐的统一信号标准，现场传输信号为DC4～20mA，控制室联络信号为DC1～5V，信号电流与电压的转换电阻为250?。文档来自于网络搜索 （2）广泛采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、可靠性提高、维修工作量减少。
（3）整套仪表可构成安全火花型防爆系统。DDZ-III型仪表室按国家防爆规程进行
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