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基于plc工業(yè)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)論文-wenkub

2023-05-12 23:55:39 本頁面
 

【正文】 ( ) 1OD kHsWs D s T s s?? ? ?? 式中, 2T :曲線 2 的時間常數(shù) 2k :曲線 2 的放大系數(shù) ? :曲線 1 的響應(yīng)速度 “虛假水位”變化的幅度 與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量有關(guān)。汽包內(nèi)的水沸騰突然加劇,水中汽包迅速增加,由于汽包容積增加而使水位變化的曲線如圖 312 中 H2所示。 “虛假水位”是由兩個原因造成的: ( 1) 由于鍋爐蒸汽負荷增加,使爐管和汽包中汽水混合物的汽、水比例發(fā)生變化(汽容積增加)而引起汽包水位上升,這是引起汽包“虛假水位”的主要原因??杀硎緸椋? ()() ( ) 1 (1 )ow HsWs W s s s s s? ?? ???? ? ? ??? 式中 ? :遲延時間 (s)。最后當水位下汽包容積不再變化時,水位變化就完全反映了由于儲水量的增加而直線上升。把汽包和給水看作單容量無自衡過程,水位階躍響應(yīng)曲線如圖中 H1 線 。把汽包和給水看作單容無自衡對象,水位響應(yīng)曲線應(yīng)為一條直線。 4 圖 31工業(yè)鍋爐汽水結(jié)構(gòu) 1— 給水母管; 2— 調(diào)節(jié)閥; 3— 省煤器; 4— 汽包; 5— 下水管; 6— 上升管; 7— 過熱器; 8— 蒸汽母管 汽包及蒸發(fā)管系中貯藏著蒸汽 和水,貯藏量的多少是以被控制量水位表征的,汽包的流入量是給水量,流出量是蒸汽量,當給水量等于蒸汽量時,汽包水位就恒定不變。 工業(yè)鍋爐中最常見的事故有:鍋內(nèi)缺水,鍋爐超壓,鍋內(nèi)滿水,汽水共騰,爐管爆破,爐膛 爆破,二次燃燒,鍋爐滅火等。被控變量一般是過熱器出口溫度,操縱變量是減溫器的噴水量。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋爐、氣輪機安全運行的必要條件之一,是鍋爐正常運行的指標。 鍋爐設(shè)備控制劃分為若干個控制系統(tǒng)。降溫后的煙氣 經(jīng)過除塵器除塵,去硫等一系列凈化工藝通過煙囪排出??諝饨?jīng)過鼓風機進入空氣預(yù)熱器,在經(jīng)過空氣預(yù)熱器 的過程中被由爐膛排出的煙氣預(yù)熱,變成熱空氣進入爐膛。 工業(yè)蒸汽鍋爐汽包水位控制的任務(wù)是控制給水流量與蒸發(fā)量保持動態(tài)平衡,維持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi),是保證鍋爐安全生產(chǎn)運行的必要條件,也是鍋爐正常生產(chǎn)運行的主要指標之一。模糊 控制的核心就是利用模糊集合理論,把人的控制策略的自然語言轉(zhuǎn)化為計算機能夠接受的算法語言所描述的控制算法,這種方法不僅能實現(xiàn)控制,而且能模擬人的思維方式對一些無法構(gòu)造數(shù)學模型的被控對象進行有效的控制。 目前我國有各類鍋爐幾十萬臺,其中相當大的部分還在使用常規(guī)儀表控制。若水位過高 ,則會影響汽水分離的效果 ,使用 電 氣設(shè)備發(fā)生故障 。由于鍋爐的水位調(diào)節(jié)過程難以建立數(shù)學模型,具有非線形、不穩(wěn)定性、時滯等特點 。鍋爐水位控制系統(tǒng)是鍋爐生產(chǎn)控制系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。 基于 PLC 工業(yè)鍋爐汽包 水位 控制 系統(tǒng) 的設(shè)計 The Design of the Boiler Drum Water Level Control System with PLC I 摘 要 鍋爐是眾多工業(yè)部門必不可少的重要動力設(shè)備。對鍋爐生產(chǎn)操作如果不合理,管理不善,處理不當, 往往會引起事故。傳統(tǒng)的鍋爐水位三沖量控制系統(tǒng)大都采用PID 控制,其控制效果還可以進一步提高。而水位過低 ,則會破壞汽水循環(huán) ,嚴重時導致鍋爐爆炸。由于鍋爐水位存在一定的反向特性即“假水位”現(xiàn)象,而常規(guī)儀表所常用的 PID 算法對“假水位”現(xiàn)象的控制效果并不理想,若要較好的控制“假水位”現(xiàn)象,采用常規(guī)儀表所構(gòu)成的控制器,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性又會增加,造成成本較高。 三沖量鍋爐水位控制系統(tǒng)中的 主回路控制部分與 蒸汽前饋控制部分正是屬于這種情況 :由于虛假液位的影響和各種參數(shù)存在的時變性而導致無法確定這一過程的數(shù)學模型,這樣就不能設(shè)計常規(guī)的控制器進行控制 [1]。 2 所有各種鍋爐,雖然燃料種類各不相同,但蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蒸汽處理系統(tǒng)是基本相同的。煤經(jīng)過煤斗落在爐排上,在爐排的緩慢轉(zhuǎn)動下煤進入爐膛被前面的火點燃,在燃燒過程中發(fā)出熱量加熱汽包中的水,同時產(chǎn)生熱煙氣。 鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng) 鍋爐生產(chǎn)控制系統(tǒng),是指鍋爐生產(chǎn)過程的自動化系統(tǒng)。主要控制系統(tǒng)如下。 2)鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制 其控制目的是使燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負荷的需要(常以蒸汽壓力為被控變量);使燃料與空氣量之間保持一定的比例,以保證最經(jīng)濟燃燒,提高鍋爐的燃燒效率;使引風量與送風量相適應(yīng),以保持爐膛負壓在一定范圍內(nèi)。 鍋爐水位控制系統(tǒng)在鍋爐生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的重要性 鍋爐是一種受壓又直接受火的特種設(shè)備,是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備。其中以鍋爐缺水事故比例最高。引起水位變化的 主要擾動就是蒸汽流量的變化和給水流量的變化。但由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水的溫度低,所以給水量變化后,使汽包內(nèi)氣泡含量減少,導致水位下降。 1 2 3 4 5 6 7 8 5 圖 311 汽包水位在給水流量擾動下的階躍響應(yīng)曲線 但是由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水的溫度低,所以給水流量增加后,從原有飽和水中吸取部分熱量。因此,實際水位曲線如圖 2中 H 線。 ? :響應(yīng)速度,即給水流量改變一個單位流量時 。 ( 2) 蒸汽流量增加,汽包氣壓下降,爐水沸點下降,由于爐水為飽和水的汽化,使汽包水位隨壓力下降而升高。而實際顯示的水位響應(yīng)曲線 H 為 H1+H2。例如,一般100~200 t/h 的中高壓鍋爐,當負荷變化10%時,“虛假水位”可達30~40 mm。由于水 面下的蒸汽容積增大,此時也會出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象,但由于燃燒率的增 7 加也將氣量D緩慢增加,故虛假水位現(xiàn)象要比D擾動下緩和得多 [5]。單沖量即汽包水位。②負荷變化時,控制作用緩慢。 如圖 322, 由于引入了蒸汽流量前饋信號,當蒸汽量變化時,就有一個與蒸汽量同方向變化的給水流量 信號,可以減少或抵消由于“虛假液位”現(xiàn)象而使給水量與蒸汽量相反方向變化的錯誤動作。在給水流量比較平穩(wěn)時,采用雙沖量控制是能夠達到控制要求的。 三沖量水位控制系統(tǒng)組成原理圖如圖 323。當由于水壓干擾使給水流量改變時,調(diào)節(jié)器能迅速消除干擾。這樣常規(guī)控制理論就無法勝任,必須尋求新的控制理論來取代常規(guī)控制理論進行控制。 對于大型鍋爐,汽包的容量相對較小,則 對鍋爐汽包水位的要求更高,汽包水位就必須實現(xiàn)全自動控制才能滿足。 模糊控制是以模糊集合理論為基礎(chǔ)的一種新興的控制手段,它是模糊系統(tǒng)理論和模糊技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 考慮到模糊控制器的設(shè)計不需要知道該過程的數(shù)學模型以及它的其他特點都適合于這種水位控制, 所以選 擇 了汽包水位模糊控制系統(tǒng)。輸入和輸出模糊集合的隸屬函數(shù)選為三角形的 [7]。(x) 如下 : 圖 412偏差 e的隸屬函數(shù) 根據(jù)上面隸屬函數(shù)建立語言變量 E 的賦值表如下: 表 412 語言變量 E的賦值表 設(shè)偏差變化率 ec 的基本論域為 [15, +15],選定 EC 的離散論域 Y={6, 5, 4,3, 2, 1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6},得偏差變化率 ec 的量化因子 kec=6/15=。 的基本論域為 [10, +10],選定 U的離散論域為 Z={6, 5, 4,3, 2, 1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6},則得控制量變化 181。根據(jù)控制經(jīng)驗,列出控制規(guī)則表如下: 表 415 控制規(guī)則表 模糊控制響應(yīng)表的生成 模糊控制器在線計算推理模糊關(guān)系時,需要耗 費大量時間,占用大量內(nèi)存。當模糊控制器采用查表法實現(xiàn)時,用來離線設(shè)計查詢表,當模糊控制器采用軟件推理法實現(xiàn)時,用來在線進行模糊推理。同理,應(yīng)用上述算法算出 169 個離散點的輸出。而模糊控制不需要了解蒸汽負荷變化時,汽包的外擾特性,即數(shù)學模型,且魯棒性好,對于非線性和參數(shù)時變系統(tǒng)有較好的控制能力 [9]。應(yīng)用 Mamdani模糊推理算法,加權(quán)平均法解模糊。模擬量 PID控制器的輸出表達式為0()1( ) [ ( ) ( ) ]t DpiT de tu t K e t e t dt MT dt? ? ? ??,式中 ()ut 為控制值 ()et 為偏差值, pK 為比例系數(shù), iT 為積分常數(shù), DT 為微分常數(shù), M為積分部分的初始值 。實際中 本設(shè)計 取 。實際中 本設(shè)計 取 50s。 傳感器選型 各傳感器主要用于水位、蒸汽流量、給水流量等測量 。其中 FX2N4AD模擬量輸入模塊接到 FX2N16MR 基本單元的最近位置,模塊編號為 0, CH1, CH2, CH3通道分別與 應(yīng)力式渦街流量傳感器 、 應(yīng)力式渦街流量傳感器 、 連桿浮球式液位開關(guān) 。當水位到最低位 (X2= 1) , 輔助繼電器 M 0 被激勵 (M 0= 1) , 同時給水泵電動機起動運行 (Y1= 1)。 報警燈仍以 1s (T T2) 為周期閃爍 , 直至故障消除 [11]。為了簡化程序設(shè)計,程序設(shè)計中將輸入模糊論域的元素有 [6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, +1, +2, +3, +4, +5,+6]轉(zhuǎn)化 為 [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12],將模糊控制量表中的 U 的 22控制結(jié)果按 由 上到下、 由 左到右的順序依次存入 D100~D268 中,控制量的基址為 100,偏移地址為 Ec*13+E。副回路用模糊控制器取代了常規(guī)控制器,解決了因為“虛假液位”造成的不能確定精確的數(shù)學模型而無法采用常規(guī)控制器進行自動控制的問題并且實現(xiàn)了動態(tài)前饋 [13]。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣,但是朱老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9wkxFyeQ^! dj sXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 QA9wkxFyeQ^! djsXuyUP2kNXpRWXm Aamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9amp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gjqv^$UE9wEwZQcUE% amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! z n%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5ux^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^Gj qvadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8!z89Am YWv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRr Wwc^ vR9CpbK! zn%Mz849Gx^Gj qv^$UE9w
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