鍋爐汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)_課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(文件)
【正文】 ...................... 18 6 課程設(shè)計(jì)總結(jié) ................................................................................................................. 20 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 21 武漢理工大學(xué)《過(guò)程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 摘要 鍋爐的建模與控制問(wèn)題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而汽包水位是工業(yè)鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，保證水位 控制在給定范圍內(nèi)，對(duì)于提高蒸汽品質(zhì)、減少設(shè)備損耗和運(yùn)行損耗、確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行具有重要意義。由于鍋爐水位控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器輸入端常加有兩個(gè)輸入量，極易引起水位控制偏差，本文提出了如何消除水位偏差的方法，即輔助信號(hào)自消方法。 關(guān)鍵詞： 汽包水位； 雙沖量； 串級(jí)系統(tǒng)； PID 控制； 模糊控制 武漢理工大學(xué)《過(guò)程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 1 鍋爐系統(tǒng)簡(jiǎn)介 鍋爐工作過(guò)程簡(jiǎn)介 鍋爐是一種承受一定工作壓力的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備 .其作用就是有效地把燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能 ,或再通過(guò)相應(yīng)設(shè)備將熱能轉(zhuǎn)化為其它生產(chǎn)和生活所需的能量形式 ,長(zhǎng)期以來(lái)在生產(chǎn)和居民生活中都起很重要的作用?！板仭本褪清仩t的汽水系統(tǒng)，如圖 所示。水在水冷壁管中吸收爐內(nèi)火焰直接輻射的熱，在溫度不變的情況下，一部分蒸發(fā)成蒸汽，成為汽水混合物。然后經(jīng)過(guò)過(guò)熱器，形成一定的過(guò)熱蒸汽，匯集到蒸汽母管。 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的意義 鍋爐汽包水位控制是維持鍋筒水位在允許的范圍內(nèi)，使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量。水位過(guò)低，則會(huì)破壞正常水循環(huán)，危及水冷壁受熱面的安全。 武漢理工大學(xué)《過(guò)程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 5 溫度變送器 2 方案論證 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能 通過(guò)使用該系統(tǒng)，可以使得鍋爐過(guò)熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變化，并保護(hù)過(guò)熱器營(yíng)壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。 入口蒸汽 過(guò)熱器 出口蒸汽溫度 圖 過(guò)熱蒸汽溫度串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 調(diào)節(jié)器 2 稱(chēng)主調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器 1 稱(chēng)為副調(diào)節(jié)器。為了提高系統(tǒng)的控制性能，希望主副環(huán)的工作頻率相差三倍以上，以免頻率相近時(shí)發(fā)生共振現(xiàn)象面破壞正常工作。同時(shí)，由于串級(jí)系統(tǒng)具有主、副兩只控制器，使控制器的總放大倍數(shù)增大，系統(tǒng)的抗干擾能力增強(qiáng)，因此，一般來(lái)說(shuō)串級(jí)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量要比單回路控制系統(tǒng)高。主控制器的給定值是由工藝規(guī)定的，是一個(gè)定制，因此，主環(huán)是一個(gè)定值控制系統(tǒng)；而副控制器的給定值是由主控制器的輸出提供的，它隨主控制器輸出變化而變化，因此，副環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。 串級(jí)控制有以下優(yōu)點(diǎn) 主調(diào)節(jié)器 主調(diào)節(jié)器 主變送器 副變送器 副調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)閥 副對(duì)象 二次擾動(dòng) 一次擾動(dòng) 副參數(shù) 主參數(shù) 給定 武漢理工大學(xué)《過(guò)程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 由于副回路的存在，減小了對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，縮短了控制通道，使控制作用更加及時(shí)； 提高了系統(tǒng)的工作頻率，使振蕩周期減小，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，系統(tǒng)的快速性增強(qiáng)了； 對(duì)二次干擾具有很強(qiáng)的克服能力，對(duì)客服一次干擾的能力也有一定的提高； 對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。 氣包水位串級(jí)雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖 圖 中所示的雙沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng) ,汽包水位是被控變量 ,是主沖量信號(hào) ,蒸汽流量和給水流量是輔助沖量信號(hào)。一個(gè)環(huán)在外面，稱(chēng)之為主環(huán)或主回路，用來(lái)完成“細(xì)調(diào)”任務(wù)，以最終保證被調(diào)量滿(mǎn)足工藝要求。這樣，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，水位穩(wěn)定值是靠主調(diào)節(jié)器來(lái)維持的，并不要求進(jìn)入副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度按所謂“靜態(tài)配比”來(lái)進(jìn)行整定 .恰恰相反，在這里可以根據(jù)對(duì)象在外擾下虛假水位的嚴(yán)重程度來(lái)適當(dāng)加強(qiáng)蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度，從而改變負(fù)荷擾動(dòng)下的水位控制品質(zhì)。 圖 前饋系統(tǒng)方框圖 其中 PDG 表示干擾通道對(duì)象特性， PCG 表示控制通道對(duì)象特性， ffG 表示前饋控制器傳函。 圖 串級(jí)前饋系統(tǒng)模型 圖 串級(jí)前饋控制系統(tǒng)方框圖 武漢理工大學(xué)《過(guò)程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 10 串級(jí)前饋模型傳遞函數(shù)： ??sF ??sGff? ? ? ? ?sGsG PDPC ?1 =0 (22) 綜上兩種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的比較，我們可以看出，采用串級(jí)前饋調(diào)節(jié)具有更大的優(yōu)勢(shì)，故在在此設(shè)計(jì)方案中，采用串級(jí)前饋的控制方式來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制。 調(diào)節(jié)閥的開(kāi)、關(guān)形式需要考慮到以下幾種因素： 生產(chǎn)安全角度：當(dāng)氣源供氣中斷，或調(diào)節(jié)閥出故障而無(wú)輸出等情況下，應(yīng)該確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不至發(fā)生事故； 保證產(chǎn)品質(zhì)量：當(dāng)發(fā)生控制閥處于無(wú)源狀態(tài)而恢復(fù)到初始位置時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量不應(yīng)降低； 盡可能的降低原料、產(chǎn)品、動(dòng)力損耗； 從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。 控制儀表的選擇 控制儀表的主要類(lèi)型大致分為電動(dòng)或氣動(dòng)，電動(dòng) I 型、 II 型、 III 型，單元組合儀表或是基地是儀表等。 III型儀表較 II 型儀表操作、維護(hù)更為方便、簡(jiǎn)捷，同時(shí) III 型儀表還具有完善的跟蹤、保持電路，使得手動(dòng)切換非常方便，隨時(shí)都可以進(jìn)行切換，且保證無(wú)擾動(dòng)。 圖 用電動(dòng) III 型儀表組成的主控 串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖 該方案較于上一方案多設(shè)置了一個(gè)主控 串級(jí)控制切換開(kāi)關(guān)，可以根據(jù)不同情況使控制系統(tǒng)工作于主控方式和串級(jí)控制方式下。從串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)上看，主環(huán)是一個(gè)定制系統(tǒng)，主控制器起著定值控制作用，為使其穩(wěn)定，主控制器通常選用比例積分控制器，對(duì)于本系統(tǒng)由于控制通道容量之后較大，為克服容量滯后，選用比例積分微分控制器作為主控制器。 副控制器的正、反作用要根據(jù)副環(huán)的具體情況決定，而與主環(huán)無(wú)關(guān)。這樣只要根據(jù)主對(duì)象與主變送器放大倍數(shù)的符號(hào)及整個(gè)主環(huán)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的符號(hào)為 “負(fù) ”的要求，就可以確定主控制器的正、反作用。 圖 系統(tǒng)電路圖 本系統(tǒng)以 80C51 單片機(jī)為核心 , 它有 4KEPROM, 所以不需外擴(kuò) EPROM, 這樣可利用 P1 口作為按鍵輸入口 ,輸入口接有中斷式獨(dú)立式按鍵電路 , 向單片機(jī)輸入命令、功能切換 , 可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行人工干預(yù) 。擴(kuò)展口接有 4 位 74LS164 驅(qū)動(dòng)顯示器 ,并有 1 個(gè)報(bào)警武漢理工大學(xué)《過(guò)程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 器 ( 用于極低水位、極高水位報(bào)警 ) , 和 3 個(gè)發(fā)光二極管指示燈 ( 用于電源顯示、水泵上水顯示、水位顯示 ) 。對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，他們均符合要求，且性能差別不是很大，因此從經(jīng)濟(jì)的角度考慮， W
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