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-免費(fèi)閱讀
【正文】 6 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 鍋爐是典型的復(fù)雜熱工系統(tǒng)，鍋爐燃燒過(guò)程控制有許多被控量和控制變量，這些變量互相關(guān)聯(lián)，要對(duì)其建立一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型相當(dāng)困難。如果傳遞函數(shù)以后需要改變 ,則應(yīng)相應(yīng)地改變比例帶值 ,使傳遞函數(shù)與比例帶的比值保持為試探時(shí)的值 ,以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。對(duì)于水位系統(tǒng)的建模，可近似地認(rèn)為“純滯后 +一階慣性”環(huán)節(jié)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)于一階慣性環(huán)節(jié)對(duì)象，往往采用 PID控制算法， PID 調(diào)節(jié)器如圖 所示。 并行輸出口接有雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器電路 , 來(lái)控制電機(jī)啟停 。在本系統(tǒng)中，主對(duì)象的放大倍數(shù)為的符號(hào)為 “正 ”，所以主控制器應(yīng)選 “負(fù) ”作用。 副環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，它的 給定值隨主控制器輸出的變化而變化，為了加快跟蹤，副控制器一般不帶積分作用。所以在本設(shè)計(jì)中選用電動(dòng) III 型儀表。 綜合以上各種因素，在鍋爐過(guò)熱蒸汽控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥選擇氣開(kāi)閥。 根據(jù)不變性原理，即被控變量與干擾量絕對(duì)無(wú)關(guān)，或被控變量對(duì)干擾完全獨(dú)立，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 9 則 ? ? ? ?sFsT =0，即 ??sT =0 ?? ??sFsT = PCffPD GGG ?? =0 (21) 所以 ???sGff ? ? ? ?sGsG PCPD 即 ??sGff = 干擾通道對(duì)象特性 /控制通道對(duì)象特性 上式的負(fù)號(hào)表示控制通道與干擾通道作用相反。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位偏差。 一 般來(lái)說(shuō)，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的串級(jí)控制系統(tǒng)，當(dāng)干擾從副回路進(jìn)入時(shí)，其最大偏差將會(huì)較小到控制系統(tǒng)的 1/10— 1/100，即便是干擾從主回路進(jìn)入，最大偏差也會(huì)縮小到單回路控制系統(tǒng)的 1/3— 1/5。 在爐溫過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中，為了獲得更好的控制精度，所以采用串級(jí)控制系統(tǒng)以得到良好的控制特性。將過(guò)熱器出口蒸汽溫度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，不是用來(lái)控制調(diào)節(jié)閥而是用來(lái)改變調(diào)節(jié)器 2 的給定值，起著最后校正作用。 使 鍋筒水位維持在設(shè)計(jì)值 80177。具有一定壓力的過(guò)熱蒸汽，經(jīng)過(guò)負(fù)荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥供負(fù)荷設(shè)備使用。由 省煤器 汽包 下降管 過(guò)熱器 上升管 給水調(diào)節(jié)閥 給水母管 1 及蒸汽母管 6 等組成。根據(jù)雙沖量水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制水位誤 差 ,設(shè)計(jì)采用了雙沖量 PID 串級(jí)控制方式采用輔助信號(hào)蒸汽流量和給水流量對(duì)消方法消除水位偏差。模糊控制易于被人們接受，構(gòu)造容易，魯棒性和適應(yīng)性好。它所產(chǎn)生的蒸汽不僅能夠?yàn)檎麴s、化學(xué)反應(yīng)、干燥等過(guò)程提供熱源，而且還可以作為風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵類驅(qū)動(dòng)透平的動(dòng)力源。 圖 鍋爐的汽水系統(tǒng) “爐”就是鍋爐的燃燒系統(tǒng)，由爐膜、煙道、噴燃器、空氣預(yù)熱器等組成。水位過(guò)高或過(guò)低，都是不允許的。采用兩級(jí)調(diào)節(jié)器，這兩級(jí)調(diào)節(jié)器串在一起，各有其特殊任務(wù)，調(diào)節(jié)閥直接受調(diào)節(jié)器 1 的控制，而調(diào)節(jié)器 1的給定值受到調(diào)節(jié)器 2 的控制，形成了特有的雙閉環(huán)系統(tǒng)，由副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器和減溫器出口溫度形成的閉環(huán)稱為副環(huán)。除了克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)外，還提高了系統(tǒng)的工作頻率，加快過(guò)渡過(guò)程。若干擾來(lái)自副環(huán)，副控制器首先進(jìn)行 “粗調(diào) ”，主控制器再進(jìn)一步進(jìn)行 “細(xì)調(diào) ”。 圖 中所示的串級(jí)控制系統(tǒng)有一個(gè)明顯的特點(diǎn) :在結(jié)構(gòu)上有兩個(gè)閉環(huán)。 前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng) 比較前饋系統(tǒng)，反饋系統(tǒng)的最大缺點(diǎn)是在干擾作用下，必須形成偏差，才能進(jìn)行調(diào)節(jié)（或偏差即將形成）那么能否在干擾作用發(fā)生后，在未影響被控變量時(shí)，就開(kāi)始調(diào)節(jié)，使被控變量保持不變。 調(diào)節(jié)閥的口徑的大小，直接決定著控制介質(zhì)流過(guò)它的能力。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，選用的儀表不同，具體的實(shí)施方案也不同。 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 13 控制器設(shè)計(jì) 由上文論述可知，系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)選擇串級(jí)控制。在本設(shè)計(jì)中隨著調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度增加，減 溫水量增加，副對(duì)象即減溫器后端蒸汽溫度會(huì)降低，所以調(diào)節(jié)閥對(duì)副對(duì)象的作用為 “負(fù) ”；而調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)閥，即其控制作用為 “正 ”，所以負(fù)調(diào)節(jié)器的控制作用應(yīng)為負(fù)作用。由于輸出接口比較多 , 可擴(kuò)展一片 8255 可編程接口芯片 , 利用指令設(shè)置各口的工作方式 , 8255 內(nèi)部有 3 個(gè)并行的 8 位 I/O 接口 ,分別為 A 口、 B 口、 C 口 , 8255 是 8 位芯片 , 有 8 位數(shù)據(jù)線 , 數(shù)據(jù)線接于 80C51 的 P0 接口 , 可以用于實(shí)現(xiàn) 8255 與 80C51 之間的數(shù)據(jù)傳輸。如此循環(huán)工作，使汽包水位得以準(zhǔn)確控制，保證鍋爐的安全、可靠運(yùn)行。 副回路的分析和整定 根據(jù)串級(jí)控制系統(tǒng)的分析整定方法 , 應(yīng)將副回路處理為具有近似比例特性的快速隨動(dòng)系統(tǒng) , 以使副回路具有快速消除內(nèi)擾及快速跟蹤蒸汽流量的能力。 鍋爐水位 PID控制的總體結(jié)構(gòu)及仿真 通過(guò)前述各方面的分析，我們可以作出鍋爐水位 PID 控制的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。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 21 參考文獻(xiàn) [1] 孫優(yōu)賢 《 鍋爐設(shè)備的自動(dòng)調(diào)節(jié) 》中國(guó)電力出版社 [2] 廖初《 新型 PID 控制及其應(yīng)用 》機(jī)械工業(yè)出版社 [3] 周萬(wàn)河《 過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表 》電子工業(yè)出版社 [4] 李家強(qiáng)《 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 》機(jī)械工業(yè)出版社 [5] 范勝宇《 MATLAB 及其在電路與控制理論中的應(yīng)用 》中國(guó)電力出版社 [6] 張國(guó)兵《 工業(yè)鍋爐微機(jī)控制 》清華大學(xué)出版社 。如果以給水流量 W 作為被控對(duì)象的輸入信號(hào) , 水位變送單元的輸出為輸出信號(hào) , 可以把主調(diào)節(jié)器與副回路兩者看作為等效主調(diào)節(jié)器。為了克服這一缺點(diǎn)，可以采用積分分離的 PID 控制算法，這樣既保持了積分的作用，又減少了超調(diào)量，使控制性能有較大的改善。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， WRN230 更為合適，該型號(hào)不但符合設(shè)計(jì)要求，且價(jià)格合理，易于維護(hù)。 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) 。 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)。 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。 控制儀表的選擇 控制儀表的主要類型大致分為電動(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。 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 10 串級(jí)前饋模型傳遞函數(shù)： ??sF ??sGff? ? ? ? ?sGsG PDPC ?1 =0
研究報(bào)告相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1