【正文】 設(shè)計(jì)說明書 17 圖 PID 調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)器輸入輸出之間的比例 微分 積分關(guān)系如下： u(t)=Kp[e(t)+1/Ti∫ e(t)dt+Td*de(t)/dt] 其中 Kp 為比例系數(shù) ,Ti 為積分時(shí)間常數(shù) ,Td 為微分時(shí)間常數(shù)。 傳感器選擇 由于鍋爐內(nèi)的溫度較高，所以，對于傳感器的選擇必須適合于高溫環(huán)境，本設(shè)計(jì)采用溶解氧傳感器，該傳感器不但適合高溫環(huán)境，且操作維護(hù)十分簡便，價(jià)格經(jīng)濟(jì)。 控制器的電路實(shí)現(xiàn) 主控制器采用 PID 調(diào)節(jié)器，副控制器采用 P 調(diào)節(jié)器，可以使用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn) P、武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 14 I、 D 的調(diào)節(jié)作用，也可以直接使用模擬電路搭建 PID 調(diào)節(jié)模塊，在實(shí)際生產(chǎn)中，大多采用制作成型的 PID 模塊以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。若副控制器有微分作用，一旦主控制器航五輸出稍有變化，控制閥就將大幅度變化，這對控制系統(tǒng)很不利，故副控制器只選用比例控制器。 由電動(dòng) III 型儀表構(gòu)成的串級(jí)控制系統(tǒng)的基本方案有如下兩種： 圖 用電動(dòng) III 型儀表組成的串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖 該方案中采用了兩臺(tái)控制器，主、副變量通過一臺(tái)雙筆記錄儀進(jìn)行記錄。 調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇，在實(shí)際生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥有線性特性、對數(shù)特性和快開特性三種，在本系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇線性特性。 所以前饋控制器傳函由控制通道對象特性和干擾通道對象特性決定。副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是用以消除給水壓力波動(dòng)等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動(dòng)以及當(dāng)蒸 汽負(fù)荷改變時(shí)迅速調(diào)節(jié)給水流量，以保證給水流量和蒸汽流量平衡。但是，如果串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)得不合理，其優(yōu)越性就不能夠充分體現(xiàn)。 串級(jí)控制方案論證 串級(jí)控制是隨著工業(yè)的發(fā)展，新工藝不斷出現(xiàn)，生產(chǎn)過程日趨強(qiáng)化，對產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，簡單控制系統(tǒng)已不能滿足工藝要求的情況下產(chǎn)生的。 串級(jí)系統(tǒng)是一個(gè)雙回路系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是把兩個(gè)調(diào)節(jié)器串接起來，通過它們的協(xié)調(diào)工作，使一個(gè)被控量準(zhǔn)確地保持為給定值。 ㎝ 范圍內(nèi)。與此同時(shí)，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，其中含有大量余熱，除了將飽和蒸汽變成過 熱蒸汽外，還預(yù)熱鍋爐給水和空氣，最后經(jīng)煙囪排入大氣。鍋爐的給水用給水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收煙氣的熱量，使溫度升高到本身壓力下的沸點(diǎn)，成為飽和水然后引入汽包。根據(jù)鍋爐控制現(xiàn)狀，提出了參數(shù)自整定模糊控制規(guī)則，設(shè)計(jì)了二輸入三輸出自適應(yīng)模糊 PID 控制器對汽包水位進(jìn)行控制，克服了傳統(tǒng)控制方式的控制效果不精確和參數(shù)難以調(diào)整等缺點(diǎn)。模糊控制是建立在人工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，它能將熟練操作員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)和描述，并用語言表達(dá)出來，得到定性的、不精確的控制規(guī)則，不需要被控對象的數(shù)學(xué)模型。 鍋爐是工業(yè)過程中不可缺少的動(dòng)力設(shè)備，鍋爐的任務(wù)是根據(jù)外界負(fù)荷的變化，輸送一定質(zhì)量 (汽壓、汽溫 )和相應(yīng)數(shù)量的蒸汽。汽水混合物在汽包中分離成水和汽，水和給水一起再進(jìn)入下降管參加循環(huán)，汽則由汽包頂部的管子引往過熱器，蒸汽在過熱器中吸熱、升溫達(dá) 到規(guī)定溫度，成為合格蒸汽送入蒸汽母管。由于鍋爐的水位受到負(fù)荷變化的影響，因此當(dāng)鍋爐用汽量變化時(shí)，通過給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持鍋爐的水位正常是保證鍋爐安全運(yùn)行的重要條件。 系統(tǒng)方案論證 串級(jí)控制方案 過熱器出口蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖如下圖所示。串級(jí)控制系統(tǒng)可以 調(diào)節(jié)器 1 調(diào)節(jié)器 2 M 減溫器 減溫 水 溫度變送器 武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 6 — — 看作一個(gè)閉合的副回路代替了原來的一部分對象，起了改善對象特征的作用。 串級(jí)控制系統(tǒng)中，兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，以主控制器為主導(dǎo)，保證主變量穩(wěn)定為目的，兩個(gè)控制器協(xié)調(diào)一致，互相配合。系統(tǒng)將蒸汽流量和給水流量前饋到汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中去 ,一旦蒸汽流量或給水流量發(fā)生波動(dòng) , 不是等到影響到水位才進(jìn)行調(diào)節(jié) ,而是在這兩個(gè)流量改變之時(shí)就能通過加法器立即去改變調(diào)節(jié)閥開度進(jìn)行校正 ,故大大提高了水位這個(gè)被調(diào)參數(shù)的調(diào)節(jié)精度。 武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 8 圖 串級(jí)控制系統(tǒng) 鍋爐汽包水位的 PID控制方案 控制汽包水位的手段是操縱給水，依此構(gòu)成的單回路控制系統(tǒng)對鍋爐的假水位現(xiàn)象回發(fā)出相反的補(bǔ)償動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蛊唤档阶阋园l(fā)生危險(xiǎn)事故的程度，如果根據(jù)蒸汽流量來給出校正動(dòng)作，就可以糾正虛假水位引起的誤動(dòng)作，從而減少水位的波動(dòng)，改善控制的精確度。 ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?sGsGsGsH ssGsGPCcmpcC222221 ???? ????武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 11 3 硬件設(shè)計(jì) 調(diào)節(jié)閥的選擇 在本系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是按照控制器所給定的信號(hào)大小和方向，改變閥的開度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的裝置。常用的控制儀表有電動(dòng) II 型、 III 型。 在本設(shè)計(jì)中采用第二種方式 將 可以控制系統(tǒng)更好的工作，得到更穩(wěn)定的控制輸出。為了使副環(huán)回路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，副環(huán)的開環(huán)放大系數(shù)的符號(hào)必須為 “負(fù) ”，即副環(huán)內(nèi)所有各環(huán)節(jié)放大倍數(shù)符號(hào)的乘積應(yīng)為 “負(fù) ”。 另對串行輸入口 擴(kuò)展接口 , 使用移位寄存器作為鎖存或輸入信號(hào)的接口 , 可以方便地?cái)U(kuò)展并行輸入口 , 這種方法不占用片外地址 , 簡單易行 , 便于操作適合于速度較慢、適時(shí)性要求不高的場合 , 它是利用一片 74LS165 與 80C51 的 3 根端口線相連 , 可擴(kuò)展 8 根并行輸入口線 , 在電位器式傳感器采集信號(hào) ,A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號(hào)后 , 將信號(hào)輸入到此接口 , 如圖 43 所示。 武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 16 4 軟件設(shè)計(jì) 程序流程圖 該系統(tǒng)的工作過程是由于水不斷蒸發(fā)使水位下降， 8051 單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使給水閥門開打，注水量增加，水位恢復(fù)到規(guī)定范圍內(nèi)；當(dāng)水位高于規(guī)定值時(shí)， 8051 單片機(jī)再次發(fā)出控制信號(hào)，使給水閥門變小，注水量降低，水位又恢復(fù)到規(guī)定范圍。 積分分離法思想： 1— 一般 PID 調(diào)節(jié)曲線 2— 積分分離 PID 調(diào)節(jié)曲線 Q— 從此點(diǎn)開始引入積分作用 圖 PID 調(diào)節(jié)曲線 KP Ki/S Kd*S ??? ??? 控制，保證消除靜差當(dāng) 控制，保證快速性當(dāng) P I DkTe PDkTeKL ,)(0,)(1 ??})])1(()([)()({)( 0?? ????? kj dLip TkekTeTTjTeKTTkTeKkTu武漢理工大學(xué)《過程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說明書 18 5 系統(tǒng)分析及參數(shù)整定 給水控制系統(tǒng)分析及整定 根據(jù)串級(jí)雙沖量給水控制系統(tǒng)的工作原理 , 對主回路和副回路進(jìn)行分析整定。主回路仍按單回路系統(tǒng)的整定方法整定 , 如通過試驗(yàn)方法求取主回路被控對象的階躍響應(yīng)曲線 ,并由曲線求得參數(shù) , 再按響應(yīng)曲線法中給定的公式計(jì)算等效調(diào)節(jié)器的整