【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 衡，為提高控制品質(zhì)，一般以送風(fēng)量或送風(fēng)檔板開(kāi)度作為前饋量構(gòu)成前饋－反饋控制系統(tǒng)。 微機(jī)鍋爐控制技術(shù)具有良好實(shí)用前景，既可節(jié)能又可提高鍋爐的運(yùn)行 管理水平，減輕環(huán)境污染，目前國(guó)內(nèi)只有幾百臺(tái)鍋爐采用微機(jī)控制，占總數(shù)的很小一部分，所以推廣應(yīng)用該技術(shù)就顯得十分繁重。同時(shí)，該技術(shù)也在不斷完善和提高，在進(jìn)一步降低造價(jià)及鍋爐本體設(shè)備的改造緊密配合方面還有許多工作要做。 在供水鍋爐控制的過(guò)程中，我們用的了幾種基本的控制方式，有單回路的控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)等幾種方式。下面我們就這幾種控制方式做一個(gè)介紹。 單回路控制系統(tǒng) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)是由一個(gè)被控對(duì)象、一個(gè)測(cè)量元件及變送、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行器所組成的單回路反饋控制系統(tǒng)。 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，易于調(diào)整和投運(yùn)，能滿足一般生產(chǎn)過(guò)程的控制要求，尤其適用于被控對(duì)象時(shí)滯和時(shí)間常數(shù)都較小，負(fù)荷和干擾變化比較平緩，或者對(duì)被控變量要求不太高的場(chǎng)合。按被控要求的工藝變量來(lái)分，最常見(jiàn)的是溫度、壓力、流量、液位和成分五種控制系統(tǒng)。 一個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方案的分析設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題。首先應(yīng)分析生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 12各個(gè)變量的性質(zhì)及其相應(yīng)關(guān)系，分析被控對(duì)象的特點(diǎn)；然后根據(jù)工藝的要求選擇被控變量、操縱變量，合理選擇控制系統(tǒng)中的測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器，建立一個(gè)較為合理的控制 系統(tǒng) 。有多個(gè)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程，還要考慮各個(gè)控制系統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)有何影響，并按可能使每個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)其它控制系統(tǒng)的影響為最小的原則來(lái)建立各個(gè)控制系統(tǒng)。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)使復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以我們必須要掌握它。其中方框圖如下圖 所示： 圖 單回路控制系統(tǒng)方框圖 其中 Y（ S）為被控變量， Q（ S）為操縱變量， F1（ S） …… 。 F（ N）為干擾，號(hào)，Q（ S）與 Y（ S）之間的聯(lián)系稱為控制通道， F（ S）與 Y（ S）之間的聯(lián)系稱為干擾通道。 GC（ S）， GV（ S）， GM（ S）分別是控制器、執(zhí)行器 、被控對(duì)象、測(cè)量變送單元的傳遞函數(shù)。 串級(jí)控制系統(tǒng) 定義及方框圖 在多回路控制系統(tǒng)中，用兩臺(tái)控制器相串接，一個(gè)控制器的輸出作為另一個(gè)控制器的設(shè)定值，這樣的系統(tǒng)稱為串級(jí) 控制系統(tǒng)。其方框圖如圖 ： 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，對(duì)象被分為主對(duì)象 GP1與副對(duì)象 GP2兩部分。他們的輸出分別稱設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 13 為主被控變量 C1和副被控變量 C2。 HM HM2分別為主，副被控變量的檢測(cè)變送單元。接收主被控變量測(cè)量值 Y1的控制器稱為主控制器 GC1） ，接收副被控變量測(cè)量值 Y2的控制器稱為副控制器 GC2） 。副控制器的 設(shè)定值值 R2就是主控制器的輸出 U1，顯然副控制器是在外設(shè)定情況下工作的，它的輸出 U2操縱執(zhí)行器 GV通過(guò)改變單個(gè)操縱變量 Q來(lái)滿足對(duì)主，副被控變量的某種組合所提出的要求。在任何只有單個(gè)操縱變量的系統(tǒng)中，只能有一個(gè)被控變量可以獨(dú)立設(shè)定。換句話說(shuō)，在任意給定時(shí)刻，只能有一個(gè)獨(dú)立的設(shè)定值，這就是主設(shè)定值 R1。副被控變量的設(shè)置通常是為了保證和提高主被控變量的控制質(zhì)量，而對(duì)其本身一般都沒(méi)有嚴(yán)格的要求，它依賴于主控制器的輸出 U1。 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： 與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)由于在結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè) 副回路，所以具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)。 ① 對(duì)于進(jìn)入副回路的擾動(dòng)具有較快，較強(qiáng)的克服能力。 ② 改善主控制器的廣義對(duì)象的特性。 ③ 對(duì)負(fù)荷和操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。 ④ 副回路可以按照主回路的需要更精確控制操縱變量的質(zhì)量流和能量流。 串級(jí)控制系統(tǒng)的使用場(chǎng)合 ： 用于克服變化劇烈的和幅值大的干擾。 ① 用于時(shí)滯大的對(duì)象。 ② 用于容量滯后大的對(duì)象。 ③ 用于克服對(duì)象的非線性。 合理的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)，才能使它的優(yōu)越性得到發(fā)揮，一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的串級(jí)控制系統(tǒng)，當(dāng)擾動(dòng)從副回路進(jìn)入時(shí)，其最大偏差將是簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的 1\10~1\100；當(dāng)擾動(dòng)從主對(duì)象進(jìn)入時(shí)串級(jí)系統(tǒng)仍比簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)控制的效果好的多。最大偏差仍能縮小到 1/3~1/5，因此，必須十分重視串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)： ① 主 副回路的選擇。 a. 副回路必須包括主要擾動(dòng)，而且應(yīng)包括盡可能多的擾動(dòng)。 b. 主 副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)應(yīng)匹配。 c. 應(yīng)考慮工藝上的合理性。 d. 要注意生產(chǎn)上的經(jīng)濟(jì)性。 ② 主 副控制器控制規(guī)律的選擇。 ③ 控制器的正 反作用的確定。 ④ 控制器防止積分飽和的措施。 ⑤ 流量副回路中開(kāi)方器的引入。 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 14 前饋控系統(tǒng) 前饋控制系統(tǒng)的概念： 前饋控制系統(tǒng)就是一種直接根據(jù)所生產(chǎn)被控變量參數(shù)變化的原因進(jìn)行控制的系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)上是一種抗擾動(dòng)進(jìn)行的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)方式，它通過(guò)前饋調(diào)節(jié)器來(lái)補(bǔ)償擾動(dòng)對(duì)被控參數(shù)的影響。使作用在系統(tǒng)上的一個(gè)或幾個(gè)主要的擾動(dòng)與被控參數(shù)完全無(wú)關(guān)或部分無(wú)關(guān)，從而達(dá)到系統(tǒng)提高控制精度的目的。 所謂可測(cè)，主要是指擾動(dòng)可直接測(cè)量，也不排斥可間接測(cè)量的，擾動(dòng)不可測(cè)量，前饋無(wú)法實(shí)施。 所謂顯著，不在乎擾動(dòng)本身的大小，而是指擾動(dòng)對(duì)控制變量的數(shù)值有顯著的影響。 所謂頻繁，是指擾動(dòng)出現(xiàn)的次數(shù)較多。 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn) ： ① 前饋控制是一種開(kāi)環(huán)控制。 ② 前饋調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是由對(duì)象特性決定的。 ③ 前饋控制是一種按擾動(dòng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制。 ④ 前饋控制只能克服那個(gè)可測(cè)而不可控的擾動(dòng)量。 前饋控制系統(tǒng)的分類： 依據(jù)是否引入反饋控制以及兩者相結(jié)合的方式，我們通常將前饋控制系統(tǒng)可分為三類： ① 單純的前饋控制系統(tǒng)。 ② 前饋與反饋控制相結(jié)合的系統(tǒng)，前饋控制作用與反饋?zhàn)饔孟喑恕? ③ 前饋與反饋控制相結(jié)合的系統(tǒng)，前饋控制作用與反饋?zhàn)饔孟嗉?。（代?shù)和）我們通常將前饋控制與反饋控制（如圖 ）相結(jié)合起來(lái)，其優(yōu)點(diǎn)如下： a. 在前饋控制的基礎(chǔ)上設(shè)置反饋控 制，可以大大簡(jiǎn)化前饋控制系統(tǒng)，只須對(duì)影響被控參數(shù)最顯著的干擾進(jìn)行補(bǔ)償，而對(duì)其他許多次要的干擾，可依靠反饋予以克服，這樣既保證了精度，又簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。 b. 由于反饋回路的存在，降低了讀前饋控制算式精度的要求。由于對(duì)前饋控制精度的要求降低，為工程上實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單的控制創(chuàng)造了條件。 c. 在反饋系統(tǒng)中，提高反饋控制的精度與系統(tǒng)的穩(wěn)定性有矛盾，往往為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而不能實(shí)現(xiàn)高精度的控制。而前饋 — 反饋控制則能實(shí)現(xiàn)高精度的控制，穩(wěn)定性好和控制及時(shí)的作用。 d. 由于反饋控制的存在，提高了前饋控制模型的適應(yīng)性。 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 15 圖 前饋 反 饋控制系統(tǒng)方框圖 在實(shí)際工作中，如果對(duì)象的主要干擾頻繁而又劇烈，而生產(chǎn)過(guò)程對(duì)被控參數(shù)的控制精 度 要 求 又 很 高 ， 這 時(shí) 則 可 采 用 前 饋 — 串 級(jí) 控 制 （ 如 圖 ）?？刂谱饔脭_動(dòng)作用 這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能同時(shí)克服進(jìn)入前饋回路和進(jìn)入串級(jí)副回路的干擾對(duì)被控參數(shù)的影響。此外，由于前饋算式的輸出不直接加在調(diào)節(jié)閥上而作為副控制器的給定值，這樣便降低了對(duì)閥門特性的要求。實(shí)踐證明，這種前饋 — 串級(jí)控制系統(tǒng)可以獲得很高的控制精度，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 中常被采用。 另外，在控制過(guò)程中，我們還利用前饋控制過(guò)程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償過(guò)程的曲線如下圖所示。通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的補(bǔ)償，則可大大提高系統(tǒng)的性能。 圖 前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償曲線 圖 前饋 — 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 16第四章 工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC 系統(tǒng)的控制 在鍋爐的燃燒過(guò)程中 ,由于空氣和燃燒之間有著一定的比值關(guān)系 ,既有一定的燃燒則就需要一定的空氣 ,還有煙道中空氣過(guò)剩系統(tǒng) ,即空氣 (煙囪中 )氧氣的含量等等 ,都影響著鍋爐的燃燒 ,如果燃燒不當(dāng) ,不但會(huì)污染空氣 ,而且會(huì)可能危及到工作人員的人身安全 .所以我們就想用一套有著精確控制功能的控制系統(tǒng) ,因此便有了工作鍋爐的微機(jī) DDC控制系統(tǒng) . 直接數(shù)字控制 DDC 系統(tǒng) 直接數(shù)字控制 DDC 系統(tǒng)（ Direct Digigtal Control）是工業(yè)生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中用得做廣泛的一種系統(tǒng)應(yīng)用形式 .這類系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)除了經(jīng)過(guò)輸入通道對(duì)多個(gè)工業(yè)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)采集外 ,它不容代替模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的模擬調(diào)節(jié)器 ,按預(yù)定的調(diào)節(jié)規(guī)定進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算 ,然后將運(yùn)算結(jié)果通過(guò)過(guò)程輸出通道輸出并作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu) ,以實(shí)現(xiàn)多回路調(diào)節(jié)的目的。 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件組 成原理框圖如圖 ,系統(tǒng)中除了輸入和輸出通道外 ,一般還有一個(gè)功能較強(qiáng)的控制操縱臺(tái) ,在操縱臺(tái)上可調(diào)整被控參數(shù)的給定值、顯示或打印采樣值、聲光報(bào)警裝置也在操縱臺(tái)上如圖 。 圖 直接數(shù)字控制系統(tǒng)硬件組成圖 設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 17 由直接數(shù)字控制系統(tǒng)方框圖 (圖 ),先由測(cè)量變送器測(cè)取工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù) ,經(jīng)過(guò)輸入接口轉(zhuǎn)換成數(shù)字量作為計(jì)算機(jī)的輸入信號(hào) ,計(jì)算機(jī)根據(jù)確定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算 ,并發(fā)出信號(hào) ,再以輸出接口轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器 . DDC系統(tǒng)不僅可對(duì)一個(gè)回路進(jìn)行控制 ,而且通過(guò)采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)回路的控制 .另外 ,DDC系統(tǒng)只要改變程 序還能實(shí)現(xiàn)串級(jí) ,前饋等復(fù)雜的控制 ,直接數(shù)字控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的 PLD(比例、積分、微分 )調(diào)節(jié) ,也可實(shí)現(xiàn)其它復(fù)雜或先進(jìn)的調(diào)節(jié)規(guī)律 ,調(diào)節(jié)規(guī)律的改變只需控制軟件 .不同的是硬件部分除按需適當(dāng)增減通道的數(shù)量外 ,一般不需作大的變動(dòng) ,所以使用比較靈活 ,DDC系統(tǒng)是一個(gè)“在線”的時(shí)實(shí)的半環(huán)控制系統(tǒng)。 微機(jī) DDC 系統(tǒng)的時(shí)間散性 : 微機(jī) DDC系統(tǒng)結(jié)生產(chǎn)過(guò)程的有關(guān)參量進(jìn)行控制時(shí) ,是以定時(shí)采樣和階段控制來(lái)代替常規(guī)儀表的連續(xù)則是和連續(xù)控制的。因此 ,確定合適的采樣周期和 A/D、 D/A、轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)是提高系統(tǒng)控制精確 ,減少轉(zhuǎn)換誤差的關(guān)鍵 。 微機(jī) DDC 系統(tǒng)的分時(shí)控制方式 : 一臺(tái)微機(jī) DDC 系統(tǒng)要控制多個(gè)回路 .在每一個(gè)回路 ,微機(jī)要完成 (1)采樣和 A／ D 轉(zhuǎn)換 ,(2)運(yùn)算 ,(3)輸出控制信號(hào) 3 個(gè)部分的工作 ,所以投機(jī)控制每一個(gè)回路需要的時(shí)間應(yīng)為這三個(gè)部分所花費(fèi)時(shí)間之和 .為此 ,微機(jī) DDC 采用了“分時(shí)”控制的方法 ,即將某一回路的采樣和 A／ D轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、輸出控制三部分的時(shí)間前后回路錯(cuò)開(kāi) ,放在不同的控制時(shí)間里 .這樣 ,既保證了控制過(guò)程的正常進(jìn)行 ,又能充分利用系統(tǒng)中的各種設(shè)備 ,大大提高了效率 . 微機(jī) DDC 系統(tǒng)的人機(jī)交換 : 計(jì)算機(jī)控 制系統(tǒng)的人機(jī)交往有時(shí)也稱“人機(jī)對(duì)話”或“人機(jī)通訊” ,這是一種微機(jī)控制系統(tǒng)必須具備的溝通操作者和微機(jī)互相聯(lián)系的功能 .操作者要通過(guò)鍵盤、按鈕、開(kāi)關(guān)等器件向微機(jī)控制系統(tǒng)送入控制意圖 ,微機(jī)控制系統(tǒng)則通過(guò)顯示屏、打印機(jī)、各種指示燈向操縱者送出有關(guān)信息 .一般的微機(jī) DDC系統(tǒng)除了普通的各種指示燈裝置外 ,還都通過(guò)相應(yīng)借口連接有以 CRT顯示屏、打印機(jī)、控制鍵盤、越限報(bào)警裝置等 ,有些可靠要求較高的微機(jī) DDC系統(tǒng)還配有自動(dòng)︱手動(dòng)切換裝置或雙機(jī)控制切換裝置 . 微機(jī) DDC 系統(tǒng)的控制規(guī)律 : 控制規(guī)律是一個(gè)控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的 關(guān)鍵 .根據(jù)控制規(guī)律制定的控制算法 ,是微機(jī)DDC系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)對(duì)象實(shí)行控制的運(yùn)算依據(jù)。隨著控制理論和微機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展，傳統(tǒng)的 DDC系統(tǒng)功能也不斷擴(kuò)大 ,相應(yīng)的控制規(guī)律和控制算式不斷出現(xiàn) .根據(jù)控制對(duì)象的不同 ,目前的微機(jī) DDC控制方式 ,有簡(jiǎn)單 ,有復(fù)雜 ,從單參數(shù)的定值控制到多參數(shù)的相關(guān)控制 ,以至最優(yōu)最佳控制等等，其控制功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了早期的 PID控制范圍 ,盡管如此 ,PID控制的一些基本理論仍然是分析 DDC系統(tǒng)控制規(guī)律的基礎(chǔ) ,PID控制規(guī)律仍然在相當(dāng)多生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用并能得到較為滿意的效果 ,所以直到現(xiàn)在 ,PID仍是一中最基本 的控制規(guī)律 . 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化的提高 ,較簡(jiǎn)單的單回路參量的 PID 閉環(huán)已不能滿足更高要求系統(tǒng)需要，所以，在微機(jī) DDC系統(tǒng)中常用到多參量控制如串級(jí)控制、比值控設(shè)計(jì)題目：工業(yè)鍋爐微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 18制、選擇性控制、前饋控制等控制方式。 工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC 控制工作原理 現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成 號(hào)，通過(guò)有關(guān)端子輸入計(jì)算機(jī) A/D板，或電阻信號(hào)通過(guò)電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換板與其它現(xiàn)場(chǎng)毫伏信號(hào)進(jìn)入信號(hào)調(diào)理板，再輸入 A/D板，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后以實(shí)際工程量屏幕顯示氣包水位、蒸汽壓力 ?? 等 影響工業(yè)鍋爐運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性的主要參數(shù)以及給水調(diào)節(jié)閥位、給煤機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信號(hào)，這些信號(hào)用來(lái)控制、打印制表、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、經(jīng)濟(jì)量累積核算等。對(duì)工業(yè)鍋爐主要參數(shù)進(jìn)行直接控制是微機(jī) DDC控制的主要功能之一。以一般