【文章內(nèi)容簡介】 用。第二種是 16 位 STD 總線工業(yè)控制機(jī)為主機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)，由于其性能價格比較高，所以國內(nèi)用的較多，微機(jī)內(nèi)部一般采用總線式模塊結(jié)構(gòu)，組態(tài)靈活，維修方便，STD總線結(jié)構(gòu)很適于工業(yè)環(huán)境，按測量參數(shù)的多少和控制回路的數(shù)目選配相應(yīng)的模板，在操作上，考慮到現(xiàn)場人員的技術(shù)水平，對開機(jī)操作，控制目標(biāo)，控制參數(shù)的修改，手/自動切換等設(shè)置了最簡便的操作。第三種是智能儀表控制，以單（雙）回路可編程控制器為主，以 PC 機(jī)為上位機(jī)，彼此間采用 RS232 相連，它可以接受多路模擬量及開關(guān)量輸入，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算、控制、通信及故障診斷功能，出于危險分散的考慮，它雖有若干路模擬量及開關(guān)量輸入，但只有一（二）路采用 4～20mA 直接信號輸出，即原則上只控制一（二）個執(zhí)行器，它與模擬儀表一樣，可與常規(guī)儀表混合合作，它作為集散控制系數(shù)的一部分，是現(xiàn)代自動控制、計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)最新發(fā)展產(chǎn)物。該儀表編程方式采用模塊化，容易掌握。東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)10鍋爐控制系統(tǒng)，一般有燃燒、水位等控制系統(tǒng)。燃燒控制實(shí)質(zhì)上是能量平衡系統(tǒng)，它以蒸汽壓力作為能量平衡指標(biāo)，量出而入不斷根據(jù)用汽量與壓力的變化成比例地調(diào)整燃料量與送風(fēng)量，同時保證燃料的充分燃燒及熱量的充分利用，其中保持合適的“空燃比”是一個重要因素。 “空燃比”是指燃燒中空氣量與燃燒量的比值系數(shù)。汽包水位控制系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水量平衡與否的控制指標(biāo)，通過調(diào)整進(jìn)水量的多少來達(dá)到進(jìn)出平衡，將汽包水位維持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近，以提高鍋爐的蒸發(fā)效率，保證生產(chǎn)安全。由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個設(shè)有自平衡能力的被控對象，運(yùn)行中存在虛假水位現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙重量和水位、蒸汽量、給水量三沖量的控制系統(tǒng)。爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)是使進(jìn)出爐膛的空氣量維持平衡的控制系統(tǒng)，一般以爐膛壓力作為空氣量平衡與否的控制指標(biāo)，通過調(diào)整排向大氣的引風(fēng)量達(dá)到空氣量進(jìn)出平衡，為提高控制品質(zhì)，一般以送風(fēng)量或送風(fēng)檔板開度作為前饋量構(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，目前國內(nèi)只有幾百臺鍋爐采用微機(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，該技術(shù)也在不斷完善和提高，在進(jìn)一步降低造價及鍋爐本體設(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介紹。 單回路控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，投資少，易于調(diào)整和投運(yùn)，能滿足一般生產(chǎn)過程的控制要求，尤其適用于被控對象時滯和時間常數(shù)都較小，負(fù)荷和干擾變化比較平緩，或者對被控變量要求不太高的場合。按被控要求的工藝變量來分，最常見的是溫度、壓力、流量、液位和成分五種控制系統(tǒng)。一個簡單控制系統(tǒng)方案的分析設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮以下幾個問題。首先應(yīng)分析生產(chǎn)過程中各個變量的性質(zhì)及其相應(yīng)關(guān)系，分析被控對象的特點(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)中的測量變送裝置、控制器和執(zhí)行器，建立一個較為合理的控制系統(tǒng) 。有多個控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過程，還要考慮各個控制系統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)有何影響，并按可能使每個控制系統(tǒng)對其它控制系統(tǒng)的影響為最小的原則來建立各個控制系統(tǒng)。簡單控制系統(tǒng)使復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以我們必須要掌握它。東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)11圖 31 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，F(xiàn)1 （S）……。F（N）為干擾，號，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、被控對象、測量變送單元的傳遞函數(shù)。 串級控制系統(tǒng) 定義及方框圖在多回路控制系統(tǒng)中，用兩臺控制器相串接，一個控制器的輸出作為另一個控制器的設(shè)定值，這樣的系統(tǒng)稱為串級控制系統(tǒng)。圖 32多回路控制系統(tǒng)方框圖在串級控制系統(tǒng)中，對象被分為主對象 GP1 與副對象 GP2 兩部分。他們的輸出分別稱為主被控變量 C1 和副被控變量 C2。HMHM2 分別為主，副被控變量的檢測變送單元。接收主被控變量測量值 Y1 的控制器稱為主控制器 GC1） ，接收副被控變量測量值 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東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)12通過改變單個操縱變量 Q 來滿足對主，副被控變量的某種組合所提出的要求。在任何只有單個操縱變量的系統(tǒng)中，只能有一個被控變量可以獨(dú)立設(shè)定。換句話說，在任意給定時刻，只能有一個獨(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，而對其本身一般都沒有嚴(yán)格的要求，它依賴于主控制器的輸出 U1。 串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與簡單控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng)由于在結(jié)構(gòu)上增加了一個副回路，所以具有以下幾個主要特點(diǎn)。對于進(jìn)入副回路的擾動具有較快，較強(qiáng)的克服能力。（1）改善主控制器的廣義對象的特性。對負(fù)荷和操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。（2）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。 串級控制系統(tǒng)的使用場合用于克服變化劇烈的和幅值大的干擾。（1）用于時滯大的對象。（2）用于容量滯后大的對象。（3）用于克服對象的非線性。 合理的設(shè)計(jì)串級控制系統(tǒng)，才能使它的優(yōu)越性得到發(fā)揮，一般來說，一個結(jié)構(gòu)合理的串級控制系統(tǒng)，當(dāng)擾動從副回路進(jìn)入時，其最大偏差將是簡單控制系統(tǒng)的1\10~1\100；當(dāng)擾動從主對象進(jìn)入時串級系統(tǒng)仍比簡單控制系統(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。（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）流量副回路中開方器的引入。東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)13 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)上是一種抗擾動進(jìn)行的開環(huán)控制系統(tǒng)方式，它通過前饋調(diào)節(jié)器來補(bǔ)償擾動對被控參數(shù)的影響。使作用在系統(tǒng)上的一個或幾個主要的擾動與被控參數(shù)完全無關(guān)或部分無關(guān)，從而達(dá)到系統(tǒng)提高控制精度的目的。 所謂可測，主要是指擾動可直接測量，也不排斥可間接測量的，擾動不可測量，前饋無法實(shí)施。所謂顯著，不在乎擾動本身的大小，而是指擾動對控制變量的數(shù)值有顯著的影響。所謂頻繁，是指擾動出現(xiàn)的次數(shù)較多。 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）前饋控制是一種開環(huán)控制。（2）前饋調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是由對象特性決定的。（3）前饋控制是一種按擾動量進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制。（4）前饋控制只能克服那個可測而不可控的擾動量。 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?。?）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)饔孟嗉印?（代數(shù)和）我們通常將前饋控制與反饋控制（如圖 33）相結(jié)合起來，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，可以大大簡化前饋控制系統(tǒng)，只須對影響被控參數(shù)最顯著的干擾進(jìn)行補(bǔ)償，而對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。由于對前饋控制精度的要求降低，為工程上實(shí)現(xiàn)較簡單的控制創(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)定性好和控制及時的作用。東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)14d. 由于反饋控制的存在，提高了前饋控制模型的適應(yīng)性。圖 33 前饋反饋控制系統(tǒng)方框圖圖 34 前饋—串級控制系統(tǒng)方框圖在實(shí)際工作中，如果對象的主要干擾頻繁而又劇烈，而生產(chǎn)過程對被控參數(shù)的控制精度要求又很高，這時則可采用前饋—串級控制。圖 前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償曲線東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)15 這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能同時克服進(jìn)入前饋回路和進(jìn)入串級副回路的干擾對被控參數(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，這樣便降低了對閥門特性的要求。實(shí)踐證明，這種前饋—串級控制系統(tǒng)可以獲得