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)(編輯修改稿)
2025-08-19 13:47 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(guò)程控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 — — 看作一個(gè)閉合的副回路代替了原來(lái)的一部分對(duì)象，起了改善對(duì)象特征的作用。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。 串級(jí)控制由于副環(huán)的存在，改善了對(duì)象的特性，使等效副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)減小，系統(tǒng)的工作頻率 提高。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。 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。 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(guò)程日趨強(qiáng)化，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來(lái)越高，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)已不能滿足工藝要求的情況下產(chǎn)生的。 圖 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖 由上圖可知，主控制器的輸出即副控制器的給定，而副控制器的輸出直接送往控制閥。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。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) ”。因此控制質(zhì)量?jī)?yōu)于簡(jiǎn)單控制系統(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。 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。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)。因此，串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性十分重要。 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)。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(guò)加法器立即去改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)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。 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)。一個(gè)環(huán)在里面，稱之為副環(huán)或副回路，在控制過(guò)程中起著“粗調(diào)”的作用 。一個(gè)環(huán)在外面，稱之為主環(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)量滿足工藝要求。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。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。主調(diào)節(jié)器具有自己獨(dú)立的設(shè)定值，它的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，而副調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)則送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過(guò)程。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)。 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) 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(duì)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(lái)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。 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。而前饋系統(tǒng)是按干擾進(jìn)行調(diào)節(jié)的開(kāi)環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在干擾發(fā)生后，被控變量未發(fā)生變化時(shí)，前饋控制器根據(jù)干擾幅值，變化趨勢(shì)，對(duì)操縱變量進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)補(bǔ)償干擾對(duì)被控變量的影響，使被控變量保持不變的方法。 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。 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(shū) 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。 所以前饋控制器傳函由控制通道對(duì)象特性和干擾通道對(duì)象特性決定。 串級(jí)前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng) 為克服調(diào)節(jié)閥的變差（滯環(huán)），閥前后壓差變化，引起閥和流量變化（如蒸汽壓力變化）增加一個(gè)流量付環(huán)，其目的在于通過(guò)設(shè)置副變量來(lái)提高對(duì)主變量的控制質(zhì)量，由于副回路的存在，對(duì)進(jìn)入副回路的干擾有超前控制的作用，因而減少了干擾對(duì)主變量的影響，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷改變時(shí)有一定的自適應(yīng)能力 。 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。 ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?sGsGsGsH ssGsGPCcmpcC222221 ???? ????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) 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(kāi)度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的裝置。 調(diào)節(jié)
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