【正文】 完成模擬濾波器類似功能，在實際使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中越來越廣泛。（2）軟件陷阱：這是控制程序跑飛。當(dāng) PC 失控，造成程序“亂飛”而不斷進入非程序區(qū)，只要在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，使程序進入陷阱，然后強使程序進入初始狀態(tài)。(3)設(shè)置監(jiān)視跟蹤定時器。使用定時中斷來監(jiān)視程序運行狀態(tài)。定時器定時時間稍大于主程序運行時間。而在主程序運行期間，執(zhí)行一次定時器時間常數(shù)刷新操作。這樣，正常運行時，不會定時中斷。當(dāng)程序失常時，導(dǎo)致定時中斷，利用定時中斷程序就可以復(fù)位。 鍋爐的給水控制給水自動調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水流量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，以維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。給水自動調(diào)節(jié)的另一個任務(wù)是保持給水穩(wěn)定。在整個控制回路中要全面考慮這兩方面的任務(wù)。在控制回路中被調(diào)參數(shù)是汽包水位（H），調(diào)節(jié)機構(gòu)是給水調(diào)解閥，調(diào)節(jié)量是給水流量（W）。對汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動的因素有蒸發(fā)量D、爐膛熱負(fù)荷（燃料量M），給水量（W）。蒸發(fā)量D擾動作用下水位對象的動態(tài)特性。當(dāng)給水流量不變，蒸發(fā)量忽然增加△D時，如果只從物質(zhì)不平衡角度來看，則反映曲線如圖39(a)中的H1(t)所示，但由于蒸發(fā)量增加時，汽包容積增加，水位將上升，水位的反映曲線如圖31 (a)中的H2(t) 所示。H1(t)和H2(t)相結(jié)合，實際的水位階躍反應(yīng)曲線如圖31 (a)中的H(t)所示。 爐膛負(fù)荷擾動（燃料量M擾動）時水位對象的動態(tài)特性。燃料量增加△M時，蒸發(fā)量大于給水量，水位下降。但開始是由于有虛假水位存在，水位線上升，然后再下降。如圖39(b)中所示。給水流量（W）擾動時的水位對象的動態(tài)特性。當(dāng)蒸發(fā)量不變，而給水量階躍擾動時。汽包水位如圖39(c)所示。在開始階段。由于剛進入得水水溫較低。使汽水混合物中的汽泡吞吐量減少。水位下降，如圖39(c)中的H1(t)所示。而H2(t)反映了物質(zhì)不平衡引起的水位變化，H1(t)和H2(t)相加得到了總的給水量擾動的階躍反應(yīng)曲線H(t)圖39 汽泡給水控制回路動態(tài)特性圖由于給水調(diào)節(jié)對象沒有自平衡能力，又存在滯后。因此在一般鍋爐控制系統(tǒng)中汽包液位回路采用閉環(huán)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所謂三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是把給水流量W，汽包水位H，蒸汽流量D三個變量通過運算后調(diào)節(jié)給水閥的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。具體調(diào)節(jié)過程方框圖如圖310所示。 圖310 調(diào)節(jié)過程方框圖先通過蒸汽流量變送器和給水流量變送器取得各自的信號乘以相應(yīng)的比例系數(shù)，通過比例系數(shù)可以調(diào)節(jié)蒸汽流量或給水流量對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響力度。通過差壓變送器取得水位信號作為主調(diào)節(jié)信號H。如果水位設(shè)定值為G，那么在平衡條件下應(yīng)有D*DkW*Wk+HG=0的關(guān)系式存在。其中Dk為蒸汽流量系數(shù) Wk為給水流量系數(shù)。如果再設(shè)定時，保證在穩(wěn)態(tài)下D*Dk=W*Wk那么就可以得到H=G。此時調(diào)節(jié)器的輸出就與符合對應(yīng)，給水閥停在某一位置上。若有一個或多個信號發(fā)生變化，平衡狀態(tài)被破壞，PI調(diào)節(jié)模塊的輸出必將發(fā)生變化。當(dāng)水位升高了，則調(diào)節(jié)模塊的輸出信號就減小，使得給水調(diào)節(jié)閥關(guān)小。反之，當(dāng)水位降低時，調(diào)節(jié)模塊的輸出值增大，使給水閥開大。實踐證明三沖量給水單極自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)能保持水位穩(wěn)定，且給水調(diào)節(jié)閥動作平穩(wěn)。 鍋爐給水系統(tǒng)中還有一個比較重要的控制回路是給水壓力回路，因為汽包內(nèi)壓力較高，要給鍋爐補水必須提供更高的壓力，給水壓力回路的作用是提高水壓，使水能夠正常注入汽包。但在蒸汽流量未達到滿負(fù)荷時，對給水流量的要求也不高。在老式的鍋爐系統(tǒng)中一般采用給水泵一直以工頻方式運轉(zhuǎn)，用回流閥降低水壓防止爆管，現(xiàn)在一般采用通過變頻器恒壓供水的方式控制水壓。 燃燒器的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的選擇雖然與燃燒的種類和供給系統(tǒng)、燃燒方式以及鍋爐與負(fù)荷的聯(lián)結(jié)方式都有關(guān)系，但是燃燒過程自動調(diào)節(jié)的任務(wù)都是一樣的。歸納起來，燃燒過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)有三大任務(wù)：（1）維持汽壓恒定。汽壓的變化表示鍋爐蒸汽量和負(fù)荷的耗汽量不相適應(yīng)，必須相應(yīng)地改變?nèi)剂狭?，以改變鍋爐的蒸汽量。（2）保證燃燒過程的經(jīng)濟性。當(dāng)燃料量改變時，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使它與燃料量相配合，保證燃燒過程有較高的經(jīng)濟性。（3）調(diào)節(jié)引風(fēng)量與送風(fēng)量相配合，以保證爐膛壓力不變。燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般有三個被調(diào)參數(shù)，汽壓p、煙氣含氧量a和爐膛負(fù)壓pt。一般有3個調(diào)節(jié)量，他們是燃料量M，送風(fēng)量F和引風(fēng)量Y。燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)對象對于燃料量，根據(jù)燃料種類的不同可能是爐排電機，也可能是燃料閥。對于送風(fēng)量和引風(fēng)量一般是擋板執(zhí)行機構(gòu)或變頻器。燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個多參數(shù)變量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常把它簡化成互相聯(lián)系，密切配合但又相對獨立的3個單變量系統(tǒng)來實現(xiàn)。為便于分析，下面我們按3個系統(tǒng)來分別分析。這三個系統(tǒng)分別是以燃料量維持鍋爐壓力恒定的蒸汽壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以送風(fēng)量維持鍋爐經(jīng)濟燃燒的送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以引風(fēng)量維持爐膛負(fù)壓穩(wěn)定的爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)[21]。 蒸汽壓力調(diào)節(jié)對象的特性引起蒸汽壓力變化的主要原因是燃料量和用汽負(fù)荷發(fā)生變化。其動態(tài)特性如下。 燃料量擾動下的汽壓變化特性 。在用汽負(fù)荷不變的情況下，如鍋爐燃料量(B)發(fā)生△B的階躍擾動，此時汽壓的飛升曲線如圖311(a)所示。此時對象沒有自平衡能力，具有較大的遲滯和慣性。但如果鍋爐出口的用汽閥門開度不變，那么由于汽壓因燃料量擾動而發(fā)生變化時，蒸汽流量也將發(fā)生變化。由于汽壓變化時，蒸汽流量增大自發(fā)地限制了汽壓的變化，因此對象有平衡能力。此時汽壓的飛升曲線如圖311(b)所示。 用汽負(fù)荷擾動下的汽壓變化特性。負(fù)荷階躍擾動下，汽壓變化的動態(tài)特性也有下列兩種情況：當(dāng)用汽閥門階躍擾動時，對象表現(xiàn)出具有自平衡能力，沒有延遲，但有較大的慣性，并有一個與閥門變化成比例的啟始飛躍，飛升曲線如圖311(c)所示；當(dāng)用汽量階躍擾動時，其飛升曲線如圖311(d)所示，此時對象沒有自平衡能力，如果不及時增加進入鍋爐的燃料量，那么，汽壓將一直下降。圖311 氣壓調(diào)節(jié)對象第4章 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計在本設(shè)計中，采用匯編語言來編制程序，為了使程序的組裝、調(diào)試及控制系統(tǒng)方案的變更方便，也為了能夠推廣到其它過程控制對象，程序設(shè)計中采用了模塊化的結(jié)構(gòu)形式、各功能模塊以子程序形式出現(xiàn)。在程序中，數(shù)的表示均采用補碼形式。階碼、尾數(shù)是兩字節(jié)。最高兩位為符號位，這樣可節(jié)省內(nèi)存，減少程序執(zhí)行時間。在本設(shè)計中無論何種參數(shù)，控制周期都統(tǒng)一為1秒。 系統(tǒng)主程序在控制系統(tǒng)中，主程序設(shè)計是比較簡單的，其程序流程圖如圖41所示。 系統(tǒng)中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序是工業(yè)鍋爐微機控制系統(tǒng)軟件中的一個最重要部分，中斷服務(wù)程序中包括各種控制算法子程序、采樣濾波子程序等。其中三個控制系統(tǒng)在中斷服務(wù)程序中是分別運算的。即先進行水位控制，再進行燃燒控制，最后進行爐膛負(fù)壓控制。中斷服務(wù)各程序流程圖如圖42所示。 系統(tǒng)其他子程序一、PID 控制算法軟件設(shè)計本設(shè)計 PID控制算法為增量式運算，位置式輸出。采用變參數(shù)積分分離和微分先行方式，具有抗積分飽和功能。并根據(jù)輸入的控制字確定正反作用方式：是否積分分離、是否微分先行等。還有一些參數(shù)在線修改時，要把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進制，這些由參數(shù)轉(zhuǎn)換子程序來完成。PID 運算程序流程圖如圖43所示。二、水位超限報警子程序程序流程圖如圖44所示。圖41 主程序流程圖圖42 中斷服務(wù)程序流程圖圖43 PID 運算程序流程圖圖44 水位報警程序流程圖 主程序清單主程序由匯編語言編寫，實現(xiàn)了對鍋爐的實時控制。以及限位報警功能。具有實時監(jiān)控。反應(yīng)快，動作快等優(yōu)點。符合設(shè)計要求。詳細清單請見附錄。第5章 燃油鍋爐控制系統(tǒng)性能分析 MATLAB環(huán)境下控制算法研究 系統(tǒng)辨識(1)燃燒爐蒸汽壓力控制和燃料空氣比值控制燃燒流量被控對象為： (式51) 燃料流量至蒸汽壓力關(guān)系為： (式52)蒸汽壓力至燃料流量關(guān)系為: (式53)蒸汽壓力至燃料流量關(guān)系為： (式54)燃料流量檢測變換系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為： (式55)燃料流量與控制流量比值為： (式56)空氣流量被控對象為: (式57)(2)爐膛負(fù)壓控制引風(fēng)量與負(fù)壓關(guān)系： (式58) 送風(fēng)量對負(fù)壓的干擾為： (式59) 控制系統(tǒng)參數(shù)整定(1)燃燒控制系統(tǒng)為使系統(tǒng)無靜差，燃燒流量調(diào)節(jié)器采用PI形式，即：　　　　　　　　　　　　　　　 (式510)其中，參數(shù)Kp和Ki采用穩(wěn)定邊界法整定。先讓Ki=0，調(diào)整Kp使系統(tǒng)等幅振蕩，即系統(tǒng)臨界穩(wěn)定狀態(tài)。系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖及其振蕩響應(yīng)如圖51所示：圖51 系統(tǒng)臨界振蕩仿真框圖圖52 系統(tǒng)臨界振蕩響應(yīng)記錄此時的振蕩周期Tcr=11s和比例參數(shù)Kcr=,則Kp=Kcr/=，Ki=Kp/()=在Kp=，Ki=，對PI參數(shù)進一步整定，燃料流量閉環(huán)控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真框圖如下所示，系統(tǒng)響應(yīng)如圖52所示，可見系統(tǒng)有約10%的超調(diào)量。其中PI模塊的結(jié)構(gòu)如圖53所示。調(diào)節(jié)Kp=，Ki=，燃料流量閉環(huán)控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真框圖如圖54所示。53 PI模塊結(jié)構(gòu)54 燃料流量閉環(huán)控制系統(tǒng)單位階躍輸入的仿真框圖 控制系統(tǒng)SIMLINK仿真(1)無干擾仿真利用各整定參數(shù)對控制系統(tǒng)進行仿真，框圖如55所示。圖55 控制系統(tǒng)仿真框圖(2)有擾動仿真系統(tǒng)在三個部分中均加入了幅值177。系統(tǒng)仿真圖如圖56所示。圖517 有擾動系統(tǒng)仿真圖結(jié) 論本文以一臺燃油鍋爐為對象，設(shè)計出了一套具有普遍可行性的燃燒控制系統(tǒng)，它共分為三個子系統(tǒng)：蒸汽壓力控制系統(tǒng)，燃料空氣比值系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)，本文分別對其做了論證和分析。同時，選擇了MATLAB中的SIMULINK工具箱對整個系統(tǒng)進行仿真。在仿真階段，采用的控制方法是采用MCS51系列單片機8031為核心的PID控制，最終都使波形達到了穩(wěn)定狀態(tài)。仿真中分了有擾動和無擾動兩種不同的情況進行，擾動為幅值177。，可以看到在有擾動的情況下，穩(wěn)定性變差。但Tp,Ts和超調(diào)量均無明顯變化。系統(tǒng)基本符合要求。燃油鍋爐和鍋爐燃燒控制系統(tǒng)都是現(xiàn)代工業(yè)中最常用的設(shè)備，目前的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，鑒于設(shè)備和時間的限制，作者未能有機會用真正的設(shè)備來進行控制系統(tǒng)的研究，僅是通過仿真得出了一些理想狀態(tài)的數(shù)據(jù)，而在實際的生產(chǎn)中，還有許多需要考慮的因素，在這樣的系統(tǒng)中，還有許多的地方值得去改良，從而達到提高燃料使用效率，減少污染，提高經(jīng)濟效益的目的，這還需要進一步的大力研究。致 謝2012年六月一日是多么幸福的日子。這一天不單單是兒童節(jié)。這一天畢業(yè)設(shè)計終于要接近尾聲了。我仿佛勝利的曙光。在這幾個月當(dāng)中。為了畢業(yè)設(shè)計我?guī)缀醢汛髮W(xué)四年的知識又學(xué)了一遍。雖然畢業(yè)設(shè)計很枯燥，很繁瑣。但是我要感謝這次畢業(yè)設(shè)計。通過這次的畢業(yè)設(shè)計我不但對專業(yè)知識有所掌握，更對其他相關(guān)的知識有了更深了解。更重要的是我在分析問題解決問題時不再像以前那樣盲目了。總而言之畢業(yè)設(shè)計教會了我許多。讓我領(lǐng)悟了許多人生的真諦。其中最重要的那就是只要有恒心有毅力不怕困難。做什么事都會迎刃而解。這次畢業(yè)設(shè)計之所以能夠圓滿成功。當(dāng)然不是我一個人的功勞。我要感謝幫助過我的老師跟同學(xué)。尤其是我的指導(dǎo)老師盧秀和老師。身為教授的他。每天肯定都有很多事情等著他處理。但是在百忙之中每周都能抽出時間來對我進行指導(dǎo)。我自認(rèn)資質(zhì)不佳。在設(shè)計的途中成精數(shù)次想要放棄。是盧老師不厭其煩的鼓勵我。認(rèn)可我。是從來都不自信的我感受到了溫暖。讓我提高了自信心。在這里我對他表示由衷的感謝。在設(shè)計過程中也請教了許多的同學(xué)，在這里也一并表示感謝。由于本人水平有限，難免有一些不足，希望各位老師多多指教。參 考 文 獻