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小型燃油采暖鍋爐電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-資料下載頁(yè)

2025-06-28 17:39本頁(yè)面
  

【正文】 完成模擬濾波器類似功能,在實(shí)際使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中越來(lái)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(jìn)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(jìn)入陷阱,然后強(qiáng)使程序進(jìn)入初始狀態(tài)。(3)設(shè)置監(jiān)視跟蹤定時(shí)器。使用定時(shí)中斷來(lái)監(jiān)視程序運(yùn)行狀態(tài)。定時(shí)器定時(shí)時(shí)間稍大于主程序運(yùn)行時(shí)間。而在主程序運(yùn)行期間,執(zhí)行一次定時(shí)器時(shí)間常數(shù)刷新操作。這樣,正常運(yùn)行時(shí),不會(huì)定時(shí)中斷。當(dāng)程序失常時(shí),導(dǎo)致定時(shí)中斷,利用定時(shí)中斷程序就可以復(fù)位。 鍋爐的給水控制給水自動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)的另一個(gè)任務(wù)是保持給水穩(wěn)定。在整個(gè)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(jī)構(gòu)是給水調(diào)解閥,調(diào)節(jié)量是給水流量(W)。對(duì)汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生擾動(dòng)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(dòng)作用下水位對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)給水流量不變,蒸發(fā)量忽然增加△D時(shí),如果只從物質(zhì)不平衡角度來(lái)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(shí),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(shí)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(dòng)(燃料量M擾動(dòng))時(shí)水位對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。燃料量增加△M時(shí),蒸發(fā)量大于給水量,水位下降。但開(kāi)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(dòng)時(shí)的水位對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)蒸發(fā)量不變,而給水量階躍擾動(dòng)時(shí)。汽包水位如圖39(c)所示。在開(kāi)始階段。由于剛進(jìn)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(dòng)的階躍反應(yīng)曲線H(t)圖39 汽泡給水控制回路動(dòng)態(tài)特性圖由于給水調(diào)節(jié)對(duì)象沒(méi)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(gè)變量通過(guò)運(yùn)算后調(diào)節(jié)給水閥的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。具體調(diào)節(jié)過(guò)程方框圖如圖310所示。 圖310 調(diào)節(jié)過(guò)程方框圖先通過(guò)蒸汽流量變送器和給水流量變送器取得各自的信號(hào)乘以相應(yīng)的比例系數(shù),通過(guò)比例系數(shù)可以調(diào)節(jié)蒸汽流量或給水流量對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響力度。通過(guò)差壓變送器取得水位信號(hào)作為主調(diào)節(jié)信號(hào)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(shí),保證在穩(wěn)態(tài)下D*Dk=W*Wk那么就可以得到H=G。此時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出就與符合對(duì)應(yīng),給水閥停在某一位置上。若有一個(gè)或多個(gè)信號(hào)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(hào)就減小,使得給水調(diào)節(jié)閥關(guān)小。反之,當(dāng)水位降低時(shí),調(diào)節(jié)模塊的輸出值增大,使給水閥開(kāi)大。實(shí)踐證明三沖量給水單極自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)能保持水位穩(wěn)定,且給水調(diào)節(jié)閥動(dòng)作平穩(wěn)。 鍋爐給水系統(tǒng)中還有一個(gè)比較重要的控制回路是給水壓力回路,因?yàn)槠鼉?nèi)壓力較高,要給鍋爐補(bǔ)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(dá)到滿負(fù)荷時(shí),對(duì)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(yùn)轉(zhuǎn),用回流閥降低水壓防止爆管,現(xiàn)在一般采用通過(guò)變頻器恒壓供水的方式控制水壓。 燃燒器的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)燃燒過(guò)程自動(dòng)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(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)都是一樣的。歸納起來(lái),燃燒過(guò)程自動(dòng)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)剂狭浚愿淖冨仩t的蒸汽量。(2)保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)燃料量改變時(shí),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(guò)程有較高的經(jīng)濟(jì)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(gè)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(gè)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(duì)象對(duì)于燃料量,根據(jù)燃料種類的不同可能是爐排電機(jī),也可能是燃料閥。對(duì)于送風(fēng)量和引風(fēng)量一般是擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)或變頻器。燃燒調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)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(jiǎn)化成互相聯(lián)系,密切配合但又相對(duì)獨(dú)立的3個(gè)單變量系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為便于分析,下面我們按3個(gè)系統(tǒng)來(lái)分別分析。這三個(gè)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(jì)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(duì)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(dòng)態(tài)特性如下。 燃料量擾動(dòng)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(dòng),此時(shí)汽壓的飛升曲線如圖311(a)所示。此時(shí)對(duì)象沒(méi)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(kāi)度不變,那么由于汽壓因燃料量擾動(dòng)而發(fā)生變化時(shí),蒸汽流量也將發(fā)生變化。由于汽壓變化時(shí),蒸汽流量增大自發(fā)地限制了汽壓的變化,因此對(duì)象有平衡能力。此時(shí)汽壓的飛升曲線如圖311(b)所示。 用汽負(fù)荷擾動(dòng)下的汽壓變化特性。負(fù)荷階躍擾動(dòng)下,汽壓變化的動(dòng)態(tài)特性也有下列兩種情況:當(dāng)用汽閥門階躍擾動(dòng)時(shí),對(duì)象表現(xiàn)出具有自平衡能力,沒(méi)有延遲,但有較大的慣性,并有一個(gè)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(dòng)時(shí),其飛升曲線如圖311(d)所示,此時(shí)對(duì)象沒(méi)有自平衡能力,如果不及時(shí)增加進(jìn)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(duì)象 第4章 燃油鍋爐控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中,采用匯編語(yǔ)言來(lái)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(guò)程控制對(duì)象,程序設(shè)計(jì)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(bǔ)碼形式。階碼、尾數(shù)是兩字節(jié)。最高兩位為符號(hào)位,這樣可節(jié)省內(nèi)存,減少程序執(zhí)行時(shí)間。在本設(shè)計(jì)中無(wú)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(jì)是比較簡(jiǎn)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(jī)控制系統(tǒng)軟件中的一個(gè)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(gè)控制系統(tǒng)在中斷服務(wù)程序中是分別運(yùn)算的。即先進(jìn)行水位控制,再進(jìn)行燃燒控制,最后進(jìn)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(jì)本設(shè)計(jì) PID控制算法為增量式運(yùn)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(shí),要把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制,這些由參數(shù)轉(zhuǎn)換子程序來(lái)完成。PID 運(yùn)算程序流程圖如圖43所示。二、水位超限報(bào)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(yùn)算程序流程圖 圖44 水位報(bào)警程序流程圖 主程序清單主程序由匯編語(yǔ)言編寫,實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍋爐的實(shí)時(shí)控制。以及限位報(bào)警功能。具有實(shí)時(shí)監(jiān)控。反應(yīng)快,動(dòng)作快等優(yōu)點(diǎn)。符合設(shè)計(jì)要求。詳細(xì)清單請(qǐng)見(jiàn)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(shí)(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(duì)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(cè)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(duì)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(duì)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(wú)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(shí)的振蕩周期Tcr=11s和比例參數(shù)Kcr=,則Kp=Kcr/=,Ki=Kp/()=在Kp=,Ki=,對(duì)PI參數(shù)進(jìn)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(jiàn)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(wú)干擾仿真利用各整定參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,框圖如55所示。圖55 控制系統(tǒng)仿真框圖 (2)有擾動(dòng)仿真系統(tǒng)在三個(gè)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(dòng)系統(tǒng)仿真圖 結(jié) 論本文以一臺(tái)燃油鍋爐為對(duì)象,設(shè)計(jì)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(gè)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(duì)其做了論證和分析。同時(shí),選擇了MATLAB中的SIMULINK工具箱對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。在仿真階段,采用的控制方法是采用MCS51系列單片機(jī)8031為核心的PID控制,最終都使波形達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。仿真中分了有擾動(dòng)和無(wú)擾動(dòng)兩種不同的情況進(jìn)行,擾動(dòng)為幅值177。,可以看到在有擾動(dòng)的情況下,穩(wěn)定性變差。但Tp,Ts和超調(diào)量均無(wú)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(shí)間的限制,作者未能有機(jī)會(huì)用真正的設(shè)備來(lái)進(jìn)行控制系統(tǒng)的研究,僅是通過(guò)仿真得出了一些理想狀態(tài)的數(shù)據(jù),而在實(shí)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(dá)到提高燃料使用效率,減少污染,提高經(jīng)濟(jì)效益的目的,這還需要進(jìn)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(jì)終于要接近尾聲了。我仿佛勝利的曙光。在這幾個(gè)月當(dāng)中。為了畢業(yè)設(shè)計(jì)我?guī)缀醢汛髮W(xué)四年的知識(shí)又學(xué)了一遍。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)很枯燥,很繁瑣。但是我要感謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)我不但對(duì)專業(yè)知識(shí)有所掌握,更對(duì)其他相關(guān)的知識(shí)有了更深了解。更重要的是我在分析問(wèn)題解決問(wèn)題時(shí)不再像以前那樣盲目了??偠灾厴I(yè)設(shè)計(jì)教會(huì)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(huì)迎刃而解。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)之所以能夠圓滿成功。當(dāng)然不是我一個(gè)人的功勞。我要感謝幫助過(guò)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(shí)間來(lái)對(duì)我進(jìn)行指導(dǎo)。我自認(rèn)資質(zhì)不佳。在設(shè)計(jì)的途中成精數(shù)次想要放棄。是盧老師不厭其煩的鼓勵(lì)我。認(rèn)可我。是從來(lái)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(duì)他表示由衷的感謝。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也請(qǐng)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(xiàn)
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