【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過(guò)的材料。均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。程序清單等），文科類(lèi)論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。燃燒控制相當(dāng)重要,控制不好將造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染和效益低下。目前大部分電廠的鍋爐燃燒控制系統(tǒng)仍然采用PID控制。的測(cè)量、控制手段來(lái)保證經(jīng)濟(jì)燃燒和安全燃燒。系統(tǒng)的控制方案，然后對(duì)其控制規(guī)律及參數(shù)進(jìn)行選擇和整定。

　　

【正文】 接點(diǎn)的壓力控制器 P3C 和一個(gè)電磁三通閥。當(dāng)燃料壓力正常時(shí)， P3C 下限接點(diǎn)是斷開(kāi)的，電磁閥是失電低選器 LS 輸出直通控制閥，此時(shí)系統(tǒng)的工作情況和以上防止脫火的工作情況相同。一旦燃料壓力下降到低于下限值， P3C 下限接點(diǎn)接通，電磁閥得電，于是便切斷了低選器 LS 至控制閥的通路，并使控制閥的膜頭與大氣相通，膜頭壓力將迅速降至零，于是控制閥將關(guān)閉，以防止 ―回火 ‖產(chǎn)生。當(dāng)燃料氣管線壓力慢慢上升到正常值時(shí)， P3C 接點(diǎn)又復(fù)斷開(kāi)，電磁閥復(fù) 斷開(kāi)，一于是低選器 LS 的輸出又能直通控制閥，恢復(fù)到正常的工作狀態(tài)。 17 圖 路膛負(fù)壓與安全保護(hù)控制系統(tǒng) 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)的實(shí)施 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)控制器規(guī)律的選擇 工業(yè)用控制器常見(jiàn)的有開(kāi)關(guān)控制器、比例控制器、比例 積分控制器、比例 微分控制器、比例一積分 微分控制器。過(guò)程工業(yè)中常見(jiàn)的被控參數(shù)有溫度、壓力、液位和流量。而這些參數(shù)有些是重要的生產(chǎn)參數(shù)，有些是不太重要的參數(shù)，控制要求也是各種各樣，因此控制器規(guī)律的選擇要根據(jù)具體情況而定，但是有一些基本原則 可在選擇時(shí)加以考慮 : 18 (1)對(duì)于不太重要的參數(shù)，例如中間儲(chǔ)罐液位、熱量回收預(yù)熱系統(tǒng)等，控制一般要求不太嚴(yán)格，可考慮采用比例控制，甚至采用開(kāi)關(guān)控制 。 (2)對(duì)于不太重要的參數(shù)，但是慣性較大，又不希望動(dòng)態(tài)偏差較大，可考慮采用比例 微分控制器，但是對(duì)于系統(tǒng)噪聲較大的參數(shù)，例如流量，則不能選用比例一微分控制器 。 (3)對(duì)于氣比較重要的，控制精度要求比較高的參數(shù)，可采用比例一積分控制器 。 (4)對(duì)于比較重要的，控制精度要求比較高，希望動(dòng)態(tài)偏差較小、控制對(duì)象的時(shí)間滯后比較大的參數(shù)，應(yīng)當(dāng)采用比例一 積分一微分控制器 【 14】 。 主蒸汽壓力控制系統(tǒng)控制器規(guī)律的選擇 在該控制系統(tǒng)中，蒸汽壓力和燃料流量構(gòu)成的是串級(jí)控制系統(tǒng) :在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主、副控制器的類(lèi)型是根據(jù)控制的要求進(jìn)行選擇的。串級(jí)系統(tǒng)中主變量是生產(chǎn)上藝的主要操作指標(biāo)，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)的安全，工藝上對(duì)它的要求比較嚴(yán)格，一般來(lái)說(shuō)，主變量不允許有余差。而對(duì)副變量的要求一般都很不嚴(yán)格，允許它有波動(dòng)和有余差 【 15】 。因?yàn)楦弊兞康姆€(wěn)定并不是目的，設(shè)置副變量的目的就在于保證和提高主變量的控制質(zhì)量。在干擾作用下，為了維持主變量的不變，副變量 就要變。另外，從串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上看，主環(huán)是一個(gè)定值系統(tǒng)，主控制器起著定值控制作用。為了主變量的穩(wěn)定，主控制器必須有積分作用，因此主控制器一般選用比例 積分控制器。然而副環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，它的給定值跟 19 隨主控制器的愉出的變化而變化，為了能快速跟蹤，副控制器不帶積分，因?yàn)榉e分會(huì)使跟蹤變的緩慢。所以副控制器采用比例控制器。 燃料流量與空氣流量組成的是雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，在該閉環(huán)比值控制系統(tǒng)中，主流量是燃料流量，副流量是空氣流量。首先兩流量不僅要保持恒定的比值，而且主流量要實(shí)現(xiàn)定值控制，其結(jié)果是副流量的設(shè)定值也是 恒定的，所以兩個(gè)調(diào)節(jié)器均應(yīng)選比例 積分控制規(guī)律。 在該系統(tǒng)中，爐膛負(fù)壓是一個(gè)單純的前饋 反饋控制系統(tǒng) :反饋回路是一個(gè)簡(jiǎn)單的單回路控制系統(tǒng)，它的對(duì)象是爐膛負(fù)壓，所以該控制器可以選比例一積分控制規(guī)律，前饋控制器則直接選用具有比例作用的控制器 。安全保護(hù)控制系統(tǒng)是一個(gè)混合型選擇性控制系統(tǒng) :一般正常上作的控制器起著保證產(chǎn)品質(zhì)量的作用，因此，應(yīng)選比例積分形式，由一于該控制系統(tǒng)的對(duì)象是壓力對(duì)象，所以不考慮微分作用 。至于在非正常情況工作下的控制器，為了使它能在生產(chǎn)處于不正 常情況時(shí)迅速而及時(shí)地采取措施，以防事故的發(fā)生，其控制規(guī)律應(yīng)選窄比例式 (即比例放大倍數(shù)很大 )。選擇器的類(lèi)型可以根據(jù)生產(chǎn)處于不正常情況下、非正常情況控制器的輸出信號(hào)高、低來(lái)確定，如果在這種情況下它的輸出為高信號(hào)，則應(yīng)選高選器 。如果在這種情況下它的輸出為低信號(hào)，則應(yīng)選低選器。 20 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中控制器的正、反作用的選擇 主蒸汽壓力控制系統(tǒng)控制器正、反作用的選擇 主、副控制器正、反作用的選擇順序應(yīng)該是先副后主。副控制器的正、反作用要根據(jù)副環(huán)的具體情況決定，而與主環(huán)無(wú)關(guān)?？紤]問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)與單回路控 制系統(tǒng)相同，即為了使副回路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，對(duì)于副回路可將它視為一個(gè)放大倍數(shù)為 ―正 ‖的環(huán)節(jié)來(lái)看待，因?yàn)楦被芈肥且粋€(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)它的要求是 :副變量能快捷的跟蹤給定值。在蒸汽壓力和燃料流量構(gòu)成的串級(jí)控制系統(tǒng)中，蒸汽壓力控制器為主控制器，燃料流量控制器為副控制器，當(dāng)系統(tǒng)處于危險(xiǎn)狀況時(shí)，燃料閥應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，則閥門(mén)為氣開(kāi)閥，所以 Kv為正 。當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度增加時(shí)，燃料流量增加，所以 KO 場(chǎng)為正，變送器一直為正，故 K m 為正 。由 KvKoKmKc 為正可得 Kc 為正，所以燃料控制器 (副控制器 )為反作用控制器，這樣，只根據(jù)主對(duì)象與主 變送器放大倍數(shù)的符號(hào)就可以確定主控制器的正、反作用 。當(dāng)閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，主蒸汽壓力上升，所以瑜 K01 為正，主變送器為正， Km為正，所以 KC1 為正，故主壓力控制器 (主控制器 )為反作用控制器。同理可知空氣流量控制器也為反作用控制器。 21 、反作用的選擇 在爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)中，當(dāng)該系統(tǒng)處于危險(xiǎn)狀況時(shí)，閥門(mén)應(yīng)處于打開(kāi)狀態(tài)，則閥門(mén)為氣閉閥，所以 Kv 為負(fù) 。當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度增加時(shí)，爐膛壓力降低，所以 KO 與為負(fù) 。變送器一直為正，故 Km為正 。由 KvKoKmKc 為正可得 Kc 為負(fù)，所以爐膛壓力控制器為正 作用控制器。 在安全保護(hù)控制系統(tǒng)的防脫火控制系統(tǒng)中，閥門(mén)為氣開(kāi)閥，則 Kv為正 。變送器為正，則 Km為正。在正常情況下，該系統(tǒng)構(gòu)成的是蒸汽壓力控制系統(tǒng)，當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度增大時(shí)，蒸汽壓力增大，則 Ko 為正，所以由 KvKoKmKc 為正，可得 Kc為正，所以蒸汽壓力控制器為反作用控制器 。在非正常情況下，該系統(tǒng)構(gòu)成的是燃料氣壓力控制系統(tǒng)，當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度增大時(shí)，燃料氣壓力升高，則 K01 為正，同理可得，燃料壓力控制器也為反作用控制器 。在防回火控制系統(tǒng)中，根據(jù)同樣的方法可得該控制器也為反作用控制器。 所謂控制系統(tǒng)的目的，就是對(duì)于一個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)并安裝就緒的控制系統(tǒng)，通過(guò)控制器參數(shù) (δ、 Ti、 TD)的調(diào)整，使得系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。 由于蒸汽壓力與燃料流量構(gòu)成的控制系統(tǒng)為串級(jí)控制系統(tǒng)，串級(jí)控制系統(tǒng)的整定方法比較多，有逐步逼近法、兩步法和一步法等。整定的順序是先整副環(huán)后 22 整主環(huán)，這是它們的共同點(diǎn)。但兩步法較為費(fèi)時(shí)，所以采用一步整定法。所謂一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)將副控制器參數(shù)一次放好，不再變動(dòng)，然后按一般單回路系統(tǒng)的方法，直接整定出主控制器參數(shù)。 一步整定法的依據(jù)是 :在串 級(jí)控制系統(tǒng)中，一般來(lái)說(shuō)，主變量是上藝的主要操作指標(biāo)，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，對(duì)它的要求比較嚴(yán)格。而副變量的設(shè)立主要是為了提高主變量的控制質(zhì)量，對(duì)副變量本身沒(méi)有很高的要求，允許它在一定的范圍內(nèi)變化。因此在整定時(shí)不必將過(guò)多的精力放在副環(huán)上，只要主變量達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)要求即可。此外，對(duì)一于鍋爐燃燒控制這樣一個(gè)具體的串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在一定的范圍內(nèi)，主、副控制器的放大倍數(shù)是可以匹配的，只要主副控制器的放大倍數(shù)及 Kcl 與 Kc2 的乘積等于心 (Ks 為主變量呈 4:1 衰減振蕩時(shí)的控制器比例放大倍數(shù) )，系統(tǒng)就能產(chǎn)生 4:1 衰減過(guò)程。雖然按照經(jīng)驗(yàn)一次放上的副控制器參數(shù)不一定適合，但可以通過(guò)調(diào)整主控制器放大倍數(shù)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償結(jié)果仍然可使主變量呈 4: 1 衰減。人民根據(jù)長(zhǎng)期的時(shí)間和大量的經(jīng)驗(yàn)積累，總結(jié)出對(duì)于不同的副變量情況，副控制器參數(shù)可按下表所給出的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。 表 副控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置值 副變量類(lèi)型 副控制器比力度 δ2/% 副控制器比例放大倍 Kc2 溫度 2060 壓力 3070 流量 4080 液位 2080 23 一步整定法的具體步驟如下 : (1)根據(jù)副變量的類(lèi)型，按上表的經(jīng)驗(yàn)值選好副控制器參數(shù)，并將其置于副控制器上 (副控制器只用比例調(diào)節(jié) )。 (2)將串級(jí)投運(yùn)后，按單回路系統(tǒng)整定方法直接整定主控制器參數(shù) 。 (3)觀察控制過(guò)程，根據(jù) K 值匹配的原埋，適當(dāng)調(diào)整主控制器參數(shù)，使主變量 的品質(zhì)指標(biāo)達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量要求 。 (4) 如果系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，只要加大主、副控制器的任一參數(shù)，就可消除，如 ―共 振 ‖劇烈，可先轉(zhuǎn)入手動(dòng)，待穩(wěn)定后，再在比生產(chǎn) ―共振 ‖時(shí)略大的控制器參數(shù)下重新投運(yùn)和整定，直到達(dá) 到滿意時(shí)為止。 由燃料流量與空氣流量構(gòu)成的是雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定，關(guān)鍵是先要明確整定要求。雙閉環(huán)比值的主流量回路為一般定值系統(tǒng)，可按常規(guī)的單回路系統(tǒng)進(jìn)行整定，該設(shè)計(jì)所選的是衰減曲線法 :衰減曲線法是在系統(tǒng)閉環(huán)情況下將控制器的積分時(shí)間 Ti 放到最大，微分時(shí)間 TD 放到最小，比例度 δ放到適當(dāng)數(shù)值 (一般為 100%)。然后 δ 由大往小逐步改變，并且每改變一次 δ 值時(shí)，通過(guò)改變給定值給系統(tǒng)施加一階躍干擾，同時(shí)觀察過(guò)渡過(guò)程變化情況。如果衰減比大于 4:1， δ 繼續(xù)減小當(dāng)衰減比小于 4:1 時(shí) δ 應(yīng)增大，直到過(guò)渡過(guò)程呈 現(xiàn) 4:1 衰減時(shí)為止。如下圖所示。 通過(guò)上述試驗(yàn)，可以找到 4:1 衰減振蕩時(shí)的比例度 δs及振蕩周期 Ts。在按表32 給出的經(jīng)驗(yàn)公式，可以算出采用不用類(lèi)型控制器使過(guò)渡過(guò)程出現(xiàn) 4:1 振蕩的控制器參數(shù)值。 24 圖 4:1 衰減曲線 按表 經(jīng)驗(yàn)公式算出控制器參數(shù)后，按照先比例、后積分、最后微分的程序，依次將控制器參數(shù)放好。不過(guò)在放積分、微分之前，應(yīng)將 δ 放在比計(jì)算值稍大 (約 20%)的數(shù)值上，待積分、微分放好后，再將 δ 放到計(jì)算機(jī)上。放好控制器參數(shù)后可以再加一次干擾，驗(yàn)證一下過(guò)渡過(guò)程是否呈 4:1 衰減振蕩。如果不符合要 求，可適當(dāng)調(diào)整一 TD 。 表 衰減曲線法整定控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式 控制器類(lèi)型 控制器參數(shù) δ/% Ti/min TD/min P δS PI PID 25 下 δ 值，直到達(dá)到滿意為止。副流量為隨動(dòng)控制系統(tǒng)，而對(duì)少于隨動(dòng)系統(tǒng)，希望從物料能迅速正確的跟隨主物料變化，且不宜有過(guò)調(diào)，也就是說(shuō)，要使隨動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到振蕩與不振蕩的臨界過(guò)程，這與一般定值控制系統(tǒng)的整定要求是不一樣的。 按照隨動(dòng)控制系統(tǒng)的整定要求，整定方法步驟為 : (1)進(jìn)行比值系數(shù)計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)整定 。 (2)將積分時(shí)間置于最大，調(diào)整比例度由大到小，找到系統(tǒng)處一于振蕩與不振蕩的 臨界過(guò)程為止 。 (3)適當(dāng)放寬比例度，一般放大 20%左右，然后把積分時(shí)間慢慢減小，找到系統(tǒng) 處于振蕩與不振蕩的臨界過(guò)程或微震蕩的過(guò)程為止。 變送器的選擇 變送器的作用是將各種上藝量 (如溫度、壓力、流量、液位 )和電、氣信號(hào) (如 電壓、電流、頻率、氣壓信號(hào)等 )轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) (420Ma 或 15V)在對(duì)主蒸汽壓力、燃料流量和空氣流量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所選用的變送器型號(hào)是 1 151系列電容式變送器，它的工作原理 :可將生產(chǎn)過(guò)程中的液體、氣體、蒸汽等介質(zhì)的壓力、差壓、液位、流量等熱工參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換呈中間變量，即 △ C(差動(dòng)電容的 26 變化 )，在把它轉(zhuǎn)換成 420mA 的直流電流輸出信號(hào)，送至有關(guān)單元進(jìn)行顯示或控制 【 16】 。 控制器的選擇 控制器 (或稱(chēng)調(diào)節(jié)器 )將來(lái)自變送器的測(cè)量值與給定值相比較后產(chǎn)生的偏差進(jìn)行比例、積分、微分運(yùn)算，井輸出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、液位及其他工藝 變量的自動(dòng)控制。在該設(shè)計(jì)中，所選用控制器是 AI 全通用人土智能調(diào)節(jié)器， ?言有以下特點(diǎn) : (1)人性化設(shè)計(jì)的操作方法，非常方便易學(xué)，并且不同功能檔次的儀表操作相互兼容 。 (2)包含國(guó)際上同類(lèi)儀表的幾乎所有的功能，通用性強(qiáng)、技術(shù)成熟可靠 。 (3)提供多個(gè)型號(hào)，無(wú)論事要求功能強(qiáng)大，還是要求價(jià)格經(jīng)濟(jì)，都能獲得滿意的經(jīng)濟(jì) 。 (4)全球通用的 85 一 264VAC 輸入范圍開(kāi)關(guān)電源或 24VDC 電源供電，并具備多種外型尺寸供客戶選擇 。 (5)輸入采用數(shù)字校正系統(tǒng)，內(nèi)置常用熱電偶和熱電阻非線性校正表 格，測(cè)量精確穩(wěn)定。 (6)采用先進(jìn)的 AI 人工智能調(diào)節(jié)算法，無(wú)超調(diào)，具備自整定 (AT)功能 。 (7)采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，提供豐富的輸出規(guī)格，能廣泛滿足各種應(yīng)用場(chǎng)合的需要，交貨迅速且維護(hù)方便 【 17】 。 27 在該設(shè)計(jì)中所選的型號(hào)是 AI808， AI808 型可替換原來(lái)的 DDZ II 、 III 型調(diào)節(jié)器 且精度高。 AI808 將溫度變送器、手操器和伺服放大器等功能集成起來(lái)，通過(guò)變成可隨意使其中一項(xiàng)或多項(xiàng)功能 。除具備 AI708 的全部功能及特點(diǎn)外，還具備外給定、手動(dòng) /自動(dòng)切換操作、手動(dòng)自整定及顯 示輸出值等功能。具備能直接控制閥門(mén)的位置比例輸出 (伺服放大器等功能 )，也可獨(dú)立做手動(dòng)操作器或伺服放大器用，適合在化工、石化、火電