鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)(參考版)
2025-07-10 13:35本頁(yè)面
【正文】 %。 %。 1%。 本次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)書(shū)本上的理論知識(shí)得到進(jìn)一步的鞏固，并提高了我的實(shí)踐動(dòng)手能力，能用 CAD 工程制圖軟件繪制一般的工藝流程圖，并且學(xué)會(huì)了 visol 繪圖軟件的用法，使我收獲不少。以后的學(xué)習(xí)工作中，應(yīng)更注重知識(shí)的掌握和應(yīng)用。 當(dāng)然，設(shè)計(jì)中也遇 到了不少的問(wèn)題，尤其是知識(shí)的欠缺。鍋爐設(shè)備 根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝要求，可以有多重不同的控制系統(tǒng)，而我們組的任務(wù)是設(shè)計(jì)鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)方案的分析與論證，我們選用串級(jí)控制系統(tǒng)，這使我對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)有了更詳細(xì)更深如的了解和認(rèn)識(shí)。 采用 PID 串級(jí)控制時(shí)的系統(tǒng)框圖建立與仿真結(jié)果 內(nèi)環(huán) Kp=10 Ki= Kd=0 外 環(huán) Kp= Ki= Kd=0 當(dāng)階躍輸入為 1 時(shí)，過(guò)熱器與減溫器之間的溫度輸出曲線(xiàn)為： 當(dāng)階躍輸入為 1 時(shí)，過(guò)熱蒸汽出口溫度輸出曲線(xiàn)為： 當(dāng)采用 PID 串級(jí)控制時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間及調(diào)節(jié)時(shí)間變小，但在個(gè)人嘗試多次后在控制效果上還是未能達(dá)到理想的效果。一般采用溫度控制器和聲光信號(hào)組成超溫報(bào)警裝置。在本系統(tǒng)中，隨著調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度增 加，主對(duì)象即過(guò)熱器出口的蒸汽溫度會(huì)降低，所以主對(duì)象的放大倍數(shù)的符號(hào)為負(fù)，為了保證開(kāi)環(huán)放大系數(shù)乘積的符號(hào)為“正”，所以主控制器的控制作用符號(hào)“正”，即控制器的控制作用為反作用。在本串級(jí)控 制系統(tǒng)中隨著調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度增加，減溫水的流量會(huì)隨之增加，副對(duì)象即減溫器后端蒸汽會(huì)有一定幅度的降低，所以調(diào)節(jié)閥對(duì)副對(duì)象的作用為負(fù)；而調(diào)節(jié)閥是氣關(guān)閥，其控制作用為負(fù)；變送器的控制作用均為正，為了保證開(kāi)環(huán)放大系數(shù)乘積的符號(hào)為“負(fù)”，所以副調(diào)節(jié)器的控制作用符號(hào)需為“正”，即副調(diào)節(jié)器的控制作用為反作用。為了使副回路能構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，所以副回路的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)符號(hào)必須是“正”。 控制器正、反作用的選擇 對(duì)于一個(gè)完整的串級(jí)控制系統(tǒng)，主、副控制器的正、反作用的判斷應(yīng)該是先副后主。如果控制對(duì)象惰性區(qū)的容積數(shù)目較多，同時(shí)又有主要擾動(dòng)落在副回路以外的話(huà)，就可以考慮采用 PID 調(diào)節(jié)器。凡是需采用串級(jí)控制的生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)控制的品質(zhì)都是很高的，不允許被調(diào)量存在靜差。 主、副控制器控制規(guī)律的選擇 由于在控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，對(duì)它們各自的選擇也應(yīng)有不同的考慮。原因在于： ⑴ K型熱電偶可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)中從 0℃到 1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。同時(shí)，熱電阻必須用三線(xiàn)接法，如圖 所示，熱電阻用三根導(dǎo)線(xiàn)引出，一根連接電源，不影響電橋平衡，另外兩根被分別置于電橋的兩臂內(nèi)，使引線(xiàn)電阻值隨溫度變化對(duì)電橋的影響大致抵消。 采用熱電阻法測(cè)量溫度時(shí)，一般將電阻測(cè)溫信號(hào)通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成電壓，當(dāng)熱電阻的鏈接導(dǎo)線(xiàn)很長(zhǎng)時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)電阻對(duì)電橋的影響不容忽視。 用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)將熱電偶的冷端延長(zhǎng)到溫度比較穩(wěn)定的地方后，并沒(méi)有完全解決冷端溫度補(bǔ)償問(wèn)題，為此還要采取進(jìn)一步的補(bǔ)償措施。補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的作用就是將熱電偶的冷端延長(zhǎng)到距離熱源較遠(yuǎn)、溫度較穩(wěn)定的地方。大多數(shù)金屬熱電阻的阻值隨其溫度升高而增加，而大多數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減少。大多數(shù)電阻的阻值隨溫度變化而變化，如果某材料具備電阻溫度系數(shù)大、電阻率大、化學(xué)及物理性能穩(wěn)定、電阻與溫度的關(guān)系接近線(xiàn)性等條件，就可以作為溫度傳感元件用來(lái)測(cè)溫，稱(chēng)為熱電阻。原因在于熱電偶的測(cè)溫范圍廣（－ 200℃～ 1300℃ ,特殊情況下－ 270℃～ 2800℃），耐高溫，精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更換方便，壓簧式感溫元件，抗震性能好，可以將 熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度 [6]。 溫度傳感器的選擇 溫度傳感器有熱電偶和熱電阻兩種。另外，與Ⅱ型儀表相比Ⅲ型儀表操作、維護(hù)更為方便、簡(jiǎn)捷，同時(shí)Ⅲ型儀表還有較完善的跟蹤、保持電路，使得手動(dòng)切換更為方便，隨時(shí)都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且保證無(wú)干擾。 電動(dòng)Ⅱ型和電動(dòng)Ⅲ型儀表就其功能而言是基本上相同的，但是就其控制信號(hào)而言是存在差異的。 控制儀表的選擇 溫度變送器的選擇 溫度變送器可分為電動(dòng)和氣動(dòng)，常用的控制儀表有電動(dòng)Ⅱ型、Ⅲ型。 調(diào)節(jié)閥按驅(qū)動(dòng)方式可分為：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液動(dòng)調(diào)節(jié)閥，即以壓縮空氣為動(dòng)力源的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，以電為動(dòng)力源的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，以液體介質(zhì) (如油等 )壓力為動(dòng)力的電液動(dòng)調(diào)節(jié)閥；由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有防爆要求，所以應(yīng)選擇氣動(dòng)執(zhí)行器。為了保證系統(tǒng)有較好的流通能力，需要使控制閥兩端的壓降在整個(gè)管線(xiàn)的總壓降中占有較大的比例。 執(zhí)行器的選擇 在本系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是按照調(diào)節(jié)器所給定的信號(hào)大小和方 向，改變閥門(mén)的開(kāi)度，來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的裝置。其中，干擾時(shí)刻存在的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的主要因素，而操縱變量的主要作用是克服干擾的影響，是系統(tǒng)能重新穩(wěn)定運(yùn)行的因素。 綜上所述，應(yīng)選擇減溫器和過(guò)熱器之間的蒸汽溫度作為副變量。同時(shí)要求主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)應(yīng)適當(dāng)匹配。該參數(shù)可 以直接反映本系統(tǒng)的控制目的。 四． 過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主變量的選擇 根據(jù)串級(jí)控制系統(tǒng)選擇主變量的原則：在條件允許的情況下，首先應(yīng)盡量選擇能直接反映控制目的的參數(shù)為主變量；其次，要選擇與控制目的有某些單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為主變量 ； 最后，所選的主變量必須要足夠的變化靈敏度。具體體現(xiàn)在： ⑴由于副回路的存在，減少了控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，縮短了控制通道，使控制作用更加明顯； ⑵在一定程度上提高了系統(tǒng)的工作頻率，使震蕩周期明顯縮短，調(diào)節(jié)時(shí)間也有一定程度上的縮短，系統(tǒng)的快速性相對(duì)增強(qiáng)了； ⑶整個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)二次干擾即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動(dòng)具 有很強(qiáng)的克服能力，這是單回路控制系統(tǒng)所不能實(shí)現(xiàn)的； ⑷對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。 再者，在 串級(jí)控制系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)工作，但是以主調(diào)節(jié)器為主導(dǎo)，保證主變
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