爐膛負(fù)壓單回路控制系統(tǒng)10頁

1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書目 錄1系統(tǒng)整體控制方案 1 1.1爐膛負(fù)壓概述 1 1.2控制過程簡述 1 1.3控制系統(tǒng)選擇 2 1.4 系統(tǒng)流程圖 32 儀表的選型 3 2.1 壓力計(jì)選型 3 2.2 引風(fēng)機(jī)選型 4 2.3 爐膛壓力測量 43 系統(tǒng)方框圖 54 被控對(duì)象特性 5 4.1 爐膛動(dòng)態(tài)特性 5 4.2 控制算法的選擇 55 系統(tǒng)仿真 6 5.1 各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù) 6 5.2 matlab仿真 7 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 8 參考文獻(xiàn) 8 （燃煤鍋爐）爐膛負(fù)壓單回路控制系統(tǒng)一，系統(tǒng)整體控制方案（燃煤鍋爐） 1，爐膛負(fù)壓概述爐膛壓力是指送入爐膛內(nèi)的空氣、煤粉及煙氣和引風(fēng)機(jī)吸走的煙氣量之間的平衡關(guān)系，即

2、指爐膛頂部的煙氣壓力。爐膛負(fù)壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)，是運(yùn)行中要控制和監(jiān)視的重要參數(shù)之一。爐內(nèi)燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛負(fù)壓隨即發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障或異常時(shí)，最先將在爐膛負(fù)壓上反映出來，而后才是火檢、火焰等的變化，其次才是蒸汽參數(shù)的變化。因此，監(jiān)視和控制爐膛負(fù)壓對(duì)于保證爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定、分析爐內(nèi)燃燒工況、煙道運(yùn)行工況、分析某些事故的原因均有極其重要的意義。爐膛負(fù)壓的大小受引風(fēng)量、鼓風(fēng)量與壓力三者的影響。鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，爐膛通常保持負(fù)壓 -40 -60Pa 。爐膛負(fù)壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設(shè)備與運(yùn)行人員的安全。負(fù)壓太大，爐膛漏風(fēng)量增加，排煙損失增加

3、，引風(fēng)機(jī)電耗增加。2，控制過程簡述使用壓力表檢測出爐內(nèi)壓力,把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流4-20 mA信號(hào),用轉(zhuǎn)換來的電信號(hào)控制引風(fēng)機(jī)變頻器的頻率.通過頻率的改變使引風(fēng)機(jī)的引風(fēng)量得到控制 。爐膛負(fù)壓是一個(gè)快過程，只要PI參數(shù)整定合適，一般采用單回路閉環(huán)負(fù)反饋，控制量為引風(fēng)機(jī)的變頻器 即可達(dá)到目的。爐膛負(fù)壓的控制對(duì)象是引風(fēng)機(jī)擋板所控制的引風(fēng)量，爐膛負(fù)壓的動(dòng)態(tài)特性是引風(fēng)量階躍變化時(shí)，爐膛負(fù)壓隨時(shí)間變化的特性，如下圖1所示。由于爐膛負(fù)壓反應(yīng)很快，可做比例特性來處理。 圖1 爐膛負(fù)壓比例特性 爐膛負(fù)壓給定由儀表調(diào)節(jié)器面板設(shè)定，同爐內(nèi)負(fù)壓檢測和變送器檢測到的負(fù)壓實(shí)際值比較，經(jīng)儀表調(diào)節(jié)器 PI 運(yùn)算后輸出 4 2

4、0 mA 電信號(hào)，作為變頻器頻率給定信號(hào)，用于變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，達(dá)到自動(dòng)控制風(fēng)量的目的。3，控制系統(tǒng)的選擇系統(tǒng)采用單回路控制系統(tǒng)，即一個(gè)調(diào)節(jié)器，一個(gè)執(zhí)行器，一個(gè)檢測變送器，只有一個(gè)閉環(huán)?？刂茖?duì)象為鍋爐爐膛，測量元件采用壓差變送器，執(zhí)行器是爐膛引風(fēng)機(jī)變頻器。被控變量是爐膛頂部煙氣出口壓力。給定值為系統(tǒng)需要的合適的爐膛壓力值，測量值由爐膛頂端壓力計(jì)測量得到。操控變量是引風(fēng)機(jī)變頻器頻率。干擾為爐膛內(nèi)引風(fēng)量落后于燃料量和鼓風(fēng)量的控制，可能引起系統(tǒng)大的波動(dòng)，造成不穩(wěn)定因素壓力變化等。控制信號(hào)為調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差信號(hào)計(jì)算出得到的用以控制引風(fēng)機(jī)變頻器的4-20 mA電流信號(hào)。4，系統(tǒng)流程圖： PTPC 鍋爐風(fēng)

5、機(jī)變頻器 圖2 系統(tǒng)流程圖二，儀器儀表的選型1，壓力計(jì)由于爐膛溫度高，壓力小，且一般是負(fù)壓，所以選用壓力傳感器，可采用爐膛負(fù)壓傳感器。 圖3 PTP802 供應(yīng)爐膛負(fù)壓傳感器 壓力傳感器 PTP802差壓變送器采用OEM硅壓阻式差壓芯體組裝而成，外殼為鋁合金結(jié)構(gòu)。兩個(gè)壓力接口為M10螺紋和旋塞結(jié)構(gòu)，可直接安裝在測量管道 上或通過引壓管連接。廣泛應(yīng)用于鍋爐送風(fēng)、井下通風(fēng)等電力、煤炭行業(yè)壓力過程控制領(lǐng)域。 主要技術(shù)參數(shù): 量 程: -50Pa050Pa200Pa1KPa1MPa 綜合精度: 0.5%FS、1.0%FS 輸出信號(hào): 1.0mV/V、2.0mV/V(四線制)，420mA(二線制)、05

6、V、15V、010V(三線制) 供電電壓: 24DCV(936DCV) 介質(zhì)溫度: -2085 環(huán)境溫度: 常溫(-2085) 負(fù)載電阻: 電流輸出型：最大800；電壓輸出型：大于50K 絕緣電阻: 大于2000M (100VDC 密封等級(jí): IP65 長期穩(wěn)定性能: 0.1%FS/年 振動(dòng)影響: 在機(jī)械振動(dòng)頻率20Hz1000Hz內(nèi)，輸出變化小于0.1%FS 電氣接口(信號(hào)接口): 引出導(dǎo)線 機(jī)械連接(螺紋接口): M101。2，引風(fēng)機(jī)將鍋爐燃燒產(chǎn)物（煙氣）從鍋爐尾部吸出，并經(jīng)煙囪排入大氣的風(fēng)機(jī)。安裝在鍋爐除塵器之后，亦稱吸風(fēng)機(jī)。 由于燃煤鍋爐煙氣中還有較多粉塵，對(duì)引風(fēng)機(jī)磨損作用較大，因此引

7、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不宜大于1000r/min，一般取500-750r/min。其電機(jī)選用變頻電機(jī)，用來接收調(diào)節(jié)器發(fā)出的控制信號(hào)，并控制引風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，從而對(duì)爐膛壓力進(jìn)行控制。具體過程為：通過爐膛上的負(fù)壓變送器將爐膛壓力標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)送入引風(fēng)變頻器PID控制器的反饋通道,經(jīng)處理后與設(shè)定爐膛負(fù)壓力比較,經(jīng)過PID控制器產(chǎn)生運(yùn)算信號(hào),此信號(hào)控制引風(fēng)變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,使?fàn)t內(nèi)負(fù)壓穩(wěn)定在設(shè)定值,從而達(dá)到自動(dòng)跟蹤鼓風(fēng)保持爐膛負(fù)壓恒定目的。引風(fēng)電機(jī)速度隨著爐膛負(fù)壓值的變化而變化。即保證鍋爐燃燒部分的自動(dòng)運(yùn)行。可選用三晶變頻器，引風(fēng)變頻功率:SAJ8000（185KW)，主要技術(shù)參數(shù)：(1)主回路電源：三

8、相五線制。380V+10%。(2)控制回路電壓：220V引風(fēng)機(jī)型號(hào) 表1離心引風(fēng)機(jī)性能表 3，爐膛壓力的測量爐膛壓力的測量采用3個(gè)差壓變送器，3個(gè)差壓變送器的輸出分別送到3個(gè)小值選擇器，3個(gè)小值選擇器的輸出再送到大值選擇器，大值選擇器的輸出為3個(gè)差壓變送器的輸出（測量）值的中間值。采用3個(gè)差壓變送器的目的是為了防止因變送器故障或信號(hào)管路堵塞而影響測量值的可靠性，從而影響爐膛壓力控制的可靠性。測量的中間值與差壓變送器的輸出（測量）值進(jìn)行比較，如果偏差超出一定范圍，則將發(fā)出報(bào)警信號(hào)。三，系統(tǒng)方框圖壓差變送器 爐膛 控制器f 引風(fēng)機(jī)變頻器+- PID K G(s) 圖4 爐膛負(fù)壓單回路控制系統(tǒng)方框圖

9、控制器采用PID控制規(guī)律，變頻器可看作是一個(gè)比例控制環(huán)節(jié)K。四，被控對(duì)象特性1，爐膛動(dòng)態(tài)特性爐膛負(fù)壓的控制對(duì)象是引風(fēng)機(jī)擋板所控制的引風(fēng)量，爐膛負(fù)壓的動(dòng)態(tài)特性是引風(fēng)量階躍變化時(shí)，爐膛負(fù)壓隨時(shí)間變化的特性，當(dāng)送風(fēng)量或引風(fēng)量單獨(dú)改變時(shí)，爐膛負(fù)壓變化的慣性很小，故可將爐膛負(fù)壓對(duì)象近似看成是一個(gè)時(shí)間常數(shù)很小的一階慣性環(huán)節(jié)。 即其數(shù)學(xué)模型為：G(s)=，時(shí)間常數(shù)T很小。靜態(tài)放大系數(shù)為：K=可利用切線法或者兩點(diǎn)法求得時(shí)間常數(shù)T和滯后時(shí)間。2，控制算法的選擇爐膛負(fù)壓是一個(gè)快過程，只要PID控制規(guī)律參數(shù)整定合適，一般采用單回路閉環(huán)負(fù)反饋 即可達(dá)到目的。其表達(dá)式如下:u(t)=Ke(t)+工業(yè)上其實(shí)際傳遞函數(shù)為：

10、G(s)=K ,其中K=FK T=FT T=T/F帶*的量為調(diào)節(jié)器參數(shù)的實(shí)際值，不帶*的值為各參數(shù)的刻度值，F(xiàn)為相互干擾系數(shù)；K為積分增益。 五，系統(tǒng)仿真1，各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)爐膛壓力變化可以看做是時(shí)間常數(shù)很小的一階慣性環(huán)節(jié)，即G(s)=，可取K=0.5，T=10，滯后時(shí)間短。 2，matlab仿真對(duì)調(diào)解器進(jìn)行參數(shù)整定，即對(duì)PID控制規(guī)律中調(diào)節(jié)器的比例度，積分時(shí)間，微分時(shí)間三個(gè)參數(shù)的大小進(jìn)行確定，可以利用經(jīng)驗(yàn)試湊法，臨界比例法，衰減曲線法等辦法對(duì)調(diào)解器參數(shù)進(jìn)行整定。在本系統(tǒng)中為壓力控制系統(tǒng)，為快速系統(tǒng)，對(duì)象容量滯后較小，被控變量有波動(dòng)因此，微分調(diào)節(jié)規(guī)律的作用很小，可忽略，系統(tǒng)比例度要大，積分時(shí)間可

11、小，因此，可取P=50，I=100，D=20，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)：如下圖 圖5 simlink連接圖圖6 Kp,Ki,Kd設(shè)定值其仿真圖如下： 圖6 系統(tǒng)仿真震蕩曲線通過仿真，可以得到整定之后P=50，I=100，D=20最為合適。由仿真可以看到，系統(tǒng)經(jīng)過5s左右的震蕩時(shí)間可以恢復(fù)到系統(tǒng)設(shè)定值，基本滿足控制要求！ 六，課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，我看到了過程裝備與控制工程這門專業(yè)的精髓，我認(rèn)真學(xué)習(xí)了過程控制儀表與技術(shù)這門課本，收獲了很多，我基本了解了爐膛負(fù)壓原理與控制，差壓變送器的基本原理，以及整個(gè)成套設(shè)備的流程運(yùn)行情況，最關(guān)鍵的是我明白了調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律，PID的參數(shù)整定，感覺書上說的那些經(jīng)驗(yàn)法

12、和比例法等等的數(shù)據(jù)有時(shí)不可靠，需要按照實(shí)際控制系統(tǒng)特性，再用matlab仿真軟件調(diào)節(jié)PID的數(shù)值，我學(xué)會(huì)了用Simlink仿真系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在王老師的指導(dǎo)下，我實(shí)現(xiàn)了各種環(huán)節(jié)的的各種調(diào)節(jié)，清楚的認(rèn)識(shí)了PID調(diào)節(jié)規(guī)律的特性。該系統(tǒng)氣壓的PID調(diào)節(jié)控制最好的效果是用PD控制,而且系統(tǒng)比較敏感,PD參數(shù)不好確定,在多次實(shí)驗(yàn)后,才最終確定PID值,因?yàn)橄到y(tǒng)是單沖量單回路,沒有前饋和串級(jí)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好。 通過課程設(shè)計(jì)，我對(duì)以前書本上所學(xué)的知識(shí)有了更深的理解，也為將來知識(shí)的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。七，結(jié)束語這次課程設(shè)計(jì)增長了我把知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的能力，加深了對(duì)課本知識(shí)的理解。另外，感謝劉廣璞、姚竹亭、高強(qiáng)老師的辛勤指導(dǎo)，讓我的課程設(shè)計(jì)得以順利地完成。八、參考文獻(xiàn)1過程裝備控制技術(shù)及其應(yīng)用 王毅 主編 化學(xué)工業(yè)出版社 2007: 35-37 244-251 2過程自動(dòng)化及儀表 俞金壽 主編 化學(xué)工業(yè)出版社2008: 83-883工業(yè)過程控制工程 王樹青 主編 化學(xué)工業(yè)出版社2002: 340-3664控制儀表及裝置 吳勤勤 主編 化學(xué)工業(yè)出版社2009: 30-795過程控制儀表 徐春山 主編 冶金