過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)送引風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告( 2012- 2013年度第一學(xué)期)名 稱：過(guò)程控制課程設(shè)計(jì) 題 目：送引風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)院 系： 自動(dòng)化 設(shè)計(jì)周數(shù)： 1周 姓名學(xué)號(hào)分工成績(jī)成員 日期： 2013年 1月 9日一、課程設(shè)計(jì)(綜合實(shí)驗(yàn))的目的與要求1 正文為宋體，五號(hào)字 行間距為21 11 -12 -二、設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）正文1 正文為宋體，五號(hào)字 行間距為21 11 -12 -三、課程設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）總結(jié)或結(jié)論1 正文為宋體，五號(hào)字 行間距為21 11 -12 -四、參考文獻(xiàn) 1 作者1, 作者2. 書(shū)名. 出版單位, 版本. 出版日期附錄（設(shè)計(jì)流程圖、程序、表格、數(shù)據(jù)等）過(guò)程控制課程設(shè)計(jì) 任 務(wù) 書(shū)一、 目的與要求“

2、過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)”是“過(guò)程控制”課程的一個(gè)重要組成部分。通過(guò)實(shí)際工業(yè)過(guò)程對(duì)象控制方案的選擇、控制功能的設(shè)置、工程圖紙的繪制等基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)說(shuō)明的撰寫(xiě)，培養(yǎng)學(xué)生基本控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新意識(shí)，完成工程師基本技能訓(xùn)練。二、 主要內(nèi)容1根據(jù)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行的分析，確定系統(tǒng)自動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，給出控制系統(tǒng)原理圖；2根據(jù)確定控制設(shè)備和測(cè)量取樣點(diǎn)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，繪制控制系統(tǒng)工藝流程圖（pid圖）；3根據(jù)確定的自動(dòng)化水平和系統(tǒng)功能，選擇控制儀表，完成控制系統(tǒng)sama圖（包括系統(tǒng)功能圖和系統(tǒng)邏輯圖）；4對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)并進(jìn)行系統(tǒng)整定；5編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。三、 進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)設(shè)計(jì)(實(shí)驗(yàn))內(nèi)容完成時(shí)間備注1下達(dá)任務(wù)

3、，查找資料周一、周二2制定控制方案，繪制控制系統(tǒng)sama圖周二、周三3仿真試驗(yàn)、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明周三、周四4答辯周五四、 設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）成果要求1 繪制所設(shè)計(jì)熱工控制系統(tǒng)的的sama圖；2 根據(jù)已給對(duì)象，用matabl進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真整定，并打印整定效果曲線；3 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告五、 考核方式提交設(shè)計(jì)報(bào)告及答辯學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師： 2013年 1月 9日一對(duì)象特性分析 1.送風(fēng)控制系統(tǒng)送風(fēng)控制系統(tǒng)的功能是維持風(fēng)、煤成一定比例關(guān)系，確保爐膛燃燒的最佳條件。保證燃料在爐膛中充分燃燒，直接影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。為了使鍋爐適應(yīng)負(fù)荷的變化，必須同時(shí)改變送風(fēng)量和燃料量，一般實(shí)際送風(fēng)量要比理論空氣量大一些，送風(fēng)系統(tǒng)的

4、被控對(duì)象為爐膛，它是慣性和遲延都比較小的自衡對(duì)象。當(dāng)空氣量不變，燃料量增加時(shí)，使空氣量與燃料量比值下降，煙氣中的含氧量降低，當(dāng)燃料量不變，空氣量增加時(shí)，煙氣中的含氧量增加，控制系統(tǒng)應(yīng)使送風(fēng)量與燃料量協(xié)調(diào)變化，以保證經(jīng)濟(jì)性。送風(fēng)調(diào)節(jié)的任務(wù)在于保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性,具體地說(shuō),就是要保證燃燒過(guò)程中有合適的燃料與風(fēng)量比例,送風(fēng)調(diào)節(jié)對(duì)象近似比例調(diào)節(jié)。因此通常采用保持燃料量與送風(fēng)量成比例關(guān)系的送引風(fēng)控制系統(tǒng),燃料量信號(hào)以前饋形式引入送風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng),作為送風(fēng)調(diào)節(jié)器的給定值;送風(fēng)量信號(hào)作為反饋信號(hào)引入送風(fēng)調(diào)節(jié)器,構(gòu)成一個(gè)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)送風(fēng)量快速跟蹤燃料量的變化。于送風(fēng)調(diào)節(jié)器采用pi作用調(diào)節(jié)器,所以靜

5、態(tài)時(shí),調(diào)節(jié)器入口信號(hào)平衡。 2引風(fēng)控制系統(tǒng)引風(fēng)控制系統(tǒng)即爐膛壓力控制系統(tǒng)，爐膛壓力直接影響爐膛內(nèi)燃料的燃燒質(zhì)量和鍋爐的安全性，是引起鍋爐滅火最直接的因素。引風(fēng)控制的任務(wù)是保持爐膛負(fù)壓在規(guī)定的范圍之內(nèi)。由于送風(fēng)量的變化是引起負(fù)壓波動(dòng)的主要原因,為了能使引風(fēng)量快速地跟蹤送風(fēng)量,以保持二者的比例,可將送風(fēng)量作為前饋引入引風(fēng)調(diào)節(jié)器。這樣當(dāng)送風(fēng)控制系統(tǒng)動(dòng)作時(shí),引風(fēng)控制系統(tǒng)立即跟著動(dòng)作,而不是等爐膛負(fù)壓偏離給定值后再動(dòng)作,從而能使?fàn)t膛負(fù)壓基本不變。所以引風(fēng)控制系統(tǒng)引入送風(fēng)前饋信號(hào)以后,將有利于提高引風(fēng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和見(jiàn)效爐膛負(fù)壓的動(dòng)態(tài)偏差。 引風(fēng)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象鍋爐煙道是慣性較小，調(diào)節(jié)速度快的自衡對(duì)象

6、，被調(diào)量負(fù)壓反應(yīng)靈敏。二設(shè)計(jì)控制方案由對(duì)象特性分析可知，在燃料量變化的同時(shí)，送風(fēng)和引風(fēng)量要按比例協(xié)調(diào)動(dòng)作，送風(fēng)量引起煙氣含氧量變化，送風(fēng)控制系統(tǒng)以煙氣中含氧量作為被調(diào)量，其內(nèi)環(huán)要保證最佳空燃比，送風(fēng)控制系統(tǒng)為氧量空燃比串級(jí)系統(tǒng)；引風(fēng)系統(tǒng)為一單回路控制系統(tǒng)，被調(diào)量為鍋爐負(fù)壓，它反映吸風(fēng)量與送風(fēng)量之間的平衡關(guān)系，所以輔以前饋控制，即在送風(fēng)量改變的同時(shí)也改變引風(fēng)量。1.送引風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理方框圖 圖1 送引風(fēng)控制系統(tǒng)原理方框圖2選擇控制系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，畫(huà)控制原理圖2.1送風(fēng)控制系統(tǒng)采用串級(jí)控制系統(tǒng)送風(fēng)控制系統(tǒng)采用氧量信號(hào)作為校正信號(hào)，如方框圖所示。它是一個(gè)串級(jí)比值控制系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器（氧量校正調(diào)節(jié)器）

7、接受氧量定值信號(hào)。副調(diào)節(jié)器接受燃料信號(hào)b，反饋信號(hào)v及氧量校正調(diào)節(jié)器的輸出，副回路用以保證風(fēng)煤的基本比例，起粗調(diào)作用。主回路用來(lái)校正氧量，起細(xì)調(diào)作用。當(dāng)煙氣中的含氧量高于給定值時(shí)，氧量校正器發(fā)出校正信號(hào)，修正送風(fēng)控制系統(tǒng)的給定值，使送風(fēng)調(diào)節(jié)器減少送風(fēng)量。經(jīng)過(guò)校正后的送風(fēng)量將保證煙氣中的含氧量等 圖2 送風(fēng)控制系統(tǒng)原理圖 圖3 送風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 于給定值。當(dāng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，副調(diào)節(jié)器的入口信號(hào)平衡關(guān)系為： 因此，校正后的送風(fēng)量信號(hào)應(yīng)該為： 式中，為氧量校正調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)。可見(jiàn)，在有氧量校正的送風(fēng)控制系統(tǒng)中，送風(fēng)量除了需要與燃料量保持比例外，還要附加一個(gè)校正送風(fēng)量信號(hào) ，才能使煙氣中的含氧量

8、達(dá)到最佳值。 2.2引風(fēng)控制系統(tǒng)采用前饋-反饋單回路控制引風(fēng)控制系統(tǒng)為一單回路控制系統(tǒng)，被調(diào)量為鍋爐負(fù)壓，它反映吸風(fēng)量與送風(fēng)量之間的平衡關(guān)系，所以輔以前饋控制，即在送風(fēng)量改變的同時(shí)也改變引風(fēng)量?？紤]到系統(tǒng)的被調(diào)量（爐膛負(fù)壓）反應(yīng)了引風(fēng)和送風(fēng)之間的平衡關(guān)系，明顯的改進(jìn)措施是輔以前饋控制，即在送風(fēng)量改變的同時(shí)也改變引風(fēng)量。 圖4 引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)原理圖圖 圖5引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.3分析調(diào)節(jié)器正反作用送風(fēng)系統(tǒng)： 內(nèi)回路調(diào)節(jié)器k為正,為反作用;外回路根據(jù)六邊形法判斷:若輸出含氧量增加,偏差e減小;主對(duì)象k為正,所以要求閥門輸出減小,則副調(diào)節(jié)器輸出減小,副調(diào)節(jié)器輸入減小,主調(diào)節(jié)器輸出u減小,所以主調(diào)節(jié)

9、器為反作用。引風(fēng)系統(tǒng)： 根據(jù)原理方框圖,調(diào)節(jié)器的增益k為正,為反作用。2.4控制儀表的選擇控制儀表的主要類型大致分為氣動(dòng)或電動(dòng)，電動(dòng)型，型，型，單元組合儀表或是基地儀表等。常用的控制儀表有電動(dòng)型型。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，選用的儀表不同，具體的實(shí)施方案也不同。電動(dòng)型和電動(dòng)型儀表就其功能來(lái)說(shuō)基本相同，但是其控制信號(hào)不同，控制型的典型信號(hào)為010madc，二電動(dòng)型的典型信號(hào)為420madc，此外，型儀表較型儀表操作，維護(hù)更方便，簡(jiǎn)捷，同時(shí)型儀表還具有完善的跟蹤，保持電路，使得手動(dòng)切換非常方便，隨時(shí)都可以進(jìn)行切換，且保證無(wú)擾動(dòng)。所以在本設(shè)計(jì)中選用電動(dòng)型儀表。3送風(fēng)引風(fēng)控制系統(tǒng)sama圖3.1送風(fēng)系統(tǒng)3.2

10、引風(fēng)系統(tǒng)三送風(fēng)引風(fēng)控制系統(tǒng)仿真送風(fēng)對(duì)象u 控制器輸出，af 送風(fēng)量，o2%含氧量引風(fēng)對(duì)象if 引風(fēng)量，pf負(fù)壓1.1副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定斷開(kāi)主回路，輸入單位階躍信號(hào)，內(nèi)回路pid調(diào)節(jié)器proprotional項(xiàng)（以下簡(jiǎn)稱p）置10，integral項(xiàng)（i項(xiàng)）及derivative項(xiàng)（d項(xiàng)）均置零開(kāi)始仿真，觀察相應(yīng)曲線，根據(jù)衰減率在7590間的要求不斷調(diào)整p項(xiàng)參數(shù)，最后得到內(nèi)回路整定曲線。仿真框圖：副回路響應(yīng)曲線(kp2=2.5，ki=0.3)：1.2 主副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定連接外回路，把剛整定好的副環(huán)作為主環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié)，整定主環(huán)參數(shù)。為更好地達(dá)到品質(zhì)要求，最后再調(diào)節(jié)副環(huán)參數(shù)。仿真框圖：反復(fù)調(diào)節(jié)參數(shù),直

11、至曲線滿足衰減率為0.750.9之間,記錄參數(shù)。響應(yīng)曲線：（kp1=0.9,ki1=0.05,kp2=0.45，ki2=0.006）2 引風(fēng)控制系統(tǒng)整定引風(fēng)系統(tǒng)的對(duì)象為一階慣性環(huán)節(jié),為單回路比例調(diào)節(jié).斷開(kāi)送風(fēng)系統(tǒng)與引風(fēng)系統(tǒng)的聯(lián)系，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)輸入?yún)?shù)，整定得出曲線。仿真框圖：響應(yīng)曲線（kp=0.2，ki=0.001）：3.送風(fēng)引風(fēng)系統(tǒng)整定500s時(shí)加入一個(gè)階躍擾動(dòng)step1得到響應(yīng)曲線：五課程設(shè)計(jì)總結(jié) 燃燒控制系統(tǒng)是由燃料量控制，送風(fēng)控制和引風(fēng)控制三個(gè)相互匹配，密切聯(lián)系的三個(gè)子系統(tǒng)組成。 其中燃料量控制回路使鍋爐跟蹤外界負(fù)荷，送風(fēng)控制回路維持鍋爐最高的熱效率，引風(fēng)控制回路保持負(fù)壓穩(wěn)定，這三個(gè)控制子回路組成了不可分割的一個(gè)整體，統(tǒng)稱為鍋爐燃燒系統(tǒng)，共同保證鍋爐運(yùn)行的機(jī)動(dòng)性，經(jīng)濟(jì)性，安全性。通過(guò)這次過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)，練習(xí)了對(duì)實(shí)際工業(yè)過(guò)程對(duì)象控制方案的選擇、控制功能的設(shè)置、工程圖的