過程控制課程設(shè)計(jì)02891

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告( 2008 - 2009 年度第二學(xué)期)名 稱： 過程控制課程設(shè)計(jì) 題 目： 主汽溫串級(jí)控制系統(tǒng) 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)組長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)仿真（模塊搭接、參數(shù)整定），報(bào)告撰寫、整理成員實(shí)驗(yàn)仿真（模塊搭接、參數(shù)整定），報(bào)告撰寫、整理實(shí)驗(yàn)原理圖、工藝流程圖、SAMA圖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理圖、工藝流程圖、SAMA圖設(shè)計(jì) 日期：2009年 07月02日過程控制課程設(shè)計(jì) 任 務(wù) 書一、 目的與要求“過程控制課程設(shè)計(jì)”是“過程控制”課程的一個(gè)重要組成部分。通過實(shí)際工業(yè)過程對(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)說明的撰寫，培養(yǎng)學(xué)生基本控制系統(tǒng)工程設(shè)

2、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編寫設(shè)計(jì)說明書。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)，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)、撰寫設(shè)計(jì)說明周三、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

3、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：楊宇、張娜、李思怡、郭冉指導(dǎo)教師：馬平2009 年 06 月 29日一、課程設(shè)計(jì)(綜合實(shí)驗(yàn))的目的與要求“過程控制課程設(shè)計(jì)”是“過程控制”課程的一個(gè)重要組成部分。通過實(shí)際工業(yè)過程對(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)說明的撰寫，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、設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）正文（一）.過熱汽溫控制的任務(wù)和要求過熱汽溫的穩(wěn)定是機(jī)組經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的保障。主汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持過熱蒸汽出口汽溫在允

4、許的范圍內(nèi)，使管壁溫度不超過允許的工作溫度，以確保機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。過熱汽溫過高或過低都會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行造成不利的影響：過熱汽溫過高,容易燒壞過熱器，也會(huì)引起汽輪機(jī)高壓部分過熱，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行。過熱汽溫過低，則會(huì)影響全廠熱效率，引起汽輪機(jī)末級(jí)蒸汽濕度增加，甚至使之帶水，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)安全運(yùn)行。汽溫變化過大，將導(dǎo)致鍋爐和汽輪機(jī)金屬管材及部件的疲勞，還將引起汽輪機(jī)汽缸和轉(zhuǎn)子的脹差變化，甚至產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，危及機(jī)組的安全。一般來說，中高壓鍋爐過熱氣溫的暫時(shí)偏差值不允許超過正負(fù)10攝氏度。長(zhǎng)期偏差不允許超過正負(fù)5攝氏度。（二）汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性過熱蒸汽溫度控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)是指引起過熱氣溫變化

5、的各種擾動(dòng)與氣溫之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。引起過熱蒸汽溫度變化的因素很多，如過熱蒸汽流量變化，爐膛燃燒工況的變化，鍋爐給水溫度的變化，進(jìn)入過熱器的熱量，流經(jīng)過熱器的煙氣溫度和流速等的變化。但歸納起來，過熱氣溫控制對(duì)象的擾動(dòng)主要來自三個(gè)方面：蒸汽流量變化（負(fù)荷變化），煙氣傳熱量變化和減溫水流量變化（過熱器入口氣溫變化）。1 蒸汽流量擾動(dòng)蒸汽流量變化是由鍋爐負(fù)荷變化引起的。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，過熱器出口氣溫的階躍相應(yīng)的特點(diǎn)是有延遲，有慣性，有自平衡能力，且延遲和慣性較小。另外，隨著過熱器出口溫度的增加，蒸汽帶出的熱量增加，由于氣溫增加，溫差減小，煙氣傳給蒸汽的熱量也減小，使對(duì)象有一定的自平衡能力。雖然蒸汽負(fù)荷

6、擾動(dòng)下，氣溫變化特性較好，但蒸汽負(fù)荷是由用戶決定的，不可能考慮作為控制氣溫的手段，只能是看作氣溫控制系統(tǒng)的外部擾動(dòng)。不同結(jié)構(gòu)形式的過熱器，過熱氣溫隨鍋爐負(fù)荷變化的靜態(tài)特性是不同的：對(duì)于對(duì)流式過熱器，隨著蒸汽流量D的增加，通過過熱器的煙氣量增加，爐煙溫度隨之升高，使得過熱器出口氣溫升高。對(duì)于輻射式過熱器，蒸汽流量D增加時(shí)，爐膛溫度升高較少，爐膛輻射給過熱器受熱面的熱量比蒸汽流量的增加所需熱量要少，因此，其出口氣溫反而會(huì)下降。實(shí)際過程中，通常是兩種過熱器結(jié)合使用。還增加屏式過熱器，且鍋爐過熱器的對(duì)流方式比輻射方式吸熱量多。因此，總的氣溫隨負(fù)荷增加而升高。2 煙氣側(cè)傳熱量的擾動(dòng) 引起煙氣傳熱量擾動(dòng)的

7、原因很多，如給粉機(jī)擠粉不均勻，煤中水分的變化蒸汽受熱面結(jié)渣，過剩空氣系數(shù)的改變，汽包給水溫度的變化，燃燒火焰中心位置的改變等，但歸納起來不外是煙氣流速和煙氣溫度對(duì)過熱氣溫的影響。在這種煙氣測(cè)擾動(dòng)是沿整個(gè)過熱器長(zhǎng)度進(jìn)行的，所以延遲較小。3 噴水量擾動(dòng)減溫水流量變化是引起過熱器入口蒸汽溫度變化的主要因素，也是目前廣泛采用的過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)方法。減溫器位置對(duì)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性有顯著的影響，減溫器離過熱器出口越遠(yuǎn)，則延遲越大。由于大型鍋爐的過熱器管路很長(zhǎng)，故減溫水?dāng)_動(dòng)是控制對(duì)象的遲延和慣性是比較大的。盡管減溫水?dāng)_動(dòng)時(shí)控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性不夠理想，但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且對(duì)過熱器安全運(yùn)行比較有利，目前仍廣泛采用噴水減

8、溫作為控制汽溫的手段。這時(shí)，只根據(jù)氣溫的偏差只采用單回路反饋系統(tǒng)不可能滿足生產(chǎn)上的要求。為此，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，常常選擇遲延和慣性小于過熱器出口汽溫的減溫器出口處汽溫作為輔助被調(diào)量，來提前反應(yīng)調(diào)節(jié)效果。T（b）D，QD，QWsWsssss（a）過熱汽溫s的響應(yīng)曲線（a）蒸汽量D或煙氣傳熱量Q擾動(dòng)；（b）減溫水Ws擾動(dòng)T（3） 針對(duì)汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，采用噴水量作為調(diào)節(jié)量，采用串級(jí)控制方案，減溫器出口溫度d為副參，主蒸汽溫度s為主參，主調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器采用P調(diào)節(jié)器。當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生在副回路內(nèi)，主回路可以看作是開路系統(tǒng)，從而使過熱氣溫基本不變，而單回路氣溫控制系統(tǒng)，必然要影響到主氣溫的

9、穩(wěn)定。當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生在副回路之外，引起過熱氣溫偏離給定值時(shí)，串級(jí)系統(tǒng)首先由主調(diào)節(jié)器改變其輸出校正信號(hào)，通過副調(diào)節(jié)回路去改變減溫水流量，使過熱汽溫恢復(fù)到給定值。在過熱氣溫串級(jí)控制系統(tǒng)中，對(duì)副回路的要求是盡快消除減溫水流量的自發(fā)性擾動(dòng)和進(jìn)入副會(huì)路的其他擾動(dòng)，對(duì)過熱氣溫起粗調(diào)作用，故副調(diào)節(jié)一般選用比例或比例微分調(diào)節(jié)器。主回路及主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是保持主氣溫等于給定值，因此主調(diào)節(jié)器要具有積分作用，多采用比例積分或比例積分微分調(diào)節(jié)器。控制原理圖：設(shè)定WsuIcIdIsdPIP調(diào)節(jié)閥減溫器過熱器溫度變送器溫度變送器減溫水壓蒸汽流量及溫度蒸汽流量及溫度煙氣傳熱量s汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)（四）工藝流程圖（五）控制系統(tǒng)SAM

10、A圖（六）根據(jù)控制原理圖，進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)根據(jù)原理圖搭接模塊：利用逐步逼近法進(jìn)行參數(shù)整定1 首先對(duì)副環(huán)進(jìn)行整定。斷開主環(huán)，按照單回路整定方法，求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。PI控制器的參數(shù)設(shè)定：Kp-1.2，Ki0。加入階躍響應(yīng)，觀察示波器輸出波形。由波形得，75。副環(huán)整定好。2.整定主環(huán)。把剛整定好的副環(huán)作為主環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié)，仍按單回路整定方法，求取主調(diào)節(jié)的整定參數(shù)。加入階躍響應(yīng)，主調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)為：Kp0.058，Ki0。觀察示波器輸出波形。由波形得：75，Ts85s。經(jīng)計(jì)算得：1.2*s1.2*17.241=20.690，Ti0.5*Ts=0.5*8542.5s所以設(shè)置主調(diào)節(jié)器的參數(shù)為Kp*1

11、/=0.048，Ki*Kp*/Ti=0.0011，觀察示波器輸出波形。由波形可知Ti過大，設(shè)定Ki0.003得至此，主環(huán)也整定好了。.調(diào)節(jié)器的正反作用ye（r-y）e（y-r）正作用對(duì)象Kc為負(fù)，控制器作用應(yīng)使U所以副調(diào)節(jié)器為正作用ye（r-y）e（y-r）對(duì)象Kc為正，控制器作用應(yīng)使U反作用所以主調(diào)節(jié)器為反作用七考慮擾動(dòng)D（s），進(jìn)行前饋設(shè)計(jì)1前饋控制器的設(shè)計(jì),Tp=Td,且d<p,故動(dòng)態(tài)前饋為純提前不可實(shí)現(xiàn)，只能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)前饋。原理圖2參數(shù)整定不加前饋，擾動(dòng)單獨(dú)作用時(shí)輸出波形為：加入靜態(tài)前饋整定外環(huán)路。設(shè)定主調(diào)節(jié)器參數(shù)為純比例調(diào)節(jié)：Kp0.065輸出波形為：由波形得75，Ts=77.5

12、 ,經(jīng)計(jì)算得：Kp*0.054，Ki0.0014主調(diào)節(jié)器代入新參數(shù),輸出波形為：三、課程設(shè)計(jì)（綜合實(shí)驗(yàn)）總結(jié)或結(jié)論通過本次課程設(shè)計(jì)，我們對(duì)過程控制這門課所學(xué)的一些知識(shí)，尤其是PID參數(shù)整定方面有了進(jìn)一步的了解，通過對(duì)主汽溫系統(tǒng)的MATLAB仿真，更直觀形象的了解了Kp、Ki的大小以及微分作用的加入對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，加深了我們對(duì)理論知識(shí)的理解。同時(shí)，更熟悉了MATLAB這個(gè)軟件中Simulink部分的應(yīng)用，也對(duì)電廠中主汽溫系統(tǒng)的整定有了個(gè)大致的了解，更是學(xué)會(huì)應(yīng)用VISIO軟件進(jìn)行繪圖，獲益良多。在課設(shè)的過程中，我們遇到了很多困難，尤其在SAMA的繪制以及主回路PI參數(shù)的整定方面，不過經(jīng)過我們小組四位成員的共同努力，終于突破瓶頸，成功調(diào)出令人滿意的參數(shù)。當(dāng)然，