過(guò)程控制工程課程設(shè)計(jì)鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)

1、 青海大學(xué) 過(guò)程控制課程設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)名稱： 鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng) 姓 名： 才讓加 學(xué) 號(hào)： 1020301025 所在院系： 化工學(xué)院化工機(jī)械系 專 業(yè)： 自動(dòng)化 指導(dǎo)老師： 王淑欽 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 2013-12-022013-12-15 摘要過(guò)熱蒸汽溫度的擾動(dòng)來(lái)源很多，蒸汽流量、燃燒工況、進(jìn)入過(guò)熱器蒸汽的熱焙、流經(jīng)過(guò)熱器的煙氣溫度和流速等的變化都會(huì)使過(guò)熱蒸汽溫度發(fā)生變化。而有些擾動(dòng)間又相互影響，使對(duì)象動(dòng)態(tài)過(guò)程變得復(fù)雜。但歸納起來(lái)，主要有三種擾動(dòng)：蒸汽量、煙氣量和減溫水量。本文是針對(duì)鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行的分析和設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)采用串級(jí)控制來(lái)控制減溫器噴水量以提高系統(tǒng)的控制性能。噴水減溫

2、作為調(diào)節(jié)汽溫的手段，根據(jù)汽溫偏差來(lái)改變噴水量。通過(guò)使用該系統(tǒng)，可以使得鍋爐過(guò)熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變化，并保護(hù)過(guò)熱器營(yíng)壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。關(guān)鍵字：擾動(dòng)來(lái)源 過(guò)熱蒸汽控制 串級(jí)控制系統(tǒng) 調(diào)節(jié)手段 1、生產(chǎn)工藝介紹1.1 鍋爐設(shè)備介紹鍋爐是工業(yè)過(guò)程必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可作為驅(qū)動(dòng)透平的動(dòng)力源，又可作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過(guò)程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，作為動(dòng)力和熱源的過(guò)濾，也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。鍋爐設(shè)備根據(jù)用途、燃料性質(zhì)、壓力高低等有多種類型和稱呼，工藝流程多種多樣，常用的鍋爐設(shè)備的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)是由給水泵、給水控制閥、省煤器、汽包

3、及循環(huán)管等組成。燃料與空氣按照一定比例送入鍋爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽，經(jīng)過(guò)過(guò)熱器形成過(guò)熱蒸汽，在匯集到蒸汽母管。過(guò)熱蒸汽經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制，供給負(fù)荷設(shè)備用，于此同時(shí)，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過(guò)熱蒸汽外，還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)送往煙囪排空。 圖1 鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖鍋爐設(shè)備的控制任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的需要，供應(yīng)一定壓力或溫度的蒸汽，同時(shí)要使鍋爐在安全、經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行。按照這些控制要求，鍋爐設(shè)備將有如下主要的控制系統(tǒng)：供給蒸汽量適應(yīng)負(fù)荷變化需要或保持給定負(fù)荷。鍋爐供給用汽設(shè)備的蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)。過(guò)熱蒸汽溫度保持在

4、一定范圍。汽包水位保持在一定范圍內(nèi)。保持鍋爐燃料的經(jīng)濟(jì)性和安全性。爐膛負(fù)壓保持在一定范圍。1.2 蒸汽過(guò)熱系統(tǒng)的控制蒸汽過(guò)熱系統(tǒng)則是鍋爐系統(tǒng)安壘正常運(yùn)行，確保蒸汽品質(zhì)的重要部分。本設(shè)計(jì)主要考慮的部分是鍋爐過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制。過(guò)熱蒸汽溫度的控制任務(wù)是維持過(guò)熱器出口汽溫在允許范圍內(nèi)，并且保護(hù)過(guò)熱器使管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度.過(guò)熱蒸汽溫度是鍋爐給水通道中溫度最高的地方.過(guò)熱器正常運(yùn)行時(shí)的溫度一般接近于材料所允許的最高溫度.因此，過(guò)熱蒸汽溫度的上限一般不應(yīng)超過(guò)額定值5(額定值為450 ).如果汽溫偏低，則會(huì)降低全廠的熱效應(yīng)和影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，因而過(guò)熱蒸汽溫度的下限一般不低于額定值10。過(guò)熱蒸汽

5、溫度控制的主要任務(wù)就是： 克服各種干擾因素，將過(guò)熱器出口蒸汽溫度維持在規(guī)定允許的范圍內(nèi)，從而保持蒸氣品質(zhì)合格：保護(hù)過(guò)熱器管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。本次設(shè)計(jì)以控制減溫水流量的變化來(lái)闡述對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。2、控制原理簡(jiǎn)介2.1 過(guò)熱蒸汽溫度的動(dòng)態(tài)特性2.1.1蒸汽量擾動(dòng)當(dāng)蒸汽量擾動(dòng)時(shí)，沿過(guò)熱器管道整個(gè)長(zhǎng)度各點(diǎn)的溫度幾乎同時(shí)變化，過(guò)熱器出口溫度的階躍響應(yīng)曲線圖2-a)所示。其特點(diǎn)是有遲延，有慣性，有自平衡能力，且較小。當(dāng)鍋爐的蒸汽量增加時(shí)，對(duì)流式過(guò)熱器和輻射式過(guò)熱器的出口汽溫隨蒸汽量變化的方向是相反的。蒸汽量增加時(shí)，通過(guò)對(duì)流式過(guò)熱器的煙量增加，煙溫也隨之升高，這兩具因素都使對(duì)流過(guò)熱器汽溫

6、升高。但是，由于蒸汽量增加時(shí)，爐膛溫度升高較少，輻射傳熱量的增加比蒸汽量增加所需的吸熱量增加要少，因此，當(dāng)蒸汽量增加，輻射式過(guò)熱器出口汽溫是下降的。圖2-b)表示了對(duì)流和輻射兩種過(guò)熱器出口汽溫隨蒸汽量變化的靜態(tài)特性。通過(guò)對(duì)流過(guò)熱器的受熱面積大于輻射過(guò)熱器的受熱面積，對(duì)流方式比輻射方式吸熱量為多，因此，總的汽溫將隨蒸汽量增加而升高。 圖2 鍋爐蒸汽量擾動(dòng)過(guò)熱器出口氣溫的階躍響應(yīng)曲線蒸汽量變化對(duì)汽溫變化的傳遞函數(shù)可用下式近似表示：式中k蒸汽量擾動(dòng)時(shí)被調(diào)對(duì)象的放大系數(shù)對(duì)象的時(shí)間常數(shù)蒸汽量擾動(dòng)時(shí)對(duì)象的遲延時(shí)間蒸汽量擾動(dòng)時(shí)過(guò)熱蒸汽溫度動(dòng)態(tài)特性，但不用蒸汽量作為過(guò)熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)量，這里的蒸汽量代表鍋爐負(fù)

7、荷，其大小由外部負(fù)荷決定。2.1.2煙氣側(cè)擾動(dòng)由于過(guò)熱器是一個(gè)熱交換器，過(guò)熱器出口汽溫反映了工質(zhì)從過(guò)熱器中帶走的熱量和從煙氣側(cè)吸收的熱量之間的平衡關(guān)系。當(dāng)煙氣流量或煙氣溫度發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，過(guò)熱蒸汽溫度發(fā)生變化。在煙氣側(cè)擾動(dòng)下汽溫對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性如圖3所示。其特點(diǎn)是：有遲延、有慣性、有自平衡能力。由于煙氣側(cè)擾動(dòng)是沿過(guò)熱器整個(gè)長(zhǎng)度使煙氣傳熱量發(fā)生變化，所以過(guò)熱蒸汽溫度響應(yīng)較快，其遲延和慣性比其它擾動(dòng)要小，但一般不用煙氣側(cè)作為調(diào)節(jié)手段來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)熱蒸汽溫度。改變煙量或煙溫時(shí)，會(huì)影響燃燒工況，與燃燒控制互相干擾，另外，煙氣側(cè)擾動(dòng)也將影響再熱蒸汽溫度?，F(xiàn)有電廠熱控系統(tǒng)僅用煙氣側(cè)作為調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度的手段，而利用減

8、溫水量來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)熱蒸汽溫度。 圖3 煙氣側(cè)擾動(dòng)時(shí)過(guò)熱器出口氣溫的階躍響應(yīng)曲線2.1.3減溫水量擾動(dòng)改變過(guò)熱器入口蒸汽溫度可以有效地調(diào)節(jié)過(guò)熱器出口蒸汽溫度，這是應(yīng)用較廣的一種汽溫調(diào)節(jié)手段，改變?nèi)肟谡羝麥囟瓤捎脟娝畞?lái)進(jìn)行。直接噴水減溫系統(tǒng)如圖4所示。采用減溫器噴水減溫時(shí)，要求有足夠的調(diào)節(jié)余量，一般在減溫器停運(yùn)、鍋爐出力最大時(shí)汽溫要高于給定值約3040。圖4減溫水階躍擾動(dòng)時(shí)過(guò)熱器出口氣溫的階躍響應(yīng)曲線采用噴水減溫調(diào)節(jié)過(guò)熱蒸汽溫度時(shí)，一般把過(guò)熱器分成兩個(gè)區(qū)域，如圖4-a)所示，導(dǎo)前汽溫2測(cè)點(diǎn)前至減溫器為導(dǎo)前區(qū)，過(guò)熱器出口汽溫1測(cè)點(diǎn)到導(dǎo)前汽溫測(cè)點(diǎn)為惰性區(qū)，其傳遞函數(shù)分別用G02（s）和G01（s）來(lái)表示，

9、整個(gè)被調(diào)對(duì)象的傳遞函數(shù)用G（s）表示：式中導(dǎo)前汽溫過(guò)熱器出口汽溫減溫噴水量在減溫水量擾動(dòng)時(shí)過(guò)熱蒸汽溫度被調(diào)對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線如圖5所示。 圖5 減溫水階躍擾動(dòng)時(shí)過(guò)熱器出口氣溫的階躍響應(yīng)曲線汽溫對(duì)象的傳遞函數(shù)可用下式表示：從階躍響應(yīng)曲線可以用工程方法求得G02(s)和G(s)，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析及調(diào)節(jié)器參數(shù)整定計(jì)算過(guò)程中，還需用到惰性區(qū)的傳遞函數(shù)，它不能由階躍響應(yīng)曲線直接求得，只能根據(jù)已求得的G02(s)和G(s)來(lái)求得： 對(duì)于高、中壓鍋爐采用噴水減溫，當(dāng)減溫水量擾動(dòng)時(shí)，汽溫對(duì)象的遲延時(shí)間3060s，慣性時(shí)間常數(shù)T100s，而當(dāng)煙氣側(cè)擾動(dòng)時(shí)汽溫對(duì)象的遲延時(shí)間1020s，慣性時(shí)間常數(shù)T100s。需要指

10、出的是汽溫對(duì)象傳遞函數(shù)表達(dá)式的放大系數(shù)K2和K是負(fù)值，K1為正值，分析和設(shè)計(jì)汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)充分考慮。2.2控制方案選擇2.2.1單回路控制方案在運(yùn)行過(guò)程中。改變減溫水流量，實(shí)際上是改變過(guò)熱器出口蒸汽的熱焙，亦改變進(jìn)口蒸汽溫度，如下圖所示。從動(dòng)態(tài)特性上看，這種調(diào)節(jié)方法是最不理想的，但由于設(shè)備簡(jiǎn)單，因此，應(yīng)用得最多。減溫器有表面式和噴水式兩種。減溫器應(yīng)盡可能地安裝在靠近蒸汽出口處，但一定要考慮過(guò)熱器材科的安全問(wèn)題，這樣能夠獲得較好的動(dòng)態(tài)特蛀。但作為控制對(duì)象的過(guò)熱器，由于管壁金屬的熱容量比較大，使之有較大的熱慣性。加上管道較長(zhǎng)有一定的傳遞滯后，如果用下圖所示的控制系統(tǒng)，控制器接受過(guò)熱器出口蒸汽溫度

11、變化后，控制器才開(kāi)始動(dòng)作，去控制減溫水流量的變化又要經(jīng)過(guò)一段時(shí)向才能影響到蒸汽溫度這樣，既不能及早發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)，又不能及時(shí)反映控制的效果，將使蒸汽溫度發(fā)生不能允許的動(dòng)態(tài)偏差。影響鍋爐生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 圖6 實(shí)際中過(guò)熱蒸汽控制系統(tǒng)常采用減溫水流量作為操縱變量，但由于控制通道的時(shí)間常數(shù)及純滯后均較大，組成單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)的要求。因此常采用串級(jí)控制系統(tǒng)，減溫器出口溫度為副參數(shù)，以提高對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度的控制質(zhì)量。2.2.2串級(jí)控制方案過(guò)熱器出口蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)如下圖所示。采用兩級(jí)調(diào)節(jié)器，這兩級(jí)調(diào)節(jié)器串在一起，各有其特殊任務(wù)，調(diào)節(jié)閥直接受控制器TC2的控制，而控制器TC2的給定值受到控

12、制器TC1的控制，形成了特有的雙閉環(huán)系統(tǒng)，由副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器和減溫器出口溫度形成的閉環(huán)稱為副環(huán)。由主調(diào)節(jié)器和主信號(hào)出口蒸汽溫度，形成的閉環(huán)稱為主環(huán)，可見(jiàn)副環(huán)是串在主環(huán)之中?？刂破鱐C1稱主調(diào)節(jié)器，控制器TC2稱為副調(diào)節(jié)器。將過(guò)熱器出口蒸汽溫度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，不是用來(lái)控制調(diào)節(jié)閥而是用來(lái)改變控制器TC1的給定值，起著最后校正作用。 圖7 串級(jí)系統(tǒng)是一個(gè)雙回路系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是把兩個(gè)調(diào)節(jié)器串接起來(lái)，通過(guò)它們的協(xié)調(diào)工作，使一個(gè)被控量準(zhǔn)確地保持為給定值。通常串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的對(duì)象慣性小，工作頻率高，而主環(huán)慣性大，工作頻率低。串級(jí)控制系統(tǒng)可以看作一個(gè)閉合的副回路代替了原來(lái)的一部分對(duì)象，起了改善對(duì)象特征的作用。除了

13、克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)外，還提高了系統(tǒng)的工作頻率，加快過(guò)渡過(guò)程。在爐溫過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中，為了獲得更好的控制精度，所以采用串級(jí)控制系統(tǒng)以得到良好的控制特性。2.3串級(jí)控制方案特點(diǎn)由如下串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖可知，主控制器的輸出即副控制器的給定，而副控制器的輸出直接送往控制閥。主控制器的給定值是由工藝規(guī)定的，是一個(gè)定制，因此，主環(huán)是一個(gè)定值控制系統(tǒng)；而副控制器的給定值是由主控制器的輸出提供的，它隨主控制器輸出變化而變化，因此，副環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。圖8 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖串級(jí)控制系統(tǒng)中，兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，以主控制器為主導(dǎo)，保證主變量穩(wěn)定為目的，兩個(gè)控制器協(xié)調(diào)一致，互相配合。若干擾來(lái)自副環(huán)，副控

14、制器首先進(jìn)行“粗調(diào)”，主控制器再進(jìn)一步進(jìn)行“細(xì)調(diào)”。因此控制質(zhì)量?jī)?yōu)于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。串級(jí)控制有以下優(yōu)點(diǎn)： 由于副回路的存在，減小了對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，縮短了控制通道，使控制作用更加及時(shí)； 提高了系統(tǒng)的工作頻率，使振蕩周期減小，調(diào)節(jié)時(shí)間縮短，系統(tǒng)的快速性增強(qiáng)了； 對(duì)二次干擾具有很強(qiáng)的克服能力，對(duì)客服一次干擾的能力也有一定的提高； 對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的串級(jí)控制系統(tǒng)，當(dāng)干擾從副回路進(jìn)入時(shí)，其最大偏差將會(huì)較小到控制系統(tǒng)的，即便是干擾從主回路進(jìn)入，最大偏差也會(huì)縮小到單回路控制系統(tǒng)的。但是，如果串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)得不合理，其優(yōu)越性就不能夠充分體現(xiàn)。因此，串級(jí)控制系統(tǒng)的

15、設(shè)計(jì)合理性十分重要。3、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)控制參數(shù)確定3.1.1 主變量的選擇 串級(jí)控制系統(tǒng)選擇主變量時(shí)要遵循以下原則：在條件許可的情況下，首先應(yīng)盡量選擇能直接反應(yīng)控制目的的參數(shù)為主變量；其次要選擇與控制目的有某種單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為主變量；所選的主變量必須有足夠的變化靈敏度。綜合以上原則，在本系統(tǒng)中選擇送入負(fù)荷設(shè)備的出口蒸汽溫度作為主變量。該參數(shù)可直接反應(yīng)控制目的。3.1.2副變量的選擇副回路的設(shè)計(jì)質(zhì)量是保證發(fā)揮串級(jí)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的關(guān)鍵。副變量的選擇應(yīng)遵循以下原則： 應(yīng)使主要干擾和更多的干擾落入副回路； 應(yīng)使主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)匹配； 應(yīng)考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟(jì)型綜合以上原則，

16、選擇減溫器和過(guò)熱器之間的蒸汽溫度作為副變量。3.1.3操縱變量的選擇工業(yè)過(guò)程的輸入變量有兩類：控制變量和擾動(dòng)變量?？刂仆ǖ篮蛿_動(dòng)通道的傳遞函數(shù)：。其中，干擾時(shí)客觀存在的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的因素，而操縱變量是克服干擾的影響，使控制系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行的因素。操縱變量的基本原則為： 選擇對(duì)所選定的被控變量影響較大的輸入變量作為操縱變量，盡量大； 在以上前提下，選擇變化范圍較大的輸入變量作為控制變量，以便易于控制； 在的基礎(chǔ)上選擇對(duì)被控變量作用效應(yīng)較快的輸入變量作為控制變量，使控制系統(tǒng)響應(yīng)較快盡量??；綜合以上原則，選擇減溫水的輸入量作為操縱變量。3.2 調(diào)節(jié)閥的選擇在本系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

17、，是按照控制器所給定的信號(hào)大小和方向，改變閥的開(kāi)度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的裝置。調(diào)節(jié)閥的口徑的大小，直接決定著控制介質(zhì)流過(guò)它的能力。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)管線的總壓降中占有較大的比例。調(diào)節(jié)閥的開(kāi)、關(guān)形式需要考慮到以下幾種因素： 生產(chǎn)安全角度：當(dāng)氣源供氣中斷，或調(diào)節(jié)閥出故障而無(wú)輸出等情況下，應(yīng)該確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不至發(fā)生事故； 保證產(chǎn)品質(zhì)量：當(dāng)發(fā)生控制閥處于無(wú)源狀態(tài)而恢復(fù)到初始位置時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量不應(yīng)降低； 盡可能的降低原料、產(chǎn)品、動(dòng)力損耗； 從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。綜合以上各種因素，控制閥，在此串級(jí)氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)燒壞過(guò)熱器、蒸汽管道和汽輪機(jī)的高壓

18、部分金屬損壞，造成生產(chǎn)停頓，還會(huì)引起高溫鍋爐爆炸等嚴(yán)重的后果，所以調(diào)節(jié)閥應(yīng)這擇氣關(guān)形式；但溫度過(guò)低時(shí)就會(huì)降低生產(chǎn)的工作熱效率并影響汽輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，所以調(diào)節(jié)啊應(yīng)選擇氣開(kāi)形式。在此情況下，出現(xiàn)了矛盾的情況，在此情況下要分消主要矛盾和次要矛盾，權(quán)衡利弊，主要矛盾是溫度過(guò)高出現(xiàn)的后果嚴(yán)重，所以調(diào)節(jié)潤(rùn)這用氣關(guān)形式，即。調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇，在實(shí)際生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥有線性特性、對(duì)數(shù)特性和快開(kāi)特性三種，在本系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇線性特性。閥門定位器的選用，閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的一種輔助裝置，與調(diào)節(jié)閥配套使用，它接受控制器來(lái)的信號(hào)作為輸入信號(hào)，并以其輸出信號(hào)去控制調(diào)節(jié)閥，同時(shí)將調(diào)節(jié)閥的閥桿位移反饋到

19、閥門定位器的輸入端而構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)，閥門定位器可以消除閥膜頭和彈簧的不穩(wěn)定以及各運(yùn)動(dòng)部件的干摩擦，從而提高調(diào)節(jié)閥的精度和可靠性，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位；閥門定位器增大了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，減少了系統(tǒng)的傳遞滯后，加快閥桿的移動(dòng)速度；閥門定位器還可以改變調(diào)節(jié)閥的流量特性。3.3 控制器設(shè)計(jì)由上文論述可知，系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)選擇串級(jí)控制。3.3.1 控制器控制規(guī)律的選擇在串級(jí)控制中，主變量直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量或生產(chǎn)的安全，所以主變量一般要求不得有余差，而對(duì)副變量的要求一般都不很嚴(yán)格，允許有一定的波動(dòng)和余差。從串級(jí)控制的結(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，為使其穩(wěn)定，主控制器通常選用比例積

20、分控制器，對(duì)于本系統(tǒng)由于控制通道容量滯后較大，為克服容量滯后，選用比例積分微分控制器作為主控制器。副環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，它的給定值隨主控制器輸出的變化而變化，為了加快跟蹤，副控制器一般不帶積分作用。若副控制器有微分作用，一旦主控制器輸出稍有變化，控制閥就將大幅度變化，這對(duì)控制系統(tǒng)很不利，故副控制器只選用比例控制器。3.3.2 控制器正、反作用選擇對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)，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)。為了使副環(huán)回路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，即構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中隨著調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度增加，減溫水量增加，副對(duì)象即減溫器后端蒸汽溫度會(huì)降

21、低，所以；而調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，所以 ，溫度升高，檢測(cè)變送器環(huán)節(jié)輸出增加，由可知，所以副控制器的控制作用應(yīng)為反作用。主控制器的正、反作用要根據(jù)主環(huán)所包括的各個(gè)環(huán)節(jié)的情況來(lái)確定。為了使主環(huán)回路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，即構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中隨著調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度增加，減溫水量增加，副對(duì)象即減溫器后端蒸汽溫度會(huì)降低，出口過(guò)熱蒸汽溫度降低，而調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，所以 ，溫度升高，檢測(cè)變送器環(huán)節(jié)輸出增加，由可知，所以主控制器的控制作用應(yīng)為反作用。4、控制儀表的選擇控制儀表的主要類型大致分為電動(dòng)或氣動(dòng)，電動(dòng)I型、II型、III型，單元組合儀表或是基地是儀表等。常用的控制儀表有電動(dòng)II型、III型。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，選用的

22、儀表不同，具體的實(shí)施方案也不同。電動(dòng)III型和電動(dòng)II型儀表就其功能來(lái)說(shuō)基本相同，但是其控制信號(hào)不相同，控制II型典型信號(hào)為，而電動(dòng)III型儀表的典型信號(hào)為，此外。III型儀表較II型儀表操作、維護(hù)更為方便、簡(jiǎn)捷，同時(shí)III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)III型儀表。由電動(dòng)III型儀表構(gòu)成的串級(jí)控制系統(tǒng)的基本方案有如下兩種：圖9 用電動(dòng)III型儀表組成的串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖該方案中采用了兩臺(tái)控制器，主、副變量通過(guò)一臺(tái)雙筆記錄儀進(jìn)行記錄。由于副控制器輸出的是，而控制閥只能接受氣壓信號(hào)，所以在副控制器與控制閥之間設(shè)置了

23、一個(gè)電氣轉(zhuǎn)換器。圖10 用電動(dòng)III型儀表組成的主控-串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖該方案較于上一方案多設(shè)置了一個(gè)主控-串級(jí)控制切換開(kāi)關(guān)，可以根據(jù)不同情況使控制系統(tǒng)工作于主控方式和串級(jí)控制方式下。在本設(shè)計(jì)中采用第二種方式可以是控制系統(tǒng)更好的工作，得到更穩(wěn)定的控制輸出。5、控制系統(tǒng)圖及說(shuō)明5.1 控制系統(tǒng)圖附圖-過(guò)熱蒸汽控制系統(tǒng)圖5.2 說(shuō)明1、對(duì)鍋爐設(shè)備熱工參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)顯示：儀表盤上標(biāo)號(hào)各自對(duì)應(yīng)的參數(shù)如下; 、鍋爐給水壓力，15MPa 、飽和蒸汽壓力，12MPa 、過(guò)熱蒸汽壓力，11MPa、爐膛負(fù)壓，-70Pa、鼓風(fēng)機(jī)出口壓力，4KPa、一級(jí)過(guò)熱器出口溫度，540 、一級(jí)過(guò)熱器前煙氣溫度，960 、上級(jí)省煤器后煙氣溫度，