鍋爐自動控制實驗系列

1、鍋爐自動控制實驗系列實驗一 鍋爐內膽動態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)一、實驗目的 1、進一步熟悉單回路溫度控制系統(tǒng)的組成與工作原理。 2、研究P、PI、PD和PID四種調節(jié)器分別對溫度系統(tǒng)的控制作用。 3、掌握好PID參數自整定的方法。 二、實驗設備 1、THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置 2、計算機、上位機MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉換器1只、串口線1根 3、萬用表 1只 三、實驗原理 圖2為一個單回路鍋爐內膽動態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)結構示意圖。圖2 鍋爐內膽動態(tài)水溫控制系統(tǒng)的結構示意圖其中鍋爐內膽為動態(tài)循環(huán)水，變頻器、磁力泵與鍋爐內膽組成循環(huán)水系統(tǒng)。而被控的參數為鍋爐內膽水溫，即要求鍋爐內膽水

2、溫等于給定值。實驗前先通過變頻器、磁力泵支路給鍋爐內膽打滿水，然后關閉鍋爐內膽的進水閥門F1-13。待系統(tǒng)投入運行以后，變頻器-磁力泵再以固定的小流量使鍋爐內膽的水處于循環(huán)狀態(tài)。在內膽水為靜態(tài)時，由于沒有循環(huán)水加以快速熱交換，而三相電加熱管功率為4.5KW，使內膽水溫上升相對快速，散熱過程又相對比較緩慢，而且調節(jié)的效果受對象特性和環(huán)境的限制，導致系統(tǒng)的動態(tài)性能較差，即超調大，調節(jié)時間長。但當改變?yōu)檠h(huán)水系統(tǒng)后，便于熱交換及加速了散熱能力，相比于靜態(tài)溫度控制實驗，在控制的動態(tài)精度，快速性方面有了很大地提高。系統(tǒng)采用的調節(jié)器為工業(yè)上常用AI智能調節(jié)儀。 圖3 鍋爐內膽動態(tài)水溫控制系統(tǒng)的方框圖 四、

3、實驗內容與步驟 1、按圖2要求，完成實驗系統(tǒng)的接線。 2、接通總電源和相關儀表的電源。 3、打開閥F1-1、 F1-2、 F1-5和 F1-13，關閉其它與本實驗無關的閥。用變頻器-磁力泵支路給鍋爐內膽打滿水。待實驗投入運行以后，變頻器-磁力泵再以固定的小流量使鍋爐內膽的水處于循環(huán)狀態(tài)。 4、手動操作調節(jié)器輸出，用計算機記錄鍋爐內膽中水溫的響應曲線，并由該曲線求得K、T和值，據此查表確定PI調節(jié)器的參數和TI，并整定之。 5、設置好溫度的給定值，先用手操作調節(jié)器的輸出，通過三相移相調壓模塊給鍋爐內膽加熱,等鍋爐水溫趨于給定值且不變后，把調節(jié)器由手動切換為自動，使系統(tǒng)進入自動運行狀態(tài)。 6、打開

4、計算機，運行MCGS組態(tài)軟件，并進行如下的實驗： 當系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，突加階躍擾動（將給定量增加5%15%），觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應曲線。 7、通過反復多次調節(jié)PI的參數，使系統(tǒng)具有較滿意的動態(tài)性能指標。用計算機記錄此時系統(tǒng)的動態(tài)響應曲線。 五、實驗報告 1、用實驗方法整定PI調節(jié)器的參數。 2、作出比例P控制時，不同值下的階躍響應曲線，并記下它們的余差ess。 3、比例積分調節(jié)器（PI）控制 1) 在比例調節(jié)控制實驗的基礎上，加上積分作用“I”，即把“I”（積分）設置為一參數，根據不同的情況，設置不同的大小。觀察被控制量能否回到原設定值的位置，以驗證系統(tǒng)在PI調節(jié)器控制下，系統(tǒng)的階躍擾動無余

5、差產生。 2) 固定比例P值（中等大?。?，然后改變調節(jié)器的積分時間常數TI值，觀察加入階躍擾動后被調量的輸出波形和響應時間的快慢。 3) 固定TI于某一中等大小的值，然后改變比例度的大小，觀察加階躍擾動后被調量的動態(tài)波形和響應時間的快慢。 4、分析和TI值改變時，各給系統(tǒng)動態(tài)性能產生什么影響。 六、思考題 1、消除系統(tǒng)的余差為什么采用PI調節(jié)器，而不采用純積分器？ 2、在溫度控制系統(tǒng)中，為什么用PD和PID控制，系統(tǒng)的性能并不比用PI控制時有明顯地改善？ 3、內膽動態(tài)水的溫度控制會比靜態(tài)水時的溫度控制更容易穩(wěn)定、性能更好？能否通過實驗驗證一下？ 實驗二 鍋爐內膽水溫位式控制系統(tǒng) 一、實驗目的

6、1、了解位式溫度控制系統(tǒng)的結構與組成。 2、掌握位式控制系統(tǒng)的工作原理及其調試方法。 二、實驗設備 1、THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置 2、計算機、上位機MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉換器1只、串口線1根 3萬用表 1只 三、實驗原理 圖4 鍋爐內膽水溫位式控制結構示意圖 溫度測量通常采用熱電阻元件（感溫元件）。它是利用金屬導體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進行溫度測量的，在本實驗中采用的熱電阻為Pt100鉑電阻。鉑電阻元件是采用特殊的工藝和材料制造，它具有很高的穩(wěn)定性和耐震動等特點，還具有較強的抗污染能力。 本實驗的被控對象是鍋爐內膽的電熱絲，被控制量是內膽的水溫T，溫度變送

7、器把被控制量T轉變?yōu)榉答侂妷篤i，它與二位調節(jié)器設定的上限輸入Vmax 和下限輸入Vmin比較，從而決定二位調節(jié)器輸出繼電器閉合與斷開，即控制位式接觸器接通與斷開。圖5為位式控制器的工作原理圖。圖5 位式控制器的輸入-輸出特性 圖中： V0-位式控制器的輸出 Vi-位式控制器的輸入 Vmax-位式控制器的上限輸入 Vmin-位式控制器的下限輸入 由圖5可見，VO與Vi的關系不僅有死區(qū)存在，而且還有回環(huán)，因而圖5所示的系統(tǒng)實質上是一個典型的非線性控制系統(tǒng)。執(zhí)行器只有“開”或“關”兩種極限工作狀態(tài)，故稱這種控制器為二位調節(jié)器。該系統(tǒng)的工作原理是： 當被控制的鍋爐水溫T減小到小于設定下限值時，即Vi

8、Vmin時，位式調節(jié)器的輸出繼電器閉合，交流接觸器接通，使電熱絲接通三相380V電源進行加熱（如圖4所示）。隨著水溫T的升高，Vi也不斷增大，當增大到大于設定上限值時，即ViVmax時，則位式調節(jié)器的輸出繼電器斷開，這樣交流接觸器也斷開，切斷電熱絲的供電。由于這種控制方式具有沖擊性，易損壞元器件，只適用在對控制質量要求不高的場合才使用。 位式控制系統(tǒng)的輸出是一個斷續(xù)控制作用下的等幅振蕩過程，因此不能用連續(xù)控制作用下的衰減振蕩過程的溫度品質指標來衡量，而用振幅和周期作為控制品質的指標。一般要求振幅小，周期長，然而對同一個位式控制系統(tǒng)來說，若要振幅小，則周期必然短；若要周期長，則振幅必然大。因此通過合理選擇中間區(qū)以使振幅在限定范圍內，而又盡可能獲得較長的周期。圖4為本實驗系統(tǒng)的結構圖，圖6為本實驗系統(tǒng)的方框圖。 圖6 鍋爐位式控制方框圖 四、實驗內容與步驟 1、按圖4要求，完成實驗系統(tǒng)的接線。 2、接通總電源和相關儀表的電源。 3、打開閥F1-1、 F1-2、F1-5和F1-13，關閉其它所有與本實驗無關的閥，用電動調節(jié)閥支路給鍋爐內膽打水至最大容量的三分之二左右時，停止打水。 4、在調節(jié)器上設置好溫度的給定值及控制范圍（即儀表的回差值dF），讓系統(tǒng)投入運行。 5、打開計算機，運行MCGS組態(tài)軟件并進入本實驗，觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應曲線。 6、