過控第十章實例

主要內(nèi)容10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述10.2干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計10.3電廠燃煤鍋爐控制10.4選煤過程控制第十章過程控制系統(tǒng)實例10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述---要求安全性

----在整個生產(chǎn)過程中，確保人員設(shè)備的安全。通常采用參數(shù)越限報警、事故報警、連鎖保護等措施加以保證。2)

穩(wěn)定性

-----系統(tǒng)在一定的外界擾動下，在系統(tǒng)參數(shù)、工藝條件一定的變化范圍內(nèi)，能長期穩(wěn)定運行的能力。

-----準(zhǔn)確性:系統(tǒng)被控量的實際運行狀況與希望狀況之間的偏差要小，使系統(tǒng)具有足夠的控制精度。

------快速性:系統(tǒng)從一種工作狀態(tài)向另一種工作狀態(tài)過渡的時間要短。3)

經(jīng)濟性

------提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量的同時，降耗節(jié)能，提高經(jīng)濟效益與社會效益。10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述---步驟1.熟悉系統(tǒng)的技術(shù)要求或性能指標(biāo)2.建立被控過程的數(shù)學(xué)模型

3.確定控制方案

4.根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)特性進行理論分析與綜合5.實驗驗證

6.工程設(shè)計7.工程安裝

8.控制器的參數(shù)整定

10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述--控制方案確定1.被控變量的選擇

被控變量—生產(chǎn)過程中希望借助自動控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量。合理選擇被控變量，關(guān)系到生產(chǎn)工藝能否達到穩(wěn)定操作、保證質(zhì)量、保證安全等目的。①根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，找出影響生產(chǎn)的關(guān)鍵變量作為被控變量換熱器出口溫度控制系統(tǒng)：工藝要求出口溫度為定值。那么設(shè)計的控制系統(tǒng)就應(yīng)以出口溫度為被控變量。②當(dāng)不能用直接工藝參數(shù)作為被控變量時，應(yīng)選擇與直接工藝參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接工藝參數(shù)作為被控變量。精餾工藝是利用被分離物中各組分的揮發(fā)溫度不同，將各組分分離。但是，沒有合適的儀表在線檢測餾出物的純度，純度不能直接作為被控變量?？紤]塔內(nèi)壓力恒定的情況下,塔內(nèi)溫度對餾出物純度具有單值對應(yīng)關(guān)系,所以常以餾出物溫度這一間接量作為被控變量.苯—甲苯苯甲苯

1.被控變量的選擇

③被控變量必須有足夠大的靈敏度,被控變量必須靈敏，容易被測量。④選擇被控變量時，必須考慮工藝合理性2.控制變量的選擇

控制變量:

把用來克服干擾對被控變量的影響，實現(xiàn)控制作用的變量稱為控制變量或操縱變量。最常見的控制變量是介質(zhì)的流量，也有以轉(zhuǎn)速、電壓等作為操縱變量的。LCLTh控制變量的確定:被控變量選定以后，應(yīng)對工藝進行分析，找出所有影響被控變量的因素。在這些變量中，有些是可控的，有些是不可控的。在諸多影響被控變量的因素中選擇一個對被控變量影響顯著且便于控制的變量，作為控制變量；其它未被選中的因素則視為系統(tǒng)的干擾。被控變量影響變量2.控制變量的選擇

為實現(xiàn)控制變量的合理選擇,首先要掌握過程特性對系統(tǒng)控制品質(zhì)的影響.如圖所示為單回路控制系統(tǒng)的等效框圖。Gc(s)—控制器的傳遞函數(shù)；Go(s)—廣義控制通道（包括執(zhí)行器和變送器）的傳遞函數(shù)；Gf(s)—擾動通道的傳遞函數(shù)。

Gc(s)

Gf(s)

Go(s)X(s)Y(s)＋F(s)＋＋－(1)干擾通道特性對控制質(zhì)量的影響結(jié)論：kf越大,由擾動引起的系統(tǒng)輸出也越大,被控量偏離設(shè)定值就越多,不利于系統(tǒng)控制.因此Kf越小越好,以減弱擾動對被控參數(shù)的影響；如果Kf無法改變,可以考慮增強控制作用(Kc變大)來抵消擾動的影響,或者采用前饋控制,根據(jù)擾動大小,提前實施控制作用.①干擾通道靜態(tài)增益Kf對控制質(zhì)量的影響②時間常數(shù)對控制質(zhì)量的影響干擾通道的慣性因子（Tf

s+1）使干擾作用的影響變得緩慢。Tf

越大(濾波作用越強)，干擾對被控變量的影響越緩慢，越有利于控制。

③擾動通道的時滯對控制質(zhì)量的影響對于前面的反饋控制系統(tǒng)而言:④擾動進入系統(tǒng)位置的影響當(dāng)擾動F的幅值和形式相同時，進入系統(tǒng)的位置越遠(yuǎn)離被控變量（或越靠近操作變量），擾動對控制系統(tǒng)被控變量的影響越小。因為擾動進入位置越遠(yuǎn)離被控變量，相當(dāng)于等效時間常數(shù)越大或擾動通道的濾波環(huán)節(jié)越多，擾動對被控變量的影響越小。(2)控制作用通道特性對控制質(zhì)量的影響①調(diào)節(jié)通道的增益對控制品質(zhì)的影響在Kc一定的條件下，Ko越大，控制作用越強，克服擾動的能力就越強，余差越小。同時，Ko越大，被控參數(shù)對控制作用的反應(yīng)就越靈敏，響應(yīng)越迅速。但Kc一定，Ko越大，意味著系統(tǒng)的靜態(tài)開環(huán)增益越大，對系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性越不利。閉環(huán)總放大倍數(shù)的穩(wěn)定是控制系統(tǒng)穩(wěn)定的前提，因此，KoKc的乘積應(yīng)保持恒定。選擇操作變量時，應(yīng)考慮Ko：大、穩(wěn)。時間常數(shù)大，反映速度慢，需要較長的過渡過程時間，但過程平穩(wěn)；時間常數(shù)小，反映快，過渡過程時間相應(yīng)減??；時間常數(shù)過小，容易引起振蕩和超調(diào)。②調(diào)節(jié)通道的時間常數(shù)對控制品質(zhì)的影響③調(diào)節(jié)通道時滯對動態(tài)性能的影響純滯后的存在，超調(diào)量將會增加，調(diào)節(jié)質(zhì)量將會惡化。調(diào)節(jié)通道純滯后越大，這種現(xiàn)象就越嚴(yán)重，調(diào)節(jié)質(zhì)量也就越壞。實際生產(chǎn)過程中，廣義被控過程可近似看成由幾個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成。以三階為例相應(yīng)的臨界穩(wěn)定增益為,的大小完全取決于三個時間常數(shù)的相對比值可以證明：時間常數(shù)相差越大，臨界穩(wěn)定的增益則越大，這對系統(tǒng)的穩(wěn)定性是 有利的。也就是說：在保持穩(wěn)定性相同的情況下，時間常數(shù)錯開得越多，系統(tǒng)開環(huán)增益 就允許增大得越多，因而對系統(tǒng)的控制質(zhì)量就越有利。系統(tǒng)傳函為：④控制通道時間常數(shù)匹配的影響干擾通道控制通道K（放大倍數(shù)）小，越小越好盡可能地大T（時間常數(shù)）大，越大越好適當(dāng)?shù)匦ˇ樱儨螅o關(guān)小，越小越好1)選擇結(jié)果應(yīng)使控制通道的靜態(tài)增益盡可能大，時間常數(shù)選擇適當(dāng)。2)控制通道的純時延時間應(yīng)盡可能小,和的比值一般應(yīng)小于0.3。3)干擾通道的靜態(tài)增益應(yīng)盡可能??；時間常數(shù)應(yīng)盡可能大，其個數(shù)盡可能多；擾動進入系統(tǒng)的位置應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離被控參數(shù)而靠近調(diào)節(jié)閥。這樣選擇對抑制擾動對被控參數(shù)的影響均有利。4)當(dāng)廣義被控過程由幾個一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)而成時，應(yīng)盡量設(shè)法使幾個時間常數(shù)中的最大與最小的比值盡可能大，以便盡可能提高系統(tǒng)的可控性。5)在確定控制參數(shù)時，還應(yīng)考慮工藝操作的合理性、可行性與經(jīng)濟性等因素選擇控制參數(shù)應(yīng)盡量使()A．干擾通道時間常數(shù)盡可能小B.控制通道放大系數(shù)適當(dāng)大C.控制通道時間常數(shù)適當(dāng)小D.控制通道純滯后時間盡量小E.干擾進入的位置離被控量測量點近一些。

控制參數(shù)選擇的一般性原則10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述--控制方案確定3.被控變量的檢測與變送

測量元件安裝位置不當(dāng)及測量儀表本身特性等,易引入純滯后。使測量信號不能及時反映被控參數(shù)的實際值,引起測量動態(tài)誤差,降低過程控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。1)選擇快速檢測儀表,以減小Tm和2)正確安裝,避免安裝不當(dāng)引起不必要的測量誤差3)對測量信號進行必要的濾波和線性化處理4)純滯后補償(P247-圖10-4)5)一般要求Tm<0.1*T0,如果不能滿足,可以通過在檢測變送環(huán)節(jié)的輸出端串聯(lián)一個微分環(huán)節(jié)來改善(P248-圖10-5)6)減小信號傳輸時延3.被控變量的檢測與變送

10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述--控制方案確定4.執(zhí)行器的選擇

1）執(zhí)行器的選型綜合考慮生產(chǎn)過程的特點、對執(zhí)行器推力的需求、被控介質(zhì)特性及安全性等因素來確定執(zhí)行器類型。2）氣動執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式選擇①控制器輸出信號為零或氣源中斷時使生產(chǎn)過程處于安全狀態(tài)；②在系統(tǒng)安全運行的條件下，綜合考慮節(jié)能、控制便捷等因素。3）調(diào)節(jié)閥尺寸的選擇調(diào)節(jié)閥尺寸主要包括調(diào)節(jié)閥的開度和口徑大小。在正常運行條件下，一般要求調(diào)節(jié)閥開度處于15%～85%之間。4）調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇(P248)為保證系統(tǒng)總的開環(huán)增益在整個工作范圍內(nèi)都保持線性、恒定,需要通過選擇調(diào)節(jié)閥的非線性流量特性來補償被控過程的非線性特性。確定調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)形式

——氣開（+），氣關(guān)（-）確定被控過程的正反作用

——正（輸入增加輸出，+），反（-）確定調(diào)節(jié)器的正反作用方式

——正（輸入增加輸出，-），反（+）系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)各個環(huán)節(jié)的靜態(tài)放大系數(shù)極性相乘為正10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述--控制方案確定5.控制器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇----控制器正/反作用方式

√調(diào)節(jié)器正反作用的確定原則:

保證系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋,即:構(gòu)成系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)靜態(tài)增益的乘積必須為正(或者說)閉合回路中有奇數(shù)個反作用環(huán)節(jié)

(調(diào)節(jié)規(guī)律和比較器作為一個環(huán)節(jié))。閉合回路中有奇數(shù)個反作用環(huán)節(jié)偏差控制器執(zhí)行器對象變送器給定值被調(diào)參數(shù)干擾—測量值正作用反作用正作用正作用＋偏差控制器執(zhí)行器對象變送器給定值被調(diào)參數(shù)干擾＋測量值反作用正作用正作用正作用－首先根據(jù)生產(chǎn)工藝要求及安全等原則確定調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式，以確定的正負(fù)；然后根據(jù)被控過程特性確定其屬于正、反哪一種類型，以確定的正負(fù)；最后根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)增益的乘積必須為正這一原則確定調(diào)節(jié)器正負(fù)，進而確定調(diào)節(jié)器的正反作用類型。調(diào)節(jié)器正反作用類型的確定方法例1：加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)負(fù)反饋驗證：設(shè)某時刻燃料壓力↑→燃料流量↑→爐溫↑→出料溫度↑→TC輸入↑→TC輸出↓→閥關(guān)小→爐溫↓→出料溫度↓TTTC反正正正燃料出料例2：儲槽液位控制系統(tǒng)LTLCM正正正反出料負(fù)反饋驗證：設(shè)某時刻進料量↑→液位↑→LC輸入↑→LC輸出↑→閥開大→出料量↑→液位↓1）廣義過程控制通道時間常數(shù)較大或容量滯后較大，引入D調(diào)節(jié)；工藝容許有靜差時，選用PD調(diào)節(jié)；工藝要求無靜差時，選用PID調(diào)節(jié)。2）控制通道時間常數(shù)小、負(fù)荷變化不大且要求允許有靜差，選用P調(diào)節(jié)。3）控制通道時間常數(shù)較小、負(fù)荷變化不大，工藝要求無靜差，選用PI調(diào)節(jié)。4）控制通道時間常數(shù)很大且純滯后時間較大、負(fù)荷變化劇烈，簡單控制系統(tǒng)難以滿足工藝要求，應(yīng)采用復(fù)雜控制系統(tǒng)或其他控制方案。10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述--控制方案確定5.控制器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇---原則

①τo/To<0.2，選用P或PI調(diào)節(jié)規(guī)律；②0.2<τo/To<1.0，選用PD或PID調(diào)節(jié)規(guī)律；③τo/To>1.0，簡單控制系統(tǒng)一般難以滿足要求，需要采用其他控制方式。調(diào)節(jié)規(guī)律優(yōu)點缺點應(yīng)用P靈敏、簡單，只有一個整定參數(shù)；存在靜差負(fù)荷變化不顯著，工藝指標(biāo)要求不高的對象。PI能消除靜差，又控制靈敏對于滯后較大的對象，比例積分調(diào)節(jié)太慢，效果不好。應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較小、負(fù)荷變化不大、精度要求高的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。例如，流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。PD增進調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定度，可調(diào)小比例度，而加快調(diào)節(jié)過程，減小動態(tài)偏差和靜差系統(tǒng)對高頻干擾特別敏感，系統(tǒng)輸出易夾雜高頻干擾。應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較大，但調(diào)節(jié)精度要求不高的對象。PID綜合了各類調(diào)節(jié)作用的優(yōu)點，所以有更高的調(diào)節(jié)質(zhì)量。對于滯后很大，負(fù)荷變化很大的對象，PID調(diào)節(jié)也無法滿足要求，應(yīng)設(shè)計復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)用于調(diào)節(jié)通道容量滯后較大、負(fù)荷變化較大、精度要求高的對象。10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述—工程設(shè)計用圖樣資料和文件資料表達控制系統(tǒng)設(shè)計思想和實現(xiàn)過程，并能按圖樣進行施工。主要內(nèi)容：①熟悉工藝流程、確定控制方案，完成工藝流程圖和控制流程圖繪制；②在儀表選型的基礎(chǔ)上完成有關(guān)儀表信息的文件編制；③完成控制室的設(shè)計及其相關(guān)條件的設(shè)計；④完成信號連鎖系統(tǒng)的設(shè)計；⑤完成儀表供電、供氣關(guān)系圖及管線平面圖的繪制；⑥完成有關(guān)的其他設(shè)備、材料的選用情況統(tǒng)計及安裝材料表的編制；⑦完成抗干擾和安全設(shè)施的設(shè)計；⑧完成設(shè)計文件的目錄編寫等。10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述—工程設(shè)計1）立項報告設(shè)計①控制方案以及電源、氣源、儀表、控制室和儀表盤布置等的確定；②確定企業(yè)自身及其協(xié)作單位的設(shè)計任務(wù)分工；③說明設(shè)計依據(jù)及其在國內(nèi)外同行業(yè)中的采用情況；④提供設(shè)備清單（價格、供貨商等）、經(jīng)費預(yù)算、參加人員等說明；⑤預(yù)測并分析系統(tǒng)的經(jīng)濟效益等。具體步驟2）施工圖設(shè)計系統(tǒng)實施的具體技術(shù)文件和圖樣資料，包括:圖樣目錄、說明書、設(shè)備匯總表、設(shè)備裝置數(shù)據(jù)表、材料表、連接關(guān)系表、測量管路和絕熱伴熱方式表、信號原理圖、平面布置圖、接線圖、空視圖、安裝圖、工藝管道和儀表流程圖、接地系統(tǒng)圖等。10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述—工程設(shè)計1）干擾的來源

①電磁輻射干擾：雷電、無線電廣播、電視、電網(wǎng)和電氣設(shè)備產(chǎn)生，空間分布范圍大、強弱差異大、性質(zhì)復(fù)雜。②引入線傳輸干擾：外部電磁波干擾和電力設(shè)備，產(chǎn)生電網(wǎng)感應(yīng)電壓和電流，導(dǎo)致采用電網(wǎng)供電的工業(yè)控制機系統(tǒng)發(fā)生故障；空間電磁輻射和共用信號儀表供電電源，在信號引入線上產(chǎn)生電磁感應(yīng)和電網(wǎng)干擾，引起I/O接口工作異常和測量精度降低，甚至損壞元器件。③接地系統(tǒng)干擾：模擬地、邏輯地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統(tǒng)混亂使大地電位分布不均，存在電位差，形成環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。④系統(tǒng)內(nèi)部干擾：來自于系統(tǒng)內(nèi)部元器件相互之間的電磁輻射?？刂葡到y(tǒng)的抗干擾和接地設(shè)計

10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述—工程設(shè)計2）抗干擾措施

P251

①隔離：保證絕緣材料的耐壓等級、絕緣電阻必須符合規(guī)定；采用盡量減少干擾對信號影響的布線方式；采用隔離器件將供電系統(tǒng)與電氣線路隔斷。②屏蔽：用金屬導(dǎo)體將被屏蔽的元件、電路、信號線等包圍。③濾波：在信號線(兩根)和地之間并接電容，減少共模干擾；在信號兩極間加裝Π型濾波器，可減少差模干擾。④避雷保護：信號線穿在接地金屬管內(nèi)，或敷設(shè)在接地封閉的金屬匯線槽內(nèi)，使因雷擊而產(chǎn)生的沖擊電壓與大地短接?？刂葡到y(tǒng)的抗干擾和接地設(shè)計

10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述—工程設(shè)計3）接地系統(tǒng)設(shè)計

①保護性接地方式：將電子設(shè)備的接地點與廠區(qū)電氣系統(tǒng)接地網(wǎng)相連；②工作接地：若廠區(qū)電氣系統(tǒng)接地網(wǎng)接地電阻較小、設(shè)備制造廠無特殊要求，工作接地直接與電氣系統(tǒng)接地網(wǎng)相連；若電氣系統(tǒng)接地網(wǎng)接地電阻較大或設(shè)備制造廠有特殊要求，則獨立設(shè)置接地系統(tǒng)；③特殊要求接地方式：本質(zhì)安全儀表應(yīng)獨立設(shè)置接地系統(tǒng)，并要求與電氣系統(tǒng)接地網(wǎng)相距5m以上；同一信號回路、同一屏蔽層、各儀表回路和系統(tǒng)只能用一個（信號回路）接地點，各接地點之間的直流信號回路需隔離；儀表類型不同，信號回路的接地位置也不同。控制系統(tǒng)的抗干擾和接地設(shè)計

10.1過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述—工程設(shè)計3）接地系統(tǒng)設(shè)計

接地體：埋入地中并和大地接觸的金屬導(dǎo)體。

接地線：用電儀表和電子設(shè)備的接地部分與接地體連接的金屬導(dǎo)體。

接地電阻：接地體對地電阻和接地線電阻的總和。①保護性接地電阻一般為4Ω，最大不超過10Ω；②工作接地電阻根據(jù)設(shè)備制造廠要求和環(huán)境條件確定，一般為1～4Ω。而且工作接地的接地線應(yīng)接到接地端子或接地匯流排（25mm×6mm銅條）?？刂葡到y(tǒng)的抗干擾和接地設(shè)計

除去凝結(jié)塊等雜質(zhì).10.2干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計工藝要求

混合熱空氣如圖是奶粉生產(chǎn)工藝中的噴霧式干燥設(shè)備。此工藝要求保證奶粉含水量在2%~2.5%。已濃縮的奶液從高位槽流下，經(jīng)過濾后從干燥器頂部噴出。干燥空氣被加熱后經(jīng)風(fēng)管吹入干燥器。滴狀奶液在熱風(fēng)中干燥成奶粉，并被氣流帶出干燥器。控制方案設(shè)計1被控參數(shù)選擇按工藝要求應(yīng)首選奶粉含水量為被控變量，但此類在線測量儀表精度低、速度慢。試驗發(fā)現(xiàn)，奶粉含水量與干燥器出口溫度之間存在單值關(guān)系。出口溫度穩(wěn)定在150±2℃，則奶粉含水量符合2%~2.5%。因此選干燥器出口流體溫度為被控變量。2.控制變量選擇影響干燥器出口奶粉流體溫度的主要可控因素有：乳液流量變化f1

旁路空氣流量變化f2

加熱蒸汽流量變化f3

若分別以這三個變量為控制變量，可以得到三個不同的控制方案。

f2

f1

f3

影響量作用的位置不同：f3蒸氣流量f2旁路冷風(fēng)流量f1乳液流量熱交換器T=100,T=100送風(fēng)管道

τ=3干燥器

Go

f2

f1

f3

乳液流量變化f1的作用通道最短；旁路空氣流量變化f2的作用通道增加了3秒的滯后；加熱蒸汽流量變化f3的作用通道又增加了兩個100秒的雙容滯后。調(diào)節(jié)方案：方案1：取乳液流量為控制變量（調(diào)節(jié)閥1）控制通道最短f3f2f1熱交換器送風(fēng)管道干燥器調(diào)節(jié)閥1調(diào)節(jié)器變送器－ry

f2

f1

f3

方案2：取旁通冷風(fēng)流量為控制變量（調(diào)節(jié)閥2）由于有送風(fēng)管路的傳遞滯后存在，較方案1多一個純滯后環(huán)節(jié)τ=3sf3f2f1熱交換器風(fēng)管干燥器調(diào)節(jié)閥2調(diào)節(jié)器變送器－ry

f2

f1

f3

熱交換器為雙容特性，因而調(diào)節(jié)通道又多了兩個容量滯后，時間常數(shù)都是T=100秒。

方案3：取蒸汽流量為控制變量（調(diào)節(jié)閥3）f3f2f1加熱器風(fēng)管干燥器調(diào)節(jié)閥3調(diào)節(jié)器變送器－ry控制方案的判別：從控制效果考慮，方案1的調(diào)節(jié)通道最短，控制性能最佳；方案2次之，方案3最差。但從工藝合理性考慮，方案1并不合適。因為乳液量應(yīng)按該裝置的最大生產(chǎn)能力控制，且在濃縮乳液管道上裝調(diào)節(jié)閥，容易使調(diào)節(jié)閥堵塞而影響控制效果。因此，選擇方案2比較合適。即：將調(diào)節(jié)閥裝在旁通冷風(fēng)管道上。測量元件及變送器被控溫度在600度以下，選用鉑熱電阻溫度計為提高檢測精度，應(yīng)用三線制接法配用溫度變送器10.2干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計

調(diào)節(jié)閥選氣關(guān)形式的調(diào)節(jié)閥選用對數(shù)流量特性的調(diào)節(jié)閥。選擇調(diào)節(jié)閥的公稱直徑和閥心直徑尺寸。根據(jù)過程特性與工藝要求,可選用PI或PID控制規(guī)律。根據(jù)構(gòu)成系統(tǒng)負(fù)反饋的原則,確定調(diào)節(jié)器正反作用反向。測量變送器：Km為正調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)式：Kv

為負(fù)輸入空氣量增加,輸出溫度減小：Ko

為負(fù)選用反作用調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器Kc取正10.2干燥過程的控制系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計

控制規(guī)律選擇4.繪制控制系統(tǒng)圖反正反10.3電廠燃煤鍋爐控制電廠生產(chǎn)過程10.3電廠燃煤鍋爐控制電廠生產(chǎn)過程控制要求

（1）鍋爐控制②鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制：通過控制燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量，使燃料所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負(fù)荷需要；使燃料量與空氣量之間保持一定的比值，以保證最經(jīng)濟燃燒，提高鍋爐的燃燒效率；使引風(fēng)量與送風(fēng)量相匹配，以保持爐膛負(fù)壓在一定的范圍內(nèi)。③過熱蒸汽系統(tǒng)的控制：維持過熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過允許的工作溫度。①鍋爐汽包水位的控制：基于汽包內(nèi)部的物料平衡關(guān)系，使給水量滿足鍋爐的蒸汽量需求（即負(fù)荷要求），并將汽包中水位維持在工藝允許范圍內(nèi)。10.3電廠燃煤鍋爐控制電廠生產(chǎn)過程控制要求

（2）單元機組的出力控制

要求單元機組的出力能快速適應(yīng)負(fù)荷的需求。機組的出力大小由鍋爐和汽輪機共同決定的。兩者在適應(yīng)負(fù)荷變化的能力上有差別：鍋爐從給水到形成過熱蒸汽是一個慣性較大的熱交換過程，汽輪機從蒸汽進入到發(fā)出電能是一個反應(yīng)相對較快的環(huán)節(jié)。10.3電廠燃煤鍋爐控制鍋爐汽包水位控制

影響變量給水量：給水溫度低于汽包內(nèi)的飽和水溫度，給水量變化會使汽包中氣泡含量減少，導(dǎo)致水位下降。蒸汽用量：在燃料量維持不變條件下，蒸汽用量增加使汽包水位降低。但由于汽包的汽水混合特性，在蒸汽用量突然增加時，汽包壓力會瞬時下降，使汽包內(nèi)水的沸騰驟然加劇，水中氣泡迅速增加，導(dǎo)致整個水位瞬間升高，形成虛假水位上升。10.3電廠燃煤鍋爐控制鍋爐汽包水位控制

控制方案被控量：汽包水位控制量：給水流量干擾量：蒸汽用量調(diào)節(jié)閥：氣關(guān)式10.3電廠燃煤鍋爐控制鍋爐汽包水位控制

控制方案一：單沖量控制系統(tǒng)

蒸汽用量突然增加，應(yīng)加大給水量以滿足負(fù)荷需求；但由于假水位現(xiàn)象，導(dǎo)致控制器會先減小給水量來抑制瞬間的水位升高，隨著假水位消失，汽包水位在負(fù)荷增加和給水量減少的雙重作用下，產(chǎn)生嚴(yán)重的水位下降，甚至發(fā)生危險。不適用于負(fù)荷變動較大的情況。10.3電廠燃煤鍋爐控制鍋爐汽包水位控制

控制方案二：雙沖量控制系統(tǒng)

將可測不可控干擾(蒸汽流量)作為前饋引入單沖量控制系統(tǒng)，有效避免假水位引起的誤動作，并及時控制水位，減小水位波動。本質(zhì)為前饋——反饋復(fù)合控制，給水量取決于汽包水位，還受蒸汽用量影響。能有效適應(yīng)負(fù)荷需求變化，但對給水系統(tǒng)中水壓等干擾因素造成波動不能及時抑制。10.3電廠燃煤鍋爐控制鍋爐汽包水位控制

控制方案三：三沖量控制系統(tǒng)

引入了三個測量信號：汽包水位、給水流量和蒸汽流量。本質(zhì)上是前饋——串級復(fù)合控制系統(tǒng)：主回路實現(xiàn)水位調(diào)節(jié)，副回路使給水流量能適應(yīng)負(fù)荷和水位要求。10.3電廠燃煤鍋爐控制鍋爐燃燒過程控制

使燃料所產(chǎn)生的熱量能夠滿足蒸汽負(fù)荷的需求；要保證燃燒的經(jīng)濟性和鍋爐的安全性。①蒸汽壓力控制系統(tǒng)。

負(fù)荷變化時，通過調(diào)節(jié)燃料量使蒸汽壓力穩(wěn)定。②經(jīng)濟燃燒控制系統(tǒng)。

燃料量改變時，按照一定的比例調(diào)節(jié)送風(fēng)量，保證充分燃燒。③爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)。配合引風(fēng)量與送風(fēng)量，以保證爐膛壓力穩(wěn)定。10.3電廠燃煤鍋爐控制鍋爐燃燒過程控制

（1）蒸汽壓力控制系統(tǒng)燃料量：燃料量增加，爐膛熱負(fù)荷增加，汽包壓力升高，汽輪機進汽閥開度不變時，主蒸汽壓力升高?？諝饬窟^熱蒸汽壓力

通過控制燃料量來控制蒸汽壓力波動，用于蒸汽負(fù)荷及燃料量波動較小情況。燃料量波動大時，為抑制燃料量自身擾動，用蒸汽壓力—燃料量串級控制。電網(wǎng)負(fù)荷變化，改變汽輪機進汽閥開度，使汽輪機耗汽量發(fā)生突然改變，主蒸汽壓力發(fā)生變化。10.3電廠燃煤鍋爐控制鍋爐燃燒過程控制

（2）經(jīng)濟燃燒控制保持蒸汽壓力的穩(wěn)定，但空燃比通過兩個控制器的正確動作而間接得到保證。燃料量跟隨蒸汽負(fù)荷變化而變化，為主流量；送風(fēng)量為副流量。在負(fù)荷發(fā)生變化時，送風(fēng)量的變化落后于燃料量，會導(dǎo)致燃燒的不完全性。負(fù)荷減少，通過LS，先減少燃料量，后減少空氣量；負(fù)荷增加，通過HS，先增加空氣量，再加大燃料量。10.3電廠燃煤鍋爐控制鍋爐燃燒過程控制

（2）經(jīng)濟燃燒控制上述方案不能保證始終保持最經(jīng)濟燃燒。因為：1）不同負(fù)荷下，兩流量的最優(yōu)化比值是不同的；2）燃料成分和熱值會變化；3）流量測量不夠準(zhǔn)確。根據(jù)煙氣含氧量與蒸汽流量之間的近似關(guān)系，獲得當(dāng)前負(fù)荷條件下的煙氣含氧量設(shè)定值。

氧含量成分控制器：根據(jù)最佳值對過剩空氣量校正，使鍋爐在不同負(fù)荷下始終處于最優(yōu)過?？諝饬肯逻\行，保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟性最高，熱效率最高。

10.3電廠燃煤鍋爐控制鍋爐燃燒過程控制

（3）爐膛壓力控制若爐膛負(fù)壓太小，爐膛內(nèi)熱煙氣甚至火焰會向外冒出，影響人員設(shè)備安全；若爐膛負(fù)壓太大，冷空氣會進入爐內(nèi)，使熱量損失增加，熱效率降低。爐膛壓力略低于大氣壓力，保持在微負(fù)壓（-2～-8mmH2O）。通過調(diào)節(jié)煙道引風(fēng)機開度來改變引風(fēng)量，維持爐膛負(fù)壓一定。由于爐膛壓力受到引風(fēng)量和送風(fēng)量影響。特別是鍋爐負(fù)荷變化比較大時，送風(fēng)量變化會引起爐膛負(fù)壓的較大波動。引入送風(fēng)量作為前饋信號，與引風(fēng)量單回路控制系統(tǒng)共同構(gòu)成前饋——反饋控制系統(tǒng)，從而有效維持引風(fēng)量與送風(fēng)量之間的平衡關(guān)系。10.3電廠燃煤鍋爐控制鍋爐燃燒過程控制

（4）安全保護系統(tǒng)燃燒嘴背壓正常時，控制燃料給入量，維持主蒸汽壓力穩(wěn)定。燃燒嘴背壓過高時，背壓控制器通過低值選擇器LS，減小燃料閥開度，降低背壓，避免發(fā)生脫火。燃燒嘴背壓過低時，由PSA系統(tǒng)帶動聯(lián)鎖裝置，切斷燃料上游閥門，避免回火引發(fā)事故。10.3電廠燃煤鍋爐控制過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)

采用減溫器后蒸汽溫度T2與過熱蒸汽溫度T1構(gòu)成串級控制1)爐跟機運行方式10.3電廠燃煤鍋爐控制機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

出力指令變化較小時，鍋爐的蓄熱能力可以滿足快速反應(yīng)需求。出力指令變化較大時，由于鍋爐蓄熱能力有限和鍋爐大慣性特性，使主蒸汽壓力波動較大，不能及時滿足汽輪機負(fù)荷要求，不利于鍋爐的安全運行。適用于參加電網(wǎng)調(diào)頻的機組。

2)機跟爐運行方式10.3電廠燃煤鍋爐控制機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

主蒸汽壓力比較穩(wěn)定，但是由于沒有充分利用鍋爐的蓄熱量和燃燒延遲，使機組對出力指令的響應(yīng)緩慢，負(fù)荷適應(yīng)性不好。適用于帶基本負(fù)荷的機組上。

3)機爐協(xié)調(diào)控制10.3電廠燃煤鍋爐控制機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

有效抑制鍋爐自身擾動引起的出力波動。當(dāng)鍋爐燃料量自發(fā)增加時，主蒸汽壓力升高，通過鍋爐控制器減少燃料量，同時通過汽機壓力控制器加大蒸汽控制閥開度，增加汽輪機進氣量，從而迅速抑制主蒸汽壓力的波動。10.4選煤過程控制選煤----利用煤炭所具有的與其他礦物質(zhì)不同的物理、物理化學(xué)性質(zhì)，應(yīng)用物理或化學(xué)方法將原煤中的灰分、硫分和矸石等雜質(zhì)的含量降低，并加工成質(zhì)量均勻、用途不同的成品煤的加工技術(shù)。10.4選煤過程控制選煤生產(chǎn)過程工藝流程

10.4選煤過程控制選煤生產(chǎn)過程工藝流程

1）除去原煤中的雜質(zhì)，降低灰分和硫分，提高煤炭質(zhì)量，適應(yīng)用戶的需求。2）把煤炭分成不同質(zhì)量、規(guī)格的產(chǎn)品，適應(yīng)用戶需要，以便合理有效地利用煤炭。3）去除煤炭中的矸石，減少無效運輸。4）去除煤炭中大部分的灰分和50％-70％的黃鐵礦硫，減少燃煤對大氣的污染。10.4選煤過程控制跳汰機自動控制系統(tǒng)1）分層過程。垂直升降的變速脈動水流是物料在跳汰機中按密度分層的主要動力?？梢酝ㄟ^控制各空氣室的進—排氣過程，達到控制脈動水流的目的。分層過程復(fù)雜，且密度層間的界限相對模糊，采用簡單的PID控制器很難得到好的控制效果。2）產(chǎn)品分離（即排料）過程。根據(jù)床層狀態(tài)控制排料時機，以降低錯配物比例，減少精煤流失。排料過程對行進中物料的分層必然產(chǎn)生干擾，必須嚴(yán)密地監(jiān)測密度分層狀態(tài)的動態(tài)，實現(xiàn)排料和密度分層過程兩者間的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。10.4選煤過程控制跳汰機自動控制系統(tǒng)1）床層松散度—整個床層中孔隙體積占床層體積的百分比。松散度小，床層跳動不起來，不能使物料按密度分層，導(dǎo)致分層狀態(tài)變差；松散度大，床層跳動幅度太大，導(dǎo)致同性顆粒散亂，不利于分層或己分好層的床層受到破壞。2）床層密度—理想分層狀態(tài)是同一密度級物料無一例外地進入床層中某一特定的區(qū)域，床層由上到下，物料密度由低到高排列，相互間不發(fā)生污染。通常采用γ射線密度檢測儀動態(tài)檢測不同層面上的物料密度值。3）床層厚度—影響床層分層。床層厚，則不易松散，對分層不利；床層薄時，脈動水流特性不能及時調(diào)整，會造成松散過度，使床層紊亂。通常采用浮標(biāo)傳感器測得。4）脈動水流參數(shù)—床層脈動水流速度和加速度與床層松散度基本呈一定比例關(guān)系。5）水壓、風(fēng)壓—水壓、風(fēng)壓大，使床層跳動有力，脈動幅度高；但過大，不利于分層或使己分好層的床層受到破壞導(dǎo)致。采用壓阻式壓力變送器測量。10.4選煤過程控制跳汰機自動控制系統(tǒng)（1）給料量控制在排料控制基礎(chǔ)上，利用排料量大小和煤質(zhì)好壞來控制給煤量大小。其控制目的在于保證跳汰機內(nèi)給煤量的穩(wěn)定。檢測到的原煤粒度和排料量作為輸入，確定給煤量給定值；然后通過改變變頻調(diào)速器的頻率，來控制電機，實現(xiàn)給煤機振動頻率的調(diào)節(jié)，以跟蹤給煤量給定值的變化。10.4選煤過程控制跳汰機自動控制系統(tǒng)（2）風(fēng)水控制根據(jù)給煤粒度、密度和給煤量來確定給水量的