過程控制課程設(shè)計(jì)---鍋爐爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課程名稱： 過程控制系統(tǒng) </p><p>　　學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 測(cè)儀 </p><p>　　姓 名： 學(xué)

2、號(hào)： </p><p>　　年 級(jí)： 任課教師： </p><p>　　2011年 7 月 4 日</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p>　　摘要…………………………………………………………………</p&g

3、t;<p><b>　　正文</b></p><p><b>　　一．課程設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　二．工業(yè)過程控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的基本原則與方法………</p><p>　　三．鍋爐爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)任務(wù)分析………………………</p><p>　　四．鍋爐爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)方案設(shè)

4、計(jì)………………………</p><p>　　五．鍋爐爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)方案分析與說明………………</p><p><b>　　(一).系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　(二).方案設(shè)計(jì)的理由及說明</p><p>　　(三).控制器控制規(guī)律的選擇</p><p>　　(四).控制閥氣開氣關(guān)型的選擇

5、及控制器正反作用的選擇</p><p>　　(五)．控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程</p><p>　　六．課程設(shè)計(jì)小結(jié)……………………………………………</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………</p><p>　　附圖…………………………………………………………………</p><p><

6、b>　　摘要</b></p><p>　　自第一次工業(yè)革命鍋爐的誕生以來，鍋爐就一直為人們所用，鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能把水加熱成為熱水或蒸汽的機(jī)械設(shè)備。隨著社會(huì)科技的飛速發(fā)展，鍋爐不但沒有退出歷史的舞，而且依然是人們生活生產(chǎn)必須的重要組成部分。鍋爐是過程工業(yè)中必不可少的動(dòng)力設(shè)備，它所產(chǎn)生的蒸汽不僅可共生產(chǎn)過程作為熱源，而且還可作為蒸汽透平的動(dòng)力源，隨著工業(yè)生產(chǎn)過程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過程

7、的不斷強(qiáng)化，作為全廠動(dòng)力和熱源的鍋爐設(shè)備，亦向大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。為確保鍋爐生產(chǎn)的安全操作和穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)鍋爐的自動(dòng)控制也提出了更高要求。</p><p>　　然而，在鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)中，鍋爐的爐膛負(fù)壓控制是該系統(tǒng)必不可少的一個(gè)組成部分，當(dāng)爐膛負(fù)壓高于安全值時(shí)便很可能會(huì)引起火焰外噴而引發(fā)事故；當(dāng)爐膛負(fù)壓過低時(shí)盡管沒有安全隱患但過剩的空氣將會(huì)帶走更多能量，浪費(fèi)了能源的同時(shí)也降低了生產(chǎn)效率。因此，必須設(shè)置

8、相應(yīng)的爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)以保證爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)主要介紹鍋爐爐膛負(fù)壓的控制，但這并不能說明其他變量的控制就沒有該變量重要，爐膛負(fù)壓只是其中的一個(gè)組成部分，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)相互聯(lián)系的矛盾體。要想使生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行就必須保證各變量參數(shù)均達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。該課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為根據(jù)所提供的設(shè)備的主要工業(yè)流程圖，對(duì)工業(yè)熱工參數(shù)進(jìn)行檢查顯示，完成所要求的控制系統(tǒng)，畫出控制系統(tǒng)圖，并在說明書中對(duì)控制方案進(jìn)行了必要分析。說明書中提供了所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖和

9、爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)附圖，對(duì)控制規(guī)律的選擇、控制器正反作用的選擇、和控制閥的氣開氣關(guān)類都進(jìn)行了詳細(xì)分析和說明。 </p><p><b>　　正文</b></p><p>　　一．課程設(shè)計(jì)題目：鍋爐爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)</p><p>　　二．工業(yè)過程控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的基本原則與方法</p><p>　　在社會(huì)各

10、行各業(yè)的生產(chǎn)過程中，對(duì)各個(gè)工藝過程的工藝變量均有一定的控制要求，其中的一些工藝變量對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量直接起到了決定性的作用，是整個(gè)生產(chǎn)過程的表征。在工藝過程控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中要求所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)通過對(duì)這些工藝變量的監(jiān)測(cè)與控制，在確保生產(chǎn)安全的前提下盡可能保證產(chǎn)品的質(zhì)量、提高產(chǎn)品產(chǎn)量、降低生產(chǎn)能源的消耗、降低生產(chǎn)成本、改善工人的勞動(dòng)條件，除此還需保證生產(chǎn)過程能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)行和盡可能減少對(duì)環(huán)境的污染。</p><p>

11、;　　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先，要求自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在掌握較為全面的自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，也要進(jìn)可能的多熟悉所要控制的工藝裝置對(duì)象。其次，要求自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)人員與工藝專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行必要的交流，共同討論確定自動(dòng)化方案。第三，自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)人員要切忌盲目追求控制系統(tǒng)的先進(jìn)性和所用儀表及裝置的先進(jìn)性，應(yīng)該力求用最簡(jiǎn)單的控制方案滿足工業(yè)要求。第四，設(shè)計(jì)一定要遵循有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，按照科學(xué)合理的程序行。</p><p>　

12、　簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求先確定被控變量和操縱變量，其中控制變量應(yīng)選擇能夠盡可能實(shí)時(shí)反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量，而且該便量必須是可檢測(cè)的；而操縱變量的選擇應(yīng)該建立在保證生產(chǎn)產(chǎn)量和生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上，有安全隱患和以犧牲產(chǎn)量來保證質(zhì)量的設(shè)計(jì)方案都是不可取的。如果設(shè)計(jì)中需要復(fù)雜控制系統(tǒng)的還需對(duì)各個(gè)復(fù)雜控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。例如，如果需要設(shè)計(jì)串級(jí)控制系則需完成主、副回路的設(shè)計(jì)，串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器的選擇，主、副控制器正、反作用的選擇，串級(jí)控制系統(tǒng)中

13、副環(huán)檢測(cè)變送環(huán)節(jié)的非線性的處理；比值控制系統(tǒng)需要進(jìn)行主動(dòng)量和從動(dòng)量的選擇、比值控制系統(tǒng)類型的選擇和比值函數(shù)環(huán)節(jié)的選擇等；此外，復(fù)雜控制系統(tǒng)還有均勻控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、選擇控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)和雙重控制系統(tǒng)等，由于本說明書的后面章節(jié)將針對(duì)性的對(duì)該課程設(shè)計(jì)所用到的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，在此就不再贅述。</p><p>　　三．鍋爐爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)任務(wù)分析</p><p>　　鍋爐爐膛負(fù)

14、壓的控制與生產(chǎn)安全息息相關(guān)，安全方面主要是防止?fàn)t膛負(fù)壓過高導(dǎo)致火焰外噴而引發(fā)事故，但爐膛負(fù)壓過低將會(huì)降低燃料的利用率，送風(fēng)量和引風(fēng)量都直接影響到爐膛負(fù)壓，而且在需要進(jìn)行邏輯提量和邏輯減量及來至風(fēng)機(jī)的干擾比較大時(shí)爐膛負(fù)壓都會(huì)有較大的變化和波動(dòng)。因此，需要設(shè)置爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)來對(duì)其進(jìn)行控制，從而保證生產(chǎn)安全有效地進(jìn)行。</p><p>　　四．鍋爐爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　

15、（二）．方案設(shè)計(jì)的理由及說明</p><p>　　本方案是以控制爐膛負(fù)壓為目的的，固然可直接將此變量作為主被控變量；由于引風(fēng)量直接影響爐膛負(fù)壓，而且引風(fēng)量是一個(gè)相對(duì)對(duì)立的變量，因此可以選擇引風(fēng)量作為操縱變量．只要能夠?qū)崟r(shí)地控制引風(fēng)量就能夠確保爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定．由于氣體流量和壓力成平方關(guān)系，而且氣體流量不易準(zhǔn)確檢測(cè)，因此可以通過對(duì)引風(fēng)機(jī)入口煙氣壓力的控制間接地對(duì)引風(fēng)量進(jìn)行控制。由于開環(huán)無法保持爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定，需要應(yīng)用

16、閉環(huán)控制，即需引入反饋；但反饋具有一定的滯后性，即先檢測(cè)到變化之后再進(jìn)行控制，控制不夠及時(shí)，所以需要引入具有超前性質(zhì)的控制作用，因此需要引入前饋控制；考慮到來至引風(fēng)機(jī)的干擾較大的情況，需要引入串級(jí)。此干擾可以是來至其自身的干擾，例如引風(fēng)機(jī)的種類、引風(fēng)機(jī)出廠時(shí)的性能指標(biāo)、引風(fēng)機(jī)的老化程度等等；此外，還可能是來至供電系統(tǒng)提供的不穩(wěn)定電功率引起的干擾。因此，此控制系統(tǒng)實(shí)用于引風(fēng)機(jī)性能較低和供電不夠穩(wěn)定的場(chǎng)合。但在供電較為穩(wěn)定而且由于風(fēng)機(jī)本身原

17、因引起的干擾很?。磳?duì)爐膛負(fù)壓影響不大）的情況下，直接用前饋加反饋就可以了，這樣有助于參數(shù)的整定而且相比于前饋加串級(jí)具有更高的可靠性，同時(shí)還降低了控制設(shè)備的成本。</p><p>　?。ㄈ刂破骺刂埔?guī)律的選擇</p><p>　　在主、副環(huán)控制器控制規(guī)律的選擇過程中，由于主、副環(huán)控制器在整個(gè)系統(tǒng)中所起到的作用是不同的，副環(huán)起到隨動(dòng)控制的作用而主環(huán)則是起到定值控制的作用。主環(huán)對(duì)整個(gè)控制系

18、統(tǒng)的控制效果起到?jīng)Q定性的作用。因此，對(duì)主控制變量的要求要比對(duì)副控制變量的要求高得多，要求主控制變量沒有余差而對(duì)副控制變量不作太高要求。對(duì)于壓力的控制，盡管介質(zhì)為氣體的時(shí)間常數(shù)要比介質(zhì)為液體的時(shí)間常數(shù)大得多，但也不至于滯后太大，僅處于中等，所以可以選擇ＰＩ控制規(guī)律即可；而副環(huán)可以簡(jiǎn)單的選擇Ｐ控制規(guī)律。</p><p>　　對(duì)于前饋控制器而言，在此控制系統(tǒng)中并不要求輸出直流分量，可以采用傳遞函數(shù)為</p>

19、<p>　?。裕螅ǎ裕螅保┑那梆伩刂破?。</p><p>　　(四).控制閥氣開氣關(guān)型的選擇及控制器正反作用的選擇</p><p>　　在該控制系統(tǒng)中，對(duì)于串級(jí)來說，從安全角度考慮，系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)為避免爐膛火焰外噴，控制閥應(yīng)打開，選擇氣關(guān)型控制閥，Kv<0。副環(huán)：當(dāng)控制閥開度增加時(shí)，引風(fēng)機(jī)入口煙氣壓力減小，Kp2<0，又因?yàn)镵m2>0,為了實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋要求

20、Km2×Kc2×Kv2×Kp2>0,于是得到Kc2>0,所以副控制器應(yīng)選擇反作用控制器；主環(huán)：當(dāng)閥門開度增加時(shí)，爐膛壓力降低，Kp1<0,又因?yàn)镵m1>0，為了實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋要求Kc1×Kp1×Km1>0,于是得Kc1<0,所以主控制器應(yīng)選擇正作用控制器。</p><p>　　(五)．控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程</p><

21、;p>　　1．前饋：當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)出口壓力增加時(shí)，前饋控制器輸出增加，使得副控制器的設(shè)定值增加，因?yàn)楦笨刂破魇欠醋饔?，所以副控制器輸出減小，又因?yàn)榭刂崎y是氣關(guān)型，所以控制閥開度增大，引風(fēng)量增大，這樣就使鼓風(fēng)量的增加還沒引起爐膛負(fù)壓變化就被引風(fēng)量的增加所克服了，從而保證了爐膛負(fù)壓的穩(wěn)定。</p><p>　　2．主環(huán)：當(dāng)擾動(dòng)或負(fù)荷變化使?fàn)t膛負(fù)壓升高時(shí)，因?yàn)橹骺刂破魇钦饔?，所以主控制器輸出增大，使得副控制器的設(shè)定值

22、增大，因?yàn)楦笨刂破魇欠醋饔?，所以副控制器輸出減小，又因?yàn)榭刂崎y是氣關(guān)型，所以控制閥開度增大，引風(fēng)量增大，從而使?fàn)t膛負(fù)壓降低。</p><p>　?。常杯h(huán)：當(dāng)引風(fēng)量因擾動(dòng)而增加時(shí)，引風(fēng)機(jī)入口壓力減小，副環(huán)變送器輸出減小，副控制器為反作用輸出增加，氣關(guān)閥閥門開度減小，從而保證爐膛負(fù)壓不應(yīng)引風(fēng)機(jī)的干擾而發(fā)生較大變化引起事故。</p><p><b>　　六．課程設(shè)計(jì)小結(jié)</b&

23、gt;</p><p>　　在這次課程設(shè)計(jì)的方案分析過程中，我深深體會(huì)到了工業(yè)過程控制系統(tǒng)中各個(gè)變量是互相聯(lián)系相互制約的統(tǒng)一體，在設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)中需要具有全局觀念，而且設(shè)計(jì)和實(shí)際工況是離不開的，就如這次設(shè)計(jì)的爐膛負(fù)壓前饋—串級(jí)控制系統(tǒng)，盡管沒有明確的工況但我所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是建立在有較大引風(fēng)干擾假定條件下的。所以要想設(shè)計(jì)一個(gè)真正可以投入使用的控制系統(tǒng)是離不開實(shí)際工藝的考察和分析的。</p><p

24、>　　此外，此次設(shè)計(jì)還讓我對(duì)儀表的各種顯示類型的規(guī)定表示方法有了更多了解，而且是第一次學(xué)習(xí)使用CAD制圖，盡管以前連CAD是什么都不知道，第一次使用很多操作都需要百度幫助，但也學(xué)到了不少，我相信這些對(duì)今后的課程學(xué)習(xí)是很有幫助的，而且我以前連在word文檔里畫框圖都不會(huì)，經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)我又對(duì)其熟悉了很多。</p><p>　　很感激老師給了我這次機(jī)會(huì)以組長(zhǎng)的角色進(jìn)行了這次課程設(shè)計(jì)，雖然我比別人多花了很多時(shí)間

25、多做了很多事情，但這些正是我想要的。我以前成績(jī)很糟糕現(xiàn)在也還不怎么樣，我一直希望自己能踏踏實(shí)實(shí)的學(xué)習(xí)。然而，這次設(shè)計(jì)就是個(gè)很好的機(jī)會(huì)，我抓住了，體驗(yàn)了?？傊?，這次課程設(shè)計(jì)于我來說不僅僅是對(duì)本課程的學(xué)習(xí)過程，而是綜合性的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，希望這是我人生的新起點(diǎn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　方康玲，《過程控制系統(tǒng)》，武漢理工大學(xué)出版社，20

26、02</p><p>　　王驥程，《化工過程控制工程》，化學(xué)工業(yè)出版社，1996</p><p>　　王樹青，《工業(yè)過程控制工程》，化學(xué)工業(yè)出版社，1995</p><p>　　蔣慰孫，《過程控制工程》（第二版），中國(guó)石油出版社，2004</p><p>　　何衍慶，《工業(yè)生產(chǎn)過程控制》，化學(xué)工業(yè)出版社，2004</p><