鍋爐溫度控制系統(tǒng)設計

1、<p>　　XXXXXXXX大學</p><p>　　本科生過程控制課程設計說明書</p><p>　　題 目：熱電廠鍋爐爐膛溫度</p><p><b>　　控制系統(tǒng)的設計</b></p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p><b

2、>　　學 號： </b></p><p><b>　　專 業(yè)： </b></p><p><b>　　班 級： </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p><b>　　摘　　要</b>&l

3、t;/p><p>　　鍋爐是熱電廠重要且基本的設備 ,其最主要的輸出變量之一就是主蒸汽溫度。主汽溫度自動調(diào)節(jié)的任務是維持過熱器出口汽溫在允許范圍內(nèi) ,以確保機組運行的安全性和經(jīng)濟性。如果該溫度過高 ,會使鍋爐受熱面及蒸汽管道金屬材料的蠕變速度加快 ,降低使用壽命。若長期超溫 ,則會導致過熱器爆管 ,在汽機側還會導致汽輪機的汽缸、 汽閥、 前幾級噴嘴和葉片、高壓缸前軸承等部件的壽命縮短 ,甚至損壞;假如該汽溫過低 ,會

4、降低機組的循環(huán)熱效率 ,一般汽溫每降低5 ℃～10 ℃,效率約降低1 % ,同時會使通過汽輪機最后幾級的蒸汽濕度增加 ,引起葉片磨損;當汽溫變化過大時 ,將導致鍋爐和汽輪機金屬管材及部件的疲勞 ,還將引起汽輪機汽缸和轉(zhuǎn)子的脹差變化 ,甚至產(chǎn)生劇烈振動 ,危及機組的安全 ,所以有效精準的控制策略是十分必要的</p><p>　　鍋爐爐膛溫度的控制效果直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量，溫度低于或者高于要求時都不能達到生產(chǎn)質(zhì)量指標

5、，有時甚至會發(fā)生生產(chǎn)事故，此設計控制以鍋爐爐膛溫度為主控參數(shù)、燃料和空氣并列為副被控變量設計熱電廠鍋爐溫度控制系統(tǒng)，以達到精度在正負5 ℃范圍內(nèi)。</p><p>　　關鍵詞：熱電廠；鍋爐；爐膛溫度；串級控制</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言4</b></p&g

6、t;<p>　　第一章熱電廠的工藝流程及要求5</p><p>　　第二章　　鍋爐的工藝流程及控制要求7</p><p>　　2.1鍋爐的工藝流程7</p><p>　　2.2鍋爐的控制要求8</p><p>　　第三章　　鍋爐爐膛溫度的分析9</p><p>　　第四章　　鍋爐爐膛溫度控制系

7、統(tǒng)的設計11</p><p>　　4.1爐膛溫度控制的理論數(shù)學模型11</p><p>　　4.2爐膛溫度控制方法的選擇12</p><p>　　4.3 系統(tǒng)單元元件的選擇12</p><p>　　4.3.1溫度檢測變送器的選擇12</p><p>　　4.3.2流量檢測變送器的選擇13</p>

8、<p>　　4.3.3主、副調(diào)節(jié)器正反作用的選擇15</p><p>　　4.3.4主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇15</p><p>　　4.3.5控制器儀表的選擇16</p><p>　　4.3.6控制閥的選擇18</p><p>　　第五章　　鍋爐爐膛溫度控制系統(tǒng)的工作原理18</p><p&

9、gt;　　第六章　　總　結19</p><p><b>　　參考文獻20</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展 ,對工藝操作條件的要求更加嚴格 ,對安全運行及對控制質(zhì)量的要求也更高 。而單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)工藝的要求 ,在這樣的情況下 ,串級控

10、制系統(tǒng)應運而生 。</p><p>　　鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求 :</p><p>　　(1) 可以實現(xiàn)對整個鍋爐系統(tǒng)工藝流程的控制 。</p><p>　　(2) 能夠自動控制鍋爐溫度 ,并達到所需精度 。</p><p>　　(3) 有良好的人機界面 ,能方便地在線修改參數(shù) ,并以動畫實現(xiàn)數(shù)據(jù)和流程的“可視化 。</p&

11、gt;<p>　　工程控制是工業(yè)自動化的重要分支。幾十年來，工業(yè)過程控制獲得了驚人的發(fā)展，無論是在大規(guī)模的結構復雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中，還是在傳統(tǒng)工業(yè)過程改造中，過程控制技術對于提高產(chǎn)品質(zhì)量以及能源的節(jié)約都起著重要的作用。</p><p>　　生產(chǎn)過程是指物料經(jīng)過若干加工步驟而成為產(chǎn)品的過程。該過程中通常會發(fā)生物理化學反應、生化反應、物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)換與傳遞等等，或者說生產(chǎn)過程表現(xiàn)為物流過變化的過程，伴隨物

12、流變化的信息包括物流性質(zhì)的信息和操作條件的信息。</p><p>　　生產(chǎn)過程的總目標，應該是在可能獲得的原料和能源條件下，以最經(jīng)濟的途徑，將原物料加工成預期的合格產(chǎn)品。為了打到目標，必須對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和控制。因此，過程控制的任務是在了解生產(chǎn)過程的工藝流程和動靜態(tài)特性的基礎上，應用理論對系統(tǒng)進行分析與綜合，以生產(chǎn)過程中物流變化信息量作為被控量，選用適宜的技術手段。實現(xiàn)生產(chǎn)過程的控制目標。</p>

13、<p>　　熱電廠的工藝流程及要求</p><p><b>　　熱電廠生產(chǎn)工藝</b></p><p>　　原煤經(jīng)過制粉系統(tǒng)將大塊的煤轉(zhuǎn)化成可供鍋爐燃燒的煤粉，生水經(jīng)過水處理系統(tǒng)再經(jīng)過除鹽處理而除去水質(zhì)里的鈣、鎂、鈉等鹽分子，然后通入鍋爐，鍋爐里的煤粉和通入的熱空氣經(jīng)過一定比例的混合后燃燒使得鍋爐產(chǎn)生蒸汽，這些高溫的蒸汽通過汽輪機，使得汽輪機高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的

14、旋轉(zhuǎn)機械能，發(fā)電機連接著汽輪機，發(fā)電機將汽輪機產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)化成電能，這些電壓不定的電力在主變壓器的作用下變成一定電壓的電量，經(jīng)過高壓遠程輸電送入各個電網(wǎng)輸送到全國各地</p><p>　　熱電廠是聯(lián)合生產(chǎn)電能和熱能的發(fā)電廠。熱電廠供熱系統(tǒng)是利用汽輪機同時生產(chǎn)電能和熱能的熱電系統(tǒng)作為熱源。以熱電廠作為熱源不僅熱能利用效率高，同時有利于環(huán)保。以熱電廠作為熱源的供熱系統(tǒng)稱為熱電廠集中供熱系統(tǒng)。集中熱水供應系統(tǒng)主要

15、由熱媒系統(tǒng)，熱水供應系統(tǒng)和附件三個部分組成。</p><p>　　熱媒系統(tǒng)由熱源，換熱器和熱媒管網(wǎng)組成。由鍋爐生產(chǎn)的蒸汽通過熱媒管網(wǎng)送到換熱器加熱冷水，變成高溫水通過熱媒管網(wǎng)供暖。經(jīng)過熱交換蒸汽變成冷凝水，大部分和新補充的軟化水經(jīng)冷凝循環(huán)泵再送回鍋爐加熱成蒸汽，如此循環(huán)完成熱傳遞過程。</p><p>　　熱水供水系統(tǒng)由熱水配水管網(wǎng)和回水管網(wǎng)組成。被加熱到一定溫度的冷水，從換熱器出來，經(jīng)配

16、水管網(wǎng)送至各個熱水配水點，而換熱器冷水由高位水箱或給水管網(wǎng)補給。供熱后的熱水經(jīng)回水管使一定量的熱水經(jīng)過循環(huán)水泵再流回換熱器。熱電廠包含有火力發(fā)電廠車間、水處理車間和熱力車間三個部分。其中火力發(fā)電廠流程為燃料的化學能→蒸汽的熱勢能→機械能→電能。在鍋爐中，燃料的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝臒崮?；在汽輪機中，蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩喿有D(zhuǎn)的機械能；在發(fā)電機中機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?lt;/p><p>　　水處理系統(tǒng)就是為了產(chǎn)出電導率<

17、0.6 us/cm的鍋爐用水。熱電廠主要是有兩個陰床，兩個陽床和兩個混床，在其工作的時候，分別就一個工作，另一個主要是備用。另外，熱力車間燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置一般由燃氣輪機、原料氣壓縮機、蒸汽輪機、余熱鍋爐、熱交換器、發(fā)電機等組成。燃氣輪機的燃料主要有油、高爐煤氣、水煤氣、煉油長氣等，如下圖（1-1）</p><p>　　圖（1-1）熱電廠生產(chǎn)工藝流程圖</p><p>　　第二章　　

18、鍋爐的工藝流程及控制要求</p><p>　　2.1鍋爐的工藝流程</p><p>　　由于鍋爐設備使用的燃料、燃燒設備、爐體形式、鍋爐功用和運行要求的不同，鍋爐有各種各樣的流程。常見流程如圖2.1所示。由圖可知，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)由給水泵、給水調(diào)節(jié)閥、省煤器、汽包及循環(huán)管組成。燃料和熱空氣按照一定的比例進入燃燒室燃燒，產(chǎn)生的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽,然后經(jīng)過熱器，形成一定汽溫的過熱

19、蒸汽，匯集至蒸汽母管。壓力為的過熱蒸汽，經(jīng)負荷設備調(diào)節(jié)閥供給生產(chǎn)負荷使用。與此同時，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，將飽和蒸汽變成過熱蒸汽后，經(jīng)省煤器預熱鍋爐給水和空氣預熱器預熱空氣，最后經(jīng)引風機送往煙囪排入大氣。</p><p>　　2.2鍋爐的控制要求</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)負荷的不同需要，鍋爐需要提供不同規(guī)格（壓力和溫度）的蒸汽，同時，根據(jù)安全性和經(jīng)濟性的要求，是鍋爐安全運行和完全燃燒，

20、鍋爐設備的主要控制要求如下。</p><p>　　1、供給蒸汽量適應負荷變化需要或者保持給定負荷；</p><p>　　2、鍋爐供給用汽設備的蒸汽壓力應當保持在一定的范圍內(nèi)；</p><p>　　3 、過熱蒸汽溫度保持在一定范圍；</p><p>　　4、汽包水位保持在一定范圍；</p><p>　　5、保持鍋爐燃燒的

21、經(jīng)濟性和安全性；</p><p>　　6 、爐膛負壓保持在一定的范圍內(nèi)。</p><p>　　根據(jù)上述要求，鍋爐設備的主要控制系統(tǒng)見表2.1.</p><p>　　表2.1 鍋爐設備的主要控制系統(tǒng)</p><p>　　第三章　　鍋爐爐膛溫度的分析</p><p>　　火電廠的鍋爐爐膛由于采用的燃料為煤粉，在燃燒過程中，

22、爐膛和汽包之間的傳熱過程是一個相當復雜的過程，爐膛的溫度的動態(tài)特性具有一般的大滯后、時變、非線性和不對稱性等特點。在過程控制中，為了方便設計，同時又在一定的要求范圍內(nèi)，我們通常把鍋爐爐膛的溫度的動態(tài)特性看作是一個線性的系統(tǒng)?？梢杂靡韵聜鬟f函數(shù)描述。</p><p><b>　　具有時滯的一階環(huán)節(jié)</b></p><p>　?。?.1）

23、 </p><p><b>　　具有時滯的二階環(huán)節(jié)</b></p><p>　　（0.2） </p><p>　　在現(xiàn)場環(huán)境中，爐膛內(nèi)的溫度變化是時時刻刻的，很難用一個固定的數(shù)學公式將爐溫的變化規(guī)律總結出來。但是我們要對爐膛內(nèi)的溫度進行控制就必須要對爐膛內(nèi)的溫度變化進行一

24、個規(guī)律的總結，所以在規(guī)定的要求范圍內(nèi)，對一些情況進行近似處理是很合理和必要的。在通常情況下，我們給定爐膛一個溫度值，作為系統(tǒng)的給定，使鍋爐爐膛在這個給定的溫度狀態(tài)下工作。這個溫度的變化又是和爐內(nèi)的燃料燃燒量和爐體的總散熱量相關的。</p><p>　　對于火電廠鍋爐來說，爐體的容量、結構、檢測元件及其安放位置等都影響著滯后的大小。它不是一個單一的問題，是一個系統(tǒng)問題(容積滯后時間就是級聯(lián)的各個慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)之

25、和)。純滯后產(chǎn)生的根源也要從整個測量系統(tǒng)來考慮，并且與溫度的高低有關。熱量從熱源傳到溫度傳感器要經(jīng)過多個熱阻與熱容相串聯(lián)的熱慣性環(huán)節(jié)，而串聯(lián)的多容對象會產(chǎn)生等效純時滯后。隨著溫度的升高，輻射傳熱的比例增大，輻射具有穿透性，使傳熱路徑縮短，傳熱速度加快。所以純滯后的時間會隨溫度升高而減小。</p><p>　　由于火電廠鍋爐使用的燃料是煤粉，即鍋爐能量的來源方式是通過化學燃料的燃燒獲得能量的，同時，爐膛內(nèi)能量的散發(fā)

26、形式又是以爐膛的爐體熱量散失，對汽包進行熱量傳導進行散失等多種途徑進行的，所以爐膛內(nèi)的溫度的變化是一個相當復雜的過程，是一個非線性變化的過程。從模型參數(shù)上看，在鍋爐爐膛的整個溫度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，對象的增益、容積滯后時間和純滯后時間通常是與工作溫度與負載變化有關的變參數(shù)，而且參數(shù)變化量與溫度變化量之間是非線性關系。由于鍋爐爐膛內(nèi)的溫度是高溫段的，在高溫段，溫度變化的純滯后時間和過程增益將比低溫段有顯著減少，而時間常數(shù)則顯著增大。</p&

27、gt;<p>　　鍋爐作為一種高負荷運轉(zhuǎn)的設備，特別是火電廠內(nèi)的鍋爐，長期處于高負荷運轉(zhuǎn)下，隨著運行時間的變化，其各項性能都會逐漸發(fā)生變化，特別是隨著使用時間的增長，爐子的保溫隔熱材料會逐漸老化，爐膛內(nèi)部由于長期處于高溫環(huán)境中，爐體的保溫、密封性能變差，通過爐體向外散失的熱量增大。此外，鍋爐初次使用和久停后再用時，由于絕熱保溫材料中的水分大，爐膛溫度的特性差別也是很大的。另外，隨著季節(jié)的變換，鍋爐運行的外部環(huán)境溫度也是經(jīng)常

28、變化的，冬天外部環(huán)境相對較冷，爐體的散熱較快；夏天氣溫炎熱，爐體的散熱相對會較慢。如此種種因素都會引起爐膛溫度特性的變化，但變化的速度十分緩慢而不明顯。</p><p>　　火電廠鍋爐爐膛溫度具有大慣性、大滯后特性。在爐膛的整個溫度范圍內(nèi)，對象的增益、容積滯后時間、純滯后時間都是與工作溫度有關的變參數(shù)。從傳熱原理可知，這些參數(shù)也與負荷變化有關。在鍋爐設計的工作溫區(qū)，在工作點附近的小范圍內(nèi)其動特性接近于線性，較容易

29、控制，用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器也能控制得很好，但不能經(jīng)受太大的擾動，也不能夠大范圍地跟蹤變化較快的給定信號。對于常規(guī)儀表，大范圍地改變溫度要靠手動，僅當溫度接近給定值時方可投入自動。</p><p>　　根據(jù)以上分析，可以認為火電廠鍋爐爐膛溫度是一種具有大容積滯后和大純滯后的對象。在整個爐膛的溫區(qū)內(nèi)，其動態(tài)參數(shù)隨鍋爐的工作溫度變化，在工作點附近的小溫度范圍內(nèi)，爐膛的動態(tài)特性近似線性的。</p><

30、p>　　第四章　　鍋爐爐膛溫度控制系統(tǒng)的設計</p><p>　　4.1爐膛溫度控制的理論數(shù)學模型</p><p>　　根據(jù)以上分析可知，爐膛溫度問題是比較復雜的。對爐膛溫度動態(tài)特性進行分段線性化，則在每個較小的溫度區(qū)間，鍋爐爐膛的燃料流量—爐膛溫度系統(tǒng)的動態(tài)特性可近似地用一個慣性環(huán)節(jié)和一個純滯后環(huán)節(jié)串聯(lián)的簡化模型來表征，即:</p><p><b>

31、;　　（1） </b></p><p>　　其中K。為過程的增益，為過程的純滯后時間，To為過程的等效容積滯后時間。在鍋爐爐膛的整個溫度范圍內(nèi)，對象的增益、容積滯后時間和純滯后時間都是爐膛溫度和負載的非線性函數(shù)。K。隨鍋爐爐膛內(nèi)溫度升高而減小，To隨鍋爐爐膛內(nèi)的溫度升高而增大。機理建模和計算機仿真分析以及實驗辨識等也證明了這一模型的可行性。</p><p>　　4.2爐膛溫度控

32、制方法的選擇</p><p>　　以鍋爐爐膛溫度為主被控量、燃料和空氣并列為副被控變量的串級控制系統(tǒng)。其中，兩個并列的副環(huán)具有邏輯比值功能。使該控制系統(tǒng)在穩(wěn)定工作的情況下保證空氣和燃料的最佳比值，也能在動態(tài)過程中盡量維持空氣、燃料在最佳比值附近。</p><p>　　4.3 系統(tǒng)單元元件的選擇</p><p>　　4.3.1溫度檢測變送器的選擇</p>

33、<p>　　熱電偶溫度變送器與各種測溫熱電偶配合使用，可將溫度信號線性地轉(zhuǎn)換成為4～20mADC電流信號或1～5VDC電壓信號輸出，它是由量程單元和放大單元兩部分組成的。</p><p>　　熱電偶溫度變送器的主要特點是采用非線性負反饋回路來實現(xiàn)線性變化。</p><p>　　由上面表格可以看出，由于鍋爐爐膛內(nèi)的溫度較高，而熱電阻溫度變送器的測量范圍較小，所以在這里我選用熱電偶

34、溫度變送器，熱電偶溫度變送器與各種測溫熱電偶配合使用，可將溫度信號線性地轉(zhuǎn)換成為4～20mADC電流信號或1～5VDC電壓信號輸出，它是由量程單元和放大單元兩部分組成的。熱電偶溫度變送器的主要特點是采用非線性負反饋回路來實現(xiàn)線性變化。在同樣的都滿足測量要求的條件下，考慮到經(jīng)濟性的原則，我選用的是DBW-1150型熱電偶溫度變送器。</p><p>　　DBW-1150型熱電偶溫度變送器是DDZ-III系列儀表的主

35、要品種。本溫度變送器用熱電偶作為測溫元件，將被測溫度線性地轉(zhuǎn)換成標準信號1-5VDC或4-20mADC輸出，供給指示、記錄、凋節(jié)器、計算機等自動化監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p><b>　　技術參數(shù)：</b></p><p>　　◆輸    入：  標準熱電偶 ◆輸   

36、 出：  輸出電流：4～20mADC              輸出電壓：1～5VDC              輸出電阻：2

37、50Ω              允許負載變化范圍：100Ω◆量 程：  0～1600℃◆冷端補償誤差： ≤1℃◆溫度漂移：  ≤0.1×基本誤差/1℃◆絕緣電阻：  電源、輸入與輸出端子間≤100MΩ

38、60;◆絕緣強度：  電源/輸入/輸山端子間1500VAC/分鐘 ◆工作條件：  環(huán)境溫度：0～50℃              相對濕度：≤90%（RH）◆電源電壓：  24VDC±5%◆功 

39、60;  耗：  ＜2W◆防爆等級：  (ib)IICT6◆重    量：  ＜2Kg</p><p>　　4.3.2流量檢測變送器的選擇</p><p>　　本次流量變送的對象是煤粉和空氣，所以在選擇流量變送裝置的時候，必須能夠既測量煤粉固體顆粒，又能測量氣體的流量

40、。由于爐膛內(nèi)的是熱空氣，所以還要求變送裝置能夠在一定的高溫下工作，所以根據(jù)具體情況，我們可以選用LUGB型渦街流量計。</p><p>　　LUGB型渦街流量計根據(jù)卡門渦街原理測量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計。廣泛用于各種行業(yè)氣體、液體、蒸汽流量的計量，也可測量含有微小顆料、雜質(zhì)的混濁液體，并可作為流量變送器用于自動化控制系統(tǒng)中。</p><p>　　L

41、UGB型渦街流量傳感器防爆型，符合GB3836-2000《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備》規(guī)定，防爆標志為“ExiaIICT6”，在本次設計中，選用LUGB型渦街流量傳感器其精度等級完全可以滿足火電廠鍋爐溫度控制系統(tǒng)的精度要求。</p><p><b>　　產(chǎn)品特點：</b></p><p>　　?結構簡單而牢固，無可動部件，可靠性高，長期運行十分可靠。</p>

42、<p>　　?安裝簡單，維護十分方便。</p><p>　　?檢測傳感器不直接接觸被測介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命長。</p><p>　　?輸出是與流量成正比的脈沖信號，無零點漂移，精度高。</p><p>　　?測量范圍寬，量程比可達1:10。</p><p>　　?壓力損失較小，運行費用低，更具節(jié)能意義。 </p>

43、<p>　　?在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出信號頻率不受流體物理性質(zhì)和組分變化的影響，儀表系數(shù)僅與旋渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關，測量流體體積流量時無需補償，調(diào)換配件后一般無需重新標定儀表系數(shù)。</p><p>　　?應用范圍廣，蒸汽、氣體、液體的流量均可測量</p><p><b>　　技術參數(shù)：</b></p><p>　　公稱通經(jīng)（mm

44、）：15，20，25，40，50，65，80，100，125，150，200，250，300 　　儀表材質(zhì)：1Cr18Ni 9Ti 　　公稱壓力（Mpa）：PN1.6Mpa；PN2.5Mpa；PN4.0Mpa 　　被測介質(zhì)溫度（℃）：－40～＋250℃；－40～＋350℃ 　　環(huán)境條件：溫度－10～＋55℃，相對濕度5％～90％，大氣壓力86～106Kpa 　　精度等級：測量液體：示值的±0.5 　　測量氣體或蒸汽

45、：示值的±1.0、±1.5 　　量程比：1：10；1：15 　　阻力損失系數(shù)：Cd＜2.6 　　輸出信號：傳感器：脈沖頻率信號0.1～3000Hz 低電平≤1V 高電平≥6V 　　變送器：兩線制4～20mADC電流信號 　　供電電源：傳感器：＋12VDC、＋24VDC（可選） 　　變送器：＋24VDC 　　現(xiàn)場顯示型：儀表自帶3.2V鋰電池 　　信號傳輸線：STVPV3×0.3（三線制），2

46、×0.3（二線制） 　　傳輸距離：≤500m 　　信號線接口：內(nèi)螺紋M20×1.5 　　防爆等級：ExdIIBT6 　　防護等級：IP65</p><p>　　4.3.3主、副調(diào)節(jié)器正反作用的選擇</p><p>　　副調(diào)節(jié)器的正、反作用確定：</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)工藝安全的原則，調(diào)節(jié)閥采用氣開式，故Kv為正；當調(diào)節(jié)閥開度增大，空

47、燃比增大，故Ko2為正，流量變送器的Km2通常為正，為了使整個系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)靜態(tài)放大系數(shù)的乘積為正，故副控制器的Kc為正，選用反作用控制器。</p><p>　　2.主調(diào)節(jié)器的正、反作用確定：</p><p>　　副回路的放大倍數(shù)可視為正，因溫度變送器一般為正，當調(diào)節(jié)閥開度增大，溫度升高，故，Ko1為正，故主控制器的Kc為正，選用反作用控制器。</p><p>　　4

48、.3.4主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇</p><p>　　主調(diào)：定制控制；副調(diào)：隨動控制</p><p>　　主被控參數(shù)溫度是工藝操作的主要指標，允許波動的范圍很小，一般要求無靜差，因此主調(diào)節(jié)器應選擇PID調(diào)節(jié)規(guī)律。</p><p>　　副被控參數(shù)燃料和空氣流量，為了保持穩(wěn)定，P較大，可引入積分，一般不引入微分，因為微分會使調(diào)節(jié)閥動作過大，對控制不利，所以需要采用

49、PI調(diào)節(jié)，以增強控制作用。</p><p>　　4.3.5控制器儀表的選擇</p><p>　　采用模擬控制器:DDZ－III型調(diào)節(jié)器，DDZ―Ⅲ基型控制器框圖如圖4.3 。</p><p>　　由控制單元和指示單元兩部分組成?？刂茊卧ㄝ斎腚娐贰⒈壤e分微分電路、手動電路、保持電路。指示單元有兩種，因此基型控制器也分兩種，即全刻度指示控制器和偏差指示控制器。&l

50、t;/p><p>　　控制器的輸入信號為1～5V的測量信號。設定信號有內(nèi)設定和外設定兩種。內(nèi)設定信號為1～5V，外設定信號為4～20mA。測量信號和設定信號通過輸入電路進行減法運算，輸出偏差到比例積分微分電路進行比例積分微分運算后，由輸出電路轉(zhuǎn)換為4～20mA信號輸出。手動電路和保持電路附于比例積分微分電路之中，手動電路可實現(xiàn)軟手動和硬手動兩種操作，當處于軟手動狀態(tài)時，用手指按下軟手動操作鍵，使控制器輸出積分式上升或

51、下降，當手指離開操作鍵時，控制器的輸出值保持在手指離開前瞬間的數(shù)值上，當控制器處于硬手動狀態(tài)時，移動硬手動操作桿，能使控制器的輸出快速改變到需要的數(shù)值，只要操作桿不動，就保持這一數(shù)值不變。由于有保持電路，使自動與軟手動相互切換，硬手動只能切換到軟手動，都是無平衡無擾動切換，只有軟手動和自動切換到硬手動需要事先平衡才能實現(xiàn)無擾動切換。</p><p>　　如果是全刻度指示控制器，測量信號的指示電路和設定信號的指示電

52、路分別把1～5V電壓信號轉(zhuǎn)化為1～5mA電流信號用雙針指示器分別指示測量信號和設定信號。當控制器出現(xiàn)故障需要把控制器從殼體中取出檢查時，可以把便攜式手動操作器插入手動操作插孔，以實現(xiàn)手動操作。</p><p>　　圖4.3中的4～20mA輸出信號通過精密電阻轉(zhuǎn)化為1～5V電壓反饋到控制器的輸入端，使控制器形成了自閉系統(tǒng)，提高了控制器的運算精度。</p><p><b>　　技術參

53、數(shù)：</b></p><p>　　◆調(diào)節(jié)器輸入通道5路，信號標準4-20mA（1-5VDC）或0-10 mA（0-2.5VDC）?！粽{(diào)節(jié)器輸出通道1路，信號標準4-20mA或0-10 mA?！舾欇斎胪ǖ?路，信號標準1-5VDC（DDZ-III型）或0-2.5VDC（DDZ-II型）。◆模擬輸入通道的輸入阻抗為250Ω?！艄收辖狱c輸出1路，晶體管集電極開路輸出。◆手/自接點輸入1路，無電壓

54、開關接點，接點容量0.5A。手動：ON，自動：OFF?！綦娫矗?20±10%AC，0.2A?！裘總€通道都可以用撥碼開關設定為是否進行開方運算，阻尼時間可通過面板修改?！鬚ID參數(shù)范圍： （1）給定值-6.9%—106.9% （2）比例帶0.0—799.9% （3）積分時間0.0—99.9%分 （4）微分時間0.0—99.9%分 （5）采樣周期200毫秒◆安裝方式：表盤安裝，儀表自帶懸掛裝置?！魞x表外尺寸:8

55、0×160×260mm。</p><p>　　4.3.6控制閥的選擇</p><p>　　按所用能源形式的不同，執(zhí)行器分為電動、氣動和液動三類。</p><p>　　本設計主要是采用氣動執(zhí)行器，為了安全考慮，采用氣開式。它由氣動執(zhí)行機構和控制機構兩部分組成。氣動執(zhí)行機構又分為薄膜式和活塞式，它們都是以壓縮空氣為能源，具有控制性好，結構簡單，動作可

56、靠，維修方便，防活防爆和價廉等優(yōu)點，并可以方便地與氣動儀表配套使用。氣動執(zhí)行器也稱為氣動調(diào)節(jié)閥。</p><p>　　氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的結構可以分為兩部分，上面是執(zhí)行機構，下面是調(diào)節(jié)機構。從所學的知識可以了解到，它主要由膜片、彈簧、推桿、閥芯、閥座等零部件組成。當來自控制器的信號壓力通入到薄膜氣室時，在膜片上產(chǎn)生一個推力，并推動推桿部件向下移動，使閥芯和閥座之間的空隙減小，流體受到的阻力增大，流量減小。推桿下移的同

57、時，彈簧受壓產(chǎn)生反作用力，直到彈簧的反作用力與信號壓力在膜片上產(chǎn)生的推力相平衡為止，此時，閥芯與閥座之間的流通面積不再改變，流體的流量穩(wěn)定，可見，調(diào)節(jié)閥是根據(jù)信號壓力的大小，通過改變閥芯的行程來改變閥的阻力大小，達到控制流量的目的。</p><p>　　第五章　　鍋爐爐膛溫度控制系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　鍋爐爐膛溫度的控制，我選用普通的PID控制，由PID作為基本的控制算法。在此

58、次設計中我采用串級回路控制方法。</p><p>　　本系統(tǒng)具有 2 個調(diào)節(jié)器和 2 個閉合回路 ,2 個調(diào)節(jié)器分別設置在主 、副回路中 ,設在主回路的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器 ,設在副回路的調(diào)節(jié)器稱為副調(diào)節(jié)器 。兩個調(diào)節(jié)器串聯(lián)連接 ,主調(diào)節(jié)器的輸出作為副回路的給定量 ,副調(diào)節(jié)器的輸出去控制執(zhí)行元件</p><p>　　串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)多用于燃料源受頻繁擾動的鍋爐爐膛，該系統(tǒng)由主回路和副回路組成，主回

59、路根據(jù)實際值與給定值的偏差由PID調(diào)節(jié)規(guī)律對燃料流量進行調(diào)節(jié)，副回路根據(jù)燃料流量實際值與主回路溫度調(diào)節(jié)器輸出的燃料流量的偏差對流量進行調(diào)節(jié)，以避免擾動對燃料流量的影響。</p><p>　　在系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)時，溫度PID的輸出以A1送到煤粉流量調(diào)節(jié)回路PID作為設定值，以B1送到空氣流量調(diào)節(jié)回路PID作為設定值。</p><p>　　在負荷劇增(溫測<溫給)時,溫度PID的輸出劇增.對

60、于空氣流量調(diào)節(jié)回路,隨著B1開始增加時,B1<B2,低選器選中B1,空氣流量增加,當B1正跳變到B1>B2時,低選器選中B2,B1被中斷,同時B3<B2,高選器選B2,B2作為該回路PID的設定值,使空氣流量隨著煤粉流量的增加而增加,交叉限制作用開始,當B2增加到B2>B1時,低選器又選中B1,B1又作為該回路PID設定值,交叉限制作用結束,系統(tǒng)穩(wěn)定。對于煤粉流量調(diào)節(jié)回路,隨著煤粉流量的增加,高選器選A1,而低選

61、器中,開始時選A1作為該回路PID的設定值, 煤粉流量增加,A1>A2時,低選氣選A2,A1被中斷, 煤粉流量隨著空氣流量增加而增加,交叉限制作用開始,當A2增加到A2>A1時,低選器又選A1,此時A1>A3,使交叉限制作用結束,系統(tǒng)恢復穩(wěn)定。負荷劇減時相反。</p><p>　　可見負荷增加過程中，先開空氣后開煤粉，煤粉和空氣交替逐漸增加，從而保證充分燃燒，不產(chǎn)生黑煙。負荷減少時，先關煤粉后關

62、空氣，空氣和煤粉交替逐漸減少，保證合理燃燒，不會空氣過剩，帶走熱量。</p><p><b>　　第六章　　總　結</b></p><p>　　課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的快速發(fā)展，過程控制已經(jīng)成現(xiàn)代工業(yè)應用中空前活躍的領域， 在生活中可以說得是

63、無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握過程控制系統(tǒng)相關技術的設計與理論知識是十分重要的。</p><p>　　回顧起此次過程控制系統(tǒng)課程設計，至今我仍感慨頗多。的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在一個多星期的日子里，可以說得是苦多于甜。記得由于自己不小心，曾經(jīng)不得不把畫了大半個小時的鍋爐基本結構圖重新畫一次。但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知

64、識。例如一些電路設計軟件的學習與應用等等。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力，這一點對于我們這些即將走上各自工作崗位的應屆畢業(yè)生來說是一個很好的前社會實踐過程。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但有以前一些相關課程的課程設計經(jīng)驗，面對各種問題，最終還是成功解決了。設

65、計之初在確定設計方案的時候，為了查找資料還專門到圖書城去查閱相關火電廠的書籍，并通過互聯(lián)網(wǎng)絡搜尋相關的知識。在設計方案的過程中，發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，最后不得不重新拿起課本自習閱讀相關的知識點。總而言之，在這</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[１]于開江,呂劍虹. 鍋爐主汽溫和一級汽溫

66、的優(yōu)化控制[J ] . 動力工程,2004 ,24 (2) :212 - 214.</p><p>　　[２]黃成靜,劉紅軍,王東風. DMC2PID 串級主汽溫控制系[J ] .華北電力大學學報,2003 , (2) :54.</p><p>　　[３]葉智,劉偉,楊新民. DMC2PID 串級控制在火電廠過熱汽溫控制中的研究應用. 熱力發(fā)電,2005 , (3) :58 - 60.&l

67、t;/p><p>　　[４]馬平,李偉,鄭貴文,等. 基于無模型自適應控制的主汽溫度控制系統(tǒng)[J ] . 電力科學與工程,2006 , (1) :19 - 21.</p><p>　　[５]方康玲.過程控制系統(tǒng).武漢：武漢理工大學出版社，2002.6 </p><p>　　[６]何衍慶，蔣慰孫，俞金壽.工業(yè)生產(chǎn)過程控制.北京：化學工業(yè)出版社，2004.2</p&g