2022年过控课程方案说明书任务书 .pdf

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1、个人资料整理仅限学习使用目录1 整体简介1 1.1炉膛负压概述 1 1.2控制方案和过程选择 1 1.3选择控制系统1 1.4 系统流程图 2 2 系统方框图2 3 仪表的选型 3 3.1 压力计选型 3 3.2 引风机转速控制器 4 3.3 引风机转速执行器4 4 被控对象特性 5 4.1 炉膛动态特性 5 4.2 控制算法的选择 5 5 系统仿真 6 5.1 MATLAB仿真6 课程设计总结8 参考文献8精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页个人资料整理仅限学习使用炉膛负压单回路控制系统1. 系统整体简介1.1 炉

2、膛负压概述炉膛压力是指送入炉膛内的空气、煤粉及烟气和引风机吸走的烟气量之间的平衡关系，即指炉膛顶部的烟气压力。炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。当锅炉运行时，机组负荷发生改变，锅炉进入炉膛的总燃料量和一次进风量，二次进风量将相应改变，炉膛中的延期也将改变。为了保证炉膛

3、内的正常负压，必须对引风量加以调节。炉膛负压过低，会使炉膛和烟道系统的漏风量进一步加大，不仅增加燃烧损失，还可能造成燃烧不稳定。如果负压过高，炉膛内的火焰和高温烟气会外泄，严重影响安全运行。所以必须引入负压调节系统，维持炉内压力在一定范围内，保证锅炉安全运行。炉膛内的压力主要与引风量，燃料输送量和送风量等参数有关，最主要的还是引风量，设计时可不靠考虑燃料输送量但必须考虑送风量的影响。由于引风量调节对象的动态响应快，测试较容易，所以采用引风量控制的系统一般只采用炉膛负压作为被调量的单回路控制系统。1.2 控制方案和过程的选择控制方案选择控制引风机的引风量大小直接改变炉膛压力，再利用压差变送器传递

4、的反馈信号作用于引风机，调节引风机的转速从而实现炉膛压力单回路控制的闭环回路。实际应用中把压力信号转换为4-20mA的电流信号 ,用转换来的电信号控制引风机变频器的频率.通过频率的改变使引风机的引风量得到控制。炉膛负压的控制对象是引风机导叶所控制的引风量，炉膛负压的动态特性是引风量阶跃变化时，炉膛负压随时间变化的特性。由于炉膛负压反应很快，可做比例特性来处理，之后用积分特性来消除余差，达到控制目的。单回路反馈控制系统由一个被控过程，一个检测变送器，一个控制器和一个执行器组成，对一个被控变量进行控制的单回路闭环控制。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - -

5、- - -第 2 页，共 10 页个人资料整理仅限学习使用锅炉1.3 选择控制系统如前所述，系统采用单回路控制系统，一个调节器，一个执行器，一个检测变送器，只有一个闭环。控制对象为锅炉炉膛，测量元件采用压差变送器，执行器是炉膛引风机变频器。被控变量是炉膛顶部烟气出口压力假设炉膛各处压力相等）。给定值为系统需要的合适的炉膛压力值，测量值由炉膛顶端压力计测量得到。为保证测得压力的准确性，采用五个压差变送器分别测量，之后取去掉其中最小值和最大值后的三个变送器的平均值作为测量变送量。操控变量是引风机变频器频率。干扰为炉膛内引风量落后于燃料量和鼓风量的控制，造成不稳定因素压力变化等。控制信号为调节器根据

6、偏差信号计算出得到的用以控制引风机变频器的5-25 mA 电流信号。1.4 系统流程图：图 1 炉膛负压单回路控制系统流程图2系统方框图f - K 图 2 炉膛负压单回路控制系统方框图PC PT 风机变频器引风机控制器引风机变频器炉膛压差变送器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页个人资料整理仅限学习使用3仪器仪表的选型3.1 测量元件防爆压差变送器由于炉膛温度高，且一般是负压，所以选用压力传感器，可采用炉膛负压传感器。建议选用PT500-503H压差变送器，其可测量的介质温度达600环境温度 -2085），采用高精度

7、高稳定性耐高温 电阻应变计做为变送器的感压芯片，选进的贴片工艺，配套带有零点、满量程补偿，温度补偿的高精度和高稳定性放大集成电路 ，引压头部分自带降温环形散热片，使用得温度可急速降温，将被测量介质的压力转换成420mA 、05VDC 、010VDC 、0.5 4.5VDC等标准电信号。产品结构采用全封焊结构，使之产品的抗冲击能力、过载能力、产品密封性等性能有了较大提高，产品最高压力可达到60MPa 。产品过程连接部分和电气连接部分有多种方式，能够最大限度的满足用户的需求。产品扩展特性： 1 ）、过程连接部分：可扩展为法兰接连、快速接口连接、毛细管连接等 2 ）、电气连接部分：可接二次就地显示仪

8、表、防水密封连接等 3 ）、介质温度特性： -2085、-20150、-20200、-20600 4 ）、输出信号特性： 020mA 、15VDC 、02VDC 、电压比例输出、 RS485数字信号被测介质：气体、液体及蒸气压力类型：表压量程： -100KPa-0.6Mpa60 Mpa 间任意可选输出：通用： 420mA 二线制）、 05VDC 、010VDC 、0.5 4.5VDC 三线制）特殊： 020mA 、15VDC 、02VDC 、电压比例输出 、 RS485 数 字 信 号综 合 精 度 ： 0.25%FS、 0.5%FS供电 ： 24V Dc1236VDC ）绝缘电阻： 1000

9、 M /100VDC 负载电阻 : 电流输出型：最大800；电压输出型：大于50K介质温度： -20 85、 -20 150、 -20 200、-20600可选）环境温度： -2085储存温度： -4090相对湿度：95% RH 密封等级： IP65/IP68 过载能力： 150%FS 响应时间：20mS 与介质温度有关）稳 定 性： 0.15%FS/年振动影响： 0.15%FS/年机械振动频率20Hz1000Hz ）电气连接：不锈钢防水密封端子 、四芯航空 接插精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页个人资料整理仅限学

10、习使用件、赫丝曼接头等3.2 引风机转速调节控制器利用 MCS-51单片机来控制引风机的转速，利用控制脉冲的产生与分配来控制电机，靠软件方式驱动电机，可在一定范围内自由设置转速，方便灵活。其参数为：8 位 cpu，片内带振荡器，频率范围为1.2MHz12MHz ，128B的数据存储器，片内带4KB的程序存储器，程序存储器的寻址空间为64KB ，数据存储器的寻址空间为64K 有 128 个用户为寻址空间， 21 个字节特殊功能寄存器， 4 个 8 位的 I/O 并行接口： P0、P1、P2、P3，两个 16 位定时、计数器，两个优先级别的五个中断源，一个全双工的串行I/O 接口，可多机通信， 1

11、11 条指令，包含乘法指令和除法指并采用单总线结构有较强的位处理能力采用单一+5V电源3.3 引风机转速执行器利用交流电机和变频器当作引风机的执行器是最优方案。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页个人资料整理仅限学习使用采用 DSP=，时间常数 T 很小。静态放大系数为： K=且压力调节的滞后性很小。通过查阅相关文献得知其工业上的实际传递函数为：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页个人资料整理仅限学习使用G (s=K ,其中 K =FK T

12、=FT T=T /F 带*的量为调节器参数的实际值，不带*的值为各参数的刻度值，F 为相互干扰系数； K为积分增益。由于本系统描述的是其理想情况，所以不采用实际传递函数而采用理想情况。这里将系统的总近似模型设为：G(s=将其中 K 是系统的总增益； T 是系统的惯性时间常量；将其中 K 设为 0.5，T 为 10，系统滞后时间由于很小这里忽略不计。5系统仿真5.1 MATLAB 仿真对调解器进行参数整定，即对PID 控制规律中调节器的比例度，积分时间，微分时间三个参数的大小进行确定，可以利用经验试凑法，临界比例法，衰减曲线法等办法对调解器参数进行整定。在本系统为压力控制系统，快速系统，对象容量

13、滞后较小，被控变量有波动。因此，可不用微分调节，宜用PI 调节，系统比例度要大，积分时间可小。由经验试凑法确定P的范围在 2530之间， I 范围在 12 之间。图 3Simulink 连接图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页个人资料整理仅限学习使用图 4阶跃响应图取 K=29 T=1.5 由图可以看出，超调量大概为所需量的1.4 倍，由锅炉的承压能力来看，如果炉膛负压选择合适，不会对锅炉安全造成影响，但是超调量过大可能会影响引风机使用寿命和电力消耗。所以有必要对参数进行优化。且由于没有微分效应，曲线显得不圆滑，过

14、度过程不平滑。图 5 优化后的阶跃响应从图中可以看出经过优化后超调量降为1.2 倍，且响应时间为5 秒左右，可以满足设计要求。优化后的 K取 25，T为 1.2 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页个人资料整理仅限学习使用6课程设计总结本设计针对炉膛负压回路的控制，采用变频器控制引风机转速调节炉膛压力的方案，分析了炉膛负压回路控制的原理和实施方法，系统模型的建立，仪表选型和操作MATLAB 进行仿真和相关参数整定，并且基本可以保证该控制系统的稳定性和快速性。本次课程设计的时间较长，可以让我们有充分的时间来进行设计，

15、并且免除了考研和期末考试的压力，所以整个设计的氛围还是很宽松的。应该来说，我所选择的炉膛负压单回路控制系统，属于压力控制，由于其延迟时间短，惯性效应不明显，所以设计起来相对于温度和流量控制还是比较容易的。通过对本系统的设计，是我对锅炉的压力调节方法有了深入的了解，同时也揭开了锅炉换热器等设备的神秘面纱，使我对设备不再有以前抱有的神秘感。同时我也学会了使用MATLAB 中的一些组件，俗话说师傅领进门，修行在各人。听过这次入门学习，我为毕业设计的前期准备工作又添了一片瓦。这无论是对即将结束的大学生涯，还是将要到来的工作生涯都是一次很好的借鉴和总结。最后感谢各位指导老师和所有在我设计过程中给予我关心

16、和帮助的老师和同学。7参考文献1 金以会主编过程控制清华大学出版社2 杨建勇主编热工过程自动控制清华大学出版社3 王树青 主编过程自动化仪表化学工业出版社4 王毅主编过程装备控制及应用化学工业出版社5 胡松涛主编自动控制原理简明教程 . 第二版科学出版社6 刘洁 . 一种基于炉膛压力分析的燃烧特征信号提取方法硕士论文华北电力大学7 孟华主编工业过程监测与控制化学工业出版社8 Wikipedia.The free encyclopedia. Wikipedia? is a registered trademark of the Wikimedia Foundation, Inc., a non-profit organization精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页个人资料整理仅限学习使用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页