工業(yè)鍋爐的微機DDC控制系統(tǒng)自動化專業(yè)畢業(yè)論文范文.doc

東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 I 摘摘 要要 這次畢業(yè)設(shè)計課題是工業(yè)鍋爐的微機 DDC 控制系統(tǒng) 根據(jù)現(xiàn)狀 由于 我國的整個鍋爐生產(chǎn)技術(shù)水平還比較落后 所以我國燃燒供熱所用的鍋爐 的燃燒效率還相當(dāng)?shù)?而且也使得鍋爐的燃燒不充分 而造成大氣污染加 重 所以這就迫切要求我們的鍋爐技術(shù)得到提高 本設(shè)計鍋爐的燃燒控制是采用雙交叉控制系統(tǒng) 是以維持合適的空氣 燃料比值為手段 從而保證了較高的熱效率 也就是利用一個測煙道中的 氧含量的傳感器 氧化鋯 隨時測的氧含量 信號在計算機處理后 利用 一個串級控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)空氣和燃?xì)獾牧髁?同時在這之間我們加入了 一個前饋控制系統(tǒng) 即在燃料的流量和計算機之間 把燃料的流量通過前 饋信號提前進(jìn)入計算機 從而通過計算機總的模塊的控制而去調(diào)節(jié)空氣的 流量 使得空氣和燃?xì)庵g維持在最佳的搭配量 最終實現(xiàn)本設(shè)計要求 關(guān)鍵字關(guān)鍵字 鍋爐 DDC 聯(lián)鎖 串級控制 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 II 目目 錄錄 第第 1 1 章章 工業(yè)鍋爐及工業(yè)鍋爐及 DCCDCC 控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述 1 1 1 11 1 引言引言 1 1 1 21 2 本課題的提出與課題任務(wù)本課題的提出與課題任務(wù) 1 1 1 31 3 鍋爐的發(fā)展鍋爐的發(fā)展 1 1 1 41 4 鍋爐微機鍋爐微機 DDCDDC 控制的意義以及目的控制的意義以及目的 2 2 第第 2 2 章章 鍋爐的基本構(gòu)造及工作原理鍋爐的基本構(gòu)造及工作原理 4 4 2 12 1 鍋爐的基本構(gòu)造鍋爐的基本構(gòu)造 4 4 2 22 2 鍋爐的工作原理及過程鍋爐的工作原理及過程 5 5 2 2 12 2 1 燃料的燃燒過程燃料的燃燒過程 5 2 2 22 2 2 水的汽化過程水的汽化過程 5 第第 3 3 章章 工業(yè)鍋爐的微機控制的原理工業(yè)鍋爐的微機控制的原理 7 7 3 13 1 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng) 8 8 3 23 2 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) 9 9 3 2 13 2 1 定義及方框圖定義及方框圖 9 9 3 2 33 2 3 串級控制系統(tǒng)的使用場合串級控制系統(tǒng)的使用場合 1010 3 2 43 2 4 設(shè)計注意事項設(shè)計注意事項 1010 3 33 3 前饋控系統(tǒng)前饋控系統(tǒng) 1111 第第 4 4 章章 工業(yè)鍋爐的微機工業(yè)鍋爐的微機 DDCDDC 系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制 1414 4 14 1 直接數(shù)字控制直接數(shù)字控制 DDCDDC 系統(tǒng)系統(tǒng) 1414 4 24 2 工業(yè)鍋爐的微機工業(yè)鍋爐的微機 DDCDDC 控制工作原理控制工作原理 1616 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 III 第五章鍋爐溫度和換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計第五章鍋爐溫度和換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計 1919 5 15 1 實驗?zāi)康?實驗?zāi)康?1919 5 25 2 實驗設(shè)備 實驗設(shè)備 1919 5 35 3 實驗原理 實驗原理 1919 5 45 4 實驗要求 實驗要求 2020 5 55 5 實驗內(nèi)容與步驟 實驗內(nèi)容與步驟 2020 5 65 6 思考問題思考問題 2121 5 75 7 實驗結(jié)果提交實驗結(jié)果提交 2121 5 85 8 實驗總結(jié)實驗總結(jié) 2121 致致 謝謝 2222 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 2323 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 1 第第 1 章章 工業(yè)鍋爐及工業(yè)鍋爐及 DCC 控制系統(tǒng)簡述控制系統(tǒng)簡述 1 1 引言引言 鍋爐是人類供熱 取暖的主要來源 它的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史 期間 從低級到高級 從簡單到復(fù)雜 隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對鍋爐容量 參數(shù)要求的不斷 提高 鍋爐形勢和鍋爐技術(shù)得到不斷迅速發(fā)展 隨著蒸汽機的發(fā)明 18 世紀(jì)末期 出現(xiàn)了公用的圓筒型蒸汽機 由于當(dāng)時生產(chǎn) 力的迅猛發(fā)展 蒸汽機在工業(yè)上的用途日益廣泛 不久就對鍋爐提出了擴(kuò)大容量和 提高闡述的要求 于是在圓筒型鍋爐的基礎(chǔ)上 從增加受熱面積入手 對鍋爐驚醒 了一系列的研究和技術(shù)改造 從而使鍋爐得到迅速的發(fā)展 隨著生產(chǎn)的發(fā)展 鍋爐日益廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域 成為發(fā)展國民經(jīng) 濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一 在現(xiàn)代化的建設(shè)中 能源的需氣使非常大的 然而我國的 能延齡用率極低 所以提高鍋爐的熱效率 有這極為重要的實際意義 此外 是鍋 爐能以地制宜地有效地燃用地方燃料 并為滿足環(huán)境保護(hù)的要求而努力解決煙塵污 染問題 以提高操作管理水平 減輕勞動強度 保證鍋爐額定運行及運行效率 安 全可靠地供熱等課題 1 2 本課題的提出與課題任務(wù)本課題的提出與課題任務(wù) 正是由于鍋爐應(yīng)用日益廣泛 所以我們這次的畢業(yè)設(shè)計課題就定為設(shè)計一套完 善的模擬鍋爐控制系統(tǒng) 即 工業(yè)鍋爐的微機 DDC 控制系統(tǒng) 1 實現(xiàn)對鍋爐風(fēng)煤比 煙氣含氧量 爐膛壓力控制 達(dá)到安全生產(chǎn) 降低煤 耗 提高效率的目的 2 要求參數(shù)在線修改 3 具有平衡無擾動切換功能 4 具有主要設(shè)備動態(tài)畫面顯示及報警功能 5 具有即時主要參數(shù)儀表顯示和歷史趨勢顯示 下面小標(biāo)題按照這個修改 1 3 鍋爐的發(fā)展鍋爐的發(fā)展 鍋爐向兩個發(fā)展方向的過程和結(jié)構(gòu)形式演變 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 2 第一個方向 是鍋爐內(nèi)部增加受熱面 形成煙管鍋爐系列 煤在火筒內(nèi)燃燒放 熱 后來增加了兩個火筒 及雙火筒鍋爐 為了進(jìn)一步增大鍋爐容量 后來又發(fā) 展到用小直徑的煙管取代火筒以增加受熱面 形成了煙管鍋爐和火筒煙管鍋爐組合 鍋爐 其共同的特點是 煙氣在火筒或煙管內(nèi)流動放熱 低溫工質(zhì) 水 則在火 筒式煙管外側(cè)吸熱 升溫和汽化 顯而易見 這類鍋爐的爐膛一般都較小 鍋爐四周又被作為輻射受熱面的筒壁 所圍住 所以爐內(nèi)溫度較低 燃燒條件較差 難于燃用低質(zhì)煤 而且煙氣縱向沖刷 壁面 串熱效率較差 排煙溫度較高 熱效率低 此外爐筒直徑大 既不易提高氣 壓油增加鋼耗量 蒸發(fā)量也受到限制 對于煙管鍋爐 還存在結(jié)構(gòu)剛性大 煙管排 列緊密使清理水垢困難和煙管內(nèi)容易堵灰等缺點 誠然 這類鍋爐也有一定的優(yōu)點 如結(jié)構(gòu)簡單 維修方便 水的容積大 能較好適應(yīng)負(fù)荷的變化 水質(zhì)要求低等 因 此有的結(jié)構(gòu)類型至今還被使用 第二個方向 實在鍋筒外部發(fā)展受熱面 形成水管鍋爐系列 大約到了 19 世紀(jì) 中頁 鍋爐開始在爐筒外面在整設(shè)計各正經(jīng)較小的圓筒受熱面 后來 進(jìn)一步發(fā)展 增加圓筒數(shù) 目減小效圓筒直徑以至于鋼管取代圓筒的做法 有利于蒸汽參數(shù)的提高和傳熱 的改善 最后終于出現(xiàn)了水管鍋爐 它的特點使煙氣在管外沖刷流動而放出熱量 氣體在管內(nèi)流動而吸熱和蒸發(fā) 水管鍋爐的出現(xiàn) 是鍋爐發(fā)展的一大飛躍 它擺脫了火筒 煙管鍋爐受熱筒尺 寸的制約 無論在燃燃燒條件 傳熱效果和受熱面的布置等方面都得到了根本性的 改善 為提高鍋爐的容量 參數(shù)和熱效率創(chuàng)造了良好的條件 金屬耗量也大為下降 水管鍋爐的發(fā)展趨勢 水管鍋爐 整連箱橫水管鍋爐 分連箱橫水管鍋爐 直水 管鍋爐 三鍋筒彎水管鍋爐 雙鍋筒彎水管鍋爐 單鍋筒水管鍋爐 直流鍋筒 縱觀鍋爐的發(fā)展歷史 真正走上現(xiàn)代化的道路也不過是四 五十年的時間 隨 著工業(yè)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步 現(xiàn)代化鍋爐整朝著大容量 高參數(shù)的方向發(fā)展 1 4 鍋爐微機鍋爐微機 DDC 控制的意義以及目的控制的意義以及目的 鍋爐式鍋名經(jīng)濟(jì)中重要的供熱設(shè)備 電力 機械 冶金 化工 紡織 造紙 食品等工業(yè)和民用采暖都需要鍋爐供給大量的蒸汽 各種工業(yè)的生產(chǎn)性質(zhì)與規(guī)模不 同 工業(yè)和民用采暖的規(guī)模大小也不一樣 因此所需的鍋爐容量 蒸汽參數(shù) 結(jié)構(gòu) 性能方面也不相同 鍋爐式供熱之源 鍋爐機器設(shè)備的任務(wù)在于安全 可靠 有效地把燃料的化學(xué) 能轉(zhuǎn)化成熱能 進(jìn)而將熱能傳遞給水 以生產(chǎn)熱水和蒸汽 通常 我們把用于動力 發(fā)電方面的鍋爐稱之為動力鍋爐 把用于工業(yè)及采暖 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 3 方面的鍋爐成為供熱鍋爐 又稱工業(yè)鍋爐 為了提高熱及效率 動力鍋爐向著高壓 高溫和大容量方向發(fā)展 而供熱鍋爐 除了生產(chǎn)工藝有特殊要求外 所生產(chǎn)的熱水均不需要鍋高溫的壓力和溫度 容量也 無需很大 隨著生產(chǎn)的發(fā)展 鍋爐設(shè)備日益廣泛的用于工業(yè)的各個部門 成為發(fā)展國民經(jīng) 濟(jì)的重要熱工設(shè)備之一 從量大 面廣這一角度來說 除電力以外的各行業(yè)中 主 要運行的始終是小型低壓鍋爐 在我國社會主義現(xiàn)代化的建設(shè)中能源的增長大大落 后于生產(chǎn)的增長 在國民經(jīng)濟(jì)日趨進(jìn)步的今天 國家要求工農(nóng)業(yè)每年總產(chǎn)值翻兩番 但能源只能翻一番 這就要求通過節(jié)能措施 以提高能源的有效利用 有效的彌補 能源供應(yīng)方面的缺口 這是一迫切的任務(wù) 顯然 面對量大 面廣的供熱鍋爐 如 何挖掘潛力 提高它的熱效率 有著極為重要的實際意義 此外 是鍋爐能因地制 宜的有效地燃用地方燃料 并為滿足環(huán)境保護(hù)的要求而努力解決煙塵污染問題 以 提高操作管理水平 減輕勞動強度 保證鍋爐額定輸出及運行效率 安全可靠的供 熱等課題 所以我們利用微機控制 設(shè)計出一整套比較合理的鍋爐運行設(shè)備 通過加熱爐熱效率控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 是燃料流量與空氣流量調(diào)節(jié)回路參照各自 對應(yīng)的實測流量 在允許范圍內(nèi)變化 達(dá)到動態(tài)時 能維持燃料流量與空氣流量恰 當(dāng)?shù)年P(guān)系 從而提高燃燒效率 節(jié)省燃料 起到節(jié)能 環(huán)保作用 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 4 第第 2 章章 鍋爐的基本構(gòu)造及工作原理鍋爐的基本構(gòu)造及工作原理 要設(shè)計一套完整的 性能良好的工業(yè)燃燒鍋爐 首先我們就必須了解一般燃燒 鍋爐的基本構(gòu)造和燃燒過程 2 1 鍋爐的基本構(gòu)造鍋爐的基本構(gòu)造 鍋爐是一種產(chǎn)生蒸汽的熱交換設(shè)備 它通過煤 油或天然汽等燃料的燃燒過程 釋放出化學(xué)能 并通過傳熱過程把能量傳遞給水 把水變成蒸氣或熱水 蒸汽或熱 水直接供給工業(yè) 生活等生產(chǎn)中所需要的熱能 所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的 化學(xué)能有效的轉(zhuǎn)化為蒸汽的熱能 鍋爐的主要設(shè)備 1 氣鍋 由上下鍋筒和三簇沸水管組成 水在管內(nèi)受管外煙氣加熱 因而管 簇內(nèi)發(fā)生自然的循環(huán)流動 并逐漸氣化 產(chǎn)生的飽和蒸汽積聚在上鍋筒里 面 2 爐子 是使燃燒從充分燃燒并釋放出熱量的設(shè)備 3 爐膛 保證燃料的充分燃燒 并使水流受熱面積達(dá)到規(guī)定的數(shù)值 4 鍋筒 是自然循環(huán)鍋爐各受熱面能適應(yīng)負(fù)荷變化的設(shè)備 須指出 直流 鍋爐內(nèi)無鍋筒 5 水冷壁 主要是輻射受熱面 保護(hù)爐壁的作用 6 過熱器 是將氣鍋所產(chǎn)生的飽和蒸汽繼續(xù)加熱為過熱蒸汽的換熱器 過熱 器一般都裝在爐膛出口 7 省煤器 是利用余熱加熱鍋爐給水 以降低排出煙氣溫度的換熱器 采用 省煤器后 降低了排煙溫度 提高了鍋爐效率 節(jié)省了燃料 同時 由于 提高了進(jìn)入氣包的給水溫度 所以減少了因溫差而引起的汽包壁的熱適應(yīng) 力 從而延長了氣包的使用壽命 8 燃燒設(shè)備 將燃料和燃燒所需的空氣送入爐膛并使燃料著火穩(wěn)定 充分燃 燒 9 引風(fēng)設(shè)備 包括引風(fēng)機 煙囪 煙道幾部分 用它將鍋爐中的煙氣連續(xù)排 出 10 送風(fēng)設(shè)備 包括有鼓風(fēng)機和分道組成 用它來供應(yīng)燃料所需的空氣 11 給水設(shè)備 由水泵和給水管組成 12 空氣預(yù)熱器 是繼續(xù)利用離開省煤器后的煙氣余熱 加熱燃料燃燒所需要 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 5 的換熱器 省煤器出口煙溫度高 裝上空氣預(yù)熱器后 可以進(jìn)一步降低排 煙溫度 也可改善燃料著火和燃燒條件 降低不完全燃燒所造成的損失 提高鍋爐機組的效率 13 水處理設(shè)備 其作用是為清除水中的雜質(zhì)和降低給水硬度 以防止在鍋爐 受熱面上結(jié)水垢或腐蝕 14 燃料供給設(shè)備 由運煤設(shè)備 原煤倉和儲媒斗等設(shè)備組成 保證鍋爐所需 燃料供應(yīng) 除灰除塵設(shè)備 是收集鍋爐灰渣并運往儲灰場地的設(shè)備 此外 除了保證鍋爐的正常工作和安全 蒸汽鍋爐還必須裝設(shè)安全閥 水位表 高低水位報警器 壓力表 主氣閥 排污閥 止污閥等 還有用來消除受熱面上積 灰以利用傳熱的吹灰器 以提高鍋爐運行的經(jīng)濟(jì)性 本設(shè)計由于篇幅其間 則就不 必考慮這些問題了 2 2 鍋爐的工作原理及過程鍋爐的工作原理及過程 鍋爐的工作過程概括起來應(yīng)該包括三個同時進(jìn)行的過程 燃料的燃燒過程 水 的汽化過程 煙氣向水的傳熱過程 2 2 1 燃料的燃燒過程燃料的燃燒過程 首先將燃料 這里用煤 加到煤斗中 借助于重力下落在爐排面上 爐排接電 動機通過變速齒輪箱減速后由鏈輪來帶動 將燃料煤帶入爐內(nèi) 燃料一面燃燒 一 面向后移動 燃料所需要的空氣是由風(fēng)機送入爐排腹中風(fēng)倉后 向上穿過爐排到達(dá) 燃料層 進(jìn)行燃料反應(yīng)形成高溫?zé)煔?燃料燃燒剩下的灰渣 在爐排末端翻過除渣 板后排入灰斗 若是燃?xì)馐藉仩t就沒有這一部分了 這整個過程稱為燃燒過程 2 2 2 水的汽化過程水的汽化過程 水的汽化過程就是蒸汽的產(chǎn)生過程 主要包括水循環(huán)和水分離過程 經(jīng)處理的 水由泵加壓 先流經(jīng)省煤器而得到預(yù)熱 然后進(jìn)入氣鍋 鍋爐工作時氣鍋的工作介 質(zhì)是處于飽和狀態(tài)的汽 水混合物 位于煙溫較低區(qū)段的對流灌束 因受熱較弱 汽水工質(zhì)的容量較大 而位于煙溫較高區(qū)段的對流管束 因受熱強烈 相應(yīng)的汽水 工質(zhì)的容量較小 從而量大的工質(zhì)則向上流入下鍋筒 而容量小的工質(zhì)則向上流入 上鍋筒形成了鍋水的自然循環(huán) 此外 為了阻止水循環(huán)和進(jìn)行疏導(dǎo)分配的需要 而 筒鍋上集箱上的汽水混合物導(dǎo)入爐墻外的不受熱地上鍋筒 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 6 蒸汽所產(chǎn)生的過程是借助于上鍋筒內(nèi)設(shè)的汽水分離裝置 以及在鍋筒本身空間 的重力分離力作用 是汽水混合物得到分離 蒸汽在上鍋筒頂部引出后 進(jìn)入蒸汽 過熱氣 而分離下來的水仍回到上鍋筒下半部的水中 鍋爐中的水循環(huán) 也保證與 高溫?zé)煔庀嘟佑|的金屬受熱面的以冷卻而不被燒壞 是鍋爐能長期安全運行的必要 條件 而汽水混合物的分離設(shè)備則是保證蒸汽品質(zhì)和蒸汽過熱可靠工作的必要的設(shè) 備 2 2 3 煙氣向水的傳熱過程煙氣向水的傳熱過程 由于燃料的燃燒放熱 爐內(nèi)溫度很高在爐膛的四周墻面上 都布置一排水管 俗稱水冷壁 高溫?zé)煔馀c水冷壁進(jìn)行強烈的輻射換熱 將熱量傳給管內(nèi)工質(zhì)水 繼 而煙棋手引風(fēng)機 煙囪的引力爾向爐膛上方流動 煙氣出煙窗爐膛出口 并略過防 渣管后 就沖刷蒸汽過熱 一組垂直放置的蛇型管受熱面 使氣鍋中產(chǎn)生的飽和蒸 汽在其中受煙氣加熱而得到的過熱 煙氣流經(jīng)過過熱氣后掠過脹接在上 下鍋筒間 的對流管束 在管束間設(shè)置了折煙墻使煙氣呈 S 型形成曲折地橫向沖刷 再次以 對流換熱的方式將熱量傳遞給管束的工質(zhì) 沿途降低著溫度的煙氣最后進(jìn)入尾部煙 道 與省煤器和空氣預(yù)熱氣內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)行熱交換后 以經(jīng)濟(jì)的較低的煙溫排出鍋爐 省煤器實際上同給水預(yù)熱氣和空氣預(yù)熱器一樣 斗設(shè)置在鍋爐尾部 低溫 煙道 以降低排煙溫度提高鍋爐效率 從而節(jié)省了燃料 以上就是一般鍋爐工水的過程 一個鍋爐進(jìn)行工作 其主要任務(wù)是 1 要是鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定 2 保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性 3 保持鍋爐負(fù)壓恒定 通常我們是爐膛負(fù)壓保持在微負(fù)壓 10 80Pa 為了完成上述三項任務(wù) 我們對三個量進(jìn)行控制 燃料量 送風(fēng)量 引風(fēng)量 從而使鍋爐能正常運行 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 7 第第 3 章章 工業(yè)鍋爐的微機控制的原理工業(yè)鍋爐的微機控制的原理 鍋爐微計算機控制 是近年來開發(fā)的一項新技術(shù) 它是微型計算機軟 硬件 自動控制 鍋爐節(jié)能等幾項技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物 我國現(xiàn)有中 小型鍋爐 30 多萬臺 每年耗煤量占我國原煤產(chǎn)量的 1 3 目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高 浪費大 環(huán) 境污染等嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài) 提高熱效率 降低耗煤量 用微機進(jìn)行控制是一件具有 深遠(yuǎn)意義的工作 作為鍋爐控制裝置 其主要任務(wù)是保證鍋爐的安全 穩(wěn)定 經(jīng)濟(jì)運行 減輕操 作人員的勞動強度 采用微計算機控制 能對鍋爐進(jìn)行過程的自動檢測 自動控制 等多項功能 鍋爐微機控制系統(tǒng) 一般由以下幾部分組成 即由鍋爐本體 一次儀表 微機 手自動切換操作 執(zhí)行機構(gòu)及閥 滑差電機等部分組成 一次儀表將鍋爐的溫度 壓力 流量 氧量 轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓 電流等送入微機 手自動切換操作部分 手動時由操作人員手動控制 用操作器控制滑差電機及閥等 自動時對微機發(fā)出控 制信號經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動操作 微機對整個鍋爐的運行進(jìn)行監(jiān)測 報警 控制以 保證鍋爐正常 可靠地運行 除此以外為保證鍋爐運行的安全 在進(jìn)行微機系統(tǒng)設(shè) 計時 對鍋爐水位 鍋爐汽包壓力等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報警裝置 以保證 水位和汽包壓力有雙重甚至三重報警裝置 這是必不可少的 以免鍋爐發(fā)生重大事 故 微機控制系統(tǒng)由機箱 通道箱 CRT 顯示器 打印機 鍵盤 報警裝置 低通 濾波器及 I V 轉(zhuǎn)換板等組成 能完成對給水 給煤 鼓風(fēng) 引風(fēng)等進(jìn)行自動控制 使 鍋爐的汽包水位 蒸汽壓力保持在規(guī)定的數(shù)值上 以保證鍋爐的安全運行 平穩(wěn)操 作 達(dá)到降低煤耗 提高供汽質(zhì)量的目的 同時對運行參數(shù)如壓力 溫度等有流程 動態(tài)模擬圖 光柱模擬圖等多幅畫面并配有數(shù)字說明 還可對汽包水位 壓力 爐 溫等進(jìn)行越限報警 發(fā)出聲光信號 還可定時打印出十幾種運行參數(shù)的數(shù)據(jù) 以形 成生產(chǎn)日志和班 日產(chǎn)耗統(tǒng)計報表 有定時打印 隨機打印等幾種方式 鍋爐控制系統(tǒng)的硬件配置 目前有幾種 功能較好首推可編程序控制器 PLC 適合于多臺大型鍋爐控制 由于 PLC 具有輸入輸出光電隔離 停電保護(hù) 自診斷等 功能 所以抗干擾能力強 能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場中 故障率低 PLC 編程簡 單 易于通信和聯(lián)網(wǎng) 多臺 PLC 進(jìn)行同位鏈接及計算機進(jìn)行上位鏈接 實現(xiàn)一臺計 算機和若干臺 PLC 構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò) 但是價格較高 如果是控制單臺 資源不 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 8 能充分利用 多臺鍋爐控制能提高性能價格比 如果從長遠(yuǎn)觀點看 其壽命長 故 障率低 易于維修 值得選用 第二種是 16 位 STD 總線工業(yè)控制機為主機構(gòu)成的系統(tǒng) 由于其性能價格比較高 所以國內(nèi)用的較多 微機內(nèi)部一般采用總線式模塊結(jié)構(gòu) 組態(tài)靈活 維修方便 STD 總線結(jié)構(gòu)很適于工業(yè)環(huán)境 按測量參數(shù)的多少和控制回路的數(shù)目選配相應(yīng)的模板 在操作上 考慮到現(xiàn)場人員的技術(shù)水平 對開機操作 控制目標(biāo) 控制參數(shù)的修改 手 自動切換等設(shè)置了最簡便的操作 第三種是智能儀表控制 以單 雙 回路可編程控制器為主 以 PC 機為上位機 彼此間采用 RS 232 相連 它可以接受多路模擬量及開關(guān)量輸入 實現(xiàn)復(fù)雜的運算 控制 通信及故障診斷功能 出于危險分散的考慮 它雖有若干路模擬量及開關(guān)量 輸入 但只有一 二 路采用 4 20mA 直接信號輸出 即原則上只控制一 二 個 執(zhí)行器 它與模擬儀表一樣 可與常規(guī)儀表混合合作 它作為集散控制系數(shù)的一部 分 是現(xiàn)代自動控制 計算機及通信技術(shù)最新發(fā)展產(chǎn)物 該儀表編程方式采用模塊 化 容易掌握 鍋爐控制系統(tǒng) 一般有燃燒 水位等控制系統(tǒng) 燃燒控制實質(zhì)上是能量平衡系 統(tǒng) 它以蒸汽壓力作為能量平衡指標(biāo) 量出而入不斷根據(jù)用汽量與壓力的變化成比 例地調(diào)整燃料量與送風(fēng)量 同時保證燃料的充分燃燒及熱量的充分利用 其中保持 合適的 空燃比 是一個重要因素 空燃比 是指燃燒中空氣量與燃燒量的比值系 數(shù) 汽包水位控制系統(tǒng) 實質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng) 它是以水位作為 水量平衡與否的控制指標(biāo) 通過調(diào)整進(jìn)水量的多少來達(dá)到進(jìn)出平衡 將汽包水位維 持在汽水分離界面最大的汽包中位線附近 以提高鍋爐的蒸發(fā)效率 保證生產(chǎn)安全 由于鍋爐水位系統(tǒng)是一個設(shè)有自平衡能力的被控對象 運行中存在虛假水位現(xiàn)象 實際應(yīng)用中可根據(jù)情況采用水位單沖量 水位蒸汽量雙重量和水位 蒸汽量 給水 量三沖量的控制系統(tǒng) 爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)是使進(jìn)出爐膛的空氣量維持平衡的控制系統(tǒng) 一般以爐膛壓 力作為空氣量平衡與否的控制指標(biāo) 通過調(diào)整排向大氣的引風(fēng)量達(dá)到空氣量進(jìn)出平 衡 為提高控制品質(zhì) 一般以送風(fēng)量或送風(fēng)檔板開度作為前饋量構(gòu)成前饋 反饋控 制系統(tǒng) 微機鍋爐控制技術(shù)具有良好實用前景 既可節(jié)能又可提高鍋爐的運行管理水平 減輕環(huán)境污染 目前國內(nèi)只有幾百臺鍋爐采用微機控制 占總數(shù)的很小一部分 所 以推廣應(yīng)用該技術(shù)就顯得十分繁重 同時 該技術(shù)也在不斷完善和提高 在進(jìn)一步 降低造價及鍋爐本體設(shè)備的改造緊密配合方面還有許多工作要做 在供水鍋爐控制的過程中 我們用的了幾種基本的控制方式 有單回路的控制 系統(tǒng) 前饋控制系統(tǒng) 串級控制系統(tǒng)等幾種方式 下面我們就這幾種控制方式做一 個介紹 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 9 3 1 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng) 簡單控制系統(tǒng)的特點 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 投資少 易于調(diào)整和投運 能滿足一般 生產(chǎn)過程的控制要求 尤其適用于被控對象時滯和時間常數(shù)都較小 負(fù)荷和干擾變 化比較平緩 或者對被控變量要求不太高的場合 按被控要求的工藝變量來分 最 常見的是溫度 壓力 流量 液位和成分五種控制系統(tǒng) 一個簡單控制系統(tǒng)方案的分析設(shè)計 應(yīng)考慮以下幾個問題 首先應(yīng)分析生產(chǎn)過 程中各個變量的性質(zhì)及其相應(yīng)關(guān)系 分析被控對象的特點 然后根據(jù)工藝的要求選 擇被控變量 操縱變量 合理選擇控制系統(tǒng)中的測量變送裝置 控制器和執(zhí)行器 建立一個較為合理的控制系統(tǒng) 有多個控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過程 還要考慮各個控制系 統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)有何影響 并按可能使每個控制系統(tǒng)對其它控制系統(tǒng)的影響為最 小的原則來建立各個控制系統(tǒng) 簡單控制系統(tǒng)使復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ) 所以我們必 須要掌握它 圖 3 1 單回路控制系統(tǒng)方框圖 其中 Y S 為被控變量 Q S 為操縱變量 F1 S F N 為干擾 號 Q S 與 Y S 之間的聯(lián)系稱為控制通道 F S 與 Y S 之間的聯(lián)系稱為 干擾通道 GC S GV S GM S 分別是控制器 執(zhí)行器 被控對象 測量 變送單元的傳遞函數(shù) 3 2 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) 3 2 1 定義及方框圖定義及方框圖 在多回路控制系統(tǒng)中 用兩臺控制器相串接 一個控制器的輸出作為另一個控 制器的設(shè)定值 這樣的系統(tǒng)稱為串級控制系統(tǒng) 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 10 圖 3 2 多回路控制系統(tǒng)方框圖 在串級控制系統(tǒng)中 對象被分為主對象 GP1 與副對象 GP2 兩部分 他們的輸出 分別稱為主被控變量 C1 和副被控變量 C2 HM1 HM2 分別為主 副被控變量的檢 測變送單元 接收主被控變量測量值 Y1 的控制器稱為主控制器 GC1 接收副被控 變量測量值 Y2 的控制器稱為副控制器 GC2 副控制器的設(shè)定值值 R2 就是主控制 器的輸出 U1 顯然副控制器是在外設(shè)定情況下工作的 它的輸出 U2 操縱執(zhí)行器 GV 通過改變單個操縱變量 Q 來滿足對主 副被控變量的某種組合所提出的要求 在任 何只有單個操縱變量的系統(tǒng)中 只能有一個被控變量可以獨立設(shè)定 換句話說 在 任意給定時刻 只能有一個獨立的設(shè)定值 這就是主設(shè)定值 R1 副被控變量的設(shè)置 通常是為了保證和提高主被控變量的控制質(zhì)量 而對其本身一般都沒有嚴(yán)格的要求 它依賴于主控制器的輸出 U1 3 2 2 串級控制系統(tǒng)的特點串級控制系統(tǒng)的特點 與簡單控制系統(tǒng)相比 串級控制系統(tǒng)由于在結(jié)構(gòu)上增加了一個副回路 所以具 有以下幾個主要特點 對于進(jìn)入副回路的擾動具有較快 較強的克服能力 1 改善主控制器的廣義對象的特性 對負(fù)荷和操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力 2 副回路可以按照主回路的需要更精確控制操縱變量的質(zhì)量流和能量流 3 2 3 串級控制系統(tǒng)的使用場合串級控制系統(tǒng)的使用場合 用于克服變化劇烈的和幅值大的干擾 1 用于時滯大的對象 2 用于容量滯后大的對象 3 用于克服對象的非線性 合理的設(shè)計串級控制系統(tǒng) 才能使它的優(yōu)越性得到發(fā)揮 一般來說 一個結(jié)構(gòu) 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 11 合理的串級控制系統(tǒng) 當(dāng)擾動從副回路進(jìn)入時 其最大偏差將是簡單控制系統(tǒng)的 1 10 1 100 當(dāng)擾動從主對象進(jìn)入時串級系統(tǒng)仍比簡單控制系統(tǒng)控制的效果好的多 最大偏差仍能縮小到 1 3 1 5 因此 必須十分重視串級控制系統(tǒng)的設(shè)計工作 3 2 4 設(shè)計注意事項設(shè)計注意事項 1 主 副回路的選擇 2 主 副控制器控制規(guī)律的選擇 3 控制器的正 反作用的確定 4 控制器防止積分飽和的措施 5 流量副回路中開方器的引入 3 3 前饋控系統(tǒng)前饋控系統(tǒng) 3 3 1 前饋控制系統(tǒng)的概念前饋控制系統(tǒng)的概念 前饋控制系統(tǒng)就是一種直接根據(jù)所生產(chǎn)被控變量參數(shù)變化的原因進(jìn)行控制的系 統(tǒng) 其實質(zhì)上是一種抗擾動進(jìn)行的開環(huán)控制系統(tǒng)方式 它通過前饋調(diào)節(jié)器來補償擾 動對被控參數(shù)的影響 使作用在系統(tǒng)上的一個或幾個主要的擾動與被控參數(shù)完全無 關(guān)或部分無關(guān) 從而達(dá)到系統(tǒng)提高控制精度的目的 所謂可測 主要是指擾動可直接測量 也不排斥可間接測量的 擾動不可測量 前饋無法實施 所謂顯著 不在乎擾動本身的大小 而是指擾動對控制變量的數(shù)值有顯著的影 響 所謂頻繁 是指擾動出現(xiàn)的次數(shù)較多 3 3 2 前饋控制系統(tǒng)的特點前饋控制系統(tǒng)的特點 1 前饋控制是一種開環(huán)控制 2 前饋調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是由對象特性決定的 3 前饋控制是一種按擾動量進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制 4 前饋控制只能克服那個可測而不可控的擾動量 3 3 3 前饋控制系統(tǒng)的分類前饋控制系統(tǒng)的分類 依據(jù)是否引入反饋控制以及兩者相結(jié)合的方式 我們通常將前饋控制系統(tǒng)可分 為三類 1 單純的前饋控制系統(tǒng) 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 12 2 前饋與反饋控制相結(jié)合的系統(tǒng) 前饋控制作用與反饋作用相乘 3 前饋與反饋控制相結(jié)合的系統(tǒng) 前饋控制作用與反饋作用相加 代數(shù)和 我 們通常將前饋控制與反饋控制 如圖 3 3 相結(jié)合起來 其優(yōu)點如下 a 在前饋控制的基礎(chǔ)上設(shè)置反饋控制 可以大大簡化前饋控制系統(tǒng) 只須對影響被控參數(shù)最顯著的干擾進(jìn)行補償 而對其他許多次要的 干擾 可依靠反饋予以克服 這樣既保證了精度 又簡化了系統(tǒng) b 由于反饋回路的存在 降低了讀前饋控制算式精度的要求 由于對 前饋控制精度的要求降低 為工程上實現(xiàn)較簡單的控制創(chuàng)造了條件 c 在反饋系統(tǒng)中 提高反饋控制的精度與系統(tǒng)的穩(wěn)定性有矛盾 往往 為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性 而不能實現(xiàn)高精度的控制 而前饋 反饋 控制則能實現(xiàn)高精度的控制 穩(wěn)定性好和控制及時的作用 d 由于反饋控制的存在 提高了前饋控制模型的適應(yīng)性 圖 3 3 前饋 反饋控制系統(tǒng)方框圖 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 13 圖 3 4 前饋 串級控制系統(tǒng)方框圖 在實際工作中 如果對象的主要干擾頻繁而又劇烈 而生產(chǎn)過程對被控參數(shù)的 控制精度要求又很高 這時則可采用前饋 串級控制 這種系統(tǒng)的優(yōu)點是能同時克服進(jìn)入前饋回路和進(jìn)入串級副回路的干擾對被控參 數(shù)的影響 此外 由于前饋算式的輸出不直接加在調(diào)節(jié)閥上而作為副控制器的給定 值 這樣便降低了對閥門特性的要求 實踐證明 這種前饋 串級控制系統(tǒng)可以獲 得很高的控制精度 在計算機控制系統(tǒng)中常被采用 另外 在控制過程中 我們還利用前饋控制過程對系統(tǒng)進(jìn)行補償 其補償過程的 曲線如下圖所示 通過對控制系統(tǒng)的補償 則可大大提高系統(tǒng)的性能 圖 3 5 前饋控制系統(tǒng)的補償曲線 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 14 第第 4 章章 工業(yè)鍋爐的微機工業(yè)鍋爐的微機 DDC 系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的控制 在鍋爐的燃燒過程中 由于空氣和燃燒之間有著一定的比值關(guān)系 既有一定的燃 燒則就需要一定的空氣 還有煙道中空氣過剩系統(tǒng) 即空氣 煙囪中 氧氣的含量等等 都影響著鍋爐的燃燒 如果燃燒不當(dāng) 不但會污染空氣 而且會可能危及到工作人員的 人身安全 所以我們就想用一套有著精確控制功能的控制系統(tǒng) 因此便有了工作鍋爐 的微機 DDC 控制系統(tǒng) 4 1 直接數(shù)字控制直接數(shù)字控制 DDC 系統(tǒng)系統(tǒng) 直接數(shù)字控制 DDC 系統(tǒng) Direct Digigtal Control 是工業(yè)生產(chǎn)計算機控制系 統(tǒng)中用得做廣泛的一種系統(tǒng)應(yīng)用形式 這類系統(tǒng)中的計算機除了經(jīng)過輸入通道對多個 工業(yè)過程參數(shù)進(jìn)行檢測采集外 它不容代替模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的模擬調(diào)節(jié)器 按預(yù)定的 調(diào)節(jié)規(guī)定進(jìn)行調(diào)節(jié)運算 然后將運算結(jié)果通過過程輸出通道輸出并作用于執(zhí)行機構(gòu) 圖 4 1 直接數(shù)字控制系統(tǒng)硬件組成圖 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 15 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件組成原理框圖如圖 4 1 所示 系統(tǒng)中除了輸入和輸出通 道外 一般還有一個功能較強的控制操縱臺 圖 4 2 控制圖 由直接數(shù)字控制系統(tǒng)方框圖 圖 4 2 所示 先由測量變送器測取工業(yè)生產(chǎn)過程參 數(shù) 經(jīng)過輸入接口轉(zhuǎn)換成數(shù)字量作為計算機的輸入信號 計算機根據(jù)確定的控制規(guī)律 進(jìn)行運算 并發(fā)出信號 再以輸出接口轉(zhuǎn)換成模擬信號直接驅(qū)動執(zhí)行器 DDC 系統(tǒng)不僅可對一個回路進(jìn)行控制 而且通過采樣實現(xiàn)對多個回路的控制 另外 DDC 系統(tǒng)只要改變程序還能實現(xiàn)串級 前饋等復(fù)雜的控制 直接數(shù)字控制系統(tǒng)可實現(xiàn)常 規(guī)的 PLD 比例 積分 微分 調(diào)節(jié) 也可實現(xiàn)其它復(fù)雜或先進(jìn)的調(diào)節(jié)規(guī)律 調(diào)節(jié)規(guī)律的 改變只需控制軟件 不同的是硬件部分除按需適當(dāng)增減通道的數(shù)量外 一般不需作大 的變動 所以使用比較靈活 DDC 系統(tǒng)是一個 在線 的時實的半環(huán)控制系統(tǒng) 4 1 14 1 1 微機 DDC 系統(tǒng)的時間散性 微機 DDC 系統(tǒng)結(jié)生產(chǎn)過程的有關(guān)參量進(jìn)行控制時 是以定時采樣和階段控制來代 替常規(guī)儀表的連續(xù)則是和連續(xù)控制的 因此 確定合適的采樣周期和 A D D A 轉(zhuǎn)換 器的字長是提高系統(tǒng)控制精確 減少轉(zhuǎn)換誤差的關(guān)鍵 4 1 24 1 2 微機 DDC 系統(tǒng)的分時控制方式 一臺微機 DDC 系統(tǒng)要控制多個回路 在每一個回路 微機要完成 1 采樣和 A D 轉(zhuǎn)換 2 運算 3 輸出控制信號 3 個部分的工作 所以投機控制每一個回路需要的時 間應(yīng)為這三個部分所花費時間之和 為此 微機 DDC 采用了 分時 控制的方法 即將 某一回路的采樣和 A D 轉(zhuǎn)換 運算 輸出控制三部分的時間前后回路錯開 放在不 同的控制時間里 這樣 既保證了控制過程的正常進(jìn)行 又能充分利用系統(tǒng)中的各種設(shè) 備 大大提高了效率 4 1 34 1 3 微機 DDC 系統(tǒng)的人機交換 計算機控制系統(tǒng)的人機交往有時也稱 人機對話 或 人機通訊 這是 一種微機控制系統(tǒng)必須具備的溝通操作者和微機互相聯(lián)系的功能 操作者要通過鍵盤 按鈕 開關(guān)等器件向微機控制系統(tǒng)送入控制意圖 微機控制系統(tǒng)則通過顯示屏 打印 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 16 機 各種指示燈向操縱者送出有關(guān)信息 一般的微機 DDC 系統(tǒng)除了普通的各種指示燈 裝置外 還都通過相應(yīng)借口連接有以 CRT 顯示屏 打印機 控制鍵盤 越限報警裝置 等 有些可靠要求較高的微機 DDC 系統(tǒng)還配有自動 手動切換裝置或雙機控制切換裝 置 4 1 44 1 4 微機 DDC 系統(tǒng)的控制規(guī)律 控制規(guī)律是一個控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵 根據(jù)控制規(guī)律制定的控制算法 是微 機 DDC 系統(tǒng)對生產(chǎn)對象實行控制的運算依據(jù) 隨著控制理論和微機技術(shù)的飛躍發(fā)展 傳統(tǒng)的 DDC 系統(tǒng)功能也不斷擴(kuò)大 相應(yīng)的控制規(guī)律和控制算式不斷出現(xiàn) 根據(jù)控制對 象的不同 目前的微機 DDC 控制方式 有簡單 有復(fù)雜 從單參數(shù)的定值控制到多參數(shù) 的相關(guān)控制 以至最優(yōu)最佳控制等等 其控制功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了早期的 PID 控制范圍 盡 管如此 PID 控制的一些基本理論仍然是分析 DDC 系統(tǒng)控制規(guī)律的基礎(chǔ) PID 控制規(guī)律 仍然在相當(dāng)多生產(chǎn)現(xiàn)場使用并能得到較為滿意的效果 所以直到現(xiàn)在 PID 仍是一中最 基本的控制規(guī)律 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工業(yè)自動化的提高 較簡單的單回路參量的 PID 閉環(huán)已不能滿 足更高要求系統(tǒng)需要 所以 在微機DDC 系統(tǒng)中常用到多參量控制如串級控制 比值控制 選擇性控制 前饋控制等控制方式 4 2 工業(yè)鍋爐的微機工業(yè)鍋爐的微機 DDC 控制工作原理控制工作原理 現(xiàn)場模擬量信號通過變送器轉(zhuǎn)換成 0 10mA DC 或 4 20Ma DC 或 0 5V DC 的模擬 量信號 通過有關(guān)端子輸入計算機 A D 板 或電阻信號通過電阻信號轉(zhuǎn)換板與其它 現(xiàn)場毫伏信號進(jìn)入信號調(diào)理板 再輸入 A D 板 經(jīng) A D 轉(zhuǎn)換后以實際工程量屏幕顯 示氣包水位 蒸汽壓力 等影響工業(yè)鍋爐運行安全性 經(jīng)濟(jì)性的主要參數(shù)以及給 水調(diào)節(jié)閥位 給煤機構(gòu)轉(zhuǎn)速等執(zhí)行機構(gòu)的位置信號 這些信號用來控制 打印制表 數(shù)據(jù)存儲 經(jīng)濟(jì)量累積核算等 對工業(yè)鍋爐主要參數(shù)進(jìn)行直接控制是微機 DDC 控制 的主要功能之一 以一般飽和蒸汽鏈條爐為列 相應(yīng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別輸出四個調(diào)節(jié) 信號 通過 I O 或 D A 轉(zhuǎn)換裝置輸送至爐排 給水 送風(fēng) 引風(fēng)等執(zhí)行機構(gòu) 輸送 至爐排執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)信號 通過變頻器來改變進(jìn)入鍋爐的燃料量 輸送至給水執(zhí) 行機構(gòu)的調(diào)節(jié)信號通過改變電動執(zhí)行機構(gòu) 改變給水調(diào)節(jié)閥門的位置 從而改變進(jìn) 入鍋爐的給水量 輸送至送風(fēng)至送風(fēng)執(zhí)行機構(gòu)的調(diào)節(jié)信號通過改變電動執(zhí)行機構(gòu) 或變頻調(diào)速裝置 改變送風(fēng)入口調(diào)節(jié)檔板開度 調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速 從而改變進(jìn)入鍋 爐的送風(fēng)量 輸送至引風(fēng)執(zhí)行機構(gòu) 變頻調(diào)速電機 的調(diào)節(jié)信號通過電動執(zhí)行機構(gòu) 變頻調(diào)速電機 改變引風(fēng)機入口調(diào)節(jié)板或碟閥 調(diào)速電機轉(zhuǎn)速 從而改變鍋爐輸 出的煙汽流量 使?fàn)t膛煙壓保持相應(yīng)的負(fù)值 對其它爐型 皆有相應(yīng)的調(diào)節(jié)信號輸 出 并控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)備 4 2 14 2 1 對空氣和燃料的控制 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 17 鍋爐用水經(jīng)省煤器預(yù)熱后 注入鍋爐內(nèi) 在進(jìn)水管道內(nèi) 用一流量傳感器檢測到流 量信號后 經(jīng)流量變松器把流量信號這一物理量變換成相應(yīng)的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號 送入 儀表 運算器 調(diào)節(jié)器中 其中為了使儀表的輸出信號同流量信號呈線形關(guān)系 我們 在中間加入一個開方器 同時 在進(jìn)水端檢測出它的進(jìn)水溫度 預(yù)熱后 送給調(diào)節(jié)器 然后 再從出水端檢測出出水溫度 也送給調(diào)節(jié)器 在這一調(diào)節(jié)器中 用一減法器計算 出溫度 將前面所測得的流量乘以 乘法器 溫差 即可求得進(jìn)水管道中所注入的水所 需的熱量 而出口測的熱水溫度信號送給溫度調(diào)節(jié)電路 溫度調(diào)節(jié)電路將它在與人工 設(shè)定值水平 SP 之間進(jìn)行控制計算 將輸出信號作為結(jié)果輸出 將前面原料加熱所需要 的熱量加到該輸出信號中 作為燃料流量的設(shè)定值 與燃料流量這一小閉環(huán)所檢測出 此時燃料的流量值 做一差值計算 從而調(diào)節(jié)燃料控制閥的大小 進(jìn)而進(jìn)行熱量控制 4 2 24 2 2 燃燒雙交叉控制 工業(yè)鍋爐的微機 DDC 控制系統(tǒng)的雙交叉控制原理圖如附圖 二 所示 雙交叉燃燒控制是以維持合適的空氣 燃燒比值為手段 達(dá)到燃燒時始終維持 低過?？諝庀禂?shù) 從而保證了較高的燃燒效率 同時減少了排煙對環(huán)境的污染 雙交叉燃燒控制實際上是以爐溫調(diào)節(jié)為主回路 以燃燒流量和空氣流量調(diào)節(jié)并 列為副回路的串級調(diào)節(jié)系統(tǒng) 加上高 低信號選擇器組成的帶有邏輯功能的比值調(diào) 節(jié)系統(tǒng) 它的主要作用是當(dāng)爐子負(fù)荷變化 以維持爐溫在給定值上 而且使燃燒工 況始終處于低過?？諝庀禂?shù)的經(jīng)濟(jì)合理狀況 下面分三種工況進(jìn)行討論 1 穩(wěn)定工況時 爐溫穩(wěn)定在給定值上 爐溫調(diào)節(jié)器 TIC 的輸出信號 I0 通過高 低限模塊 HLM LLM 后 又分別通過燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高 低選模塊 HSE1 LSE1 和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng) 的 HSE2 LSE2 相應(yīng)地加到燃料流量調(diào)節(jié)器 FIC1 和空氣流量調(diào)節(jié)器 FIC2 作為它們 的給定值 使燃料流量和空氣流量自動調(diào)節(jié)到正常數(shù)值上 從而保證爐溫維持在給 定值上 在穩(wěn)定工況下 所有高選 低選和高限 低限模塊 對主控制信號 I0 不起限制 作用 2 負(fù)荷在正常范圍波動時 1 當(dāng)負(fù)荷增加時 爐溫下降 主控制信號 I0 增加 記為 I0 此時 I0 通過 HSE1 但不通過 LSE1 此時通過 LSE1 的信號為 FA F6 K5 K1 由于空氣流 量信號 FA 尚未增加 所以燃料量暫時還不能增加 但是 I0 能通過 LSE2 和 HSE2 因 為此時 I0 仍然比 K4 及FF 小 所以 I0 先加到 FIC2 沒 使空氣流量先行提量 空氣提量后 FA F6 K5 值增加 使 I0 小于 FA K6 K5 K1 LSE1 讓信號 I0 通過 I0 加到 FIC1 之后 燃料流量才提量 可見 設(shè)置 LSE1 的目的是使負(fù)荷增 加是 先增加空氣量 后增加燃料量 防止在提量過程中煙囪冒黑煙 設(shè)置 HSE1 對 負(fù)荷正常波動范圍不起限制作用 增設(shè) DVD 和 SUB 模塊的目的是把空氣流量折算到 對應(yīng)的燃料流量 2 當(dāng)負(fù)荷減少時 爐溫上升 I0 減少 記為 I0 此時 I0 通過 LSE2 但 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 18 暫時不通過 HSE2 因為 I0 剛減少瞬間 燃料流量 FF 尚未減少 所以 I0 小于 FF K3 HSE2 阻止 I0 通過 此時通過 HSE2 的信號為 FF K3 空氣量暫時還 不能減少 但是此時 I0 仍然大于 FA K6 K5 K2 所以 I0 通過 HSE1 當(dāng)然也通 過 LSE1 I0 加到 FIC1 使燃料流量首先減少 當(dāng)燃料流量減少后 此時燃料流 量為 FF 使 FF K3 小于 I0 I0 通過 HSE2 加到 FIC2 此時才是空氣流 量相應(yīng)地減少 可見設(shè)置 HSE2 是保證附和減少時 燃料先行減量 而后空氣再減量 這是為了在減量過程中避免煙囪冒黑煙 設(shè)置 LSE2 對負(fù)荷正常波動不起限制作用 3 當(dāng)負(fù)荷大幅度增 減 時 I0 變化幅度很大 為了避免空氣量或燃料量先行 提 減 量過大 分別設(shè)置了 HSE1 與 LSE2模塊相應(yīng)完成 K2 與 K4 運算模塊 當(dāng)負(fù)荷增時 不允許空氣先行提量過度 增設(shè)了 LSE2 模塊和完成 K4 運算模塊 就能限制先行提量過度 因為 I0 大增 結(jié)果使 I0 大于 K4FF LSE2 模塊阻止了通 過 I0 使 I0 信號加到 FIC2 上 從而限制了空氣量的增大 同理 增設(shè) HSE1 模塊和 完成 K2 運算模塊 能使 I0 大減時 I0 加不到 FIC1 上 從而限制了燃料先行減量 過度的目的 爐溫 空氣溫度測量信號都經(jīng) TBL 線性化處理 空氣流量測量信號經(jīng)溫度補償 T CO MP 和開方處理 雙交叉控制系統(tǒng)的優(yōu)點是 有較好的爐溫控制品質(zhì) 而且負(fù)荷增 減時 都能 防止煙囪冒黑煙 當(dāng)負(fù)荷大幅度變化時 也能防止空氣大量過剩 值過大 4 2 34 2 3 主要技術(shù)性能 1 實時控制功能 1 給水調(diào)節(jié)系統(tǒng) 用給水調(diào)節(jié)閥門作為調(diào)節(jié)機構(gòu) 以汽包水位作為調(diào)節(jié)量 當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量改變時 調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變給水執(zhí)行結(jié)構(gòu) 使給水流量與蒸汽量相平衡 從而將汽包水位控制在 用戶設(shè)定的正常水位 2 氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 氣壓調(diào)節(jié)回路包括兩個副回路及燃燒量調(diào)節(jié)接送風(fēng)量調(diào)節(jié)回路 當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量 改變是調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變?nèi)紵亢退惋L(fēng)量 使之與蒸發(fā)量相適應(yīng) 從而將鍋爐出口汽壓 控制在額定值 3 爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng) 用引風(fēng)執(zhí)行機構(gòu)作為調(diào)節(jié)機構(gòu) 以爐膛負(fù)壓作為調(diào)節(jié)量 送風(fēng)變化為前饋 當(dāng) 送風(fēng)量隨鍋爐負(fù)荷量改變時 調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變引風(fēng)執(zhí)行機構(gòu) 從而將鍋爐爐膛負(fù)壓控 制在額定值 4 煙汽含氧量調(diào)節(jié)系統(tǒng) 該調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過以氧氣量為核正值 在汽壓正常的范圍內(nèi) 不斷地調(diào)整送風(fēng)量 與燃燒的比值 以達(dá)到最佳的鍋爐燃燒狀況 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 19 第五章鍋爐溫度和換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計第五章鍋爐溫度和換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計 5 1 實驗?zāi)康?實驗?zāi)康?1 學(xué)習(xí)前饋 反饋控制的原理 2 了解前饋 反饋控制的特點 3 掌握前饋 反饋控制的設(shè)計 5 2 實驗設(shè)備 實驗設(shè)備 A3000 FS FBS 現(xiàn)場系統(tǒng) 任意控制系統(tǒng) 5 3 實驗原理 實驗原理 1 控制原理 控制原理 前饋控制器在測出擾動之后 按過程的某種物質(zhì)或能量平衡條件計算出校正值 如果沒有反饋控制 則這種校正作用只能在穩(wěn)態(tài)下補償擾動作用 工業(yè)上 使用換熱器對料液進(jìn)行加熱 加熱使用蒸汽 我們這里使用換熱器加 熱冷水 把冷水看成某種工業(yè)料液 控制目標(biāo)是料液的出口溫度 東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計 20 前饋控制又稱擾動補償 它與反饋調(diào)節(jié)原理完全不同 是按照引起被調(diào)參數(shù)變 化的干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的 在這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中要直接測量負(fù)載干擾量的變化 當(dāng)干 擾剛剛出現(xiàn)而能測出時 調(diào)節(jié)器就能發(fā)出調(diào)節(jié)信號使調(diào)節(jié)量作相應(yīng)的變化 使兩者 抵消與被調(diào)量發(fā)生偏差之前 因此 前饋調(diào)節(jié)對干擾的克服比反饋調(diào)節(jié)快 但是前 饋控制是開環(huán)控制 其控制效果需要通過反饋加以檢驗 我們按照參考書上的內(nèi)容 進(jìn)行了部分簡化 前饋控制不考慮控制通道與對象通道延遲 則根據(jù)熱量平衡關(guān)系 簡單的前饋 控制方程為 12 r kQD 其中 k 是常數(shù) 與水比熱和熱交換效率相關(guān) Q 是流量 這個前饋輸出到調(diào)節(jié)器的輸入 從而得到一個前饋控制系統(tǒng) 需要調(diào)整 k 是常數(shù) 直到具有合適的補償效果 通過一個 PI 調(diào)節(jié) 使得熱水流量增大到需要的補償值 而后我們增加了一個反饋控制通道 測量熱水出口溫度 然后控制冷水流量 在控制通道中增加前饋控制系統(tǒng) 類似于串級控制 2 測量與控制端連接表 測量與控制端連接表 表表 5 1 測溫表測溫表 測量或控制量測量或控制量標(biāo)號使用控制器端口 冷水流量FT102AI0 換熱器熱入TT101AI1 熱水流量FT101AI2 換熱器熱出TT103AI3 3 實驗方案 實驗方案 被調(diào)量為調(diào)節(jié)閥 控制量是熱水流量 控制目標(biāo)是熱水出口溫度 首先實現(xiàn)前饋控制 通過測量換熱器熱水流量 溫度 控制調(diào)節(jié)閥 使得換熱 器冷水流量變化跟蹤換熱器熱水流量與溫度變化 然后實現(xiàn)反饋控制 通過測量換熱器熱水出口溫度 控制調(diào)節(jié)閥 從而把前饋 控