過程控制工程課程設(shè)計(jì)-鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)

1、青海大學(xué)過程控制課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)名稱：鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)姓 名：才讓加i學(xué) 號(hào)：1020301025所在院系： 化工學(xué)院化工機(jī)械系專 業(yè)：自動(dòng)化指導(dǎo)老師：王淑欽實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2013-12-022013-12-15摘要過熱蒸汽溫度的擾動(dòng)來源很多，蒸汽流量、燃燒工況、進(jìn)入過熱器蒸汽的熱焙、流經(jīng)過 熱器的煙氣溫度和流速等的變化都會(huì)使過熱蒸汽溫度發(fā)生變化。而冇些擾動(dòng)間又相互影響， 使対象動(dòng)態(tài)過程變得復(fù)雜。但歸納起來，主要有三種擾動(dòng)：蒸汽量、煙氣量和減溫水量。本文是針對(duì)鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行的分析和設(shè)計(jì)。控制系統(tǒng)采用串級(jí)控制來控 制減溫器噴水量以提高系統(tǒng)的控制性能。噴水減溫作為調(diào)節(jié)汽溫的手段，根據(jù)

2、汽溫偏并來改 變噴水量。通過使用該系統(tǒng)，可以使得鍋爐過熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變化，并保 護(hù)過熱器營壁溫度不超過允許的工作溫度。關(guān)鍵字：擾動(dòng)來源 過熱蒸汽控制 串級(jí)控制系統(tǒng) 調(diào)節(jié)手段1、生產(chǎn)工藝介紹1.1鍋爐設(shè)備介紹鍋爐是工業(yè)過程必不可少的重耍動(dòng)力設(shè)備，它所產(chǎn)牛的高壓蒸汽既可作為驅(qū)動(dòng)透平的動(dòng) 力源，乂可作為梢飾、t燥、反應(yīng)、加熱等過程的熱源。隨著工業(yè)牛:產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，作 為動(dòng)力和熱源的過濾，也向著大容雖、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。鍋爐設(shè)備根據(jù)用途、燃料性質(zhì)、壓力高低等有多種類型和稱呼，工藝流程多種多樣，常 用的鍋爐設(shè)備的蒸汽發(fā)牛系統(tǒng)是山給水泵、給水控制閥、省煤器、汽包及循環(huán)管等組成。

3、燃料與空氣按照一定比例送入鍋爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生 飽和蒸汽，經(jīng)過過熱器形成過熱蒸汽，在匯集到蒸汽母管。過熱蒸汽經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制，供 給負(fù)荷設(shè)備用，于此同時(shí)，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還經(jīng)省 煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)送往煙囪排空。汽包過熱蒸汽圖1鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖鍋爐設(shè)備的控制任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的需要，供應(yīng)一定壓力或溫度的蒸汽，同時(shí)要使鍋 爐在安全、經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行。按照這些控制要求，鍋爐設(shè)備將有如下主要的控制系統(tǒng)： 供給蒸汽量適應(yīng)負(fù)荷變化需要或保持給定負(fù)荷。 鍋爐供給用汽設(shè)備的蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)。 過熱蒸汽溫度

4、保持在一定范圍。 汽包水位保持在一定范圍內(nèi)。 保持鍋爐燃料的經(jīng)濟(jì)性和安全性。 爐膛負(fù)壓保持在一定范圍。1.2蒸汽過熱系統(tǒng)的控制蒸汽過熱系統(tǒng)則是鍋爐系統(tǒng)安壘正常運(yùn)行，確保蒸汽品質(zhì)的重要部分。木設(shè)計(jì)主要考 慮的部分是鍋爐過熱蒸汽系統(tǒng)的控制。過熱蒸汽溫度的控制任務(wù)是維持過熱器出口汽溫在允許范圍內(nèi)，并r保護(hù)過熱器使管壁 溫度不超過允許的丄作溫度過熱蒸汽溫度是鍋爐給水通道中溫度最高的地方過熱器止常 運(yùn)行吋的溫度一般接近于材料所允許的最高溫度.因此，過熱蒸汽溫度的上限一般不應(yīng)超過 額定值5°c （額定值為450c ）.如果汽溫偏低，則會(huì)降低全廠的熱效應(yīng)和影響汽輪機(jī)的安全 運(yùn)行，因而過熱蒸汽溫度的

5、下限一般不低于額定值10°co過熱蒸汽溫度控制的主要任務(wù)就是： 克服各種干擾因素，將過熱器出口蒸汽溫度維持在規(guī)定允許的范圍內(nèi)，從而保持 蒸氣品質(zhì)合格： 保護(hù)過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。木次設(shè)計(jì)以控制減溫水流量的變化來闡述對(duì)過熱蒸汽溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。2、控制原理簡(jiǎn)介2.1過熱蒸汽溫度的動(dòng)態(tài)特性2.1.1蒸汽量擾動(dòng)當(dāng)蒸汽最擾動(dòng)時(shí)，沿過熱器管道整個(gè)長(zhǎng)度各點(diǎn)的溫度幾乎同時(shí)變化，過熱器出口溫度 的階躍響應(yīng)曲線圖2-a）所示。英特點(diǎn)是有遲延，有慣性，有自平衡能力，且三較小。當(dāng)鍋t爐的蒸汽量增加時(shí)，對(duì)流式過熱器和輻射式過熱器的出口汽溫隨蒸汽量變化的方向是相反 的。蒸汽量增加時(shí)，通過對(duì)流式過熱

6、器的煙量增加，煙溫也隨z升高，這兩具因素都使對(duì)流 過熱器汽溫升高。但是，由于蒸汽最增加時(shí)，爐膛溫度升高較少，輻射傳熱最的增加比蒸汽 量增加所需的吸熱量增加耍少，因此，當(dāng)蒸汽量増加，輻射式過熱器岀口汽溫是下降的。圖 2-b）表示了對(duì)流和輻射兩種過熱器出口汽溫&隨蒸汽雖變化的牌態(tài)特性。通過對(duì)流過熱器的 受熱而積大于輻射過熱器的受熱而積，對(duì)流方式比輻射方式吸熱量為多，因此，總的汽溫將 隨蒸汽量增加而升高。圖2鍋爐蒸汽最擾動(dòng)過熱器出丨i氣溫的階躍響應(yīng)1111線蒸汽量變化對(duì)汽溫變化的傳遞函數(shù)可用下式近似表示:%）需卅式中k °蒸汽量擾動(dòng)時(shí)被調(diào)対象的放大系數(shù)td對(duì)象的時(shí)間常數(shù)蒸汽址擾動(dòng)時(shí)

7、對(duì)象的遲延時(shí)間蒸汽最擾動(dòng)時(shí)過熱蒸汽溫度動(dòng)態(tài)特性，但不用蒸汽最作為過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)最，這 里的蒸汽量代表鍋爐負(fù)荷，其大小由外部負(fù)荷決定。2.1.2煙氣側(cè)擾動(dòng)由于過熱器是一個(gè)熱交換器，過熱器出口汽溫反映了工質(zhì)從過熱器屮帶走的熱量和從 煙氣側(cè)吸收的熱量之i'可的平衡關(guān)系。當(dāng)慚氣流量或煙氣溫度發(fā)牛擾動(dòng)時(shí)，過熱蒸汽溫度發(fā)生 變化。在煙氣側(cè)擾動(dòng)下汽溫對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性如圖3所示。其特點(diǎn)是：有遲延、有慣性、有口 平衡能力。由于煙氣側(cè)擾動(dòng)是沿過熱器整個(gè)長(zhǎng)度使煙氣傳熱量發(fā)生變化，所以過熱蒸汽溫度 響應(yīng)較快，具遲延和慣性比其它擾動(dòng)要小，但一般不川煙氣側(cè)作為調(diào)節(jié)手段來調(diào)節(jié)過熱蒸汽 溫度。改變煙量或煙溫吋，會(huì)影

8、響燃燒工況，與燃燒控制互相干擾，另外，煙氣側(cè)擾動(dòng)也將 影響再熱蒸汽溫度?，F(xiàn)冇電廠熱控系統(tǒng)僅用煙氣側(cè)作為調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度的手段，而利用減 溫水量來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。煙氣亦6cc)0圖3煙氣側(cè)擾動(dòng)吋過熱器出口氣溫的階躍響應(yīng)曲線2.1.3減溫水量擾動(dòng)改變過熱器入口蒸汽溫度可以有效地調(diào)節(jié)過熱器出口蒸汽溫度，這是應(yīng)用鮫廣的一種 汽溫調(diào)節(jié)手段，改變?nèi)肟谡羝麥囟瓤捎脟娝畞磉M(jìn)行。直接噴水減溫系統(tǒng)如圖4所示。采用減 溫器噴水減溫時(shí)，要求有足夠的調(diào)節(jié)余量，一般在減溫器停運(yùn)、鍋爐出力最人時(shí)汽溫要高于 給定值約3040°c。減溫器（導(dǎo)前區(qū)）i】段廠二一二i o«(s) 宀5|i<xs)|b)

9、圖4減溫水階躍擾動(dòng)時(shí)過熱器出口氣溫的階躍響應(yīng)illi線采用噴水減溫調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度吋，一般把過熱器分成兩個(gè)區(qū)域，如圖4-小所示，導(dǎo) 前汽溫。2測(cè)點(diǎn)前至減溫器為導(dǎo)前區(qū)，過熱器出ii汽溫b1測(cè)點(diǎn)到導(dǎo)前汽溫測(cè)點(diǎn)為惰性區(qū), 其傳遞函數(shù)分別用g°2 （s）和g?！浚╯）來表示,整個(gè)被調(diào)對(duì)象的傳遞函數(shù)用g （s）表示：g°2($) =g(s)g（）i（s） =g g)%($)式中&2導(dǎo)前汽溫q過熱器出口汽溫減溫噴水量在減溫水量擾動(dòng)時(shí)過熱蒸汽溫度被調(diào)對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線如圖5所示。o><ma>圖5減溫水階躍擾動(dòng)時(shí)過熱器出口氣溫的階躍響應(yīng)曲線汽溫對(duì)彖的傳遞函數(shù)可川下

10、式表示:gg(s)1 + qsgoig)=1+加汽溫對(duì)象的傳謹(jǐn)函數(shù)也可以用多階慣性環(huán)節(jié)來表示：“%=（1 +心產(chǎn)01 (5)=（1+砂）冷g(s) =go2(s)gr(s)從階躍響應(yīng)illi線可以用工程方法求得g°2（s）和g（s）,在調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析及調(diào)節(jié)器參數(shù)整定計(jì)算過程屮，還需用到悄性區(qū)的傳遞兩數(shù)g°2）=弓回，它不能由階躍響應(yīng)illi線直接求&2（$）得，只能根據(jù)已求得的g°2（s）和g（s）來求得:go1（5）= g（j）/go2（5）對(duì)于高、屮壓鍋爐采川噴水減溫，當(dāng)減溫水量擾動(dòng)時(shí)，汽溫對(duì)象的遲延時(shí)間t 30、60s, 慣性時(shí)間常數(shù)tloos,而當(dāng)煙

11、氣側(cè)擾動(dòng)時(shí)汽溫對(duì)彖的遲延時(shí)間t=1（t20s,慣性時(shí)間常數(shù) t<100so需要指出的是汽溫對(duì)象傳遞函數(shù)表達(dá)式的放大系數(shù)k2和k是負(fù)值，k1為正值， 分析和設(shè)計(jì)汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)充分考慮。2.2控制方案選擇2.2.1單回路控制方案在運(yùn)行過程中。改變減溫水流量，實(shí)際上是改變過熱器出口蒸汽的熱焙，亦改變進(jìn)口蒸 汽溫度，如卜圖所示。從動(dòng)態(tài)特性上看，這種調(diào)節(jié)方法是最不理想的，但由于設(shè)備簡(jiǎn)單，因 此，應(yīng)用得最多。減溫器冇表面式和噴水式兩種。減溫器應(yīng)盡可能地安裝在靠近蒸汽出口處，但一定要考 慮過熱器材科的安全問題，這樣能夠獲得較好的動(dòng)態(tài)特蛀。但作為控制對(duì)象的過熱器，由于 管壁金屬的熱容量比較大，使之有較

12、大的熱慣性。加上管道較長(zhǎng)有一定的傳遞滯后，如果用 卜-圖所示的控制系統(tǒng)，控制器接受過熱器出口蒸汽溫度變化后，控制器才開始動(dòng)作，去控制 減溫水流量的變化又要經(jīng)過一段時(shí)向才能影響到蒸汽溫度這樣，既不能及早發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)，又不 能及時(shí)反映控制的效果，將使蒸汽溫度發(fā)住不能允許的動(dòng)態(tài)偏差。影響鍋爐牛產(chǎn)的安全和經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行。實(shí)際中過熱蒸汽控制系統(tǒng)常采用減溫水流最作為操縱變最,但由于控制通道的時(shí)間常數(shù) 及純滯后均較大，組成單冋路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)的要求。因此常釆用帝級(jí)控制系統(tǒng), 減溫器出口溫度為副參數(shù)，以提高對(duì)過熱蒸汽溫度的控制質(zhì)最。2.2.2串級(jí)控制方案過熱器出口蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)如下圖所示。采用兩級(jí)調(diào)卩

13、器，這兩級(jí)調(diào)節(jié)器串在一 起，各有其特殊任務(wù)，調(diào)節(jié)閥直接受控制器tc2的控制，而控制器tc2的給定值受到控制 器tc1的控制，形成了特有的雙閉環(huán)系統(tǒng)，由副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器和減溫器出口溫度形成的閉 環(huán)稱為副環(huán)。由主調(diào)節(jié)器和主信號(hào)出口蒸汽溫度，形成的閉環(huán)稱為主環(huán)，可見副環(huán)是串在主 環(huán)z中?？刂破鱰c1稱主調(diào)節(jié)器，控制器tc2稱為副調(diào)節(jié)器。將過熱器出口蒸汽溫度調(diào)節(jié)器的 輸出信號(hào)，不是用來控制調(diào)節(jié)閥而是用來改變控制器tc1的給定值，起著最后校止作用。蒸汽級(jí)過熱;減溫器二級(jí)過熱器減溫水圖7串級(jí)系統(tǒng)是一個(gè)雙回路系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是把兩個(gè)調(diào)節(jié)器串接起來，通過它們的協(xié)調(diào)丄作, 使一個(gè)被控量準(zhǔn)確地保持為給定值。通常串級(jí)系統(tǒng)

14、副環(huán)的對(duì)象慣性小，工作頻率高,而主環(huán) 慣性人，工作頻率低。串級(jí)控制系統(tǒng)可以看作一個(gè)閉合的副冋路代替了原來的一部分對(duì)象, 起了改善對(duì)彖特征的作用。除了克服落在副壞內(nèi)的擾動(dòng)外，還提高了系統(tǒng)的工作頻率，加快 過渡過程。在爐溫過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)屮，為了獲得更好的控制精度，所以采用串級(jí)控制系統(tǒng)以 得到良好的控制特性。2.3串級(jí)控制方案特點(diǎn)山如下串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖可知，主控制器的輸岀即副控制器的給定，而副控制器的輸 出直接送往控制閥。主控制器的給定值是由工藝規(guī)定的，是一個(gè)定制，因此，主壞是一個(gè)定 值控制系統(tǒng)；而副控制器的給定值是由主控制器的輸出提供的，它隨主控制器輸出變化而變 化，因此，副環(huán)是一個(gè)隨動(dòng)控

15、制系統(tǒng)。二次擾動(dòng)一次擾副變送器圖8串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖串級(jí)控制系統(tǒng)屮，兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，以主控制器為主導(dǎo)，保證主變量穩(wěn)定為口的, 兩個(gè)控制器i辦調(diào)一致，互相配合。若干擾來自副環(huán)，副控制器首先進(jìn)行“粗調(diào)"，主控制器再 進(jìn)一步進(jìn)行“細(xì)調(diào)二因此控制質(zhì)量?jī)?yōu)于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。串級(jí)控制冇以下優(yōu)點(diǎn)： 由于副回路的存在，減小了對(duì)彖的時(shí)間常數(shù)，縮矩了控制通道，使控制作用更加及 時(shí)； 提高了系統(tǒng)的工作頻率，使振蕩周期減小，調(diào)節(jié)時(shí)間縮矩，系統(tǒng)的快速性增強(qiáng)了； 對(duì)二次干擾具有很強(qiáng)的克服能力，對(duì)客服一次干擾的能力也有一定的提高； 對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。-般來說，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的串級(jí)控制系統(tǒng)，當(dāng)

16、干擾從副回路進(jìn)入時(shí)，其最大偏差將會(huì)較 小到控制系統(tǒng)的，即便是十?dāng)_從主回路進(jìn)入，最大偏差也會(huì)縮小到單回路控制系10 100統(tǒng)的丄丄。但是，如果串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)得不合理，其優(yōu)越性就不能夠充分體現(xiàn)。因此,35串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性十分重要。3、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)控制參數(shù)確定3.1.1主變量的選擇串級(jí)控制系統(tǒng)選擇主變最時(shí)要遵循以卞原則:在條件許可的情況下，首先應(yīng)盡量選擇能直接反應(yīng)控制目的的參數(shù)為主變量；其次要 選擇與控制目的有某種單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為主變量;所選的主變量必須有足夠的變 化靈敏度。綜合以上原則，在本系統(tǒng)屮選擇送入負(fù)荷設(shè)備的出口蒸汽溫度作為主變量。該參數(shù)可直 接反應(yīng)控制冃的。3

17、.1.2副變量的選擇副回路的設(shè)計(jì)質(zhì)量是保證發(fā)揮串級(jí)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的關(guān)鍵。副變量的選擇應(yīng)遵循以下原則： 應(yīng)使主要干擾和更多的干擾落入副回路； 應(yīng)使主、副對(duì)彖的吋間常數(shù)匹配； 應(yīng)考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟(jì)型綜合以上原則，選擇減溫器和過熱器z間的蒸汽溫度作為副變量。313操縱變量的選擇匸業(yè)過程的輸入變量有兩類：控制變錄和擾動(dòng)變量?？刂仆ǖ篮蛿_動(dòng)通道的傳遞函數(shù):g()(s)est°'gto5 + 1，kf其中，干擾吋客觀存在的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的因素，而操縱變量是克服干擾的影 響，使控制系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行的i大1素。操縱變最的基木原則為： 選擇對(duì)所選定的被控變量影響較人的輸入變量作

18、為操縱變量，k。盡量大； 在以上前提下，選擇變化范圍鮫大的輸入變量作為控制變量，以便易于控制； 在的基礎(chǔ)上選擇對(duì)被控變量作川效應(yīng)較快的輸入變量作為控制變量，使控制系統(tǒng) 響應(yīng)較快乞盡量??；t。綜介以上原則，選擇減溫水的輸入量作為操縱變雖。3.2調(diào)節(jié)閥的選擇在本系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是按照控制器所給定的信號(hào)大小和方向，改變閥的開度，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的裝置。調(diào)節(jié)閥的口徑的大小，直接決定著控制介質(zhì)流過它的能力。為了保證系統(tǒng)有鮫好的流通 能力，需耍使控制閥兩端的壓降在整個(gè)管線的總壓降屮占有較人的比例。調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)形式需要考慮到以下兒種因素： 生產(chǎn)安全角度：當(dāng)氣源供氣屮斷，或調(diào)節(jié)閥出故障而無

19、輸出等情況下，應(yīng)該確保生 產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不至發(fā)生事故； 保證產(chǎn)品質(zhì)量：當(dāng)發(fā)牛控制閥處于無源狀態(tài)而恢復(fù)到初始位宜時(shí)，產(chǎn)品的質(zhì)量不應(yīng) 降低； 盡可能的降低原料、產(chǎn)品、動(dòng)力損耗； 從介質(zhì)的特點(diǎn)考慮。綜合以上各種因素，控制閥，在此串級(jí)氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)小，溫度過高時(shí)，會(huì)燒壞過熱器、 蒸汽管道和汽輪機(jī)的高壓部分金加損壞，造成生產(chǎn)停頓，述會(huì)引起高溫鍋爐爆炸等嚴(yán)重的后 果，所以調(diào)節(jié)閥應(yīng)這擇氣關(guān)形式；但溫度過低時(shí)就會(huì)降低生產(chǎn)的工作熱效率并影響汽輪機(jī)的 安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，所以調(diào)節(jié)啊應(yīng)選擇氣開形式。在此情況下，出現(xiàn)了矛盾的情況，在此情況下 要分消主要孑盾和次要矛盾，權(quán)衡利弊，主要才盾是溫度過高出現(xiàn)的后果嚴(yán)重，所以調(diào)節(jié)潤

20、 這用氣關(guān)形式，即ky <0o調(diào)節(jié)閥的流量特性的選樣，在實(shí)際牛產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥有線性特性、對(duì)數(shù)特性和快開特 性三種,在本系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇線性特性。閥門定位器的選用，閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的一種輔助裝宜，與調(diào)節(jié)閥配套使用，它接受 控制器來的信號(hào)作為輸入信號(hào)，并以其輸出信號(hào)去控制調(diào)節(jié)閥，同時(shí)將調(diào)節(jié)閥的閥桿位移反 饋到閥門定位器的輸入端而構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)隨動(dòng)系統(tǒng)，閥門定位器可以消除閥膜頭和彈簧的不 穩(wěn)定以及各運(yùn)動(dòng)部件的干摩擦，從而提高調(diào)節(jié)閥的精度和町靠性，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位：閥門定位 器增大了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出功率，減少了系統(tǒng)的傳遞滯后，加快閥桿的移動(dòng)速度；閥門定位器 還可以改變調(diào)節(jié)閥的流量特性。3.

21、3控制器設(shè)計(jì)由上文論述可知，系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)選擇串級(jí)控制。3.3.1控制器控制規(guī)律的選擇在串級(jí)控制中，主變量直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量或牛產(chǎn)的安全，所以主變量-般要求不得 有余差，而對(duì)副變量的要求一般都不很嚴(yán)格，允許有一定的波動(dòng)和余差。從串級(jí)控制的結(jié)構(gòu) 上看，主環(huán)是一個(gè)定值系統(tǒng)，主控制器起著定值控制作用，為使其穩(wěn)定，主控制器通常選用 比例積分控制器，對(duì)于本系統(tǒng)由于控制通道容量滯后較大，為克服容量滯后，選用比例積分 微分控制器作為主控制器。副環(huán)是-個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，它的給定值隨主控制器輸出的變化而變化，為了加快跟蹤，畐ij控 制器一般不帶積分作用。若副控制器有微分作用，一旦主控制器輸出稍有變化，控制閥就將 大

22、幅度變化，這對(duì)控制系統(tǒng)很不利，故副控制器只選用比例控制器。3.3.2控制器正、反作用選擇對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)，主、副控制器正、反作用的選擇順序應(yīng)該是先副后主。副控制器的正、反作用要根據(jù)副環(huán)的具體情況決定，而與主環(huán)無關(guān)。為了使副環(huán)冋路構(gòu) 成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，即構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)kvkclkp2km2>q.在本設(shè)計(jì)中隨著調(diào)節(jié)閥的開度 增加，減溫水量增加，副對(duì)象即減溫器后端蒸汽溫度會(huì)降低，所以kpl <0；而調(diào)節(jié)閥為氣 關(guān)閥，所以kv <0,溫度升高，檢測(cè)變送器環(huán)節(jié)輸出增加，k,nl0 ,由kvkc2kp2km2 > 0 可知，kc2 > 0 ,所以副控制器的控制作用應(yīng)為反作用。

23、主控制器的正、反作用要根據(jù)主環(huán)所包括的各個(gè)環(huán)節(jié)的情況來確定。為了使主環(huán)冋路構(gòu) 成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，即構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)kvkeikpkml0。設(shè)計(jì)中隨著調(diào)節(jié)閥的開度增加, 減溫水量增加，副對(duì)象即減溫器后端蒸汽溫度會(huì)降低，出口過熱蒸汽溫度降低，kia <0 而調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，所以kv <0,溫度升高，檢測(cè)變送器環(huán)節(jié)輸出增加，kml >0,由 kvkcikplkmi > 0可知，kci >0,所以主控制器的控制作用應(yīng)為反作用。4、控制儀表的選擇控制儀表的主要類型大致分為電動(dòng)或氣動(dòng)，電動(dòng)i型、h型、hi型，單元組合儀表或是 基地是儀表等。常用的控制儀農(nóng)有電動(dòng)ii型、hi型。在

24、串級(jí)控制系統(tǒng)屮，選用的儀農(nóng)不同, 具體的實(shí)施方案也不同。電動(dòng)hi型和電動(dòng)ii型儀表就其功能來說基本相同，但是其控制信號(hào)不相同，控制h型 典型信號(hào)為010m4dc,而電動(dòng)iii型儀表的典型信號(hào)為420/adc，此外。iii型儀 表較ii型儀表操作、維護(hù)更為方便、簡(jiǎn)捷，同時(shí)iii型儀表還具有完善的跟蹤、保持電路， 使得手動(dòng)切換非常方便，隨吋都可以進(jìn)行切換，且保證無擾動(dòng)。所以在本設(shè)計(jì)中選用電動(dòng) iii型儀表。由電動(dòng)iii型儀表構(gòu)成的串級(jí)控制系統(tǒng)的基本方案有如下兩種:圖9用電動(dòng)iii型儀表纟fl成的串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖該方案中采用了兩臺(tái)控制器，主、副變量通過一臺(tái)雙筆記錄儀進(jìn)行記錄。由 丁副控制器輸出的是

25、，而控制閥只能接受0.02 - 0.mpa氣壓信號(hào)，所以在副控 制器與控制閥z間設(shè)置了一個(gè)電氣轉(zhuǎn)換器。圖10用電動(dòng)ill型儀表組成的主控串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖該方案較于上一方案多設(shè)置了一個(gè)主控串級(jí)控制切換開關(guān)，可以根據(jù)不同情況使控制 系統(tǒng)工作于主控方式和串級(jí)控制方式下。在木設(shè)計(jì)屮采用第二種方式可以是控制系統(tǒng)更好的工作，得到更穩(wěn)定的控制輸出。5、控制系統(tǒng)圖及說明5. 1控制系統(tǒng)圖附圖過熱蒸汽控制系統(tǒng)圖5.2說明1、對(duì)鍋爐設(shè)備熱工參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)顯示：儀表盤上標(biāo)號(hào)各自對(duì)應(yīng)的參數(shù)如一 k;、鍋爐給水壓力，15mp&、飽和蒸汽壓力，12mpa、過熱蒸汽壓力,llmpa、爐膛負(fù)壓，-7ops、鼓風(fēng)機(jī)出口壓力，4kpa、一級(jí)過熱器出口溫度,540°c、一級(jí)過熱器前煙氣溫度，9