鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 題 目: 鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 初始條件：1. 課程設(shè)計(jì)輔導(dǎo)資料：“過(guò)程控制系統(tǒng)和應(yīng)用”、“過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表”、“過(guò)程控制儀表及控制系統(tǒng)”、“過(guò)程控制系統(tǒng)”等；2. 先修課程：儀表與過(guò)程控制系統(tǒng)等。3. 主要涉及的知識(shí)點(diǎn)： 過(guò)程控制儀表、控制系統(tǒng)、被控過(guò)程等要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)等具體要求）1. 課程設(shè)計(jì)時(shí)間：2周；2. 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：根據(jù)指導(dǎo)老師給定的題目，按規(guī)定選擇其中1套完成； 本課程設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)要求：研讀輔導(dǎo)資料對(duì)應(yīng)章節(jié)，對(duì)選定的設(shè)計(jì)題目所涉及的生產(chǎn)工藝和控制原理進(jìn)行

2、介紹，針對(duì)具體設(shè)計(jì)選擇相應(yīng)的控制參數(shù)、被控參數(shù)以及過(guò)程檢測(cè)控制儀表，并畫(huà)出控制流程圖及控制系統(tǒng)方框圖。3. 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)按學(xué)?！罢n程設(shè)計(jì)工作規(guī)范”中的“統(tǒng)一書(shū)寫(xiě)格式”撰寫(xiě)，具體包括： 目錄； 摘要； 生產(chǎn)工藝和控制原理介紹； 控制參數(shù)和被控參數(shù)選擇； 控制儀表及技術(shù)參數(shù)； 控制流程圖及控制系統(tǒng)方框圖； 總結(jié)與展望；（設(shè)計(jì)過(guò)程的總結(jié)，還有沒(méi)有改進(jìn)和完善的地方）； 課程設(shè)計(jì)的心得體會(huì)（至少500字）； 參考文獻(xiàn)（不少于5篇）； 其它必要內(nèi)容等。時(shí)間安排：具體時(shí)間設(shè)計(jì)內(nèi)容1月4日指導(dǎo)老師就課程設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)要求、進(jìn)度安排、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)等做具體介紹。學(xué)生確定選題，明確設(shè)計(jì)要求1月5日1月7日開(kāi)始查閱資料

3、，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。1月8日確定系統(tǒng)所需檢測(cè)元件、執(zhí)行元件、調(diào)節(jié)儀表技術(shù)參數(shù)1月11日1月12日畫(huà)控制流程圖及控制系統(tǒng)方框圖1月13日1月14日撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1月15日上交課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，并進(jìn)行答辯指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日摘要本文是針對(duì)鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行的分析和設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)采用串級(jí)控制以提高系統(tǒng)的控制性能，在系統(tǒng)中采用了主控-串級(jí)控制的切換裝置，使系統(tǒng)可以適用于不同的工作環(huán)境。通過(guò)使用該系統(tǒng)，可以使得鍋爐過(guò)熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變化，并保護(hù)過(guò)熱器營(yíng)壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。關(guān)鍵字：過(guò)熱蒸汽控制 串級(jí)控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制 主控-串級(jí)切換

4、目錄1 生產(chǎn)工藝介紹11.1 鍋爐設(shè)備介紹11.2 蒸汽過(guò)熱系統(tǒng)的控制22控制原理簡(jiǎn)介32.1控制方案選擇32.1.1單回路控制方案32.1.2串級(jí)控制方案42.2 串級(jí)控制方案論證53 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1 系統(tǒng)控制參數(shù)確定63.1.1 主變量的選擇63.1.2副變量的選擇73.1.3操縱變量的選擇73.2 調(diào)節(jié)閥的選擇73.3 控制器設(shè)計(jì)83.3.1 控制器控制規(guī)律的選擇83.3.2 控制器正、反作用選擇83.3.3 控制器的電路實(shí)現(xiàn)94 控制儀表的選擇95 系統(tǒng)控制流程圖106 總結(jié)體會(huì)116.1 設(shè)計(jì)總結(jié)116.2 心得體會(huì)12參考文獻(xiàn)12鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 生產(chǎn)工藝介紹

5、1.1 鍋爐設(shè)備介紹鍋爐是石油化工、發(fā)電等工業(yè)過(guò)程必不可少的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可作為驅(qū)動(dòng)透平的動(dòng)力源，又可作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過(guò)程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，作為動(dòng)力和熱源的過(guò)濾，也向著大容量、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)生系統(tǒng)是由給水泵、給水控制閥、省煤器、汽包及循環(huán)管等組成。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，形成一點(diǎn)觀其文的過(guò)熱蒸汽，在匯集到蒸汽母管。過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生

6、的煙氣，除將飽和蒸汽變成過(guò)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，排入大氣。圖1-1 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)： 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)：主要是保持汽包內(nèi)部的無(wú)聊平衡，使機(jī)水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許的范圍內(nèi)； 鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制：其控制方案要滿足燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要，使燃料與空氣量保持一定的比值，保證燃燒的經(jīng)濟(jì)型和鍋爐的安全運(yùn)行，使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，保持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。

7、 過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)控制：主要使過(guò)熱器出口溫度保持在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過(guò)工藝允許范圍； 鍋爐水處理過(guò)程：主要使鍋爐給水的水性能指標(biāo)達(dá)到工藝要求。1.2 蒸汽過(guò)熱系統(tǒng)的控制蒸汽過(guò)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。本設(shè)計(jì)主要考慮的部分是鍋爐過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制。蒸汽過(guò)熱系統(tǒng)包括一級(jí)過(guò)熱器、減溫器、二級(jí)過(guò)熱器。控制任務(wù)是使過(guò)熱器出口溫度維持在允許范圍內(nèi)，并保護(hù)過(guò)熱器時(shí)管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高或過(guò)低，對(duì)鍋爐運(yùn)行及蒸汽用戶設(shè)備都是不利的，過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，過(guò)熱器容易損壞，汽輪機(jī)也因內(nèi)部過(guò)度的熱膨脹而嚴(yán)重影響安全運(yùn)行；過(guò)熱溫度過(guò)低，一方面使設(shè)備的效率降低，同

8、時(shí)使汽輪機(jī)后幾級(jí)的蒸汽濕度增加，引起葉片磨損，所以必須把過(guò)熱器出口蒸汽的溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。鍋爐過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)主要由一級(jí)過(guò)熱器、減溫器和二級(jí)過(guò)熱器組成， 在鍋爐生產(chǎn)過(guò)程中，過(guò)熱蒸汽溫度是整個(gè)汽水通道中最高的溫度。過(guò)熱器溫度過(guò)高將導(dǎo)至過(guò)熱器損壞，同時(shí)還會(huì)危及汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。過(guò)熱器溫度過(guò)低則將使設(shè)備效率降低，影響經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。影響過(guò)熱蒸汽溫度的因素很多，其中主要的有：過(guò)熱器是一個(gè)多容且延遲較大的慣性環(huán)節(jié)，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制要求存在若矛盾，各種擾動(dòng)因素之聞相互影響，如蒸汽量、燃燒工況、鍋爐給水溫度、進(jìn)入過(guò)熱蒸汽的熱焓，流經(jīng)過(guò)熱器的煙氣溫度及流速的變化等。而對(duì)各種不同的擾動(dòng)，過(guò)熱蒸汽溫度的動(dòng)態(tài)特性也各不

9、相同。因此，過(guò)熱蒸汽溫度控制的主要任務(wù)就是：(1) 克服各種干擾因素，將過(guò)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：(2) 保護(hù)過(guò)熱器管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。本設(shè)計(jì)主要以控制減溫水流量的變化來(lái)闡述對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。2控制原理簡(jiǎn)介隨著控制理論的發(fā)展，越來(lái)越多的智能控制技術(shù)，如自適應(yīng)控制、模型預(yù)測(cè)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，被引入到鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制中。但這些控制技術(shù)主要是為了改善和提高控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)，并沒(méi)有從引起過(guò)熱蒸汽溫度波動(dòng)的源頭入手。通常，煙氣溫度過(guò)高是引起過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高的主要原因。一般，過(guò)熱蒸汽溫度在煙氣擾動(dòng)下延遲較小，而在減溫水量擾動(dòng)下延遲較大

10、，這種特性將使過(guò)熱蒸汽溫度的控制滯后。2.1控制方案選擇2.1.1單回路控制方案在運(yùn)行過(guò)程中。改變減溫水流量，實(shí)際上是改變過(guò)熱器出口蒸汽的熱焙，亦改變進(jìn)口蒸汽溫度，如下圖所示。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。減溫器有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(guò)熱器材科的安全問(wèn)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(guò)熱器，由于管壁金屬的熱容量比較大，使之有較大的熱慣性。加上管道較長(zhǎng)有一定的傳遞滯后，如果用下圖所示的控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器接受過(guò)熱器出口蒸汽溫度t變化后，調(diào)節(jié)器才開(kāi)始動(dòng)作，去控制減溫水流量w .w的變化又要經(jīng)

11、過(guò)一段時(shí)向才能影響到蒸汽溫度t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t發(fā)生不能允許的動(dòng)態(tài)偏差。影響鍋爐生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。圖2-1 改變減溫水量控制蒸汽溫度系統(tǒng)實(shí)際中過(guò)熱蒸汽控制系統(tǒng)常采用減溫水流量作為操縱變量，但由于控制通道的時(shí)間常數(shù)及純滯后均較大，組成單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)的要求。因此常采用串級(jí)控制系統(tǒng)，減溫器出口溫度為副參數(shù)，以提高對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度的控制質(zhì)量。2.1.2串級(jí)控制方案過(guò)熱器出口蒸汽溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖如下圖所示。采用兩級(jí)調(diào)節(jié)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)閥直接受調(diào)節(jié)器1的控制，而調(diào)節(jié)器1的給定值受到調(diào)節(jié)器2的控制，形成了

12、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(jiàn)副環(huán)是串在主環(huán)之中。圖2-2 過(guò)熱蒸汽溫度串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖調(diào)節(jié)器2稱主調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器1稱為副調(diào)節(jié)器。將過(guò)熱器出口蒸汽溫度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)，不是用來(lái)控制調(diào)節(jié)閥而是用來(lái)改變調(diào)節(jié)器2的給定值，起著最后校正作用。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(lái)，通過(guò)它們的協(xié)調(diào)工作，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)副環(huán)的對(duì)象慣性小，工作頻率高，而主環(huán)慣性大，工作頻率低。為了提高系統(tǒng)的控制性能，希望主副環(huán)的工作頻率相差三倍以上，以免頻率相近時(shí)發(fā)生共振現(xiàn)象面破壞正

13、常工作。串級(jí)控制系統(tǒng)可以看作一個(gè)閉合的副回路代替了原來(lái)的一部分對(duì)象，起了改善對(duì)象特征的作用。除了克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)外，還提高了系統(tǒng)的工作頻率，加快過(guò)渡過(guò)程。串級(jí)控制由于副環(huán)的存在，改善了對(duì)象的特性，使等效副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)減小，系統(tǒng)的工作頻率提高。同時(shí)，由于串級(jí)系統(tǒng)具有主、副兩只控制器，使控制器的總放大倍數(shù)增大，系統(tǒng)的抗干擾能力增強(qiáng)，因此，一般來(lái)說(shuō)串級(jí)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量要比單回路控制系統(tǒng)高。在爐溫過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中，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。2.2 串級(jí)控制方案論證串級(jí)控制是隨著工業(yè)的發(fā)展，新工藝不斷出現(xiàn)，生產(chǎn)過(guò)程日趨強(qiáng)化，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來(lái)越高，簡(jiǎn)

14、單控制系統(tǒng)已不能滿足工藝要求的情況下產(chǎn)生的。 圖2-3 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖由上圖可知，主控制器的輸出即副控制器的給定，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，主環(huán)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)控制系統(tǒng)。串級(jí)控制系統(tǒng)中，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)定為目的，兩個(gè)控制器協(xié)調(diào)一致，互相配合。若干擾來(lái)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)”。因此控制質(zhì)量?jī)?yōu)于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。串級(jí)控制有以下優(yōu)點(diǎn) 由于副回路的存在，減小了對(duì)象的時(shí)間常數(shù)，縮短了

15、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)間縮短，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。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的串級(jí)控制系統(tǒng)，當(dāng)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，即便是干擾從主回路進(jìn)入，最大偏差也會(huì)縮小到單回路控制系統(tǒng)的。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，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)選擇主變量時(shí)要遵循以下原則：在條件許可的情況下，首先應(yīng)

16、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)中選擇送入負(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)控制目的。3.1.2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)象的時(shí)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(guò)熱器之間的蒸汽溫度作為副變量。3.1.3操縱變量的選擇工業(yè)過(guò)程的輸入變量有兩類：控制變量和擾動(dòng)變量。其中，干擾時(shí)客觀存在的，它是影響系統(tǒng)平

17、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)行的因素。操縱變量的基本原則為： 選擇對(duì)所選定的被控變量影響較大的輸入變量作為操縱變量； 在以上前提下，選擇變化范圍較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)被控變量作用效應(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；綜合以上原則，選擇減溫水的輸入量作為操縱變量。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(kāi)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(guò)它的能力。為了保證系統(tǒng)有較好的流通能力，需要使控制閥兩端的壓降在整個(gè)管線的總壓

18、降中占有較大的比例。調(diào)節(jié)閥的開(kāi)、關(guān)形式需要考慮到以下幾種因素： 生產(chǎn)安全角度：當(dāng)氣源供氣中斷，或調(diào)節(jié)閥出故障而無(wú)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)生控制閥處于無(wú)源狀態(tài)而恢復(fù)到初始位置時(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，在鍋爐過(guò)熱蒸汽控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥選擇氣開(kāi)閥。調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇，在實(shí)際生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥有線性特性、對(duì)數(shù)特性和快開(kāi)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)閥的一種輔助裝置，與調(diào)節(jié)閥配套使用，它接受控制器來(lái)的信號(hào)作為輸入信號(hào)，并以其

19、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)閥的精度和可靠性，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。3.3 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)量或生產(chǎn)的安全，所以主變量一般要求不得有余差，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)定制系統(tǒng)，主控制器起

20、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)由于控制通道容量之后較大，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)是一個(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，副控制器一般不帶積分作用。若副控制器有微分作用，一旦主控制器航五輸出稍有變化，控制閥就將大幅度變化，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(wú)關(guān)。為了使副環(huán)回路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，副環(huán)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)的符號(hào)必須為“負(fù)”，即

21、副環(huán)內(nèi)所有各環(huán)節(jié)放大倍數(shù)符號(hào)的乘積應(yīng)為“負(fù)”。在本設(shè)計(jì)中隨著調(diào)節(jié)閥的開(kāi)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，所以調(diào)節(jié)閥對(duì)副對(duì)象的作用為“負(fù)”；而調(diào)節(jié)閥為氣開(kāi)閥，即其控制作用為“正”，所以負(fù)調(diào)節(jié)器的控制作用應(yīng)為負(fù)作用。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(lái)確定，同時(shí)可將副回路視為一放大倍數(shù)為“正”的環(huán)節(jié)來(lái)看待，因?yàn)楦被芈肥且噪S動(dòng)系統(tǒng)。這樣只要根據(jù)主對(duì)象與主變送器放大倍數(shù)的符號(hào)及整個(gè)主環(huán)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的符號(hào)為“負(fù)”的要求，就可以確定主控制器的正、反作用。在本系統(tǒng)中，主對(duì)象的放大倍數(shù)為的符號(hào)為“正”，所以主控制器應(yīng)選“負(fù)”作用。3.3.3 控制器的電路實(shí)現(xiàn)主控制器采用

22、PID調(diào)節(jié)器，副控制器采用P調(diào)節(jié)器，可以使用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)P、I、D的調(diào)節(jié)作用，也可以直接使用模擬電路搭建PID調(diào)節(jié)模塊，在實(shí)際生產(chǎn)中，大多采用制作成型的PID模塊以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。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、II型、III型，單元組合儀表或是基地是儀表等。常用的控制儀表有電動(dòng)II型、III型。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，選用的儀表不同，具體的實(shí)施方案也不同。電動(dòng)III型和電動(dòng)II型儀表就其功能來(lái)說(shuō)基本相同，但是其控制信號(hào)不相同，控制II型典型信號(hào)為，而電動(dòng)III型儀表的典型信號(hào)為，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

23、善的跟蹤、保持電路，使得手動(dòng)切換非常方便，隨時(shí)都可以進(jìn)行切換，且保證無(wú)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4-1 用電動(dòng)III型儀表組成的串級(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(guò)一臺(tái)雙筆記錄儀進(jìn)行記錄。由于副控制器輸出的是，而控制閥只能接受氣壓信號(hào)，所以在副控制器與控制閥之間設(shè)置了一個(gè)電氣轉(zhuǎn)換器。圖4-2 用電動(dòng)III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(kāi)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。在本設(shè)計(jì)中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 系統(tǒng)控制流程圖系統(tǒng)整體控制流程圖如下圖：圖5-1 系統(tǒng)控制流程圖6 總結(jié)體會(huì)6.1 設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)是基于串級(jí)控制系統(tǒng)的鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)爐溫過(guò)熱蒸汽的良好控制是保證系統(tǒng)輸出蒸汽溫度穩(wěn)定的前提。采用串級(jí)控制系