過程控制課程設(shè)計(jì)鍋爐蒸汽負(fù)荷控制系統(tǒng)包含儀表設(shè)備表

1、 鍋爐蒸汽負(fù)荷控制系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 姓名： * 學(xué)號(hào)： * 班級(jí)： 自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： * 目 錄摘要1緒論2第一章 生產(chǎn)工藝介紹 3 1.1 鍋爐設(shè)備介紹3 1.2蒸汽過熱系統(tǒng)的控制4第二章 控制原理簡(jiǎn)介5 2.1過熱蒸汽溫度的動(dòng)態(tài)特性5 2.1.1 蒸汽量擾動(dòng)5 2.1.2 煙氣側(cè)擾動(dòng)6 2.1.3 減溫水量擾動(dòng)6 2.2 控制方案選擇9 2.2.1 單回路控制方案9 2.2.2串級(jí)控制方案10 2.3 串級(jí)控制方案特點(diǎn)11第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)12 3.1 系統(tǒng)控制參數(shù)確定12 3.1.1 主變量的選擇12 3.1.2 副變量的選擇12 3.1.3 操作變量的選擇12 3.2 調(diào)節(jié)閥的選

2、擇13 3.3 控制器設(shè)計(jì)14 3.3.1 控制器控制規(guī)律的選擇14 3.3.2 控制器正、反作用選擇14 3.3.3 控制器的電路實(shí)現(xiàn)15第四章 控制儀表的選擇16 4.1 溫度變送器的選擇 16 4.2溫度傳感器的選擇16第五章 控制系統(tǒng)圖及說明17 5.1 控制系統(tǒng)圖17 5.2 說明 17第六章 改進(jìn)思想18 6.1 前饋-反饋控制系統(tǒng) 18 6.2 安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)18第七章 總結(jié)體會(huì)19 7.1 設(shè)計(jì)總結(jié)19 7.2 心得體會(huì)19參考文獻(xiàn) 20附錄21 摘 要 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)，而對(duì)鍋爐過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。所以本設(shè)計(jì)

3、采用串級(jí)控制系統(tǒng)，這樣可以極大地消除控制系統(tǒng)工作中的各種干擾因素，使系統(tǒng)能在一個(gè)較為良好的狀態(tài)下工作，同時(shí)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)過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。 在本設(shè)計(jì)用到串級(jí)控制系統(tǒng)中，主對(duì)象為送入負(fù)荷設(shè)備的出口溫度，副對(duì)象為減溫器和過熱器之間的蒸汽溫度。通過控制減溫水的流量來實(shí)現(xiàn)控制過熱蒸汽溫度的目的。關(guān)鍵詞串級(jí)控制系統(tǒng) 蒸汽負(fù)荷控制溫度控制 緒論 蒸汽溫度是鍋爐安全、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要參數(shù)，因此對(duì)蒸汽溫度控制要求嚴(yán)格。過高的蒸汽溫度會(huì)造成過熱器，蒸汽管道及汽輪機(jī)因過大的熱應(yīng)力變形而毀壞；蒸汽溫度過低又會(huì)引起熱效率降低，影響經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。鍋爐控制現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，

4、采用傳統(tǒng)的基于模擬技術(shù)的控制器、儀器儀表或單片機(jī)，不僅結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，效率比較低，而且可靠性也不高。 本次課設(shè)設(shè)計(jì)的主要考慮部分是鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。蒸汽過熱系統(tǒng)包括一級(jí)過熱器、減溫器、二級(jí)過熱器。鍋爐汽溫控制系統(tǒng)主要包括過熱汽和再熱蒸汽溫度的的調(diào)節(jié)。主要蒸汽溫度與再熱蒸汽溫度的穩(wěn)定對(duì)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)非常重要的。過熱蒸汽溫度控制的任務(wù)是維持過熱器出口溫度在允許的范圍之內(nèi)，并保護(hù)過熱器，使其管壁溫度不超允許的工作溫度。 過熱蒸汽溫度是鍋爐汽水系統(tǒng)中的溫度的最高點(diǎn)，過熱蒸汽溫度過高或是過低，對(duì)鍋爐運(yùn)行及蒸汽設(shè)備是不利的。蒸汽溫度過高會(huì)使過熱器管壁金屬強(qiáng)度下降，以至燒壞過熱器的高溫段，嚴(yán)重

5、影響安全。一般規(guī)定過熱器的溫度與規(guī)定值的暫時(shí)偏差不超過+-10攝氏度長期偏差不超過+-5攝氏度。 如果過熱蒸汽溫度偏低，則會(huì)降低電廠的工作效率，同時(shí)使汽輪機(jī)后幾級(jí)的蒸汽濕度增加，引起葉片磨損。據(jù)估計(jì)，溫度每降低5攝氏度，熱經(jīng)濟(jì)性將下降約1%；且汽溫偏低會(huì)使汽輪機(jī)尾部蒸汽溫度升高，甚至使之帶水，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。一般規(guī)定過熱氣溫下限不低于其額定值10 攝氏度。通常，高參數(shù)電廠都要求保持過熱汽溫在540攝氏度的范圍內(nèi)。 由于汽溫對(duì)象的復(fù)雜性，給汽溫控制帶來許多的困難，其主要難點(diǎn)表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面： 1 由于過熱器是一個(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)與控制要求存在很多矛盾，所以影響汽

6、溫變化的因素很多，例如：蒸汽量、減溫水給水量、煙氣側(cè)的過?？諝庀禂?shù)和溫度等都可能引起汽溫變化。 2 隨著機(jī)組容量和參數(shù)的增加，蒸汽的過熱受熱面的比例加大，使其延遲和慣性更大從而進(jìn)一步加大了汽溫控制的難度。 第一章 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

7、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，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。 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)。過熱蒸汽溫度保持在一定范

8、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。本設(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)，并且保護(hù)過熱器使管壁溫度不超過允許的工作溫度.過熱蒸汽溫度是鍋爐給水通道中溫度最高的地方.過熱器正常運(yùn)行時(shí)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(額定值為450 ).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下限一般不低于額定值10。過熱蒸汽溫度控

9、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。本次設(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)。第二章 控制原理簡(jiǎn)介2.1 過熱蒸汽溫度的動(dòng)態(tài)特性蒸汽量擾動(dòng)當(dāng)蒸汽量擾動(dòng)時(shí)，沿過熱器管道整個(gè)長度各點(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8-1a)所示。其特點(diǎn)是有遲延，有慣性，有自平衡能力，且較小。當(dāng)鍋爐的蒸汽量增加時(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)流式過熱器的煙量增加，煙溫也隨之升高，這兩具因素都使對(duì)流過熱器汽溫升高。但是

10、，由于蒸汽量增加時(shí)，爐膛溫度升高較少，輻射傳熱量的增加比蒸汽量增加所需的吸熱量增加要少，因此，當(dāng)蒸汽量增加，輻射式過熱器出口汽溫是下降的。圖8-1b)表示了對(duì)流和輻射兩種過熱器出口汽溫隨蒸汽量變化的靜態(tài)特性。通過對(duì)流過熱器的受熱面積大于輻射過熱器的受熱面積，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。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：式中k蒸汽量擾動(dòng)時(shí)被調(diào)對(duì)象的放大系數(shù) 對(duì)象的時(shí)間常數(shù) 蒸汽量擾動(dòng)時(shí)對(duì)象的遲延時(shí)間蒸汽量擾動(dòng)時(shí)過熱蒸汽溫度動(dòng)態(tài)特性，但不用蒸汽量作為過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)量，這里的蒸汽量代表鍋爐負(fù)荷，其大小由外部負(fù)荷決定。煙氣側(cè)擾動(dòng)由于過熱器是一個(gè)熱

11、交換器，過熱器出口汽溫反映了工質(zhì)從過熱器中帶走的熱量和從煙氣側(cè)吸收的熱量之間的平衡關(guān)系。當(dāng)煙氣流量或煙氣溫度發(fā)生擾動(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8-2所示。其特點(diǎn)是：有遲延、有慣性、有自平衡能力。由于煙氣側(cè)擾動(dòng)是沿過熱器整個(gè)長度使煙氣傳熱量發(fā)生變化，所以過熱蒸汽溫度響應(yīng)較快，其遲延和慣性比其它擾動(dòng)要小，但一般不用煙氣側(cè)作為調(diào)節(jié)手段來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。改變煙量或煙溫時(shí)，會(huì)影響燃燒工況，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。現(xiàn)有電廠熱控系統(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。減溫水量擾動(dòng)改變過熱器入口蒸汽溫度

12、可以有效地調(diào)節(jié)過熱器出口蒸汽溫度，這是應(yīng)用較廣的一種汽溫調(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8-3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)、鍋爐出力最大時(shí)汽溫要高于給定值約3040。采用噴水減溫調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度時(shí)，一般把過熱器分成兩個(gè)區(qū)域，如圖8-3a)所示，導(dǎo)前汽溫2測(cè)點(diǎn)前至減溫器為導(dǎo)前區(qū)，過熱器出口汽溫1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G02（s）和G01（s）來表示，整個(gè)被調(diào)對(duì)象的傳遞函數(shù)用G（s）表示：式中導(dǎo)前汽溫 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8-4所示。汽溫對(duì)象的傳遞函

13、數(shù)可用下式表示：從階躍響應(yīng)曲線可以用工程方法求得G02(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)算過程中，還需用到惰性區(qū)的傳遞函數(shù)，它不能由階躍響應(yīng)曲線直接求得，只能根據(jù)已求得的G02(s)和G(s)來求得： 對(duì)于高、中壓鍋爐采用噴水減溫，當(dāng)減溫水量擾動(dòng)時(shí)，汽溫對(duì)象的遲延時(shí)間3060s，慣性時(shí)間常數(shù)T100s，而當(dāng)煙氣側(cè)擾動(dòng)時(shí)汽溫對(duì)象的遲延時(shí)間1020s，慣性時(shí)間常數(shù)T100s。需要指出的是汽溫對(duì)象傳遞函數(shù)表達(dá)式（8-1）和（8-2）中的放大系數(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

14、是改變過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，使之有較大的熱慣性。加上管道較長有一定的傳遞滯后，如果用下圖所示的控制系統(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)生不能允許的動(dòng)態(tài)偏差。影響鍋爐生

15、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)過熱蒸汽溫度的控制質(zhì)量。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)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)之中。控制器TC1稱主調(diào)

16、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，起著最后校正作用。 過熱蒸汽溫度串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖串級(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)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。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，加快過渡過程。在爐溫過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。2.3

17、串級(jí)控制方案特點(diǎn)由如下串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖可知，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)方框圖串級(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)量優(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)，縮短了控制通道，使控制作用

18、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。一般來說，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。第三章 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)盡量選擇能直接

19、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)過程的輸入變量有兩類：控制變量和擾動(dòng)變量?？刂仆ǖ篮蛿_動(dòng)通道的傳遞函數(shù)：。其中，干擾時(shí)客觀存在

20、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，盡量大； 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)較快盡量??；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)有較好的流通能力，需要使

21、控制閥兩端的壓降在整個(gè)管線的總壓降中占有較大的比例。調(diào)節(jié)閥的開、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，控制閥，在此串級(jí)氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，溫度過高時(shí)，會(huì)燒壞過熱器、蒸汽管道和汽輪機(jī)的高壓部分金屬損壞，造成生產(chǎn)停頓，還會(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

22、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矛盾和次要矛盾，權(quán)衡利弊，主要矛盾是溫度過高出現(xiàn)的后果嚴(yán)重，所以調(diào)節(jié)潤這用氣關(guān)形式，即。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)閥的精度和可靠性，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位；閥門定位器增大了執(zhí)

23、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

24、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)無關(guān)。為了使副環(huán)回路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，即構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)。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；而調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，所以 ，溫度升高，檢測(cè)變送器環(huán)節(jié)輸出增加，由可知，所以副控制器的控制作用應(yīng)為反作用。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

25、確定。為了使主環(huán)回路構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)，即構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)。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，而調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，所以 ，溫度升高，檢測(cè)變送器環(huán)節(jié)輸出增加，由可知，所以主控制器的控制作用應(yīng)為反作用。3.3.3 控制器的電路實(shí)現(xiàn)主控制器采用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。第四章 控制儀表的選擇4.1 溫度變送器的選擇 溫度變送器可分為電動(dòng)和氣動(dòng),常用的控制儀表有電動(dòng)II型、III型。在

26、串級(jí)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)II型、III型儀表就其功能而言是基本上相同的，但是就其控制信號(hào)而言是存在差異的。具體變現(xiàn)在電動(dòng)II型的典型控制信號(hào)為010mADC動(dòng)III型的典型控制信號(hào)是420mADC。另外與II型儀表相比 操作、維護(hù)更為方便簡(jiǎn)捷，同時(shí)儀表還有較完善的跟蹤、保持電路，使得手動(dòng)切換更為方便，隨時(shí)都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且保證無干擾。綜上所述，在本設(shè)計(jì)中需選用電動(dòng)III型儀表。 4.2 溫度傳感器的選擇 溫度傳感器有熱電偶和熱電阻兩種：在本設(shè)計(jì)中，最好選用熱電偶溫度傳感器。原因在于熱電偶的測(cè)溫范圍廣，耐高溫，精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更換方便，壓簧式感溫原件，抗震性能

27、好，可以將熱轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生熱電勢(shì)測(cè)量溫度。 具有采用K型熱電偶，原因在于：1K型熱電偶可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)中從0攝氏度到1300攝氏度范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的便面溫度。 2 K型熱電偶具有線性好，熱電動(dòng)勢(shì)較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中。第五章 控制系統(tǒng)圖及說明5.1 控制系統(tǒng)圖附圖-鍋爐蒸汽負(fù)荷控制系統(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)，上盤顯示：儀表盤上標(biāo)號(hào)各自對(duì)應(yīng)的參數(shù)如下; 、二級(jí)過熱器出口溫度 960 、一級(jí)過熱器出口溫度，540 、飽和蒸汽壓力，12MPa、過熱蒸汽流量，143t/h 、飽和蒸汽壓力，1

28、2MPa 、鍋爐汽包水位，300mm 、上級(jí)省煤器后煙氣溫度 、爐膛負(fù)壓，-70Pa 、下級(jí)空氣預(yù)熱器后煙氣溫度，1602、對(duì)于溫度檢測(cè)器，需要有溫度傳感器，在儀表內(nèi)，用虛線；對(duì)于顯示表，在控制室，用實(shí)線；對(duì)于其他現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)器，在儀表，不用畫線。3、引風(fēng)機(jī)：把煙氣從煙道中抽出，送入煙囪排入大氣。 鼓風(fēng)機(jī)：把空氣吹進(jìn)煙道中預(yù)熱，再送入爐膛助燃。第六章 改進(jìn)設(shè)想61 前饋-反饋控制系統(tǒng) 組成雙沖量控制系統(tǒng)，即前饋-反饋控制系統(tǒng)，將減溫器出口溫度的微分信號(hào)作為前饋信號(hào)，與過熱器出口溫度相加后作為過熱器溫度控制器測(cè)量，當(dāng)減溫器出口溫度有變化時(shí)，才引入前饋信號(hào)。穩(wěn)定工況下，該微分信號(hào)為零，與單回路控制系

29、統(tǒng)相同。如下圖，TY是微分器。過熱蒸汽的雙沖量控制系統(tǒng)6.2 安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng) 為防止過熱出口溫度過低，照成過熱蒸汽攜帶冷凝水進(jìn)入蒸汽透平，損壞葉片，可設(shè)置安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，當(dāng)出口溫度低于某一限值時(shí)，聯(lián)鎖切斷減溫水控制閥。第七章 總結(jié)體會(huì)7.1 設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)是基于串級(jí)控制系統(tǒng)的鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)爐溫過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)控制系統(tǒng)，可以極大地消除控制系統(tǒng)工作過程中的各種擾動(dòng)，使系統(tǒng)工作在良好的狀態(tài)下，在系統(tǒng)中控制儀表可進(jìn)行主控、串級(jí)控制的切換，可滿足系統(tǒng)在不同情況下的控制要求。也可以改進(jìn)為聯(lián)鎖控制系統(tǒng)或前饋-反饋控制系統(tǒng)。7.2 心得體會(huì)

30、本設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了模擬電子技術(shù)、自動(dòng)控制理論、控制儀表及裝置以及過程控制理論。剛開始，設(shè)計(jì)中遇到了很多自己無法解決的問題，于是向老師、同學(xué)求助，在指導(dǎo)老師的點(diǎn)撥以及同學(xué)們的建議下，我解決了遇到的問題。為了畫好系統(tǒng)圖，特意去學(xué)了auto cad 軟件的基本用法，雖說不夠?qū)I(yè)，但是能為明年的畢業(yè)設(shè)計(jì)做點(diǎn)畫圖基礎(chǔ)；寫課程設(shè)計(jì)說明書，讓我又重溫了office的相關(guān)軟件，使許多平時(shí)已經(jīng)遺忘的東西又學(xué)會(huì)了。對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制是我們工作中非常重要的一項(xiàng)任務(wù)，通過此次課程設(shè)計(jì)我明白了控制過程的設(shè)計(jì)，以及優(yōu)化控制系統(tǒng)的思想。參考文獻(xiàn) 方康玲，過程控制系統(tǒng)武漢理工大學(xué)出版社，2002 王驥程，化工過程控制工程，化學(xué)

31、工業(yè)出版社，1996 王樹青，工業(yè)過程控制工程，化學(xué)工業(yè)出版社，1995 蔣慰孫，過程控制工程（第二版），中國石化出版社，2004 何衍慶，工業(yè)生產(chǎn)過程控制，化學(xué)化工出版社，2004附錄-儀表設(shè)備表1. WRNB-441一體化熱電偶 WRNB-441帶溫度變送器熱電偶熱電阻又稱一體化熱電偶，一體化熱電偶是指在熱電偶的防水或隔爆接線盒內(nèi)裝入放大變送模塊（即溫度變送器），與傳感器連接形成一體化，輸出標(biāo)準(zhǔn)4-20mA 電流信號(hào)或也可以輸出0-5V或1-5V的電壓信號(hào)。通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計(jì)算機(jī)等配套用，直接測(cè)量各種生產(chǎn)過程中的0度-1300度范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度。一

32、體化熱電偶/熱電阻產(chǎn)品特點(diǎn): 二線制輸出420mA，抗干擾能力強(qiáng)；節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線及安裝溫度變送器費(fèi)用；測(cè)量范圍大；冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償，非線性校正電路一體化熱電偶/熱電阻工作原理: 熱電偶（阻）在工作狀態(tài)下所測(cè)得的熱電勢(shì)（電阻）的變化，經(jīng)過溫度變送器的電橋產(chǎn)生不平衡信號(hào)，經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成為420mA的直流電信號(hào)給工作儀表，工作儀表便顯示出所對(duì)應(yīng)的溫度值。產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：IEC584 IEC751 JB/T7391-1994一體化熱電偶/熱電阻產(chǎn)品特性:輸出信號(hào)：420mA， 負(fù)載電阻250 1/2、傳輸導(dǎo)線電阻100 1/2 輸出方法：二線制允許等級(jí)：0.10.20.5 供電電源：24V.DC±

33、;10% 防護(hù)等級(jí)：IP65絕緣電阻： 儀表輸出接線端子與外殼之間的絕緣電阻應(yīng)不小于50 1/2熱響應(yīng)時(shí)間： 當(dāng)溫度出現(xiàn)階躍變化時(shí)，儀表的電流輸出信號(hào)變化至相當(dāng)于該階躍變化的50%所需的時(shí)間，通常以0.5表示，當(dāng)溫度變送器的階躍響應(yīng)穩(wěn)定時(shí)間不超過熱電偶（阻）熱響應(yīng)穩(wěn)定時(shí)間0.5的五分之一時(shí)，則用熱電偶（阻）熱響應(yīng)時(shí)間作為儀表的熱響應(yīng)時(shí)間； 當(dāng)溫度變送器的階躍響應(yīng)穩(wěn)定時(shí)間不超過熱電偶（阻）熱響應(yīng)穩(wěn)定時(shí)間0.5二分之一時(shí)，則用溫度變送器熱響應(yīng)時(shí)間作為儀表的熱響應(yīng)時(shí)間?；菊`差：儀表的基本誤差應(yīng)不超過熱電偶（阻）和溫度變送器基本誤差的合成誤差。一體化熱電偶測(cè)量范圍及溫差:型號(hào)分度號(hào)允差等級(jí)允差值測(cè)量

34、范圍允差值測(cè)量范圍WRNBK±1.5-40+375±2.5-40+333±0.004ltl3751000±0.0075ltl3331200WRMBN±1.5-40+375±2.5-40+333±0.004ltl3751000±0.0075ltl3331200WREBE±1.5-40+375±2.5-40+333±0.004ltl375800±0.004ltl333900WRFBJ±1.5-40+375±2.5-40+333±0.004ltl375

35、750±0.004ltl333750WRCBT±0.5-40+125±1-40+133±0.004ltl125350±0.0075ltl1333502. 電接點(diǎn)壓力表YX100/150產(chǎn)品特點(diǎn)：電接點(diǎn)壓力表為能適應(yīng)被測(cè)對(duì)象的各異和需求，本系列電接點(diǎn)壓力表在原有普通型和專用型的基礎(chǔ)上，又相繼研制了抗振型、耐蝕型、耐蝕抗振型以及帶有隔離裝置等多種類型共10多種型號(hào)的產(chǎn)品。電接點(diǎn)壓力表適用于測(cè)量對(duì)銅合金無腐蝕、無爆炸危險(xiǎn)、非結(jié)晶的各種液體、氣體等介質(zhì)壓力。儀表經(jīng)與相應(yīng)的電氣器件配套使用，可達(dá)到對(duì)被測(cè)壓力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的最大或最小壓力值的雙位自動(dòng)控制

36、和發(fā)信(報(bào)警)的目的。儀表具有測(cè)量控制功能，可任意設(shè)定上、下限值，動(dòng)作穩(wěn)定可靠，在石油、化工、電站、冶金等工業(yè)企業(yè)及機(jī)電設(shè)備上廣泛配套使用。YX100/150電接點(diǎn)壓力表的詳細(xì)資料：鑒于本系列電接點(diǎn)壓力表不僅具有設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)可靠、品種規(guī)格齊全、動(dòng)作穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)外，而且又具有測(cè)控并茂、安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，因此，電接點(diǎn)壓力表是一般無指示、無切換差調(diào)整和無外設(shè)定裝置的壓力控制器所無可比擬的壓力測(cè)控儀表。產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號(hào)公稱直徑（mm）精度等級(jí)測(cè)量范圍（Mpa）連接螺紋觸頭功率（VA）最高工作電壓（V）控制方式電接點(diǎn)壓力表YX-60602.500.160M14×1.510

37、DC220V或AC380V上下限YX-1001001.600.1100-0.102.4M20×1.510DC220V或AC380V上下限YX-1501501.600.1100-0.102.4M20×1.510DC220V或AC380V上下限3.過熱蒸汽流量計(jì)HQLUGBHQLUGB過熱蒸汽流量計(jì)是以全新的設(shè)計(jì)理念，將溫度、壓力、流量信號(hào)集于一體，通過智能數(shù)字處理器將三種信號(hào)混合處理后輸出一個(gè)補(bǔ)償后的標(biāo)準(zhǔn)流量，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣體、蒸汽的溫壓補(bǔ)償功能。由于采用了智能一體化的設(shè)計(jì)理念，因此，LUGB溫壓補(bǔ)償智能型渦街具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝使用維護(hù)方便的特點(diǎn)。二、過熱蒸汽流量計(jì)功能特點(diǎn)

38、表體中同時(shí)集成溫壓補(bǔ)償補(bǔ)償功能，可測(cè)量流體的標(biāo)準(zhǔn)體積流量或標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量流量。 全智能化、數(shù)字化電路設(shè)計(jì)，可自動(dòng)補(bǔ)償被測(cè)流體密度或標(biāo)況體積計(jì)算。 全新的數(shù)字濾波和修正功能使流量測(cè)量更加精準(zhǔn)可靠。 電池供電型無需外接電源既可連續(xù)工作兩年以上。 全新點(diǎn)陣漢字液晶顯示，使用操作更方便。三、技術(shù)參數(shù)測(cè)量介質(zhì)：液體、氣體、蒸汽介質(zhì)粘度：小于10cp介質(zhì)溫度：-50+400本體材料：1Cr18Ni9Ti(其他材料協(xié)議供貨)傳感器密封：石墨墊片（特殊根據(jù)要求）環(huán)境溫度：-30+80（特殊根據(jù)要求）公稱直徑： 管道式：DN15DN300； 插入式：DN200-2000mm測(cè)量精度： 液體:測(cè)量值的±0.5

39、%（特殊） 氣體：測(cè)量值的±0.5%量程比：10：1壓力等級(jí)：PN25，PN40（高壓可特殊制造）連接方式：夾持式 DN15DN300 法蘭式 DN15-DN300。 插入式 DN200-DN2000防爆形式：隔爆型Ex dBT4-T6 本安型Ex iaCT4-T6防護(hù)等級(jí)：IP67轉(zhuǎn)換器殼體：壓鑄鋁,上漆供電電壓：1236VDC或3.6V電池輸出信號(hào): 兩線制4-20mA電流輸出現(xiàn)場(chǎng)顯示：可編程設(shè)定顯示瞬時(shí)流量、累積流量通訊方式：RS485通迅4. 浮力式（浮筒式）ZY-FT概述:ZY-FT浮筒液位計(jì)是根據(jù)阿基米德定律和磁藕合原理設(shè)計(jì)而成的液位測(cè)量儀表。并具有指針式現(xiàn)場(chǎng)指示功能。可提供上下限位報(bào)警信號(hào)輸出。 儀表可用于敞口或壓力容器的液位和界面測(cè)量，特別適用于高溫，高壓的場(chǎng)合。 內(nèi)磁感應(yīng)元件和傳動(dòng)裝置使其指示出液位。限位開關(guān)的儀表即可實(shí)現(xiàn)液位信號(hào)的報(bào)警功能。儀表可用來測(cè)量液位、界位和密度，既可輸出4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，又可以提供與之對(duì)應(yīng)的HART通訊協(xié)議輸出。方便的手持通訊器可以在儀表輸出的任意一點(diǎn)對(duì)儀表進(jìn)行組態(tài)調(diào)試。 由于儀表的測(cè)量精度高，穩(wěn)定性能好，調(diào)試方便，標(biāo)定簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、