《加熱爐燃燒控制系統(tǒng)設計（論文）10000字》

加熱爐燃燒控制系統(tǒng)設計目錄TOC\o"1-3"\h\u155541緒論 ①的基礎上選擇對被控變量作用效應較快的輸入變量作為控制參數(shù)，使控制系統(tǒng)響應較快；綜合以上原則，選擇燃料的流量Qg量作為控制參數(shù)。5.1.3工作原理在工程實際中，應用最為廣泛的調節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調節(jié)。它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。PID控制公式如下：u(t)=Kp*e(t)+Ki∑e(t)+Kd[e(t)–e(t-1)]+u0比例（P）控制比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。積分（I）控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。微分（D）控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內容。它是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下：(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。在實際調試中，只能先大致設定一個經(jīng)驗值，然后根據(jù)調節(jié)效果修改。對于溫度系統(tǒng)：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3對于流量系統(tǒng)：P（%）40--100，I（分）0.1--1對于壓力系統(tǒng)：P（%）30--70，I（分）0.4--3對于液位系統(tǒng)：P（%）20--80，I（分）1--55.2控制系統(tǒng)調試（1）接線，未上主電源之前，檢查各電路是否正常電爐——電源一條線執(zhí)行器輸入——電源一條線電爐——執(zhí)行器輸出一條線調節(jié)器——執(zhí)行器輸入兩條線調節(jié)器——轉換器輸出兩條線調節(jié)器電源——轉換器兩條線轉換器輸入——熱電偶兩條線控制器——熱電偶兩條線電爐連接電源轉化器連接電源執(zhí)行器連接電源(2)進行手動調節(jié)，觀察調節(jié)效果打開轉換器和執(zhí)行器電源，將調節(jié)器的手動鍵按下，將輸出調節(jié)至最小0，檢查電路是否正確。如果電路正確，打開電熔爐電源，手動調節(jié)輸出，電熱爐溫度上升。在條件允許的范圍內，不斷增大輸出值，記錄不同的輸出值時，在調節(jié)器上現(xiàn)實的溫度值，觀察規(guī)律。實驗證明，輸出值越大，電爐通過執(zhí)行器獲得的電壓越大，加熱爐溫度穩(wěn)定時溫度越高，且成正比例關系。關系式：y(x)=kx+ay—在調節(jié)器讀取的溫度值；x—通過調節(jié)器輸出按鍵調節(jié)得到的溫度輸出要求的值，可以在調節(jié)器上讀??；a—為室內溫度。在試驗中得到溫度關系如下表5-1溫度控制關系室溫18輸出20刻度顯示31實際溫度256刻度初始0根據(jù)數(shù)據(jù)獲得變量a等于18；變量k等于11.9y(x)=11.9*x+18的圖形如下y/cy/cx/(v)圖5-1函數(shù)圖像（3）調節(jié)PID，觀察調節(jié)效果a.在試驗中，根據(jù)經(jīng)驗，PID的參數(shù)有一定的合適范圍。對于溫度系統(tǒng)：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分）0.5--3PID 控制公式u(t)=Kp*e(t)+Ki∑e(t)+Kd[e(t)–e(t-1)]+u0b.比例帶校驗試驗開關置為手動，內外給定選擇開關置內給定，輸入電壓，給點電壓為3v，使偏差為0，D置關，I置2.5分，倍率選擇開關置*10，正反作用開關置正作用。P置被測刻度100%，信號源2為3.5V，按鍵開關值自動，當開關k有信號源1切換到信號源2，記錄調節(jié)器輸出，因為實測比例帶為P=(vi2-vi1)/(vo2-vo1)*100%比例帶刻度誤差允許范圍為+-25%，所以隨著信號源切換，調節(jié)器輸出應在vo2=3.600~4.667范圍內。c.積分時間校驗調節(jié)器開關置為手動，調節(jié)器輸出為3v，信號源2調節(jié)為3.5V，D置關，P置被測刻度100%，測量校正置為測量，正反作用開關置正作用，倍率選擇開關置*1，內給定為3v，給點電壓使偏差為0，奇偶礙眼積分時間為2.5分，I置2.5分，手動自動置為自動，開關k有信號源1切換到信號源2，調節(jié)器輸出由3v階躍變化到3.5v，開始計時，輸出在積分作用線線性增長，達到4v時停止計時，記錄時間即為實測積分時間，因為儀表的積分刻度誤差允許范圍為-25%~~+50%，所以實測積分時間在1分鐘53秒至三分鐘54秒之間。d.微分時間校驗，由于溫度控制系統(tǒng)溫度變化緩慢，積分作用不明顯，根據(jù)習慣取值即可。在實驗中獲得，P（%）為60，I（分）為3，D（分）為2，獲得較好的控制結果。當P（%）為300，I（分）為0.03，D（分）為2時，運行結果明顯，比例和積分作用得到明顯體現(xiàn)，適合試驗觀察。開始刻度為0，要求刻度為20，輸出1分鐘40秒后為50，.兩分鐘10秒后為60，達到最大值，3分鐘后溫度穩(wěn)定，溫度檢測為253攝氏度。5.3編寫程序通過Matlab軟件平臺用戶可以應用三種方式實現(xiàn)Matlab與組態(tài)王軟件之間的OPC通信：編寫命令行、應用Simulink仿真與圖形化界面。通過這三種方式都可以實現(xiàn)連接組態(tài)王OPC服務器，讀取煙氣數(shù)據(jù)的功能。本文應用編寫命令行的方式建立Matlab與組態(tài)王OPC服務器之間的連接，此種方法更加靈活方便。用于構建OPC通信的主要函數(shù)有：

(1)opcda：用于構建OPC服務器存儲地址；

(2)connect：用于連接OPC服務器；

(3)

addgroup：用于創(chuàng)建OPC組；

(4)

additem：用于添加OPC數(shù)據(jù)項；

(5)

writeasync：用于將數(shù)據(jù)寫入OPC服務器。

應用以上函數(shù)編寫Matlab命令行即可實現(xiàn)Matlab與組態(tài)王之間的OPC數(shù)據(jù)通信。主要程序如下所示：

%Matlab讀取組態(tài)王數(shù)據(jù)

da=opcda('localhost'，'KingView.View.1');

connect(da);

grp1=addgroup(da);

itm1=additem(grp1，'氧量.Value');

a=itm1.Value;

%Matlab向組態(tài)王寫入數(shù)據(jù)

da=opcda('localhost'，'KingView.View.1');

connect(da);

grp1=addgroup(da);

itm1=additem(grp1，'氧量.Value');

writeasync(itm1，yy(k));6總結本控制系統(tǒng)設計綜合運用了自動檢測技術、自動控制理論以及過程控制理論。為了更好的完成設計，我將以前的一些教科書籍重新找出，認真閱讀，從中不僅查找到了設計中需要的知識點，還發(fā)現(xiàn)了一些以前學習中忽略了的知識，在完成設計的同時得到了額外的收獲。在做這個項目設計之前，我一直以為自己的理論知識學的還是蠻可以的。但當我拿到設計任務書的時候，卻不知道如何下手。開始了我又總是被一些小的，細的問題擋住前進的步伐，讓我總是為了解決一個小問題而花費很長的時間。最后還要查閱其他的書籍才能找出解決的辦法。并且我在做設計的過程中發(fā)現(xiàn)有很多東西，我都還不知道。其實在設計的時候，基礎是一個不可缺少的知識，但是往往一些核心的高層次的東西更是不可缺少的。設計中遇到了很多自己無法解決的問題，我于是向老師、同學求助，在指導老師的點撥以及同學們的建議下，我成功的解決了遇到的問題。由此我意識到，任何時候任何事情，閉門造車都是不可取的，要一直向周圍的師長、同學求教，以取得新鮮的知識。對生產過程進行自動化控制是我們以后專業(yè)學習以及工作中非常重要的一項任務，通過此次控制系統(tǒng)項目設計我比較清楚地明白了控制過程的設計，以及優(yōu)化控制系統(tǒng)的思想，對我以后的專業(yè)學習，甚至工作都將產生很深遠的影響。參考文獻[1]王愛廣，王琦主編.過程控制.化學工業(yè)出版社，2015年[2]樂嘉謙主編.儀表工手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2014年[3]張毅、張寶芬、曹麗、彭黎輝編著.自動檢測技術及儀表控制系統(tǒng).北京：化學工業(yè)出版社，2017年[4]周澤魁主編.控制儀