鍋爐汽包水位雙沖量控制系統的設計_課程設計說明書-免費閱讀

　　

【正文】 6 課程設計總結 鍋爐是典型的復雜熱工系統，鍋爐燃燒過程控制有許多被控量和控制變量，這些變量互相關聯，要對其建立一個精確的數學模型相當困難。如果傳遞函數以后需要改變 ,則應相應地改變比例帶值 ,使傳遞函數與比例帶的比值保持為試探時的值 ,以保證內回路的穩定性。對于水位系統的建模，可近似地認為“純滯后 +一階慣性”環節，進行實驗對于一階慣性環節對象，往往采用 PID控制算法， PID 調節器如圖 所示。 并行輸出口接有雙向可控硅驅動器電路 , 來控制電機啟停 。在本系統中，主對象的放大倍數為的符號為 “正 ”，所以主控制器應選 “負 ”作用。 副環是一個隨動系統，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。所以在本設計中選用電動 III 型儀表。 綜合以上各種因素，在鍋爐過熱蒸汽控制系統中，調節閥選擇氣開閥。 根據不變性原理，即被控變量與干擾量絕對無關，或被控變量對干擾完全獨立，武漢理工大學《過程控制系統》課程設計說明書 9 則 ? ? ? ?sFsT =0，即 ??sT =0 ?? ??sFsT = PCffPD GGG ?? =0 (21) 所以 ???sGff ? ? ? ?sGsG PCPD 即 ??sGff = 干擾通道對象特性 /控制通道對象特性 上式的負號表示控制通道與干擾通道作用相反。在串級控制系統中，主調節器和副調節器的任務不同，主調節器的任務是校正水位偏差。 一 般來說，一個設計合理的串級控制系統，當干擾從副回路進入時，其最大偏差將會較小到控制系統的 1/10— 1/100，即便是干擾從主回路進入，最大偏差也會縮小到單回路控制系統的 1/3— 1/5。 在爐溫過熱蒸汽溫度控制系統中，為了獲得更好的控制精度，所以采用串級控制系統以得到良好的控制特性。將過熱器出口蒸汽溫度調節器的輸出信號，不是用來控制調節閥而是用來改變調節器 2 的給定值，起著最后校正作用。 使 鍋筒水位維持在設計值 80177。具有一定壓力的過熱蒸汽，經過負荷設備調節閥供負荷設備使用。由 省煤器 汽包 下降管 過熱器 上升管 給水調節閥 給水母管 1 及蒸汽母管 6 等組成。根據雙沖量水位調節系統控制水位誤 差 ,設計采用了雙沖量 PID 串級控制方式采用輔助信號蒸汽流量和給水流量對消方法消除水位偏差。模糊控制易于被人們接受，構造容易，魯棒性和適應性好。它所產生的蒸汽不僅能夠為蒸餾、化學反應、干燥等過程提供熱源，而且還可以作為風機、壓縮機、泵類驅動透平的動力源。 圖 鍋爐的汽水系統 “爐”就是鍋爐的燃燒系統，由爐膜、煙道、噴燃器、空氣預熱器等組成。水位過高或過低，都是不允許的。采用兩級調節器，這兩級調節器串在一起，各有其特殊任務，調節閥直接受調節器 1 的控制，而調節器 1的給定值受到調節器 2 的控制，形成了特有的雙閉環系統，由副調節器調節器和減溫器出口溫度形成的閉環稱為副環。除了克服落在副環內的擾動外，還提高了系統的工作頻率，加快過渡過程。若干擾來自副環，副控制器首先進行 “粗調 ”，主控制器再進一步進行 “細調 ”。 圖 中所示的串級控制系統有一個明顯的特點 :在結構上有兩個閉環。 前饋調節系統 比較前饋系統，反饋系統的最大缺點是在干擾作用下，必須形成偏差，才能進行調節（或偏差即將形成）那么能否在干擾作用發生后，在未影響被控變量時，就開始調節，使被控變量保持不變。 調節閥的口徑的大小，直接決定著控制介質流過它的能力。在串級控制系統中，選用的儀表不同，具體的實施方案也不同。 武漢理工大學《過程控制系統》課程設計說明書 13 控制器設計 由上文論述可知，系統的控制結構選擇串級控制。在本設計中隨著調節閥的開度增加，減 溫水量增加，副對象即減溫器后端蒸汽溫度會降低，所以調節閥對副對象的作用為 “負 ”；而調節閥為氣開閥，即其控制作用為 “正 ”，所以負調節器的控制作用應為負作用。由于輸出接口比較多 , 可擴展一片 8255 可編程接口芯片 , 利用指令設置各口的工作方式 , 8255 內部有 3 個并行的 8 位 I/O 接口 ,分別為 A 口、 B 口、 C 口 , 8255 是 8 位芯片 , 有 8 位數據線 , 數據線接于 80C51 的 P0 接口 , 可以用于實現 8255 與 80C51 之間的數據傳輸。如此循環工作，使汽包水位得以準確控制，保證鍋爐的安全、可靠運行。 副回路的分析和整定 根據串級控制系統的分析整定方法 , 應將副回路處理為具有近似比例特性的快速隨動系統 , 以使副回路具有快速消除內擾及快速跟蹤蒸汽流量的能力。 鍋爐水位 PID控制的總體結構及仿真 通過前述各方面的分析，我們可以作出鍋爐水位 PID 控制的結構圖如圖 所示。武漢理工大學《過程控制系統》課程設計說明書 21 參考文獻 [1] 孫優賢 《 鍋爐設備的自動調節 》中國電力出版社 [2] 廖初《 新型 PID 控制及其應用 》機械工業出版社 [3] 周萬河《 過程控制與自動化儀表 》電子工業出版社 [4] 李家強《 計算機控制系統 》機械工業出版社 [5] 范勝宇《 MATLAB 及其在電路與控制理論中的應用 》中國電力出版社 [6] 張國兵《 工業鍋爐微機控制 》清華大學出版社 。如果以給水流量 W 作為被控對象的輸入信號 , 水位變送單元的輸出為輸出信號 , 可以把主調節器與副回路兩者看作為等效主調節器。為了克服這一缺點，可以采用積分分離的 PID 控制算法，這樣既保持了積分的作用，又減少了超調量，使控制性能有較大的改善。對于本設計來說，他們均符合要求，且性能差別不是很大，因此從經濟的角度考慮， WRN230 更為合適，該型號不但符合設計要求，且價格合理，易于維護。 圖 系統電路圖 本系統以 80C51 單片機為核心 , 它有 4KEPROM, 所以不需外擴 EPROM, 這樣可利用 P1 口作為按鍵輸入口 ,輸入口接有中斷式獨立式按鍵電路 , 向單片機輸入命令、功能切換 , 可以對單片機進行人工干預 。 副控制器的正、反作用要根據副環的具體情況決定，而與主環無關。 圖 用電動 III 型儀表組成的主控 串級控制系統方塊圖 該方案較于上一方案多設置了一個主控 串級控制切換開關，可以根據不同情況使控制系統工作于主控方式和串級控制方式下。 控制儀表的選擇 控制儀表的主要類型大致分為電動或氣動，電動 I 型、 II 型、 III 型，單元組合儀表或是基地是儀表等。 圖 串級前饋系統模型 圖 串級前饋控制系統方框圖 武漢理工大學《過程控制系統》課程設計說明書 10 串級前饋模型傳遞函數： ??sF ??sGff? ? ? ? ?sGsG PDPC ?1 =0