过程控制课程设计.docx
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过程控制课程设计
课程设计报告
(2012--2013年度第一学期)
名称:
过程控制课程设计
题目:
送引风控制系统设计
院系:
自动化
设计周数:
1周
姓名
学号
分工
成绩
成员
日期:
2013年1月9日
一、课程设计(综合实验)的目的与要求
1.正文为宋体,五号字行间距为21
1.1------------
1.2------------
二、设计(实验)正文
1.正文为宋体,五号字行间距为21
1.1------------
1.2------------
三、课程设计(综合实验)总结或结论
1.正文为宋体,五号字行间距为21
1.1------------
1.2------------
四、参考文献
[1]作者1,作者2书名.出版单位,版本.出版日期
附录(设计流程图、程序、表格、数据等)
《过程控制》课程设计
任务书
一、目的与要求
“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。
通过实际工业过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图纸的绘制等基础设计和设计说明的撰写,培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识,完成工程师基本技能训练。
二、主要内容
1.根据对被控对象进行的分析,确定系统自动控制结构,给出控制系统原理图;
2.根据确定控制设备和测量取样点和调节机构,绘制控制系统工艺流程图(PID图);
3.根据确定的自动化水平和系统功能,选择控制仪表,完成控制系统SAMA图(包括系统功能图和系统逻辑图);
4.对所设计的系统进行仿真试验并进行系统整定;
5.编写设计说明书。
三、进度计划
序号
设计(实验)内容
完成时间
备注
1
下达任务,查找资料
周一、周二
2
制定控制方案,绘制控制系统SAMA图
周二、周三
3
仿真试验、撰写设计说明
周三、周四
4
答辩
周五
四、设计(实验)成果要求
1.绘制所设计热工控制系统的的SAMA图;
2.根据已给对象,用MATABL进行控制系统仿真整定,并打印整定效果曲线;
3.撰写设计报告
五、考核方式
提交设计报告及答辩
学生姓名:
指导教师:
2013年1月9日
一.对象特性分析
1.送风控制系统
送风控制系统的功能是维持风、煤成一定比例关系,确保炉膛燃烧的最佳条件。
保证燃料在炉膛中充分燃烧,直接影响锅炉运行的经济性。
为了使锅炉适应负荷的变化,必须同时改变送风量和燃料量,一般实际送风量要比理论空气量大一些,送风系统的被控对象为炉膛,它是惯性和迟延都比较小的自衡对象。
当空气量不变,燃料量增加时,使空气量与燃料量比值下降,烟气中的含氧量降低,当燃料量不变,空气量增加时,烟气中的含氧量增加,控制系统应使送风量与燃料量协调变化,以保证经济性。
送风调节的任务在于保证燃烧的经济性,具体地说,就是要保证燃烧过程中有合适的燃料与风量比例,送风调节对象近似比例调节。
因此通常采用保持燃料量与送风量成比例关系的送引风控制系统,燃料量信号以前馈形式引入送风机控制系统,作为送风调节器的给定值;送风量信号作为反馈信号引入送风调节器,构成一个单闭环比值控制系统,可以实现送风量快速跟踪燃料量的变化。
于送风调节器采用PI作用调节器,所以静态时,调节器入口信号平衡。
2.引风控制系统
引风控制系统即炉膛压力控制系统,炉膛压力直接影响炉膛内燃料的燃烧质量和锅炉的安全性,是引起锅炉灭火最直接的因素。
引风控制的任务是保持炉膛负压在规定的范围之内。
由于送风量的变化是引起负压波动的主要原因,为了能使引风量快速地跟踪送风量,以保持二者的比例,可将送风量作为前馈引入引风调节器。
这样当送风控制系统动作时,引风控制系统立即跟着动作,而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作,从而能使炉膛负压基本不变。
所以引风控制系统引入送风前馈信号以后,将有利于提高引风控制系统的稳定性和见效炉膛负压的动态偏差。
引风控制系统的被控对象锅炉烟道是惯性较小,调节速度快的自衡对象,被调量负压反应灵敏。
二.设计控制方案
由对象特性分析可知,在燃料量变化的同时,送风和引风量要按比例协调动作,送风量引起烟气含氧量变化,送风控制系统以烟气中含氧量作为被调量,其内环要保证最佳空燃比,送风控制系统为氧量—空燃比串级系统;引风系统为一单回路控制系统,被调量为锅炉负压,它反映吸风量与送风量之间的平衡关系,所以辅以前馈控制,即在送风量改变的同时也改变引风量。
1.送引风控制系统结构原理方框图
图1送引风控制系统原理方框图
2.选择控制系统控制结构,画控制原理图
2.1送风控制系统采用串级控制系统
送风控制系统采用氧量信号作为校正信号,如方框图所示。
它是一个串级比值控制系统,主调节器(氧量校正调节器)接受氧量定值信号。
副调节器接受燃料信号B,反馈信号V及氧量校正调节器的输出,副回路用以保证风煤的基本比例,起粗调作用。
主回路用来校正氧量,起细调作用。
当烟气中的含氧量高于给定值时,氧量校正器发出校正信号,修正送风控制系统的给定值,使送风调节器减少送风量。
经过校正后的送风量将保证烟气中的含氧量等
图2送风控制系统原理图图3送风控制系统结构图
于给定值。
当系统处于平衡状态时,副调节器的入口信号平衡关系为:
因此,校正后的送风量信号应该为:
式中,
为氧量校正调节器的输出信号。
可见,在有氧量校正的送风控制系统中,送风量除了需要与燃料量保持比例外,还要附加一个校正送风量信号
,才能使烟气中的含氧量达到最佳值。
2.2引风控制系统采用前馈-反馈单回路控制
引风控制系统为一单回路控制系统,被调量为锅炉负压,它反映吸风量与送风量之间的平衡关系,所以辅以前馈控制,即在送风量改变的同时也改变引风量。
考虑到系统的被调量(炉膛负压)反应了引风和送风之间的平衡关系,明显的改进措施是辅以前馈控制,即在送风量改变的同时也改变引风量。
图4引风机控制系统原理图图图5引风机控制系统结构图
2.3分析调节器正反作用
送风系统:
内回路调节器K为正,为反作用;外回路根据六边形法判断:
若输出含氧量增加,偏差E减小;主对象K为正,所以要求阀门输出减小,则副调节器输出减小,副调节器输入减小,主调节器输出U减小,所以主调节器为反作用。
引风系统:
根据原理方框图,调节器的增益K为正,为反作用。
2.4控制仪表的选择
控制仪表的主要类型大致分为气动或电动,电动Ⅰ型,Ⅱ型,Ⅲ型,单元组合仪表或是基地仪表等。
常用的控制仪表有电动Ⅱ型﹑Ⅲ型。
在串级控制系统中,选用的仪表不同,具体的实施方案也不同。
电动型和电动型仪表就其功能来说基本相同,但是其控制信号不同,控制Ⅱ型的典型信号为0~10mADC,二电动Ⅲ型的典型信号为4~20mADC,此外,Ⅲ型仪表较Ⅱ型仪表操作,维护更方便,简捷,同时Ⅲ型仪表还具有完善的跟踪,保持电路,使得手动切换非常方便,随时都可以进行切换,且保证无扰动。
所以在本设计中选用电动Ⅲ型仪表。
3送风引风控制系统SAMA图
3.1送风系统
3.2引风系统
三.送风引风控制系统仿真
送风对象
U——控制器输出,AF——送风量,O2%——含氧量
引风对象
IF——引风量,PF——负压
1.1副调节器参数整定
断开主回路,输入单位阶跃信号,内回路PID调节器proprotional项(以下简称P)置10,Integral项(I项)及Derivative项(D项)均置零开始仿真,观察相应曲线,根据衰减率在75%-90%间的要求不断调整P项参数,最后得到内回路整定曲线。
仿真框图:
副回路响应曲线(Kp2=2.5,Ki=0.3):
1.2主﹑副调节器参数整定
连接外回路,把刚整定好的副环作为主环的一个环节,整定主环参数。
为更好地达到品质要求,最后再调节副环参数。
仿真框图:
反复调节参数,直至曲线满足衰减率为0.75—0.9之间,记录参数。
响应曲线:
(Kp1=0.9,Ki1=0.05,Kp2=0.45,Ki2=0.006)
2引风控制系统整定
引风系统的对象为一阶惯性环节,为单回路比例调节.断开送风系统与引风系统的联系,根据经验输入参数,整定得出曲线。
仿真框图:
响应曲线(Kp=0.2,Ki=0.001):
3.送风引风系统整定
500s时加入一个阶跃扰动step1得到响应曲线:
五.课程设计总结
燃烧控制系统是由燃料量控制,送风控制和引风控制三个相互匹配,密切联系的三个子系统组成。
其中燃料量控制回路使锅炉跟踪外界负荷,送风控制回路维持锅炉最高的热效率,引风控制回路保持负压稳定,这三个控制子回路组成了不可分割的一个整体,统称为锅炉燃烧系统,共同保证锅炉运行的机动性,经济性,安全性。
通过这次过程控制课程设计,练习了对实际工业过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图的绘制等基础设计和设计说明的撰写,学会了如何用Word和CAD软件画生产工艺的制图,在对系统进行仿真及参数整定时,加深了对整定方法的理解,巩固课本学过的知识。
锻炼了基本控制系统工程设计能力、创新意识。
六.参考文献
[1]《过程控制》金以慧主编清华大学出版社1993年4月第1版
[2]《过程控制与Simulink应用》王正林郭阳宽编著电子工业出版社2006.7
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