过程控制课程设计送引风控制系统设计.doc

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1、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 11 -12 -二、设计（实验）正文1 正文为宋体，五号字 行间距为21 11 -12 -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 11 -12 -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“

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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）

7、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

8、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

9、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，电动型，型，型，单元组合仪表或是基地仪表等。常用的控制仪表有电动型型。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，控制型的典型信号为010mADC，二电动型的典型信号为420mADC，此外，型仪表较型仪表操作，维护更方便，简捷，同时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型仪表。3送风引风控制系统SAMA图3.1送风系统3.2

10、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7590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

11、至曲线满足衰减率为0.750.9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