过程控制课程设计---锅炉炉膛负压控制系统_精品.doc

课程设计 课程名称： 过程控制系统 学 院： 电气工程学院 专 业： 测仪 姓 名： 尹 通 学 号：080804110022 年 级： 08级 任课教师： 陈湘萍 2011年 7 月 4 日 目 录 摘要………………………………………………………………… 正文 一．课程设计题目 二．工业过程控制系统工程设计的基本原则与方法……… 三．锅炉炉膛负压控制系统任务分析……………………… 四．锅炉炉膛负压控制系统方案设计……………………… 五．锅炉炉膛负压控制系统方案分析与说明……………… (一).系统框图 (二).方案设计的理由及说明 (三).控制器控制规律的选择 (四).控制阀气开气关型的选择及控制器正反作用的选择 　　　　　　　(五)．控制系统的调节过程 六．课程设计小结…………………………………………… 参考文献…………………………………………………………… 附图………………………………………………………………… 摘要 自第一次工业革命锅炉的诞生以来，锅炉就一直为人们所用，锅炉是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。 　　　（二）．方案设计的理由及说明 　 本方案是以控制炉膛负压为目的的，固然可直接将此变量作为主被控变量；由于引风量直接影响炉膛负压，而且引风量是一个相对对立的变量，因此可以选择引风量作为操纵变量．只要能够实时地控制引风量就能够确保炉膛负压的稳定．由于气体流量和压力成平方关系，而且气体流量不易准确检测，因此可以通过对引风机入口烟气压力的控制间接地对引风量进行控制。由于开环无法保持炉膛负压的稳定，需要应用闭环控制，即需引入反馈；但反馈具有一定的滞后性，即先检测到变化之后再进行控制，控制不够及时，所以需要引入具有超前性质的控制作用，因此需要引入前馈控制；考虑到来至引风机的干扰较大的情况，需要引入串级。此干扰可以是来至其自身的干扰，例如引风机的种类、引风机出厂时的性能指标、引风机的老化程度等等；此外，还可能是来至供电系统提供的不稳定电功率引起的干扰。因此，此控制系统实用于引风机性能较低和供电不够稳定的场合。但在供电较为稳定而且由于风机本身原因引起的干扰很小（即对炉膛负压影响不大）的情况下，直接用前馈加反馈就可以了，这样有助于参数的整定而且相比于前馈加串级具有更高的可靠性，同时还降低了控制设备的成本。 （三）．控制器控制规律的选择 　　 在主、副环控制器控制规律的选择过程中，由于主、副环控制器在整个系统中所起到的作用是不同的，副环起到随动控制的作用而主环则是起到定值控制的作用。主环对整个控制系统的控制效果起到决定性的作用。因此，对主控制变量的要求要比对副控制变量的要求高得多，要求主控制变量没有余差而对副控制变量不作太高要求。对于压力的控制，尽管介质为气体的时间常数要比介质为液体的时间常数大得多，但也不至于滞后太大，仅处于中等，所以可以选择ＰＩ控制规律即可；而副环可以简单的选择Ｐ控制规律。 　　　对于前馈控制器而言，在此控制系统中并不要求输出直流分量，可以采用传递函数为 　Ｔｓ／（Ｔｓ＋１）的前馈控制器。 (四).控制阀气开气关型的选择及控制器正反作用的选择 在该控制系统中，对于串级来说，从安全角度考虑，系统发生异常时为避免炉膛火焰外喷，控制阀应打开，选择气关型控制阀，Kv0。副环：当控制阀开度增加时，引风机入口烟气压力减小，Kp20，又因为Km20,为了实现负反馈要求Km2×Kc2×Kv2×Kp20,于是得到Kc20,所以副控制器应选择反作用控制器；主环：当阀门开度增加时，炉膛压力降低，Kp10,又因为Km10，为了实现负反馈要求Kc1×Kp1×Km10,于是得Kc10,所以主控制器应选择正作用控制器。 (五)．控制系统的调节过程 1．前馈：当鼓风机出口压力增加时，前馈控制器输出增加，使得副控制器的设定值增加，因为副控制器是反作用，所以副控制器输出减小，又因为控制阀是气关型，所以控制阀开度增大，引风量增大，这样就使鼓风量的增加还没引起炉膛负压变化就被引风量的增加所克服了，从而保证了炉膛负压的稳定。 2．主环：当扰动或负荷变化使炉膛负压升高时，因为主控制器是正作用，所以主控制器输出增大，使得副控制器的设定值增大，因为副控制器是反作用，所以副控制器输出减小，又因为控制阀是气关型，所以控制阀开度增大，引风量增大，从而使