风量与炉膛压力控制系统设计马平

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1、科技学院课程设计报告(2014-2015 年度第 1 学期 )名称：过程控制课程设计题目：风量与炉膛压力控制系统设计院系：专业：设计周数：姓名学号分工成绩成员日期：2015年1月14日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

2、（ 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 周二、周三图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：马平2015年 1 月 11 日一、课程

3、设计的目的与要求“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、设计正文1基本任务和要求：任务： 1. 保持烟气中的含氧量最佳值。2. 维持炉膛负压一定。要求： 1. 了解实现风量与炉膛压力控制的关键技术；2. 能够进行风量与炉膛压力控制系统的设计、仿真与工程实现(画出SAMA图 )。2风量与炉膛压力控制系统对象的动态特性：送风控制系统的动态特性：送风量O2/1.送风控制系统动态特性分析：炉燃烧控制系统是火力发电机

4、组主要的控制系统之一，而送风调节系统的调节作用是这一系统能顺利工作的前提。送风调节系统的任务是通过调节送风机入口挡板，使烟气中的含氧量保持最佳值， 从而保证锅炉燃烧系统配置最佳定燃比， 使锅炉达到最高热效率。 恰使燃料完全燃烧所需的空气量标为理论空气量，实际上按理论空气量无法达到完全燃烧的目的，一般总要使送风量比理论空气量多一些。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，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

5、化，以保证其经济性。引风控制系统的动态特性：引风机挡板开度/炉膛负压 /kpa1.引风控制系统动态特性分析：引风控制系统即炉膛压力控制系统的任务在于调节烟道吸风机导叶开度以改变引风量，维持炉膛负压一定。 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。 锅炉烟道对象惯性很小，调节通道和扰动通道的特性都可以近似地认为是一个比例环节。 这是一类特殊的被控对象，简单的单回路控制系统并不能保证被控质量，因为被调量的反应太灵敏以致会激烈跳动。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

6、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量前馈信号以后,将有利于提高引风控制系统的稳定性和炉膛负压的动态偏差。3设计控制方案由对象特性分析可知， 在燃料量变化的同时， 送风量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， 其内环要保证最佳风煤比，送风控制系统为氧量风煤比串级系统； 引风系统为一单回路控制系统， 被调量为锅炉负压， 它反映引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。3.1.送引风控制系统结构原理方框

7、图图 1 送引风控制系统原理方框图3.2 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3.3 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

8、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 5 引风机控制系统结构图3.4 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

9、方框图,调节器的增益K 为正 ,为反作用。3.5 工艺流程图4.送风引风控制系统SAMA 图4.1 送风系统含氧量给煤量O2FFA IA I01QCH /L0 402Q C+KK 反T TR+KT反 07TRH/LM/ATIATITR0607AIAOZTf (x)送风机送风量A FA IQC03051 含氧量信号故障2 煤量信号故障03风量信号故障切手动084 含氧量偏差大5 开度与控制输出偏差大图名送风系统 图号JW-01单位华北电力大学科技页学号院 第一页设计胡鑫 曹欢 审核15.1.15制图吴娜 胡鑫 日期4.2 引风系统炉膛压力PTAIH/L1008QC- +反 K T TR07M/A

10、TIATITR0607AIAOZTf(x)引风机送风量AFAIQC09? (x)H/L118 压力信号故障9 风量信号故障切手动0610 压力偏差太大11 开度与控制输出偏差大图名引风系统图号JW-02单位华北电力大学科技学院页号第二页设计胡鑫曹欢审核15.1.15制图吴娜胡鑫日期s三送风引风控制系统仿真1.送引风对象特性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 调节器比例项（以下简称P）置 10，积分项（ I 项）及微分项（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。1.仿真框图：副回路响应曲线(K

11、p2=3 ， Ki=0.3)2. 仿真曲线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。1.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=1.5,Ki1=0 ， Kp2=3 ， Ki2=0.3 ）2. 仿真曲线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。1.仿真框图：响应曲线（ Kp=0.24 ， Ki=0.001 ）：2. 仿真曲线：3.送风引风系统整定1.仿真

12、框图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