蒸汽鍋爐PID溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 對鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)進行分析和設(shè)計，而對 鍋爐過熱蒸汽的良好控制是保證系統(tǒng)輸出蒸汽溫度穩(wěn) 定的前提。所以本設(shè)計采用串級控制系統(tǒng)，這樣可以 極大地消除控制系統(tǒng)工作中的各種干擾因素，使系統(tǒng) 能在一個較為良好的狀態(tài)下工作，同時鍋爐過熱器出 口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變化，并保護過熱器管壁 溫度不超過允許的工作溫度。 在本設(shè)計用到串級控制系統(tǒng)中，主對象為送入負荷設(shè) 備的出口溫度，副對象為減溫器和過熱器之間的蒸汽 溫度，通過控制減溫水的流量來實現(xiàn)控制過熱蒸汽溫 度的目的。 蒸汽鍋爐工藝流程及控制要求蒸汽鍋爐工藝流程及控制要求 蒸汽鍋爐工藝流程及控制要求蒸汽鍋爐工藝流程及控制要求 鍋爐是一個具有多輸

2、入、多輸出且變量之間相互關(guān)多輸入、多輸出且變量之間相互關(guān) 聯(lián)聯(lián)的被控對象。 過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)：主要使過熱器出口溫度保持 在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過工藝允許范圍； 過熱蒸汽溫度控制對象的動態(tài)特性過熱蒸汽溫度控制對象的動態(tài)特性 過熱汽溫調(diào)節(jié)對象 的擾動主要來自三 個方面：蒸汽流 量變化(負荷變化)； 加熱煙氣的熱量 變化；減溫水流 量變化(過熱器入 口汽溫變化)。通 過對過熱汽溫調(diào)節(jié) 對象作階躍擾動試 驗，可得到在不同 擾動作用下的對象 動態(tài)特性。 在單回路控制系統(tǒng)中，控制減溫水流量，實際上是改變過熱器 出口蒸汽的熱能，也就控制了出口蒸汽溫度 調(diào)節(jié)器接受過熱器出口蒸汽溫度t變化后，調(diào)節(jié)

3、器才開始動作， 去控制減溫水流量W ，W的變化又要經(jīng)過一段時間才能影響到蒸 汽溫度t，這樣既不能及早發(fā)現(xiàn)擾動，又不能及時反映控制的效不能及早發(fā)現(xiàn)擾動，又不能及時反映控制的效 果果，將使蒸汽溫度t發(fā)生很大的動態(tài)偏差，影響鍋爐生產(chǎn)的安全 和經(jīng)濟運行。 根據(jù)在減溫水量擾動時，過熱蒸汽溫度有較大的容積遲延， 而減溫器出口蒸汽溫度卻有明顯的導(dǎo)前作用，完全可以構(gòu)成 以減溫器出口蒸汽溫度為副參數(shù)，過熱蒸汽溫度為主參數(shù)的 串級控制系統(tǒng) 汽溫控制對象的數(shù)學(xué)模型建立，采用工程整定的方法，即給噴水閥一個階 躍擾動信號，然后多次記錄減溫器出口溫度 和過熱蒸汽出口溫度 ，得到 兩條階躍響應(yīng)曲線。 Simulink仿真圖

4、 （1）先整定副調(diào)節(jié)器（p） 當副回路受到階躍擾動時，在較短時間內(nèi)副回路控制過程就告結(jié)束。在此 期間，主回路基本上不參加動作，可按單回路系統(tǒng)的整定方法整定副調(diào)節(jié) 器 采用逐次逼近法 副回路屬于二階模型采用Ziegler-Nichols，主回路采用臨界比例法整定 首先對副回路： 按照S曲線大致可以求出延時時間L=0.65、放 大系數(shù)K=0.53和時間常數(shù)T=51.114 采用Ziegler-Nichols法,根據(jù)下表得到： 控制器類型控制器類型比例度比例度積分時間積分時間微分時間微分時間 PT/(K*L)無窮0 PI0.9T/(K*L)L/0.30 PID1.2T/(K*L)2.2L0.5L 求

5、得：Kp=148.37，將副回路的p參數(shù)置為148.37，副回路就作為隨動作用再接著調(diào) 主回路，主回路采用臨界比例法求PID參數(shù)。下圖為副回路整定（ Kp=148.37 ）階 躍響應(yīng)圖 此時副回路就作為隨動作用再接著調(diào)主回路，主回路采用臨界比例法求PID 參數(shù)，副回路整定不變，先調(diào)P得到等幅震蕩，測得Tk=205.882 根據(jù)臨界比例法計算：（此時Kp=3.23、Tk=205.882） 調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器名稱 （%）sT1（S）TD（S） P2s PI2.26sTs/1.2 PID1.7s0.5Ts0.125Ts 求出PID的Kp=1.9 Ti=102.54 Td=25.73 在系統(tǒng)中將配置求得參數(shù)得到階躍響應(yīng)： 再次循環(huán)以上做法：副回路的p參數(shù)Kp=200，求出主回路