風(fēng)量與爐膛壓力控制系統(tǒng)設(shè)計

1、科技學(xué)院課程設(shè)計報告(2015-2016年度第1學(xué)期)名 稱： 過程控制課程設(shè)計 題 目： 風(fēng)量與爐膛壓力控制系統(tǒng)設(shè)計 院 系： 動力工程系 專 業(yè)： 自動化 設(shè)計周數(shù)： 1周 姓名學(xué)號分工成績成員 日期： 2016年 1 月 14 日過程控制課程設(shè)計 任 務(wù) 書一、 目的與要求“過程控制課程設(shè)計”是“過程控制”課程的一個重要組成部分。通過實際工業(yè)過程對象控制方案的選擇、控制功能的設(shè)置、工程圖紙的繪制等基礎(chǔ)設(shè)計和設(shè)計說明的撰寫，培養(yǎng)學(xué)生基本控制系統(tǒng)工程設(shè)計能力、創(chuàng)新意識，完成工程師基本技能訓(xùn)練。二、 主要內(nèi)容1根據(jù)對被控對象進(jìn)行的分析，確定系統(tǒng)自動控制結(jié)構(gòu)，給出控制系統(tǒng)原理圖；2根據(jù)確定控制設(shè)

2、備和測量取樣點和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，繪制控制系統(tǒng)工藝流程圖（PID圖）；3根據(jù)確定的自動化水平和系統(tǒng)功能，選擇控制儀表，完成控制系統(tǒng)SAMA圖（包括系統(tǒng)功能圖和系統(tǒng)邏輯圖）；4對所設(shè)計的系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗并進(jìn)行系統(tǒng)整定；5編寫設(shè)計說明書。三、 進(jìn)度計劃序號設(shè)計(實驗)內(nèi)容完成時間備注1下達(dá)任務(wù)，查找資料周一、周二2制定控制方案，繪制控制系統(tǒng)SAMA圖周二、周三3仿真試驗、撰寫設(shè)計說明周三、周四4答辯周五四、 設(shè)計（實驗）成果要求1 繪制所設(shè)計熱工控制系統(tǒng)的的SAMA圖；2 根據(jù)已給對象，用MATABL進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真整定，并打印整定效果曲線；3 撰寫設(shè)計報告五、 考核方式提交設(shè)計報告及答辯學(xué)生姓名：指導(dǎo)教

3、師： 年 月 日一、課程設(shè)計的目的與要求“過程控制課程設(shè)計”是“過程控制”課程的一個重要組成部分。通過實際工業(yè)過程對象控制方案的選擇、控制功能的設(shè)置、工程圖紙的繪制等基礎(chǔ)設(shè)計和設(shè)計說明的撰寫，培養(yǎng)學(xué)生基本控制系統(tǒng)工程設(shè)計能力、創(chuàng)新意識，完成工程師基本技能訓(xùn)練。 二、設(shè)計正文1基本任務(wù)和要求：任務(wù)：1.保持煙氣中的含氧量最佳值。 2.維持爐膛負(fù)壓一定。要求：1.了解實現(xiàn)風(fēng)量與爐膛壓力控制的關(guān)鍵技術(shù)； 2. 能夠進(jìn)行風(fēng)量與爐膛壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計、仿真與工程實現(xiàn)(畫出SAMA圖)。2風(fēng)量與爐膛壓力控制系統(tǒng)對象的動態(tài)特性：送風(fēng)控制系統(tǒng)的動態(tài)特性：送風(fēng)量O2/ 1.送風(fēng)控制系統(tǒng)動態(tài)特性分析：鍋爐燃燒控制

4、系統(tǒng)是火力發(fā)電機(jī)組主要的控制系統(tǒng)之一，而送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用是這一系統(tǒng)能順利工作的前提。送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)是通過調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)入口擋板，使煙氣中的含氧量保持最佳值，從而保證鍋爐燃燒系統(tǒng)配置最佳定燃比，使鍋爐達(dá)到最高熱效率。恰使燃料完全燃燒所需的空氣量標(biāo)為理論空氣量，實際上按理論空氣量無法達(dá)到完全燃燒的目的，一般總要使送風(fēng)量比理論空氣量多一些。為了使鍋爐適應(yīng)負(fù)荷的變化，必須同時改變送風(fēng)量和燃料量，送風(fēng)系統(tǒng)的被控對象為爐膛，它是慣性和遲延都比較小的自衡對象。當(dāng)空氣量不變，燃料量增加時，使空氣量與燃料量比值下降，煙氣中的含氧量降低，當(dāng)燃料量不變，空氣量增加時，煙氣中的含氧量增加，控制系統(tǒng)應(yīng)使送風(fēng)量與燃

5、料量協(xié)調(diào)變化，以保證其經(jīng)濟(jì)性。 引風(fēng)控制系統(tǒng)的動態(tài)特性：引風(fēng)機(jī)擋板開度/爐膛負(fù)壓/kpa 1.引風(fēng)控制系統(tǒng)動態(tài)特性分析： 引風(fēng)控制系統(tǒng)即爐膛壓力控制系統(tǒng)的任務(wù)在于調(diào)節(jié)煙道吸風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉開度以改變引風(fēng)量，維持爐膛負(fù)壓一定。爐膛壓力直接影響爐膛內(nèi)燃料的燃燒質(zhì)量和鍋爐的安全性，是引起鍋爐滅火最直接的因素。鍋爐煙道對象慣性很小，調(diào)節(jié)通道和擾動通道的特性都可以近似地認(rèn)為是一個比例環(huán)節(jié)。這是一類特殊的被控對象，簡單的單回路控制系統(tǒng)并不能保證被控質(zhì)量，因為被調(diào)量的反應(yīng)太靈敏以致會激烈跳動。由于送風(fēng)量的變化是引起負(fù)壓波動的主要原因,為了能使引風(fēng)量快速地跟蹤送風(fēng)量,以保持二者的比例,可將送風(fēng)量作為前饋引入引風(fēng)調(diào)節(jié)器

6、。這樣當(dāng)送風(fēng)控制系統(tǒng)動作時,引風(fēng)控制系統(tǒng)立即跟著動作,而不是等爐膛負(fù)壓偏離給定值后再動作,從而能使?fàn)t膛負(fù)壓基本不變。所以引風(fēng)控制系統(tǒng)引入送風(fēng)量前饋信號以后,將有利于提高引風(fēng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和爐膛負(fù)壓的動態(tài)偏差。 3 設(shè)計控制方案由對象特性分析可知，在燃料量變化的同時，送風(fēng)量和引風(fēng)量要按比例協(xié)調(diào)動作，送風(fēng)量引起煙氣含氧量變化，送風(fēng)控制系統(tǒng)以煙氣中含氧量作為被調(diào)量，其內(nèi)環(huán)要保證最佳風(fēng)煤比，送風(fēng)控制系統(tǒng)為氧量風(fēng)煤比串級系統(tǒng)；引風(fēng)系統(tǒng)為一單回路控制系統(tǒng)，被調(diào)量為鍋爐負(fù)壓，它反映引風(fēng)量與送風(fēng)量之間的平衡關(guān)系，所以輔以前饋控制，即在送風(fēng)量改變的同時也改變引風(fēng)量。3.1.送引風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理方框圖 圖1

7、送引風(fēng)控制系統(tǒng)原理方框圖3.2送風(fēng)控制系統(tǒng)采用串級控制系統(tǒng) 送風(fēng)控制系統(tǒng)采用氧量信號作為校正信號，如方框圖所示。它是一個串級比值控制系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器（氧量校正調(diào)節(jié)器）接受氧量定值信號。副調(diào)節(jié)器接受燃料信號B，反饋信號V及氧量校正調(diào)節(jié)器的輸出，副回路用以保證風(fēng)煤的基本比例，起粗調(diào)作用。主回路用來校正氧量，起細(xì)調(diào)作用。當(dāng)煙氣中的含氧量高于給定值時，氧量校正器發(fā)出校正信號，修正送風(fēng)控制系統(tǒng)的給定值，使送風(fēng)調(diào)節(jié)器減少送風(fēng)量。經(jīng)過校正后的送風(fēng)量將保證煙氣中的含氧量等 圖2 送風(fēng)控制系統(tǒng)原理圖 圖3 送風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3.3引風(fēng)控制系統(tǒng)采用前饋-反饋單回路控制引風(fēng)控制系統(tǒng)為一單回路控制系統(tǒng)，被調(diào)量為鍋爐負(fù)

8、壓，它反映吸風(fēng)量與送風(fēng)量之間的平衡關(guān)系，所以輔以前饋控制，即在送風(fēng)量改變的同時也改變引風(fēng)量?？紤]到系統(tǒng)的被調(diào)量（爐膛負(fù)壓）反應(yīng)了引風(fēng)和送風(fēng)之間的平衡關(guān)系，明顯的改進(jìn)措施是輔以前饋控制，即在送風(fēng)量改變的同時也改變引風(fēng)量。 圖4 引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 圖5引風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.4分析調(diào)節(jié)器正反作用送風(fēng)系統(tǒng)： 內(nèi)回路調(diào)節(jié)器K為正,為反作用;外回路根據(jù)六邊形法判斷:若輸出含氧量增加,偏差E減小;主對象K為正,所以要求閥門輸出減小,則副調(diào)節(jié)器輸出減小,副調(diào)節(jié)器輸入減小,主調(diào)節(jié)器輸出U減小,所以主調(diào)節(jié)器為反作用。引風(fēng)系統(tǒng)：根據(jù)原理方框圖,調(diào)節(jié)器的增益K為正,為反作用。3.5 工藝流程圖4.送風(fēng)引風(fēng)控制系

9、統(tǒng)SAMA圖4.1送風(fēng)系統(tǒng)4.2引風(fēng)系統(tǒng) 三送風(fēng)引風(fēng)控制系統(tǒng)仿真1.送引風(fēng)對象特性1.1副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定斷開主回路，輸入單位階躍信號，內(nèi)回路PID調(diào)節(jié)器比例項（以下簡稱P）置10，積分項（I項）及微分項（D項）均置零開始仿真，觀察相應(yīng)曲線，根據(jù)衰減率在7590間的要求不斷調(diào)整P項參數(shù)，最后得到內(nèi)回路整定曲線。1. 仿真框圖：副回路響應(yīng)曲線(Kp2=2.98，Ki=0.4)2. 仿真曲線1.2 主副調(diào)節(jié)器參數(shù)整定連接外回路，把剛整定好的副環(huán)作為主環(huán)的一個環(huán)節(jié)，整定主環(huán)參數(shù)。為更好地達(dá)到品質(zhì)要求，最后再調(diào)節(jié)副環(huán)參數(shù)。1.仿真框圖：反復(fù)調(diào)節(jié)參數(shù),直至曲線滿足衰減率為0.750.9之間,記錄參數(shù)。響應(yīng)

10、曲線：（Kp1=1,Ki1=0，Kp2=2.98，Ki2=0.4）2. 仿真曲線2 引風(fēng)控制系統(tǒng)整定引風(fēng)系統(tǒng)的對象為一階慣性環(huán)節(jié),為單回路比例調(diào)節(jié).斷開送風(fēng)系統(tǒng)與引風(fēng)系統(tǒng)的聯(lián)系，根據(jù)經(jīng)驗輸入?yún)?shù)，整定得出曲線。 1.仿真框圖： 響應(yīng)曲線（Kp=0.4，Ki=0.011）： 2.仿真曲線：3.送風(fēng)引風(fēng)系統(tǒng)整定1.仿真框圖500s時加入一個階躍擾動step1得到響應(yīng)曲線：五課程設(shè)計總結(jié) 燃燒控制系統(tǒng)是由燃料量控制，送風(fēng)控制和引風(fēng)控制三個相互匹配，密切聯(lián)系的三個子系統(tǒng)組成。 其中燃料量控制回路使鍋爐跟蹤外界負(fù)荷，送風(fēng)控制回路維持鍋爐最高的熱效率，引風(fēng)控制回路保持負(fù)壓穩(wěn)定，這三個控制子回路組成了不可分割的一個整體，統(tǒng)稱為鍋爐燃燒系統(tǒng)，共同保證鍋爐運行的機(jī)動性，經(jīng)濟(jì)性，安全性。通過這次過程控制課程設(shè)計，練習(xí)了對實際工業(yè)過程對象控制方案的選擇、控制功能的設(shè)置、工程圖的繪制等基礎(chǔ)設(shè)計和設(shè)計說明的