工業(yè)鍋爐的控制系統(tǒng)開題報告

1、理工學院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題 目： 工業(yè)鍋爐的溫度控制系統(tǒng) 學生姓名： 朱立君 學 號： 11L0851134 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導教師： 楊國福（副教授） 2015年 3 月 23 日畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告1.文獻綜述：鍋爐汽包燃燒系統(tǒng)是工業(yè)蒸汽鍋爐安全、穩(wěn)定運行的重要指標，溫度過高，會使蒸汽帶水過多，汽水分離差，使后續(xù)的過熱器管壁結(jié)垢，傳熱效率下降，過熱蒸汽溫度下降，嚴重時將引起蒸汽品質(zhì)下降，影響生產(chǎn)和安全；溫度過低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)不能滿足工藝要求，嚴重時會發(fā)生鍋爐爆炸。尤其是大型鍋爐，一旦控制不當，容易使汽包滿水或汽包內(nèi)的水全部汽化，造成重大事故。因此，在

2、鍋爐運行中，保證溫度在正常范圍是非常重要的。由于鍋爐的溫度控制系統(tǒng)很難用數(shù)學的方式建立模型，所以對鍋爐溫度控制技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用至關(guān)重要。因而設(shè)計一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價值的。下面對幾種常用的溫度控制技術(shù)做簡單的分析。（1）基于PID的鍋爐溫度控制系統(tǒng)PID控制是迄今為止最通用的控制方法之一。因為其可靠性高、算法簡單、魯棒性好，所以被廣泛應(yīng)用于過程控制中,尤其適用于可建立精確數(shù)學模型的確定性系統(tǒng)。PID控制的效果完全取決于其四個參數(shù),即采樣周期ts、比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki、微分系數(shù)Kd。因而,PID參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動控制領(lǐng)域研究的重要課題。PID在工業(yè)過程控制中的應(yīng)用已有

3、近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問世,但由于PID算法以它自身的特點，再加上人們在長期使用中積累了豐富經(jīng)驗，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。在PID算法中，針對P、I、D三個參數(shù)的整定和優(yōu)化的問題成為關(guān)鍵問題。該系統(tǒng)首先通過熱電偶傳感器監(jiān)測鍋爐的溫度，收集的信息經(jīng)過A/D電路送給PLC控制器，PLC因此做出計算，并判斷鍋爐的溫度，當溫度處于上升狀態(tài)時，就會繼續(xù)加熱，當溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)時PID會計算并輸出控制信號，PLC傳送信號給PC機，系統(tǒng)因此做出高溫顯示并發(fā)出警報。PID控制是工業(yè)過程控制中最常用的一種控制方法,但常規(guī)的PID控制在被控對象具有復雜的非線性時,如鍋爐的溫度控制,不僅具有

4、較大的純延遲,而且模型也不確定時,對于這種對象往往難以達到滿意的控制效果.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制具有逼近任意非線性函數(shù)的能力,通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自身的學習,找到最佳組合的PID控制參數(shù),以滿足控制系統(tǒng)的要求. （2）基于DDC的鍋爐的溫度控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制DDC系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)計算機控制系統(tǒng)中用得做廣泛的一種系統(tǒng)應(yīng)用形式。這類系統(tǒng)中的計算機除了經(jīng)過輸入通道對多個工業(yè)過程參數(shù)進行檢測采集外，它不容代替模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的模擬調(diào)節(jié)器，按預(yù)定的調(diào)節(jié)規(guī)定進行調(diào)節(jié)運算，然后將運算結(jié)果通過過程輸出通道輸出并作用于執(zhí)行機構(gòu)，以實現(xiàn)多回路調(diào)節(jié)的目的。系統(tǒng)中除了輸入和輸出通道外,一般還有一個功能較強的控制操縱臺,在操縱臺

5、上可調(diào)整被控參數(shù)的給定值、顯示或打印采樣值、聲光報警裝置也在操縱臺上。DDC系統(tǒng)不僅可對一個回路進行控制，而且通過采樣實現(xiàn)對多個回路的控制。另外，DDC系統(tǒng)只要改變程序，還能實現(xiàn)串級，前饋等復雜的控制，直接數(shù)字控制系統(tǒng)可實現(xiàn)常規(guī)的PLD(比例、積分、微分)調(diào)節(jié),也可實現(xiàn)其它復雜或先進的調(diào)節(jié)規(guī)律,調(diào)節(jié)規(guī)律的改變只需控制軟件。不同的是硬件部分除按需適當增減通道的數(shù)量外,一般不需作大的變動，所以使用比較靈活，DDC系統(tǒng)是一個“在線”的半環(huán)控制系統(tǒng)。 微機DDC系統(tǒng)結(jié)生產(chǎn)過程的有關(guān)參量進行控制時,是以定時采樣和階段控制來代替常規(guī)儀表的連續(xù)則是和連續(xù)控制的。因此,確定合適的采樣周和A/D、D/

6、A、轉(zhuǎn) 換 器 的 字 長 是 提 高系統(tǒng)控制精確,減少轉(zhuǎn)換誤差的關(guān)鍵。 微機DDC系統(tǒng)的分時控制方式 一臺微機DDC系統(tǒng)要控制多個回路。在每一個回路，微機要完成采樣和AD轉(zhuǎn) 換 ,運 算 ,輸出控制信號3個部分的工作。為此，微機DDC采用了分時控制的方法。  控制規(guī)律是一個控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵根據(jù)控制規(guī)律制定的控制算法,是微機DDC系統(tǒng)對生產(chǎn)對象實行控制的運算依據(jù)。隨著控制理論和微機技術(shù)的飛躍發(fā)展，傳統(tǒng)的DDC系統(tǒng)功能也不斷擴大,應(yīng)的控制規(guī)律和控制算式不斷出現(xiàn).根據(jù)控制對象的不同,目前的微機DDC控制方式,有簡單,有復雜,從單參數(shù)的定值控制到多參數(shù)的相關(guān)控制,

7、以至最優(yōu)最佳控制等等，其控制功能已遠遠超出了早期的PID控制范圍,盡管如此,PID控制的一些基本理論仍然是分析DDC系統(tǒng)控制規(guī)律的基礎(chǔ),PID控制規(guī)律仍然在相當多生產(chǎn)現(xiàn)場使用并能得到較為滿意的效果,所以直到現(xiàn)在,PID仍是一中最基本的控制規(guī)律.隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工業(yè)自動化的提高,較簡單的單回路參量的PID閉環(huán)已不能滿足更高要求系統(tǒng)需要，所以，在微機DDC系統(tǒng)中常用到多參量控制如串級控制、比值控制、選擇性控制、前饋控制等控制方式。現(xiàn)場模擬量信號通過變送器轉(zhuǎn)換成0-10mA.DC或4-20Ma.DC或0-5V.DC的模擬量信號，通過有關(guān)端子輸入計算機A/D板，或電阻信號通過電阻信號轉(zhuǎn)換板與其它現(xiàn)場毫

8、伏信號進入信號調(diào)理板，再輸入A/D板，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后以實際工程量屏幕顯示氣包水位、蒸汽壓力等影響工業(yè)鍋爐運行安全性、經(jīng)濟性的主要參數(shù)以及給水調(diào)節(jié)閥位、給煤機構(gòu)轉(zhuǎn)速等執(zhí)行機構(gòu)的位置信號，這些信號用來控制、打印制表、數(shù)據(jù)存儲、經(jīng)濟量累積核算等。對工業(yè)鍋爐主要參數(shù)進行直接控制是微機DDC控制的主要功能之一。參考文獻1.楊國強.  基于模糊自適應(yīng)控制的鍋爐溫度控制J. 輕工機械. 2013(02)2.周天沛,孫偉.  基于粒子群模糊規(guī)則優(yōu)化的水煤漿氣化爐溫度控制系統(tǒng)J. 計算機測量與控制. 2013(04)3. Ajay

9、Pratap Singh, Samrat Mukherjee, Michael Nikolaou. Debottlenecking level control for tanks in seriesJ. Journal of Process Control, 2014, 24(3).4 Christopher Basting, Dmitri Kuzmin. Optimal control for mass conservative level set methodsJ. Journal of Computational and Applied Mathe

10、matics, 2013.5.殷建華,張國斌,杜榮華,李民.  基于規(guī)則的模糊專家控制在火電廠過程控制中的應(yīng)用J. 內(nèi)蒙古電力技術(shù). 2014(06)6.張敏.  基于PLC技術(shù)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計J. 科技風. 2014(11)7. 王本琪.  基于組態(tài)王的PLC鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計D. 中國海洋大學 20128.劉志.基于PLC的電阻爐溫度串級控制系統(tǒng)的設(shè)計J.工業(yè)控制計算機.2015(01)9. 段江霞.  模糊PID控制在大慣量時滯溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)

11、用研究D. 蘭州大學 201310.高小鳳.  電阻爐溫度控制算法的研究與應(yīng)用D. 太原科技大學 2013本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑：（1） 研究或解決的問題a 了解工業(yè)鍋爐溫度控制系統(tǒng)的控制流程，對系統(tǒng)各個部分進行分析，完成對方案的整體設(shè)計。b 根據(jù)分析及實際情況設(shè)計系統(tǒng)的硬件部分，包括單片機、溫度采集電路、鍵盤和顯示電路、電源模塊、驅(qū)動電路、報警電路。c 在硬件的基礎(chǔ)上設(shè)計出軟件部分，包括主程序模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、按鍵掃描及處理模塊、LED顯示模塊、加熱執(zhí)行模塊和PID算法模塊等。（2）擬采用的研究手段及途徑a 收集資料，研究

12、并設(shè)計出總體方案。b 根據(jù)方案和設(shè)計要求完成工業(yè)鍋爐溫度控制系統(tǒng)的模型并確定各部分參數(shù)。c 根據(jù)方案和設(shè)計要求設(shè)計硬件電路的各個模塊。d 根據(jù)流程圖進行程序編寫，并對各模塊進行編程、調(diào)試，再對整體系統(tǒng)進行調(diào)試。（3）硬件系統(tǒng)本設(shè)計系統(tǒng)硬件主要包括單片機、溫度采集電路、鍵盤和顯示電路、電源模塊、驅(qū)動電路、報警電路、升降溫裝置等。a 單片機采用ATMEL89C51單片機，AT89C51單片機是一種低功耗、低電壓、高性能的片內(nèi)含有4KB快閃可編程/擦除只讀存儲器的八位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲編程器對程序存儲器重復編程。b I0通道的硬件電路的設(shè)計就本系統(tǒng)來說,需要實時采集鍋爐溫度數(shù)據(jù)

13、,然后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,送入單片機中的特定單元,然后一部分送去顯示;另一部分與設(shè)定值進行比較,通過PID算法得到控制量并經(jīng)由單片機輸出去控制電熱鍋爐加熱或降溫。c 溫度采集電路和控制電路為了達到測量高精度的要求，AD轉(zhuǎn)換器選用高精度的12位AD574A。溫度傳感器選用AD590,AD590具有較高精度和重復性(重復性優(yōu)于0.1,其良好的非線形可以保證優(yōu)于0.1 的測量精度,利用其重復性較好的特點,通過非線形補償,可以達到0.1測量精度.)超低溫漂移高精度運算放大器0P07將溫度一電壓信號進行放大,便于AD進行轉(zhuǎn)換,以提高溫度采集電路的可靠性?？刂齐娐凡糠植捎肞WM控制可控硅的通斷以實行對

14、鍋爐溫度的連續(xù)控制。由 PID 輸出調(diào)節(jié)PWM脈沖的占空比，PWM脈沖作為單片機輸出控制固態(tài)繼電器的開通或關(guān)斷，以調(diào)節(jié)電阻絲的加熱程度，從而實現(xiàn)溫度控制。d 顯示模塊本系統(tǒng)顯示電路是由三個譯碼驅(qū)動芯片CD4511和三個LED（數(shù)碼管）顯示器構(gòu)成。e 電源模塊 電源模塊由220V交流電源經(jīng)電磁干擾濾波器、電源變壓器、整流濾波器和三端集成穩(wěn)壓器7805，提供5V電壓給單片機和傳感器。f 驅(qū)動電路 驅(qū)動電路采用繼電器驅(qū)動方式，繼電器采用增強型固態(tài)繼電器H220D15，其內(nèi)部采用光電隔離方式。g 報警設(shè)備用無源揚聲器作為系統(tǒng)異常工作時候的報警器使用。有晶體管和揚聲器組成。h 溫度升降裝置設(shè)計復位鍵、運行鍵、功能轉(zhuǎn)換鍵、加一鍵、減一鍵。 AT89C51單片機溫度采集工業(yè)鍋爐控制電路溫度顯示報警設(shè)備鍵盤控制傳感器（4