自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)畢業(yè)論文范文

1、摘 要這次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC 控制系統(tǒng),根據(jù)現(xiàn)狀,由于 我國(guó)的整個(gè)鍋爐生產(chǎn)技術(shù)水平還比較落后,所以我國(guó)燃燒供熱所用的鍋爐 的燃燒效率還相當(dāng)?shù)?而且也使得鍋爐的燃燒不充分,而造成大氣污染加 重,所以這就迫切要求我們的鍋爐技術(shù)得到提高。本設(shè)計(jì)鍋爐的燃燒控制是采用雙交叉控制系統(tǒng), 是以維持合適的空氣、 燃料比值為手段,從而保證了較高的熱效率。也就是利用一個(gè)測(cè)煙道中的 氧含量的傳感器(氧化鋯隨時(shí)測(cè)的氧含量,信號(hào)在計(jì)算機(jī)處理后,利用 一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)空氣和燃?xì)獾牧髁?同時(shí)在這之間我們加入了 一個(gè)前饋控制系統(tǒng),即在燃料的流量和計(jì)算機(jī)之間,把燃料的流量通過(guò)前 饋信號(hào)提前進(jìn)入計(jì)算機(jī),

2、從而通過(guò)計(jì)算機(jī)總的模塊的控制而去調(diào)節(jié)空氣的 流量,使得空氣和燃?xì)庵g維持在最佳的搭配量,最終實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵字 :鍋爐 DDC 聯(lián)鎖 串級(jí)控制I目 錄第 1章 工業(yè)鍋爐及 DCC 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述 . 1 1.1引言 . 1 1.2本課題的提出與課題任務(wù) . 1 1.3鍋爐的發(fā)展 . 1 1.4鍋爐微機(jī) DDC 控制的意義以及目的 . . 2 第 2章 鍋爐的基本構(gòu)造及工作原理 . 42.1鍋爐的基本構(gòu)造 . . 4 2.2鍋爐的工作原理及過(guò)程 . 5 2.2.1燃料的燃燒過(guò)程 . . 5 2.2.2水的汽化過(guò)程 . . 5第 3章 工業(yè)鍋爐的微機(jī)控制的原理 . 7 3.1 單回路控制系統(tǒng)

3、. 8 3.2串級(jí)控制系統(tǒng) . . 93.2.1定義及方框圖 . 9 3.2.3串級(jí)控制系統(tǒng)的使用場(chǎng)合 . .10 3.2.4設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) .103.3前饋控系統(tǒng) . . 11第 4章 工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC 系統(tǒng)的控制 . 14 4.1 直接數(shù)字控制 DDC 系統(tǒng) . 14 4.2 工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC 控制工作原理 . 16II第五章鍋爐溫度和換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) . . 195.1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 19 5.2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 . 19 5.3、實(shí)驗(yàn)原理 . 19 5.4、實(shí)驗(yàn)要求 . 20 5.5、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 . 20 5.6思考問(wèn)題 . . 21 5.7實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交 . . 21

4、 5.8實(shí)驗(yàn)總結(jié) . . 21致 謝 . 22參考文獻(xiàn) . 23III東北石油大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)第 1章 工業(yè)鍋爐及 DCC 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)述1.1引言鍋爐是人類(lèi)供熱,取暖的主要來(lái)源,它的出現(xiàn)迄今已有兩百余年的歷史,期間, 從低級(jí)到高級(jí),從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對(duì)鍋爐容量,參數(shù)要求的不斷提 高,鍋爐形勢(shì)和鍋爐技術(shù)得到不斷迅速發(fā)展。隨著蒸汽機(jī)的發(fā)明, 18世紀(jì)末期,出現(xiàn)了公用的圓筒型蒸汽機(jī)。由于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力 的迅猛發(fā)展,蒸汽機(jī)在工業(yè)上的用途日益廣泛,不久就對(duì)鍋爐提出了擴(kuò)大容量和提高 闡述的要求。于是在圓筒型鍋爐的基礎(chǔ)上,從增加受熱面積入手,對(duì)鍋爐驚醒了一系 列的研究和技術(shù)改造,從而使鍋爐得

5、到迅速的發(fā)展。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,鍋爐日益廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域,成為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì) 的重要熱工設(shè)備之一。在現(xiàn)代化的建設(shè)中,能源的需氣使非常大的,然而我國(guó)的能延 齡用率極低,所以提高鍋爐的熱效率,有這極為重要的實(shí)際意義。此外,是鍋爐能以 地制宜地有效地燃用地方燃料,并為滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)的要求而努力解決煙塵污染問(wèn)題, 以提高操作管理水平,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,保證鍋爐額定運(yùn)行及運(yùn)行效率,安全可靠地供 熱等課題。1.2本課題的提出與課題任務(wù)正是由于鍋爐應(yīng)用日益廣泛,所以我們這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題就定為設(shè)計(jì)一套完善 的模擬鍋爐控制系統(tǒng),即:工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC 控制系統(tǒng)。(1實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐風(fēng)煤比,煙氣含氧量,爐膛壓力

6、控制,達(dá)到安全生產(chǎn),降低煤 耗,提高效率的目的。(2要求參數(shù)在線修改。(3具有平衡無(wú)擾動(dòng)切換功能。(4具有主要設(shè)備動(dòng)態(tài)畫(huà)面顯示及報(bào)警功能。(5具有即時(shí)主要參數(shù)儀表顯示和歷史趨勢(shì)顯示。 (下面小標(biāo)題按照這個(gè)修改 1.3鍋爐的發(fā)展鍋爐向兩個(gè)發(fā)展方向的過(guò)程和結(jié)構(gòu)形式演變。第一個(gè)方向, 是鍋爐內(nèi)部增加受熱面, 形成煙管鍋爐系列。 煤在火筒內(nèi)燃燒放熱。 1后來(lái)增加了兩個(gè)火筒及雙火筒鍋爐。為了進(jìn)一步增大鍋爐容量,后來(lái)又發(fā)展到用 小直徑的煙管取代火筒以增加受熱面,形成了煙管鍋爐和火筒煙管鍋爐組合鍋爐。其 共同的特點(diǎn)是:煙氣在火筒或煙管內(nèi)流動(dòng)放熱,低溫工質(zhì)水,則在火筒式煙管外 側(cè)吸熱,升溫和汽化。顯而易見(jiàn),這

7、類(lèi)鍋爐的爐膛一般都較小。鍋爐四周又被作為輻射受熱面的筒壁所 圍住, 所以爐內(nèi)溫度較低, 燃燒條件較差, 難于燃用低質(zhì)煤。 而且煙氣縱向沖刷壁面。 串熱效率較差,排煙溫度較高,熱效率低。此外爐筒直徑大,既不易提高氣壓油增加 鋼耗量,蒸發(fā)量也受到限制。對(duì)于煙管鍋爐,還存在結(jié)構(gòu)剛性大,煙管排列緊密使清 理水垢困難和煙管內(nèi)容易堵灰等缺點(diǎn)。 誠(chéng)然, 這類(lèi)鍋爐也有一定的優(yōu)點(diǎn), 如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 維修方便,水的容積大,能較好適應(yīng)負(fù)荷的變化,水質(zhì)要求低等。因此有的結(jié)構(gòu)類(lèi)型 至今還被使用。第二個(gè)方向,實(shí)在鍋筒外部發(fā)展受熱面,形成水管鍋爐系列,大約到了 19世紀(jì) 中頁(yè),鍋爐開(kāi)始在爐筒外面在整設(shè)計(jì)各正經(jīng)較小的圓筒受熱面

8、。后來(lái),進(jìn)一步發(fā)展增 加圓筒數(shù)目減小效圓筒直徑以至于鋼管取代圓筒的做法,有利于蒸汽參數(shù)的提高和傳熱的 改善。最后終于出現(xiàn)了水管鍋爐。它的特點(diǎn)使煙氣在管外沖刷流動(dòng)而放出熱量,氣體 在管內(nèi)流動(dòng)而吸熱和蒸發(fā)。水管鍋爐的出現(xiàn),是鍋爐發(fā)展的一大飛躍,它擺脫了火筒,煙管鍋爐受熱筒尺寸 的制約, 無(wú)論在燃燃燒條件, 傳熱效果和受熱面的布置等方面都得到了根本性的改善, 為提高鍋爐的容量,參數(shù)和熱效率創(chuàng)造了良好的條件,金屬耗量也大為下降。水管鍋爐的發(fā)展趨勢(shì) :水管鍋爐,整連箱橫水管鍋爐,分連箱橫水管鍋爐,直水管 鍋爐,三鍋筒彎水管鍋爐,雙鍋筒彎水管鍋爐 , 單鍋筒水管鍋爐,直流鍋筒。縱觀鍋爐的發(fā)展歷史,真正走上

9、現(xiàn)代化的道路也不過(guò)是四,五十年的時(shí)間,隨著 工業(yè)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,現(xiàn)代化鍋爐整朝著大容量,高參數(shù)的方向發(fā)展。1.4鍋爐微機(jī) DDC 控制的意義以及目的鍋爐式鍋名經(jīng)濟(jì)中重要的供熱設(shè)備。電力,機(jī)械,冶金,化工,紡織,造紙,食 品等工業(yè)和民用采暖都需要鍋爐供給大量的蒸汽。各種工業(yè)的生產(chǎn)性質(zhì)與規(guī)模不同, 工業(yè)和民用采暖的規(guī)模大小也不一樣,因此所需的鍋爐容量,蒸汽參數(shù),結(jié)構(gòu),性能 方面也不相同。鍋爐式供熱之源,鍋爐機(jī)器設(shè)備的任務(wù)在于安全,可靠,有效地把燃料的化學(xué)能 轉(zhuǎn)化成熱能,進(jìn)而將熱能傳遞給水,以生產(chǎn)熱水和蒸汽。通常,我們把用于動(dòng)力,發(fā)電方面的鍋爐稱(chēng)之為動(dòng)力鍋爐,把用于工業(yè)及采暖方 面的鍋爐成

10、為供熱鍋爐,又稱(chēng)工業(yè)鍋爐。為了提高熱及效率,動(dòng)力鍋爐向著高壓,高溫和大容量方向發(fā)展。而供熱鍋爐, 除了生產(chǎn)工藝有特殊要求外,所生產(chǎn)的熱水均不需要鍋高溫的壓力和溫度,容量也無(wú)2需很大。隨著生產(chǎn)的發(fā)展,鍋爐設(shè)備日益廣泛的用于工業(yè)的各個(gè)部門(mén),成為發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì) 的重要熱工設(shè)備之一。從量大,面廣這一角度來(lái)說(shuō),除電力以外的各行業(yè)中,主要運(yùn) 行的始終是小型低壓鍋爐。在我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化的建設(shè)中能源的增長(zhǎng)大大落后于生 產(chǎn)的增長(zhǎng)。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)日趨進(jìn)步的今天,國(guó)家要求工農(nóng)業(yè)每年總產(chǎn)值翻兩番,但能源 只能翻一番,這就要求通過(guò)節(jié)能措施,以提高能源的有效利用,有效的彌補(bǔ)能源供應(yīng) 方面的缺口,這是一迫切的任務(wù)。顯然,面對(duì)量

11、大,面廣的供熱鍋爐,如何挖掘潛力, 提高它的熱效率,有著極為重要的實(shí)際意義。此外,是鍋爐能因地制宜的有效地燃用 地方燃料, 并為滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)的要求而努力解決煙塵污染問(wèn)題, 以提高操作管理水平, 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,保證鍋爐額定輸出及運(yùn)行效率,安全可靠的供熱等課題,所以我們利 用微機(jī)控制,設(shè)計(jì)出一整套比較合理的鍋爐運(yùn)行設(shè)備。通過(guò)加熱爐熱效率控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié),是燃料流量與空氣流量調(diào)節(jié)回路參照各自對(duì) 應(yīng)的實(shí)測(cè)流量,在允許范圍內(nèi)變化,達(dá)到動(dòng)態(tài)時(shí),能維持燃料流量與空氣流量恰當(dāng)?shù)?關(guān)系,從而提高燃燒效率、節(jié)省燃料、起到節(jié)能、環(huán)保作用。3第 2章 鍋爐的基本構(gòu)造及工作原理要設(shè)計(jì)一套完整的,性能良好的工業(yè)燃燒鍋爐,首

12、先我們就必須了解一般燃燒鍋 爐的基本構(gòu)造和燃燒過(guò)程。2.1鍋爐的基本構(gòu)造鍋爐是一種產(chǎn)生蒸汽的熱交換設(shè)備。它通過(guò)煤、油或天然汽等燃料的燃燒過(guò)程釋 放出化學(xué)能,并通過(guò)傳熱過(guò)程把能量傳遞給水,把水變成蒸氣或熱水,蒸汽或熱水直 接供給工業(yè)、生活等生產(chǎn)中所需要的熱能。所以鍋爐的中心任務(wù)是把燃料中的化學(xué)能 有效的轉(zhuǎn)化為蒸汽的熱能。鍋爐的主要設(shè)備:(1氣鍋:由上下鍋筒和三簇沸水管組成。水在管內(nèi)受管外煙氣加熱,因而管 簇內(nèi)發(fā)生自然的循環(huán)流動(dòng),并逐漸氣化,產(chǎn)生的飽和蒸汽積聚在上鍋筒里 面。(2爐子:是使燃燒從充分燃燒并釋放出熱量的設(shè)備。(3爐膛:保證燃料的充分燃燒,并使水流受熱面積達(dá)到規(guī)定的數(shù)值。(4鍋筒:是自

13、然循環(huán)鍋爐各受熱面能適應(yīng)負(fù)荷變化的設(shè)備。 (須指出,直流鍋 爐內(nèi)無(wú)鍋筒。 (5水冷壁:主要是輻射受熱面,保護(hù)爐壁的作用。(6過(guò)熱器:是將氣鍋所產(chǎn)生的飽和蒸汽繼續(xù)加熱為過(guò)熱蒸汽的換熱器。過(guò)熱 器一般都裝在爐膛出口。(7省煤器:是利用余熱加熱鍋爐給水,以降低排出煙氣溫度的換熱器。采用 省煤器后,降低了排煙溫度,提高了鍋爐效率,節(jié)省了燃料。同時(shí),由于 提高了進(jìn)入氣包的給水溫度,所以減少了因溫差而引起的汽包壁的熱適應(yīng) 力,從而延長(zhǎng)了氣包的使用壽命。(8燃燒設(shè)備:將燃料和燃燒所需的空氣送入爐膛并使燃料著火穩(wěn)定,充分燃 燒。(9引風(fēng)設(shè)備:包括引風(fēng)機(jī),煙囪,煙道幾部分。用它將鍋爐中的煙氣連續(xù)排 出。(10送

14、風(fēng)設(shè)備:包括有鼓風(fēng)機(jī)和分道組成。用它來(lái)供應(yīng)燃料所需的空氣。 (11給水設(shè)備:由水泵和給水管組成。(12空氣預(yù)熱器:是繼續(xù)利用離開(kāi)省煤器后的煙氣余熱,加熱燃料燃燒所需要 的換熱器。省煤器出口煙溫度高,裝上空氣預(yù)熱器后,可以進(jìn)一步降低排 煙溫度,也可改善燃料著火和燃燒條件,降低不完全燃燒所造成的損失, 提高鍋爐機(jī)組的效率。4(13水處理設(shè)備:其作用是為清除水中的雜質(zhì)和降低給水硬度,以防止在鍋爐 受熱面上結(jié)水垢或腐蝕。(14燃料供給設(shè)備:由運(yùn)煤設(shè)備,原煤倉(cāng)和儲(chǔ)媒斗等設(shè)備組成,保證鍋爐所需 燃料供應(yīng)。除灰除塵設(shè)備 :是收集鍋爐灰渣并運(yùn)往儲(chǔ)灰場(chǎng)地的設(shè)備。此外,除了保證鍋爐的正常工作和安全,蒸汽鍋爐還必須

15、裝設(shè)安全閥,水位表, 高低水位報(bào)警器,壓力表,主氣閥,排污閥,止污閥等。還有用來(lái)消除受熱面上積灰 以利用傳熱的吹灰器,以提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。本設(shè)計(jì)由于篇幅其間,則就不必考 慮這些問(wèn)題了。2.2鍋爐的工作原理及過(guò)程鍋爐的工作過(guò)程概括起來(lái)應(yīng)該包括三個(gè)同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程:燃料的燃燒過(guò)程 、水 的汽化過(guò)程、煙氣向水的傳熱過(guò)程。2.2.1燃料的燃燒過(guò)程首先將燃料(這里用煤加到煤斗中,借助于重力下落在爐排面上,爐排接電動(dòng) 機(jī)通過(guò)變速齒輪箱減速后由鏈輪來(lái)帶動(dòng),將燃料煤帶入爐內(nèi)。燃料一面燃燒,一面向 后移動(dòng), 燃料所需要的空氣是由風(fēng)機(jī)送入爐排腹中風(fēng)倉(cāng)后, 向上穿過(guò)爐排到達(dá)燃料層, 進(jìn)行燃料反應(yīng)形成高溫?zé)煔?。燃?/p>

16、燃燒剩下的灰渣,在爐排末端翻過(guò)除渣板后排入灰 斗, (若是燃?xì)馐藉仩t就沒(méi)有這一部分了這整個(gè)過(guò)程稱(chēng)為燃燒過(guò)程。2.2.2水的汽化過(guò)程水的汽化過(guò)程就是蒸汽的產(chǎn)生過(guò)程,主要包括水循環(huán)和水分離過(guò)程。經(jīng)處理的水 由泵加壓,先流經(jīng)省煤器而得到預(yù)熱,然后進(jìn)入氣鍋。鍋爐工作時(shí)氣鍋的工作介質(zhì)是 處于飽和狀態(tài)的汽,水混合物。位于煙溫較低區(qū)段的對(duì)流灌束,因受熱較弱,汽水工 質(zhì)的容量較大,而位于煙溫較高區(qū)段的對(duì)流管束,因受熱強(qiáng)烈,相應(yīng)的汽水工質(zhì)的容 量較小,從而量大的工質(zhì)則向上流入下鍋筒,而容量小的工質(zhì)則向上流入上鍋筒形成 了鍋水的自然循環(huán)。此外,為了阻止水循環(huán)和進(jìn)行疏導(dǎo)分配的需要,而筒鍋上集箱上 的汽水混合物導(dǎo)入爐

17、墻外的不受熱地上鍋筒。蒸汽所產(chǎn)生的過(guò)程是借助于上鍋筒內(nèi)設(shè)的汽水分離裝置。以及在鍋筒本身空間的 重力分離力作用,是汽水混合物得到分離。蒸汽在上鍋筒頂部引出后,進(jìn)入蒸汽過(guò)熱 氣,而分離下來(lái)的水仍回到上鍋筒下半部的水中。鍋爐中的水循環(huán),也保證與高溫?zé)?氣相接觸的金屬受熱面的以冷卻而不被燒壞,是鍋爐能長(zhǎng)期安全運(yùn)行的必要條件。而 汽水混合物的分離設(shè)備則是保證蒸汽品質(zhì)和蒸汽過(guò)熱可靠工作的必要的設(shè)備。2.2.3煙氣向水的傳熱過(guò)程由于燃料的燃燒放熱,爐內(nèi)溫度很高在爐膛的四周墻面上,都布置一排水管,俗 稱(chēng)水冷壁。高溫?zé)煔馀c水冷壁進(jìn)行強(qiáng)烈的輻射換熱,將熱量傳給管內(nèi)工質(zhì)水。繼而煙 棋手引風(fēng)機(jī), 煙囪的引力爾向爐膛上

18、方流動(dòng)。 煙氣出煙窗爐膛出口 并略過(guò)防渣管后, 就沖刷蒸汽過(guò)熱一組垂直放置的蛇型管受熱面,使氣鍋中產(chǎn)生的飽和蒸汽在其中受 煙氣加熱而得到的過(guò)熱。煙氣流經(jīng)過(guò)過(guò)熱氣后掠過(guò)脹接在上、下鍋筒間的對(duì)流管束, 在管束間設(shè)置了折煙墻使煙氣呈“ S ”型形成曲折地橫向沖刷,再次以對(duì)流換熱的方 式將熱量傳遞給管束的工質(zhì)。沿途降低著溫度的煙氣最后進(jìn)入尾部煙道,與省煤器和 空氣預(yù)熱氣內(nèi)的工質(zhì)進(jìn)行熱交換后,以經(jīng)濟(jì)的較低的煙溫排出鍋爐。省煤器實(shí)際上同 給水預(yù)熱氣和空氣預(yù)熱器一樣,斗設(shè)置在鍋爐尾部(低溫?zé)煹?以降低排煙溫度提 高鍋爐效率,從而節(jié)省了燃料。以上就是一般鍋爐工水的過(guò)程,一個(gè)鍋爐進(jìn)行工作,其主要任務(wù)是:(1要是

19、鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定。(2保證燃燒過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。(3保持鍋爐負(fù)壓恒定。通常我們是爐膛負(fù)壓保持在微負(fù)壓(-1080Pa 。 為了完成上述三項(xiàng)任務(wù),我們對(duì)三個(gè)量進(jìn)行控制:燃料量,送風(fēng)量,引風(fēng)量。 從而使鍋爐能正常運(yùn)行。6第 3章 工業(yè)鍋爐的微機(jī)控制的原理鍋爐微計(jì)算機(jī)控制,是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù),它是微型計(jì)算機(jī)軟、硬件、自 動(dòng)控制、鍋爐節(jié)能等幾項(xiàng)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物,我國(guó)現(xiàn)有中、小型鍋爐 30多萬(wàn)臺(tái), 每年耗煤量占我國(guó)原煤產(chǎn)量的 1/3,目前大多數(shù)工業(yè)鍋爐仍處于能耗高、浪費(fèi)大、環(huán) 境污染等嚴(yán)重的生產(chǎn)狀態(tài)。提高熱效率,降低耗煤量,用微機(jī)進(jìn)行控制是一件具有深 遠(yuǎn)意義的工作。作為鍋爐控制裝置,其主要任務(wù)是

20、保證鍋爐的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,減輕操作 人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。采用微計(jì)算機(jī)控制,能對(duì)鍋爐進(jìn)行過(guò)程的自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等多 項(xiàng)功能。鍋爐微機(jī)控制系統(tǒng),一般由以下幾部分組成,即由鍋爐本體、一次儀表、微機(jī)、 手自動(dòng)切換操作、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及閥、滑差電機(jī)等部分組成,一次儀表將鍋爐的溫度、壓 力、流量、氧量、轉(zhuǎn)速等量轉(zhuǎn)換成電壓、電流等送入微機(jī),手自動(dòng)切換操作部分,手 動(dòng)時(shí)由操作人員手動(dòng)控制,用操作器控制滑差電機(jī)及閥等,自動(dòng)時(shí)對(duì)微機(jī)發(fā)出控制信 號(hào)經(jīng)執(zhí)行部分進(jìn)行自動(dòng)操作。微機(jī)對(duì)整個(gè)鍋爐的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)、報(bào)警、控制以保證鍋 爐正常、可靠地運(yùn)行,除此以外為保證鍋爐運(yùn)行的安全,在進(jìn)行微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),對(duì) 鍋爐水位、鍋爐汽包壓力

21、等重要參數(shù)應(yīng)設(shè)置常規(guī)儀表及報(bào)警裝置,以保證水位和汽包 壓力有雙重甚至三重報(bào)警裝置,這是必不可少的,以免鍋爐發(fā)生重大事故。微機(jī)控制系統(tǒng)由機(jī)箱、通道箱、 CRT 顯示器、打印機(jī)、鍵盤(pán)、報(bào)警裝置、低通濾 波器及 I/V轉(zhuǎn)換板等組成,能完成對(duì)給水、給煤、鼓風(fēng)、引風(fēng)等進(jìn)行自動(dòng)控制,使鍋 爐的汽包水位、蒸汽壓力保持在規(guī)定的數(shù)值上,以保證鍋爐的安全運(yùn)行,平穩(wěn)操作, 達(dá)到降低煤耗、提高供汽質(zhì)量的目的,同時(shí)對(duì)運(yùn)行參數(shù)如壓力、溫度等有流程動(dòng)態(tài)模 擬圖、光柱模擬圖等多幅畫(huà)面并配有數(shù)字說(shuō)明,還可對(duì)汽包水位、壓力、爐溫等進(jìn)行 越限報(bào)警,發(fā)出聲光信號(hào),還可定時(shí)打印出十幾種運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)。以形成生產(chǎn)日志 和班、日產(chǎn)耗統(tǒng)計(jì)報(bào)

22、表、有定時(shí)打印、隨機(jī)打印等幾種方式。鍋爐控制系統(tǒng)的硬件配置,目前有幾種,功能較好首推可編程序控制器 PLC ,適 合于多臺(tái)大型鍋爐控制, 由于 PLC 具有輸入輸出光電隔離、 停電保護(hù)、 自診斷等功能, 所以抗干擾能力強(qiáng),能置于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中,故障率低。 PLC 編程簡(jiǎn)單,易 于通信和聯(lián)網(wǎng), 多臺(tái) PLC 進(jìn)行同位鏈接及計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位鏈接, 實(shí)現(xiàn)一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若 干臺(tái) PLC 構(gòu)成分布式控制網(wǎng)絡(luò), 但是價(jià)格較高, 如果是控制單臺(tái), 資源不能充分利用, 多臺(tái)鍋爐控制能提高性能價(jià)格比,如果從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看,其壽命長(zhǎng),故障率低,易于維 修,值得選用。第二種是 16位 STD 總線工業(yè)控制機(jī)為主機(jī)構(gòu)成

23、的系統(tǒng), 由于其性能價(jià)格比較高, 所以國(guó)內(nèi)用的較多,微機(jī)內(nèi)部一般采用總線式模塊結(jié)構(gòu),組態(tài)靈活,維修方便, STD 總線結(jié)構(gòu)很適于工業(yè)環(huán)境,按測(cè)量參數(shù)的多少和控制回路的數(shù)目選配相應(yīng)的模板,在 操作上,考慮到現(xiàn)場(chǎng)人員的技術(shù)水平,對(duì)開(kāi)機(jī)操作,控制目標(biāo),控制參數(shù)的修改,手7/自動(dòng)切換等設(shè)置了最簡(jiǎn)便的操作。第三種是智能儀表控制,以單(雙回路可編程控制器為主,以 PC 機(jī)為上位機(jī), 彼此間采用 RS-232相連,它可以接受多路模擬量及開(kāi)關(guān)量輸入,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算、 控制、通信及故障診斷功能,出于危險(xiǎn)分散的考慮,它雖有若干路模擬量及開(kāi)關(guān)量輸 入,但只有一(二路采用 420mA 直接信號(hào)輸出,即原則上只控制一(

24、二個(gè)執(zhí) 行器,它與模擬儀表一樣,可與常規(guī)儀表混合合作,它作為集散控制系數(shù)的一部分, 是現(xiàn)代自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)最新發(fā)展產(chǎn)物。該儀表編程方式采用模塊化,容 易掌握。鍋爐控制系統(tǒng), 一般有燃燒、 水位等控制系統(tǒng)。 燃燒控制實(shí)質(zhì)上是能量平衡系統(tǒng), 它以蒸汽壓力作為能量平衡指標(biāo),量出而入不斷根據(jù)用汽量與壓力的變化成比例地調(diào) 整燃料量與送風(fēng)量,同時(shí)保證燃料的充分燃燒及熱量的充分利用,其中保持合適的 “空燃比”是一個(gè)重要因素?！翱杖急取笔侵溉紵锌諝饬颗c燃燒量的比值系數(shù)。 汽包水位控制系統(tǒng),實(shí)質(zhì)上是維持鍋爐進(jìn)出水量平衡的系統(tǒng)。它是以水位作為水 量平衡與否的控制指標(biāo),通過(guò)調(diào)整進(jìn)水量的多少來(lái)達(dá)到進(jìn)出平衡

25、,將汽包水位維持在 汽水分離界面最大的汽包中位線附近,以提高鍋爐的蒸發(fā)效率,保證生產(chǎn)安全。由于 鍋爐水位系統(tǒng)是一個(gè)設(shè)有自平衡能力的被控對(duì)象,運(yùn)行中存在虛假水位現(xiàn)象,實(shí)際應(yīng) 用中可根據(jù)情況采用水位單沖量、水位蒸汽量雙重量和水位、蒸汽量、給水量三沖量 的控制系統(tǒng)。爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)是使進(jìn)出爐膛的空氣量維持平衡的控制系統(tǒng),一般以爐膛壓力 作為空氣量平衡與否的控制指標(biāo),通過(guò)調(diào)整排向大氣的引風(fēng)量達(dá)到空氣量進(jìn)出平衡, 為提高控制品質(zhì),一般以送風(fēng)量或送風(fēng)檔板開(kāi)度作為前饋量構(gòu)成前饋-反饋控制系 統(tǒng)。微機(jī)鍋爐控制技術(shù)具有良好實(shí)用前景,既可節(jié)能又可提高鍋爐的運(yùn)行管理水平, 減輕環(huán)境污染,目前國(guó)內(nèi)只有幾百臺(tái)鍋爐采用微

26、機(jī)控制,占總數(shù)的很小一部分,所以 推廣應(yīng)用該技術(shù)就顯得十分繁重。同時(shí),該技術(shù)也在不斷完善和提高,在進(jìn)一步降低 造價(jià)及鍋爐本體設(shè)備的改造緊密配合方面還有許多工作要做。在供水鍋爐控制的過(guò)程中,我們用的了幾種基本的控制方式,有單回路的控制系 統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)等幾種方式。下面我們就這幾種控制方式做一個(gè)介 紹。3.1 單回路控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的特點(diǎn):系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,投資少,易于調(diào)整和投運(yùn),能滿(mǎn)足一般生 產(chǎn)過(guò)程的控制要求,尤其適用于被控對(duì)象時(shí)滯和時(shí)間常數(shù)都較小,負(fù)荷和干擾變化比 較平緩,或者對(duì)被控變量要求不太高的場(chǎng)合。按被控要求的工藝變量來(lái)分,最常見(jiàn)的 是溫度、壓力、流量、液位和成分五種控制

27、系統(tǒng)。一個(gè)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方案的分析設(shè)計(jì),應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題。首先應(yīng)分析生產(chǎn)過(guò)程8中各個(gè)變量的性質(zhì)及其相應(yīng)關(guān)系,分析被控對(duì)象的特點(diǎn);然后根據(jù)工藝的要求選擇被 控變量、操縱變量,合理選擇控制系統(tǒng)中的測(cè)量變送裝置、控制器和執(zhí)行器,建立一 個(gè)較為合理的控制系統(tǒng) 。有多個(gè)控制系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程,還要考慮各個(gè)控制系統(tǒng)之間 的相互關(guān)聯(lián)有何影響,并按可能使每個(gè)控制系統(tǒng)對(duì)其它控制系統(tǒng)的影響為最小的原則 來(lái)建立各個(gè)控制系統(tǒng)。 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)使復(fù)雜控制系統(tǒng)的基礎(chǔ), 所以我們必須要掌握它。 圖 3-1 單回路控制系統(tǒng)方框圖其中 Y (S 為被控變量, Q (S 為操縱變量, F1(S 。 F (N 為干擾, 號(hào), Q (S

28、與 Y (S 之間的聯(lián)系稱(chēng)為控制通道, F (S 與 Y (S 之間的聯(lián)系稱(chēng)為 干擾通道。 GC (S , GV (S , GM (S 分別是控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象、測(cè)量變 送單元的傳遞函數(shù)。3.2串級(jí)控制系統(tǒng)3.2.1定義及方框圖在多回路控制系統(tǒng)中,用兩臺(tái)控制器相串接,一個(gè)控制器的輸出作為另一個(gè)控制 器的設(shè)定值,這樣的系統(tǒng)稱(chēng)為串級(jí)控制系統(tǒng)。 圖 3-2多回路控制系統(tǒng)方框圖9在串級(jí)控制系統(tǒng)中,對(duì)象被分為主對(duì)象 GP1與副對(duì)象 GP2兩部分。他們的輸出 分別稱(chēng)為主被控變量 C1和副被控變量 C2。 HM1、 HM2分別為主,副被控變量的檢 測(cè)變送單元。 接收主被控變量測(cè)量值 Y1的控制器稱(chēng)為主

29、控制器 GC1 , 接收副被控變 量測(cè)量值 Y2的控制器稱(chēng)為副控制器 GC2 。副控制器的設(shè)定值值 R2就是主控制器的 輸出 U1,顯然副控制器是在外設(shè)定情況下工作的,它的輸出 U2操縱執(zhí)行器 GV 通過(guò) 改變單個(gè)操縱變量 Q 來(lái)滿(mǎn)足對(duì)主, 副被控變量的某種組合所提出的要求。 在任何只有 單個(gè)操縱變量的系統(tǒng)中,只能有一個(gè)被控變量可以獨(dú)立設(shè)定。換句話說(shuō),在任意給定 時(shí)刻, 只能有一個(gè)獨(dú)立的設(shè)定值, 這就是主設(shè)定值 R1。 副被控變量的設(shè)置通常是為了 保證和提高主被控變量的控制質(zhì)量,而對(duì)其本身一般都沒(méi)有嚴(yán)格的要求,它依賴(lài)于主 控制器的輸出 U1。3.2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)相比,串級(jí)

30、控制系統(tǒng)由于在結(jié)構(gòu)上增加了一個(gè)副回路,所以具有 以下幾個(gè)主要特點(diǎn)。對(duì)于進(jìn)入副回路的擾動(dòng)具有較快,較強(qiáng)的克服能力。(1改善主控制器的廣義對(duì)象的特性。對(duì)負(fù)荷和操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。(2副回路可以按照主回路的需要更精確控制操縱變量的質(zhì)量流和能量流。 3.2.3串級(jí)控制系統(tǒng)的使用場(chǎng)合用于克服變化劇烈的和幅值大的干擾。(1用于時(shí)滯大的對(duì)象。(2用于容量滯后大的對(duì)象。(3用于克服對(duì)象的非線性。合理的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng),才能使它的優(yōu)越性得到發(fā)揮,一般來(lái)說(shuō),一個(gè)結(jié)構(gòu)合 理的串級(jí)控制系統(tǒng),當(dāng)擾動(dòng)從副回路進(jìn)入時(shí),其最大偏差將是簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的 1101100;當(dāng)擾動(dòng)從主對(duì)象進(jìn)入時(shí)串級(jí)系統(tǒng)仍比簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)控

31、制的效果好的多。 最大偏差仍能縮小到 1/31/5,因此,必須十分重視串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。3.2.4設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)(1主 副回路的選擇。(2主 副控制器控制規(guī)律的選擇。(3控制器的正 反作用的確定。(4控制器防止積分飽和的措施。10(5流量副回路中開(kāi)方器的引入。3.3前饋控系統(tǒng)3.3.1前饋控制系統(tǒng)的概念前饋控制系統(tǒng)就是一種直接根據(jù)所生產(chǎn)被控變量參數(shù)變化的原因進(jìn)行控制的系 統(tǒng),其實(shí)質(zhì)上是一種抗擾動(dòng)進(jìn)行的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)方式,它通過(guò)前饋調(diào)節(jié)器來(lái)補(bǔ)償擾動(dòng) 對(duì)被控參數(shù)的影響。使作用在系統(tǒng)上的一個(gè)或幾個(gè)主要的擾動(dòng)與被控參數(shù)完全無(wú)關(guān)或 部分無(wú)關(guān),從而達(dá)到系統(tǒng)提高控制精度的目的。所謂可測(cè),主要是指擾動(dòng)可直接

32、測(cè)量,也不排斥可間接測(cè)量的,擾動(dòng)不可測(cè)量, 前饋無(wú)法實(shí)施。所謂顯著, 不在乎擾動(dòng)本身的大小, 而是指擾動(dòng)對(duì)控制變量的數(shù)值有顯著的影響。 所謂頻繁,是指擾動(dòng)出現(xiàn)的次數(shù)較多。3.3.2前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)(1前饋控制是一種開(kāi)環(huán)控制。(2前饋調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律是由對(duì)象特性決定的。(3前饋控制是一種按擾動(dòng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制。(4前饋控制只能克服那個(gè)可測(cè)而不可控的擾動(dòng)量。3.3.3前饋控制系統(tǒng)的分類(lèi)依據(jù)是否引入反饋控制以及兩者相結(jié)合的方式, 我們通常將前饋控制系統(tǒng)可分為 三類(lèi):(1單純的前饋控制系統(tǒng)。(2前饋與反饋控制相結(jié)合的系統(tǒng),前饋控制作用與反饋?zhàn)饔孟喑恕?3前饋與反饋控制相結(jié)合的系統(tǒng),前饋控制作用與反饋

33、作用相加。 (代數(shù)和我 們通常將前饋控制與反饋控制(如圖 3-3相結(jié)合起來(lái),其優(yōu)點(diǎn)如下:a. 在前饋控制的基礎(chǔ)上設(shè)置反饋控制,可以大大簡(jiǎn)化前饋控制系統(tǒng),只 須對(duì)影響被控參數(shù)最顯著的干擾進(jìn)行補(bǔ)償,而對(duì)其他許多次要的干 擾,可依靠反饋予以克服,這樣既保證了精度,又簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。 b. 由于反饋回路的存在,降低了讀前饋控制算式精度的要求。由于對(duì)前 饋控制精度的要求降低,為工程上實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單的控制創(chuàng)造了條件。 c. 在反饋系統(tǒng)中,提高反饋控制的精度與系統(tǒng)的穩(wěn)定性有矛盾,往往為 了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,而不能實(shí)現(xiàn)高精度的控制。而前饋反饋控制 則能實(shí)現(xiàn)高精度的控制,穩(wěn)定性好和控制及時(shí)的作用。d. 由于反饋控制的存

34、在,提高了前饋控制模型的適應(yīng)性。11 圖 3-3 前饋 -反饋控制系統(tǒng)方框圖 圖 3-4 前饋串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖在實(shí)際工作中,如果對(duì)象的主要干擾頻繁而又劇烈,而生產(chǎn)過(guò)程對(duì)被控參數(shù)的控 制精度要求又很高,這時(shí)則可采用前饋串級(jí)控制。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是能同時(shí)克服進(jìn)入前饋回路和進(jìn)入串級(jí)副回路的干擾對(duì)被控參12數(shù)的影響。 此外, 由于前饋算式的輸出不直接加在調(diào)節(jié)閥上而作為副控制器的給定值, 這樣便降低了對(duì)閥門(mén)特性的要求。實(shí)踐證明,這種前饋串級(jí)控制系統(tǒng)可以獲得很高 的控制精度,在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常被采用。另外,在控制過(guò)程中,我們還利用前饋控制過(guò)程對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償,其補(bǔ)償過(guò)程的 曲線如下圖所示。通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的

35、補(bǔ)償,則可大大提高系統(tǒng)的性能。1314第 4章 工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC 系統(tǒng)的控制在鍋爐的燃燒過(guò)程中 , 由于空氣和燃燒之間有著一定的比值關(guān)系 , 既有一定的燃 燒則就需要一定的空氣 , 還有煙道中空氣過(guò)剩系統(tǒng) , 即空氣 (煙囪中 氧氣的含量等等 , 都影響著鍋爐的燃燒 , 如果燃燒不當(dāng) , 不但會(huì)污染空氣 , 而且會(huì)可能危及到工作人員的 人身安全 . 所以我們就想用一套有著精確控制功能的控制系統(tǒng) , 因此便有了工作鍋爐 的微機(jī) DDC 控制系統(tǒng) .4.1 直接數(shù)字控制 DDC 系統(tǒng)直接數(shù)字控制 DDC 系統(tǒng)(Direct Digigtal Control是工業(yè)生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制系 統(tǒng)中用得做廣

36、泛的一種系統(tǒng)應(yīng)用形式 . 這類(lèi)系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)除了經(jīng)過(guò)輸入通道對(duì)多個(gè) 工業(yè)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)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(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算 , 然后將運(yùn)算結(jié)果通過(guò)過(guò)程輸出通道輸出并作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 直接數(shù)字控制系統(tǒng)的硬件組成原理框圖如圖 4-1所示 , 系統(tǒng)中除了輸入和輸出通 道外 , 一般還有一個(gè)功能較強(qiáng)的控制操縱臺(tái)。 圖 4-2控制圖 由直接數(shù)字控制系統(tǒng)方框圖 (圖 4.2所示 , 先由測(cè)量變送器測(cè)取工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程參 數(shù) , 經(jīng)過(guò)輸入接口轉(zhuǎn)換成數(shù)字量作為計(jì)算機(jī)的輸入信號(hào) , 計(jì)算機(jī)根據(jù)確定的控制規(guī)律 進(jìn)行運(yùn)算 , 并發(fā)出信號(hào) , 再以輸出接口轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)直

37、接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器 .DDC 系統(tǒng)不僅可對(duì)一個(gè)回路進(jìn)行控制 , 而且通過(guò)采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)回路的控制 . 另 外 ,DDC 系統(tǒng)只要改變程序還能實(shí)現(xiàn)串級(jí) , 前饋等復(fù)雜的控制 , 直接數(shù)字控制系統(tǒng)可實(shí) 現(xiàn)常規(guī)的 PLD(比例、積分、微分 調(diào)節(jié) , 也可實(shí)現(xiàn)其它復(fù)雜或先進(jìn)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(dāng)增減通道的數(shù)量外 , 一般不需 作大的變動(dòng) , 所以使用比較靈活 ,DDC 系統(tǒng)是一個(gè)“在線”的時(shí)實(shí)的半環(huán)控制系統(tǒng) 。 4.1.1微機(jī) DDC 系統(tǒng)的時(shí)間散性 :微機(jī) DDC 系統(tǒng)結(jié)生產(chǎn)過(guò)程的有關(guān)參量進(jìn)行控制時(shí) , 是以定時(shí)采樣和階段控制來(lái)代 替常規(guī)儀表的連續(xù)則是

38、和連續(xù)控制的。因此 , 確定合適的采樣周期和 A/D、 D/A、轉(zhuǎn)換 器的字長(zhǎng)是提高系統(tǒng)控制精確 , 減少轉(zhuǎn)換誤差的關(guān)鍵。4.1.2微機(jī) DDC 系統(tǒng)的分時(shí)控制方式 :一臺(tái)微機(jī) DDC 系統(tǒng)要控制多個(gè)回路 . 在每一個(gè)回路 , 微機(jī)要完成 (1采樣和 A /D 轉(zhuǎn) 換 ,(2運(yùn)算 ,(3輸出控制信號(hào) 3個(gè)部分的工作 , 所以投機(jī)控制每一個(gè)回路需要的時(shí)間 應(yīng)為這三個(gè)部分所花費(fèi)時(shí)間之和 . 為此 , 微機(jī) DDC 采用了“分時(shí)”控制的方法 , 即將某 一回路的采樣和 A /D 轉(zhuǎn)換、運(yùn)算、輸出控制三部分的時(shí)間前后回路錯(cuò)開(kāi) , 放在不同的 控制時(shí)間里 . 這樣 , 既保證了控制過(guò)程的正常進(jìn)行 , 又

39、能充分利用系統(tǒng)中的各種設(shè)備 , 大大提高了效率 .4.1.3微機(jī) DDC 系統(tǒng)的人機(jī)交換 :計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的人機(jī)交往有時(shí)也稱(chēng)“人機(jī)對(duì)話”或“人機(jī)通訊” , 這是一 種微機(jī)控制系統(tǒng)必須具備的溝通操作者和微機(jī)互相聯(lián)系的功能 . 操作者要通過(guò)鍵盤(pán)、 按鈕、開(kāi)關(guān)等器件向微機(jī)控制系統(tǒng)送入控制意圖 , 微機(jī)控制系統(tǒng)則通過(guò)顯示屏、打印 機(jī)、各種指示燈向操縱者送出有關(guān)信息 . 一般的微機(jī) DDC 系統(tǒng)除了普通的各種指示燈 裝置外 , 還都通過(guò)相應(yīng)借口連接有以 CRT 顯示屏、打印機(jī)、控制鍵盤(pán)、越限報(bào)警裝置 等 , 有些可靠要求較高的微機(jī) DDC 系統(tǒng)還配有自動(dòng)手動(dòng)切換裝置或雙機(jī)控制切換裝 置 .4.1.4微機(jī)

40、 DDC 系統(tǒng)的控制規(guī)律 :控制規(guī)律是一個(gè)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(jī) DDC 系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)對(duì)象實(shí)行控制的運(yùn)算依據(jù)。隨著控制理論和微機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展, 傳統(tǒng)的 DDC 系統(tǒng)功能也不斷擴(kuò)大 , 相應(yīng)的控制規(guī)律和控制算式不斷出現(xiàn) . 根據(jù)控制對(duì)象 的不同 , 目前的微機(jī) DDC 控制方式 , 有簡(jiǎn)單 , 有復(fù)雜 , 從單參數(shù)的定值控制到多參數(shù)的相 關(guān)控制 , 以至最優(yōu)最佳控制等等,其控制功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dāng)多生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用并能得

41、到較為滿(mǎn)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 .15隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化的提高 , 較簡(jiǎn)單的單回路參量的 PID 閉環(huán)已不能滿(mǎn) 足更高要求系統(tǒng)需要,所以,在微機(jī) DDC 系統(tǒng)中常用到多參量控制如串級(jí)控制、 比值控制、選擇性控制、前饋控制等控制方式。4.2 工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC 控制工作原理現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成 0-10mA.DC 或 4-20Ma.DC 或 0-5V.DC 的模擬量 信號(hào),通過(guò)有關(guān)端子輸入計(jì)算機(jī) A/D板,或電阻信號(hào)通過(guò)電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換板與其它現(xiàn)場(chǎng) 毫伏信號(hào)進(jìn)入信號(hào)調(diào)理板,再輸入 A/D板,經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后以實(shí)際工程量屏幕顯示氣包 水位

42、、蒸汽壓力等影響工業(yè)鍋爐運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性的主要參數(shù)以及給水調(diào)節(jié)閥 位、 給煤機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信號(hào), 這些信號(hào)用來(lái)控制、 打印制表、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、 經(jīng)濟(jì)量累積核算等。對(duì)工業(yè)鍋爐主要參數(shù)進(jìn)行直接控制是微機(jī) DDC 控制的主要功能之 一。以一般飽和蒸汽鏈條爐為列,相應(yīng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別輸出四個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào),通過(guò) I/O或 D/A轉(zhuǎn)換裝置輸送至爐排、給水、送風(fēng)、引風(fēng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸送至爐排執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 調(diào)節(jié)信號(hào),通過(guò)變頻器來(lái)改變進(jìn)入鍋爐的燃料量,輸送至給水執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)信號(hào)通 過(guò)改變電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),改變給水調(diào)節(jié)閥門(mén)的位置,從而改變進(jìn)入鍋爐的給水量,輸送 至送風(fēng)至送風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)信號(hào)通過(guò)改變電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(或

43、變頻調(diào)速裝置改變送 風(fēng)入口調(diào)節(jié)檔板開(kāi)度(調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速 ,從而改變進(jìn)入鍋爐的送風(fēng)量,輸送至引風(fēng)執(zhí) 行機(jī)構(gòu)(變頻調(diào)速電機(jī)的調(diào)節(jié)信號(hào)通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(變頻調(diào)速電機(jī)改變引風(fēng)機(jī) 入口調(diào)節(jié)板或碟閥(調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速 ,從而改變鍋爐輸出的煙汽流量,使?fàn)t膛煙壓保 持相應(yīng)的負(fù)值。對(duì)其它爐型,皆有相應(yīng)的調(diào)節(jié)信號(hào)輸出,并控制相應(yīng)的調(diào)節(jié)設(shè)備。 4.2.1對(duì)空氣和燃料的控制 :鍋爐用水經(jīng)省煤器預(yù)熱后 , 注入鍋爐內(nèi) , 在進(jìn)水管道內(nèi) , 用一流量傳感器檢測(cè)到流 量信號(hào)后 , 經(jīng)流量變松器把流量信號(hào)這一物理量變換成相應(yīng)的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) , 送入 儀表、運(yùn)算器、調(diào)節(jié)器中 , 其中為了使儀表的輸出信號(hào)同流量信號(hào)呈線形關(guān)系 , 我

44、們?cè)?中間加入一個(gè)開(kāi)方器 , 同時(shí) , 在進(jìn)水端檢測(cè)出它的進(jìn)水溫度 (預(yù)熱后 , 送給調(diào)節(jié)器 , 然 后 , 再?gòu)某鏊藱z測(cè)出出水溫度 , 也送給調(diào)節(jié)器 . 在這一調(diào)節(jié)器中 , 用一減法器計(jì)算出 溫度 , 將前面所測(cè)得的流量乘以 (乘法器 溫差 , 即可求得進(jìn)水管道中所注入的水所需 的熱量 . 而出口測(cè)的熱水溫度信號(hào)送給溫度調(diào)節(jié)電路 , 溫度調(diào)節(jié)電路將它在與人工設(shè) 定值水平 SP 之間進(jìn)行控制計(jì)算 , 將輸出信號(hào)作為結(jié)果輸出 , 將前面原料加熱所需要的 熱量加到該輸出信號(hào)中 , 作為燃料流量的設(shè)定值 , 與燃料流量這一小閉環(huán)所檢測(cè)出此 時(shí)燃料的流量值 , 做一差值計(jì)算 , 從而調(diào)節(jié)燃料控制閥的

45、大小 , 進(jìn)而進(jìn)行熱量控制 . 4.2.2燃燒雙交叉控制工業(yè)鍋爐的微機(jī) DDC 控制系統(tǒng)的雙交叉控制原理圖如附圖(二所示雙交叉燃燒控制是以維持合適的空氣、燃燒比值為手段,達(dá)到燃燒時(shí)始終維持低 過(guò)?？諝庀禂?shù),從而保證了較高的燃燒效率,同時(shí)減少了排煙對(duì)環(huán)境的污染。16雙交叉燃燒控制實(shí)際上是以爐溫調(diào)節(jié)為主回路,以燃燒流量和空氣流量調(diào)節(jié)并列 為副回路的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng),加上高、低信號(hào)選擇器組成的帶有邏輯功能的比值調(diào)節(jié)系 統(tǒng)。它的主要作用是當(dāng)爐子負(fù)荷變化,以維持爐溫在給定值上,而且使燃燒工況始終 處于低過(guò)?？諝庀禂?shù)的經(jīng)濟(jì)合理狀況。下面分三種工況進(jìn)行討論。(1穩(wěn)定工況時(shí):爐溫穩(wěn)定在給定值上, 爐溫調(diào)節(jié)器 TI

46、C 的輸出信號(hào) I0通過(guò)高、 低限模塊 HLM 、 LLM 后,又分別通過(guò)燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)的高、低選模塊 HSE1、 LSE1和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的 HSE2、 LSE2,相應(yīng)地加到燃料流量調(diào)節(jié)器 FIC1和空氣流量調(diào)節(jié)器 FIC2作為它們的給定值, 使燃料流量和空氣流量自動(dòng)調(diào)節(jié)到正常數(shù)值上,從而保證爐溫維持在給定值上。 在穩(wěn)定工況下,所有高選、低選和高限、低限模塊,對(duì)主控制信號(hào) I0不起限制 作用。(2負(fù)荷在正常范圍波動(dòng)時(shí):1當(dāng)負(fù)荷增加時(shí),爐溫下降,主控制信號(hào) I0增加(記為 I0 ,此時(shí) I0通 過(guò) HSE1,但不通過(guò) LSE1,此時(shí)通過(guò) LSE1的信號(hào)為(FA/F6-K5+K1 ,由于空氣流量信

47、號(hào) FA 尚未增加,所以燃料量暫時(shí)還不能增加。但是 I0能通過(guò) LSE2和 HSE2,因?yàn)榇?時(shí) I0仍然比 K4及 FF 小,所以 I0先加到 FIC2沒(méi),使空氣流量先行提量。空氣 提量后, (FA/F6-K5值增加,使 I0小于(FA/K6-K5+K1 , LSE1讓信號(hào) I0通過(guò), I0加到 FIC1之后,燃料流量才提量。可見(jiàn),設(shè)置 LSE1的目的是使負(fù)荷增加是,先 增加空氣量,后增加燃料量,防止在提量過(guò)程中煙囪冒黑煙。設(shè)置 HSE1對(duì)負(fù)荷正常 波動(dòng)范圍不起限制作用。增設(shè) DVD 和 SUB 模塊的目的是把空氣流量折算到對(duì)應(yīng)的燃料 流量。2當(dāng)負(fù)荷減少時(shí),爐溫上升, I0減少(記為 I0

48、,此時(shí) I0通過(guò) LSE2,但暫 時(shí)不通過(guò) HSE2, 因?yàn)?I0剛減少瞬間, 燃料流量 FF 尚未減少, 所以 I0小于 (FF-K3 , HSE2阻止 I0通過(guò),此時(shí)通過(guò) HSE2的信號(hào)為(FF-K3 ,空氣量暫時(shí)還不能減少。但 是此時(shí) I0仍然大于(FA/K6-K5-K2 ,所以 I0通過(guò) HSE1,當(dāng)然也通過(guò) LSE1, I0 加到 FIC1,使燃料流量首先減少。當(dāng)燃料流量減少后, (此時(shí)燃料流量為 FF ,使 (FF -K3小于 I0, I0通過(guò) HSE2加到 FIC2,此時(shí)才是空氣流量相應(yīng)地減少, 可見(jiàn)設(shè)置 HSE2是保證附和減少時(shí),燃料先行減量,而后空氣再減量,這是為了在減 量過(guò)

49、程中避免煙囪冒黑煙。設(shè)置 LSE2,對(duì)負(fù)荷正常波動(dòng)不起限制作用。3當(dāng)負(fù)荷大幅度增(減時(shí), I0變化幅度很大,為了避免空氣量或燃料量先行 提(減量過(guò)大,分別設(shè)置了 HSE1與 LSE2 模塊相應(yīng)完成 -K2與 +K4運(yùn)算模塊。 當(dāng)負(fù)荷增時(shí),不允許空氣先行提量過(guò)度。增設(shè)了 LSE2模塊和完成 +K4運(yùn)算模塊, 就能限制先行提量過(guò)度,因?yàn)? I0大增,結(jié)果使 I0大于 K4FF , LSE2模塊阻止了通過(guò) I0,使 I0信號(hào)加到 FIC2上,從而限制了空氣量的增大。同理,增設(shè) HSE1模塊和完 成 +K2運(yùn)算模塊,能使 I0大減時(shí), I0加不到 FIC1上,從而限制了燃料先行減量過(guò)度 的目的。爐溫、

50、空氣溫度測(cè)量信號(hào)都經(jīng) TBL 線性化處理,空氣流量測(cè)量信號(hào)經(jīng)溫度補(bǔ)償17T ·CO-MP 和開(kāi)方處理。雙交叉控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是,有較好的爐溫控制品質(zhì),而且負(fù)荷增、減時(shí),都能防 止煙囪冒黑煙,當(dāng)負(fù)荷大幅度變化時(shí),也能防止空氣大量過(guò)剩, 值過(guò)大。4.2.3主要技術(shù)性能(1實(shí)時(shí)控制功能1給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)用給水調(diào)節(jié)閥門(mén)作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),以汽包水位作為調(diào)節(jié)量,當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量改變時(shí), 調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變給水執(zhí)行結(jié)構(gòu),使給水流量與蒸汽量相平衡,從而將汽包水位控制在用 戶(hù)設(shè)定的正常水位。2氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)氣壓調(diào)節(jié)回路包括兩個(gè)副回路及燃燒量調(diào)節(jié)接送風(fēng)量調(diào)節(jié)回路。當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量改 變是調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變?nèi)紵亢退惋L(fēng)量,使之與蒸發(fā)量相

51、適應(yīng),從而將鍋爐出口汽壓控制 在額定值。3爐膛負(fù)壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)用引風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),以爐膛負(fù)壓作為調(diào)節(jié)量,送風(fēng)變化為前饋,當(dāng)送 風(fēng)量隨鍋爐負(fù)荷量改變時(shí),調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變引風(fēng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),從而將鍋爐爐膛負(fù)壓控制在 額定值。4煙汽含氧量調(diào)節(jié)系統(tǒng)該調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)以氧氣量為核正值,在汽壓正常的范圍內(nèi),不斷地調(diào)整送風(fēng)量與 燃燒的比值,以達(dá)到最佳的鍋爐燃燒狀況。18第五章鍋爐溫度和換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1學(xué)習(xí)前饋 -反饋控制的原理。(2了解前饋 -反饋控制的特點(diǎn)。(3掌握前饋 -反饋控制的設(shè)計(jì)。5.2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備A3000-FS/FBS現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng),任意控制系統(tǒng)。5.3、實(shí)驗(yàn)原理(1控制原理前饋

52、控制器在測(cè)出擾動(dòng)之后,按過(guò)程的某種物質(zhì)或能量平衡條件計(jì)算出校正值。 如果沒(méi)有反饋控制,則這種校正作用只能在穩(wěn)態(tài)下補(bǔ)償擾動(dòng)作用。工業(yè)上,使用換熱器對(duì)料液進(jìn)行加熱,加熱使用蒸汽。我們這里使用換熱器加熱 冷水,把冷水看成某種工業(yè)料液?？刂颇繕?biāo)是料液的出口溫度。前饋控制又稱(chēng)擾動(dòng)補(bǔ)償,它與反饋調(diào)節(jié)原理完全不同,是按照引起被調(diào)參數(shù)變化 的干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的。在這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中要直接測(cè)量負(fù)載干擾量的變化,當(dāng)干擾剛 剛出現(xiàn)而能測(cè)出時(shí),調(diào)節(jié)器就能發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)使調(diào)節(jié)量作相應(yīng)的變化,使兩者抵消與 被調(diào)量發(fā)生偏差之前。因此,前饋調(diào)節(jié)對(duì)干擾的克服比反饋調(diào)節(jié)快。但是前饋控制是 開(kāi)環(huán)控制。其控制效果需要通過(guò)反饋加以檢驗(yàn)。我們

53、按照參考書(shū)上的內(nèi)容,進(jìn)行了部分簡(jiǎn)化。前饋控制不考慮控制通道與對(duì)象通道延遲,則根據(jù)熱量平衡關(guān)系,簡(jiǎn)單的前饋控制方程為:(1 2-=rkQD其中 k 是常數(shù),與水比熱和熱交換效率相關(guān), Q 是流量。 這個(gè)前饋輸出到調(diào)節(jié)器的輸入,從而得到一個(gè)前饋控制系統(tǒng)。 需要調(diào)整 k 是常數(shù),直到具有合適的補(bǔ)償效果。通過(guò)一個(gè) PI 調(diào)節(jié),使得熱水流量增大到需要的補(bǔ)償值。19而后我們?cè)黾恿艘粋€(gè)反饋控制通道,測(cè)量熱水出口溫度,然后控制冷水流量。在 控制通道中增加前饋控制系統(tǒng),類(lèi)似于串級(jí)控制。(2測(cè)量與控制端連接表表 5-1 測(cè)溫表 (3實(shí)驗(yàn)方案被調(diào)量為調(diào)節(jié)閥,控制量是熱水流量,控制目標(biāo)是熱水出口溫度。首先實(shí)現(xiàn)前饋控制,通過(guò)測(cè)量換熱器熱水流量、溫度,控制調(diào)節(jié)閥,使得換熱器 冷水流量變化跟蹤換熱器熱水流量與溫度變化。然后實(shí)現(xiàn)反饋控制,通過(guò)測(cè)量換熱器熱水出口溫度,控制調(diào)節(jié)閥,從而把前饋控 制不能修正的誤差進(jìn)行修正。5.4、實(shí)驗(yàn)要求(1設(shè)計(jì)前饋-反饋控制系統(tǒng)。(2經(jīng)過(guò)參數(shù)調(diào)整,獲得最佳的控制效果,