過程控制課程設(shè)計鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng)

1、 過程控制課程設(shè)計論文題 目：鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng) 目錄第1章 緒論.31.1鍋爐的工作過程簡介.31.2鍋爐液位控制的難點.4第2章 鍋爐汽包水位特性及其控制.52.1鍋爐汽包水位的特性.52.1.1汽包水位在給水流量W作用下的動態(tài)特性.52.1.2汽包水位在蒸汽流量D擾動下的動態(tài)特性.72.1.3汽包水位在燃料量B擾動下的動態(tài)特性.8 2.2汽包水位控制方式.92.2.1 單沖量控制方式.92.2.2 雙沖量控制方式.102.2.3 三沖量控制方式.11第3章 儀表選型.133.1 液位變送器的選擇133.2 壓力傳感器/變送器.143.3 控制器的選擇.153.4 執(zhí)行器的選擇.1

2、63.5 控制器的作用方式.163.6 閥的開閉選擇形式.16第4章 參數(shù)整定.174.1 PID對控制的影響.174.2 PID控制器的參數(shù)整定.18第5章 設(shè)計心得.19第6章 參考文獻.20第1章 緒論鍋爐是發(fā)電和供熱生產(chǎn)過程中的主要動力設(shè)備，汽包水位則是確保安全生產(chǎn)穩(wěn)定性、經(jīng)濟性以及提供優(yōu)質(zhì)蒸汽的一個重要監(jiān)控參數(shù)，必須保持在某一期望值附近。它反映了鍋爐蒸發(fā)量和給水量之間的一種動態(tài)平衡關(guān)系。水位高會導(dǎo)致蒸汽帶水進入過熱器并在過熱管內(nèi)結(jié)垢，使傳熱效率和蒸汽品質(zhì)下降，影響供氣的質(zhì)量；過低時會破壞部分水冷壁的水循環(huán)，影響省煤器運行效率，甚至造成干鍋和鍋爐爆炸的危險。因此汽包水位必須控制在一定范

3、圍內(nèi)，而影響鍋爐水位的因素很多，最主要的是蒸發(fā)量和給水量的波動。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的作用是使鍋爐的給水量自動適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在一定范圍內(nèi)波動，這對機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行有著重要的影響。由于控制對象在給水量擾動時有一定的慣性，而且在負荷擾動時又存在虛假水位，故采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)能有效地消除這些擾動。該系統(tǒng)以汽包水位為主信號，任何導(dǎo)致水位變化的擾動都會使調(diào)節(jié)器動作；蒸汽流量是前饋信號,它的作用是防止虛假水位引起的調(diào)節(jié)器的誤動作，改善蒸汽流量擾動時的調(diào)節(jié)質(zhì)量；給水流量是介質(zhì)反饋信號，因給水流量信號對給水流量變化的響應(yīng)很快，使調(diào)節(jié)器能夠在水位還沒變化時就對前饋信號的變化作出

4、反應(yīng)，消除內(nèi)擾，使調(diào)節(jié)過程比較穩(wěn)定，充分保證了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。1.1鍋爐的工作過程簡介鍋爐是工業(yè)過程中不可缺少的動力設(shè)備，鍋爐的任務(wù)是根據(jù)外界負荷的變化，輸送一定量的汽壓、汽溫和蒸汽。它所產(chǎn)生的蒸汽不僅能夠為蒸餾、化學(xué)反應(yīng)、干燥等過程提供熱源，而且還可以作為風(fēng)機、壓縮機、泵類驅(qū)動透平的動力源。鍋爐是由“鍋”和“爐”兩部分組成的。“鍋”就是鍋爐的汽水系統(tǒng)，如圖所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、過熱器5、上升管7、給水調(diào)節(jié)閥2、給水母管1及蒸汽母管6等組成。鍋爐的給水用給水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收煙氣的熱量，使溫度升高到本身壓力下的沸點，成為飽和水然后引入汽包。汽包中的水經(jīng)下降管進入

5、鍋爐底部的下聯(lián)箱，又經(jīng)爐膛四周的水冷壁進入上聯(lián)箱，隨即又回入汽包。水在水冷壁管中吸收爐內(nèi)火焰直接輻射的熱，在溫度不變的情況下，一部分蒸發(fā)成蒸汽，成為汽水混合物。汽水混合物在汽包中分離成水和汽，水和給水一起再進入下降管參加循環(huán)，汽則由汽包頂部的管子引往過熱器，蒸汽在過熱器中吸熱、升溫達到規(guī)定溫度，成為合格蒸汽送入蒸汽母管。 圖1.1 鍋爐的汽水系統(tǒng)“爐”就是鍋爐的燃燒系統(tǒng)，由爐膜、煙道、噴燃器、空氣預(yù)熱器等組成。鍋爐燃料燃燒所需的空氣由送風(fēng)機送入，通過空氣預(yù)熱器，在空氣預(yù)熱器中吸收煙氣熱量，成為熱空氣后，與燃料按一定的比例進入爐膛燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽。然后經(jīng)過過熱器，

6、形成一定的過熱蒸汽，匯集到蒸汽母管。具有一定壓力的過熱蒸汽，經(jīng)過負荷設(shè)備調(diào)節(jié)閥供負荷設(shè)備使用。與此同時，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，其中含有大量余熱，除了將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還預(yù)熱鍋爐給水和空氣，最后經(jīng)煙囪排入大氣。1.2 鍋爐汽包水位控制的難點水位的控制技術(shù)是通過控制進水或出水閥門的開度，改變水流量來實現(xiàn)的，而水溫的控制是通過調(diào)節(jié)加熱的功率來實現(xiàn)的。鍋爐汽包水位的控制是鍋爐控制系統(tǒng)較為重要和比較難于控制的一項。由于在鍋爐運行過程中存在進水量和出水量的變化，所以很難通過調(diào)整PID控制器參數(shù)來滿足所有的運行條件，獲得理想的控制效果。調(diào)整過量會導(dǎo)致流量回路動作頻繁，從而給下游設(shè)備帶來了額外的干擾。

7、這樣就導(dǎo)致水位控制器通常處于欠調(diào)整狀態(tài)允許液位在一定范圍內(nèi)波動，以減小出水量的變化。然而，欠調(diào)整的PID不能及時抑制大擾動，這就可能引起鍋爐運行的安全問題。另外，液位的波動也會破壞鍋爐運行過程的穩(wěn)定，使得蒸汽輸送等不易控制。影響鍋爐汽包水位的關(guān)鍵變量有給水流量，蒸汽出口流量和混合燃料的進料量。各變量都有各自不同的擾動。較冷的給水造成相應(yīng)的純滯后。蒸汽流出量的突然增加造成了典型的虛假水位現(xiàn)象，使得過程暫時改變了方向，容易產(chǎn)生誤操作而導(dǎo)致發(fā)生事故。第2章 鍋爐汽包水位特性及其控制2.1鍋爐汽包水位的特性鍋爐汽包水位自動調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量，并維持汽包中的水位在工藝允許的范圍內(nèi)。維持

8、汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋護和汽輪機安全運行的必要條件，也是鍋爐正常運行的主要指標(biāo)之一。水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離效果，使汽包出口的飽和蒸汽帶水增多，蒸汽帶水會使汽輪機產(chǎn)生水沖擊，引起軸封破損、葉片斷裂等事故。同時會使飽和蒸汽中含鹽量增高，降低過熱蒸汽品質(zhì)，增加在過熱器管壁和汽輪機葉片上的結(jié)垢。水位過低，則可能破壞自然循環(huán)鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)中某些薄弱環(huán)節(jié)，以致局部水冷管壁被燒壞，嚴(yán)重時會造成爆炸事故。這些后果都是十分嚴(yán)重的。隨著鍋爐容量的增加，水位變化速度愈來愈快，人工操作愈來愈繁重，因此對汽包水位實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)提出了迫切的要求。汽包水位不僅受汽包中儲水量的影響，亦受水位下汽泡容積的影響。而

9、水位下汽泡容積與鍋爐的負荷、蒸汽壓力、爐膛熱負荷等有關(guān)。因此，影響水位變化的因素很多，其中主要是鍋爐蒸發(fā)量即蒸汽流量D和給水流量W。2.1.1汽包水位在給水流量W作用下的動態(tài)特性圖2.1.1是鍋爐汽包水位在給水流量作用下，水位的階躍響應(yīng)曲線。把汽包水位看作單容量無自衡過程，水位的階躍響應(yīng)曲線如圖中的線。圖2.1.1 給水流量作用下水位階躍響應(yīng)但是由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，所以給水流量增加后，從原有飽和水中吸收部分熱量，這使得水位下汽泡容積有所減少，當(dāng)水位下汽泡容積的變化過程逐漸平衡時，水位的變化就完全反映了由于汽包中儲水量的增加而逐漸上升。因此，實際水位曲線如圖中的線，即當(dāng)給水量作階

10、躍變化后，汽包水位一開始不立即增加，而要呈現(xiàn)出一段起始慣性段。用傳遞函數(shù)表示時，它近似于一個積分環(huán)節(jié)和時滯環(huán)節(jié)的串聯(lián)。系統(tǒng)特性可表示為: 2-1 式中-反應(yīng)速度，即給水流量改變單位流量時水位的變化速度，單位為毫米/秒或(噸/小時)。從式2-1可知，汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性由一個積分環(huán)節(jié)和一個滯后環(huán)節(jié)所組成，、的數(shù)值可通過實驗測試求得，數(shù)值的大小同鍋爐的結(jié)構(gòu)有關(guān)。有些鍋爐當(dāng)給水量增加時，在較長的一段時間里，汽包水位并不增加，有一較長的起始慣性段，對于這種鍋爐用式2-1來表示它的動態(tài)特性，誤差較大，這時可選用下面近似計算： 2-2式中， -給水量擾動后的純滯后時間，對非沸騰式省

11、煤器的鍋爐， 這時為30-100 S；對于沸騰式省煤器的鍋爐， 為100-200 S；-水位的反應(yīng)速度。給水溫度越低，時滯 亦越大。由此可見，汽包水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性可以有二種形式：反應(yīng)曲線變化最快的可用式(2-1)表示，這時的動態(tài)特性可以等效為一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián);另外也可用式(2-2)表示，相當(dāng)于一個積分環(huán)節(jié)和一個純滯后環(huán)節(jié)的串聯(lián)。對于不同的鍋爐設(shè)備，究竟采用何種形式的傳遞函數(shù)來表示它的動態(tài)特性，還要根據(jù)具體條件來定，原則是:表達特性最符合實際情況、傳遞函數(shù)式盡可能地簡單。總之，汽包水位調(diào)節(jié)對象在給水量作用下，具有純遲延和慣性，無自衡能力。具體特

12、性可用二種形式來描述，究竟采用何種形式，可根據(jù)鍋爐結(jié)構(gòu)和汽化強度來定。2.1.2汽包水位在蒸汽流量D擾動下的動態(tài)特性在蒸汽流量D擾動作用下，水位的階躍響應(yīng)曲線如圖2.1.2所示。當(dāng)蒸汽流量突然增加，從鍋爐的物料平衡關(guān)系看，蒸汽流量D大于給水量水位應(yīng)下降，如圖中曲線。但實際并非如此，由于蒸汽用量增加，瞬間導(dǎo)致汽包壓力的下降。汽包內(nèi)水的沸騰突然加劇，水中汽泡迅速增加，由于汽泡容積增加而使水位變化的曲線如圖中的線。因此，實際的水位曲線為+，即為圖中的。從圖中可以看出，當(dāng)蒸汽負荷增加時，水位不僅不下降反而上升，然后再下降(反之，蒸汽流量突然減少時，則水位先下降，然后再上升)，這種現(xiàn)象稱之為虛假水位。當(dāng)

13、汽水混合物中汽泡容積與負荷相適應(yīng)達到穩(wěn)定后，水位才反映出物料的不平衡，開始下降。應(yīng)該指出，當(dāng)負荷階躍改變時，水面下汽泡容積變化引起的水位變化是很快的，圖2.1.2中的時間常數(shù)只有10-20 S。蒸汽流量擾動時，水位變化的動態(tài)特性可表示為: 2-3式中， -響應(yīng)速度，即蒸汽流量變化單位流量時，水位的變化速度，單位為毫米/秒或(噸/小時)；-響應(yīng)曲線的放大系數(shù)；-響應(yīng)曲線的時間常數(shù)；圖2.1.2蒸汽流量擾動下水位階躍響應(yīng)虛假水位變化的幅度與鍋爐的汽壓與蒸汽量有關(guān)，對于一般100-230噸/小時的中高壓鍋爐，如負荷階躍變化10%時，虛假水位現(xiàn)象可使水位變化達30-40毫米。由于虛假水位現(xiàn)象屬于反向特

14、性，其出現(xiàn)的水位最大偏差很難依靠調(diào)節(jié)來克服，如果要求水位波動不能太大，只有限制負荷D的變化速度或限制負荷一次變化量。由此可見，汽包水位調(diào)節(jié)對象在蒸汽流量擾動下，非但沒有自平衡能力，而且存在著虛假水位現(xiàn)象，虛假水位的變化速度很快，變化幅度與蒸發(fā)量擾動大小成正比，也與壓力變化速度成正比，在設(shè)計調(diào)節(jié)系統(tǒng)時必須考慮。2.1.3汽包水位在燃料量B擾動下的動態(tài)特性汽包水位在燃料量B擾動下的響應(yīng)曲線如圖2.1.3所示。當(dāng)燃料量增加時，鍋爐的吸熱量增加，蒸發(fā)強度加大。如果負荷的用汽量不加調(diào)節(jié)，則隨著汽包壓力的增加，汽包輸出蒸汽量也將增加，于是蒸發(fā)量大于給水量，暫時產(chǎn)生了汽包進出口工質(zhì)流量的不平衡。由于水面下的

15、蒸汽容積增大，此時也會出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象，但由于燃燒率的增加也將同時導(dǎo)致汽包壓力上升，它會使汽泡體積減小，另外由于熱慣性，燃料量的增加只使蒸汽量D緩慢增加，故虛假水位現(xiàn)象要比蒸汽擾動下緩和的多。圖2.1.3燃料量擾動下水位階躍響應(yīng)2.2汽包水位控制方式給水控制的任務(wù)是維持汽包中水位在工藝允許范圍內(nèi)。由于影響汽包水位的幾個因素中，燃料量的擾動影響較小，因此，汽包水位的控制中，主要的目的是以汽包水位為被控變量，以調(diào)節(jié)給水流量為控制手段。同時，由于汽包水位不僅受鍋爐側(cè)的影響，也受到汽輪機側(cè)的影響，當(dāng)鍋爐負荷變化或汽輪機用汽量變化時，給水控制都應(yīng)能限制汽包水位只在給定的范圍內(nèi)變化。常用的汽包水位控制方式

16、有單沖量、雙沖量及三沖量控制。這里的沖量指的是變量。圖2.2.1汽包水位單沖量控制原理圖及方框圖2.2.1單沖量控制方式單沖量水位控制方式原理圖及方框圖如圖2.2.1所示。它是汽包水位自動調(diào)節(jié)中最簡單、最基本的一種形式。它引入汽包水位作為反饋量，是典型的單回路定值控制系統(tǒng)。此方式將水位測量信號經(jīng)變送器送到水位調(diào)節(jié)器，水位調(diào)節(jié)器根據(jù)水位測量值與給定值的偏差去控制給水閥門，改變給水量來保持汽包水位在允許的操作范圍內(nèi)。這種控制方式，在停留時間較長，負荷也比較穩(wěn)定的場合，再配上一些聯(lián)鎖報替裝置，也可以保證安全操作.但在停留時間較短，負荷變化較大時，采用此方式就不合適。這是由于：(1)負荷變化時產(chǎn)生的虛

17、假水位，將使調(diào)節(jié)器反向錯誤動作，負荷增大時反向關(guān)小給水調(diào)節(jié)閥，一到閃急汽化平息下來，將使水位嚴(yán)重下降，波動很大，動態(tài)品質(zhì)很差。(2)負荷變化時，控制作用緩慢。即使虛假水位現(xiàn)象不嚴(yán)重，從負荷變化到水位下降要有一個過程，再由水位變化到閥動作己滯后一段時間。如果水位過程時間常數(shù)很小，偏差必然相當(dāng)顯著。(3)給水系統(tǒng)出現(xiàn)擾動時，閥門動作緩慢。假定給水泵的壓力發(fā)生變化，進水流量立即變化，然而到水位發(fā)生偏差而調(diào)節(jié)閥動作，同樣不夠及時?？傊?，單沖量汽包水位調(diào)節(jié)的優(yōu)點是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，在汽包容量比較大、水位在受到擾動后的反應(yīng)速度比較慢、虛假水位現(xiàn)象不很嚴(yán)重的場合，采用單沖量水位調(diào)節(jié)是能夠滿足生產(chǎn)要求的。2.2

18、.2雙沖量控制方式在汽包水位控制中，最主要的擾動是負荷的變化。如果引入蒸汽流量來校正，就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)。這樣不僅可以補償虛假水位的引起的誤動作，而且使給水調(diào)節(jié)閥的動作及時，如圖2.2.2所示。圖中，為加法系數(shù)，為蒸汽流量擾動下，汽包水位的傳遞函數(shù)。圖2.2.2汽包水位雙沖量控制原理圖及方框圖從本質(zhì)上看，雙沖量控制系統(tǒng)是一個前饋加單回路反饋控制系統(tǒng)的復(fù)合控制系統(tǒng)。這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點是：(1)引入蒸汽流量前饋信號可以消除虛假水位對調(diào)節(jié)的不良影響，當(dāng)蒸汽量變化時，就有一個使給水量與蒸汽量同方向變化的信號，可以減小或抵消由于虛假水位現(xiàn)象而使給水量與蒸汽量相反方向變化的誤動作，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正

19、確的方向移動。因而大大減小了給水量和水位的波動，縮短了過渡過程的時間。(2)引入了蒸汽流量前饋信號，能夠改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。當(dāng)、選擇匹配時，系統(tǒng)的靜態(tài)特性是無差的。雙沖量調(diào)節(jié)由于有以上特點，所以能在負荷變化頻繁的工況下比較好的完成水位調(diào)節(jié)任務(wù)。在給水壓力比較平穩(wěn)時，采用雙沖量調(diào)節(jié)是能夠達到調(diào)節(jié)要求的。雙沖量調(diào)節(jié)存在的問題是:調(diào)節(jié)作用不能及時反映給水側(cè)的擾動，當(dāng)給水量擾動時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)等于單沖量調(diào)節(jié)。因此，如果給水母管壓力經(jīng)常有波動，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不易保持正常時，不宜采用雙沖量調(diào)節(jié)。同時調(diào)節(jié)閥的工作特性不一定是線性的，這樣要做到靜態(tài)補償就比較困難。2.2.3三沖量控制方式目前

20、鍋爐都向大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，一般講鍋爐容量越大，汽包的容水量相對就越小，允許波動的蓄水量就更少。如果給水中斷，可能在10-20秒內(nèi)就會發(fā)生危險水位;如僅是給水量與蒸發(fā)量不相適應(yīng)，在一分鐘到幾分鐘內(nèi)也將發(fā)生缺水或滿水事故。這樣對水位控制要求就更高了。鍋爐給水量在運行中經(jīng)常會有自發(fā)性的變化，當(dāng)幾臺鍋爐并列運行時，還可能發(fā)生幾臺鍋爐的水位調(diào)節(jié)互相干擾的現(xiàn)象。當(dāng)某一臺鍋爐負荷和給水量改變時，引起給水母管壓力波動，而使其它鍋爐的給水量受到擾動。在雙沖量水位調(diào)節(jié)中，對于給水量這種自發(fā)變化不能及時反映出來，要經(jīng)過一定的遲延時間之后，給水量的擾動才能通過汽包水位的變化而被發(fā)覺，此后在克服擾動時，幾臺鍋爐的

21、水位調(diào)節(jié)又互相影響，使得調(diào)節(jié)過程非常復(fù)雜。針對上述情況，為了把水位控制平穩(wěn)，在雙沖量水位調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上引入了給水流量信號，由水位H、蒸汽流量D和給水流量W組成了三沖量汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，汽包水位H是被調(diào)量，是主沖量信號，蒸汽流量D、給水流量W是兩個輔助沖量信號。圖2.2.3 a汽包水位三沖量前饋-反饋控制原理圖及方框圖(1)前饋-反饋控制方式前饋-反饋控制方式的原理圖及方框圖如圖2.2.3 a所示，從方塊圖上可以看出，這個系統(tǒng)有兩個閉合回路：(1)是由給水流量W、給水分流器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥組成的內(nèi)回路。(2)由水位調(diào)節(jié)對象和內(nèi)回路構(gòu)成的主回路。蒸汽流量D、分流器、對象均在閉合回路之外，它的引入可以改

22、善調(diào)節(jié)質(zhì)量，但不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性。所以該系統(tǒng)的實質(zhì)是前饋加反饋的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。為了確保當(dāng)負荷變化時水位無余差，必須保證物料平衡，由此確定分流系數(shù)，的值。(2)前饋-串級控制方式前饋-串級控制方式的原理圖及方框圖如圖2.2.3 b所示，該方案與前饋-反饋控制方式相似，僅是加法器位置從調(diào)節(jié)器前移至調(diào)節(jié)器后。此方案不管系數(shù)如何設(shè)置，當(dāng)負荷變化時，液位可以保持無差。圖2.2.3 b汽包水位三沖量前饋-串級控制原理圖及方框圖第3章 儀表選型3.1 液位變送器的選擇選擇TK3051L液位變送器，如圖3.1(1)工作原理：工作時高低壓側(cè)的隔離膜片和灌充液將過程壓力傳給灌充液，接著灌充液將壓力傳遞到傳感器

23、中心的傳感膜片上。傳感膜片是一個張緊的彈性元件，其位移隨所受壓而變化（對于GP表壓變送器，大氣壓如同施加在傳感膜片上的低壓側(cè)一樣）。AP絕壓變送器，低壓側(cè)始終保持一個參考壓力。傳感膜片的最大位移量為0.004英寸（0.1毫米），且位移量與壓力成正比。兩側(cè)的電容板極檢測傳感膜片的位置。傳感膜片和電容極板之間電容的差值被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流，電壓或數(shù)字HART（高速可尋址遠程發(fā)送器數(shù)據(jù)公路）輸出信號。(2)特點：完整的變送系列；測量范圍：0-0.5inH20至6000psig；結(jié)構(gòu)小巧、堅固、抗震；模塊化結(jié)構(gòu)；阻尼可調(diào)；多種選項，量應(yīng)用靈活；智能，模擬或低耗電路；電氣連接及安裝：配有多種過程連接器和安

24、裝法蘭。技術(shù)參數(shù)如下：a 液位測量精度達0.075%b 校驗量程從2.5inH20至8310inH20c 平面式，2-，4-，與6英寸伸出式膜片d 多種可選灌充液，可滿足不同場合要求e 小巧而質(zhì)輕，易于安裝與維護f 接液件材料：不銹鋼，哈氏合金鉭圖3.1 TK3051L液位變送器3.2 壓力傳感器/變送器PTH501/502/503/504壓力傳感器/變送器采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。廣泛用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制技術(shù)參數(shù)如下：量 程: -0.101150(MPa)綜合精度: 0.1%FS、0.

25、2%FS、0.5%FS、1.0%FS輸出信號: 420mA(二線制)、05V、15V、010V(三線制)供電電壓: 24DCV(936DCV)介質(zhì)溫度: -2085150環(huán)境溫度: 常溫(-2085)負載電阻: 電流輸出型：最大800；電壓輸出型：大于50K絕緣電阻: 大于2000M (100VDC密封等級: IP65長期穩(wěn)定性能: 0.1%FS/年振動影響: 在機械振動頻率20Hz1000Hz內(nèi)，輸出變化小于0.1%FS電氣接口(信號接口): 四芯屏蔽線、四芯航空接插件、緊線螺母機械連接(螺紋接口): 1/2-20UNF、M14×1.5、M20×1.5、M22×

26、1.5等，其它螺紋可依據(jù)客戶要求設(shè)計 圖3.2 壓力傳感器/變送器3.3 控制器的選擇采用上海萬訊儀表生產(chǎn)的AI系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表，其中SA-12智能調(diào)節(jié)儀控制掛件為AI-818，SA-13智能位式調(diào)節(jié)儀為AI-708型。AI-818型儀表為PID控制型，輸出為420mADC信號。AI-708型儀表為位式控制型，輸出為繼電器觸點型開關(guān)信號。AI系列儀表通過RS485串口通信協(xié)議與上位計算機通訊，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的實時監(jiān)控。AI儀表常用參數(shù)設(shè)置：CtrL：控制方式。CtrL=0，采用位式控制；CtrL=1，采用AI人工智能調(diào)節(jié)/PID調(diào)節(jié)；CtrL=2，啟動自整定參數(shù)功能；CtrL=3；自整

27、定結(jié)束。Sn：輸入規(guī)格。Sn=21，Pt100熱電阻輸入；Sn=32,0.21VDC電壓輸入； Sn=33,15VDC電壓輸入。DIL：輸入下顯示值，一般DIL=0.DIH：輸入上限顯示值。輸入為液位信號時，DIH=50；輸入為熱電阻信號時， DIH=100；輸入為流量信號時，DIH=100.OPI：輸出方式，一般為420mA線性電流輸出。CF：系統(tǒng)功能選擇。CF=0為內(nèi)部給定，反作用調(diào)節(jié)；CF=1為內(nèi)部給定，正作用調(diào)節(jié)；CF=8為外部給定，反作用調(diào)節(jié)；CF=9為外部給定，正作用調(diào)節(jié)。Addr：通訊地址。單回路實驗Addr=1；串級實驗主控Addr=1；副控為Addr=2； 三閉環(huán)實驗主控為A

28、ddr=1，副控為Addr=2，內(nèi)環(huán)為Addr=3。實驗中各儀表通訊地址不允許相同。P、I、D參數(shù)可根據(jù)實驗需要調(diào)整。圖3.3 智能調(diào)節(jié)儀表3.4 執(zhí)行器的選擇 RZXP型新系列氣動調(diào)節(jié)閥采用頂導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，配用多彈簧執(zhí)行機構(gòu)。具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、動作靈敏、充體通道呈S流線型、壓降損失小、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優(yōu)點。廣泛應(yīng)用于精確控制氣體、液體等介質(zhì)，氣動調(diào)節(jié)閥的工藝參數(shù)如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。特別適用于允許泄漏量小閥前后壓差不大的工作場合。 本系列產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)型、調(diào)節(jié)切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型等多種品種。產(chǎn)品公稱壓力等級有PN10、16、40、64；閥體口徑范圍D

29、N20200。適用流體溫由-200560范圍內(nèi)多種檔次。泄漏量標(biāo)準(zhǔn)有IV級或VI級。流量特性為線 性或等百分比。多種多樣的品種規(guī)格可供選擇。圖3.4 RZXP型新系列氣動調(diào)節(jié)閥3.5 控制器的作用方式當(dāng)設(shè)定值不變時，隨著測量值的增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，則稱為“正作用”方式；當(dāng)測量值不變時，設(shè)定值減小時，調(diào)節(jié)器輸出也增加，稱為“正作用”方式；如果測量值增加或設(shè)定值減小時，調(diào)節(jié)器輸出減小，則稱為“反作用”方式。經(jīng)分析此系統(tǒng)為正作用方式。3.6 閥的開閉選擇形式關(guān)于給水調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)的選擇，一般都是從安全角度考慮的，人員安全、生產(chǎn)安全、系統(tǒng)設(shè)備安全的需要為首要依據(jù)。由于工業(yè)生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)閥絕大部

30、分為氣動調(diào)節(jié)閥，所以要選擇調(diào)節(jié)閥的氣開氣關(guān)方式。鍋爐給水調(diào)節(jié)閥一般采用氣關(guān)式，一旦事故發(fā)生，系統(tǒng)失控，供水調(diào)節(jié)閥處于全開位置，是鍋爐不致因給水中斷燒壞，避免爆炸等事故的發(fā)生。第4章 參數(shù)整定4.1 PID對控制的影響（1）比例P調(diào)節(jié)在P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號與偏差信號成比例，即 。比例調(diào)節(jié)是有差調(diào)節(jié)，比例調(diào)節(jié)的殘差隨著比例帶的加大而加大，稱為比例帶，其中KP為比例系數(shù)。人們希望盡量減小比例帶，然而，減小比例帶就等于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益，其后果是導(dǎo)致系統(tǒng)的激烈振蕩甚至不穩(wěn)定。穩(wěn)定性是任何閉環(huán)系統(tǒng)的首要要求，比例帶的設(shè)置必須保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度。比例帶具有一個臨界值，此時系統(tǒng)處于穩(wěn)定邊界

31、的情況，進一步減小比例帶系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。（2）積分I調(diào)節(jié)在I調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)的輸出信號的變化速度與偏差信號e成正比，即稱為積分速度，其中為積分時間常數(shù)。增大積分速度將會降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，直至出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過程。I調(diào)節(jié)是無差調(diào)節(jié)，只有當(dāng)被調(diào)量偏差為零時，I調(diào)節(jié)的輸出才保持不變。I調(diào)節(jié)的穩(wěn)定作用比P調(diào)節(jié)差,如果只采用I調(diào)節(jié)不可能得到穩(wěn)定的系統(tǒng)，且振蕩頻率較低。（3）微分D調(diào)節(jié)D調(diào)節(jié)中的輸出與被調(diào)量或其偏差對于時間的導(dǎo)數(shù)成正比，即。 為微分時間。微分的作用在于改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。單純的微分調(diào)節(jié)器是不能工作的。因此微分調(diào)節(jié)只能起輔助的調(diào)節(jié)作用，與P結(jié)合PD或與PI構(gòu)成PID調(diào)節(jié)。總之，PID控制器中

32、，比例環(huán)節(jié)主要減少偏差；積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度；微分調(diào)節(jié)能加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。4.2 PID控制器的參數(shù)整定控制器的參數(shù)整定對系統(tǒng)的控制質(zhì)量起到了決定性的作用。確定控制器最佳過渡過程中的比例帶，積分時間和微分時間的數(shù)值稱為控制器參數(shù)整定?？刂破鲄?shù)整定的方法，在工程上常用的有以下幾種工程整定法。（1）經(jīng)驗法：其整定參數(shù)的順序是，先整定比例帶，待過渡過程穩(wěn)定后再加入積分作用以消除余差，最后加入微分，以加快過渡過程，進一步提高控制質(zhì)量。PID控制器的經(jīng)驗法整定：先將置為0，置為，先整定比例帶使之達到4：1衰減過程，然后將比例帶放大（10%-20%），而積分時間由大

33、到小逐步加入，直至達到4：1的衰減過程，然后將比例帶減小到比原值?。?0%-20%）的位置，而積分時間也適當(dāng)減小，再把由小到大加入，觀察曲線，直到滿意的過程為止。（2）穩(wěn)定邊界法：這是一種閉環(huán)的整定方法。具體步驟如下：置控制器積分時間逐漸減小比例帶，直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，即臨界振蕩過程如圖4.2。錄此時的臨界比例帶及兩個波峰的時間利用和值，按穩(wěn)定邊界法計算表給出的相應(yīng)公式求出控制器的穩(wěn)定參數(shù)、。（3）衰減曲線法：它是在經(jīng)驗法和穩(wěn)定邊界潛藏顧慮，針對它們的不足，反復(fù)實驗而得出的一種參數(shù)整方法。具體步驟如下：將控制器積分時間為最大值，微分時間為0，在純比例作用下，系統(tǒng)試運行。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，作設(shè)定值

34、階躍擾動，并觀察系統(tǒng)響應(yīng)如圖4.2。若系統(tǒng)響應(yīng)衰減太快，則減小比例帶，反之，則增大比例帶。直到系統(tǒng)出現(xiàn)4：1的衰減振蕩過程，記下此時的比例帶和TS的數(shù)值。利用4：1衰減整定參數(shù)表求得控制器的PID數(shù)值。將比例帶放到比計算值大一些的數(shù)值上，然后把積分時間按計算值加入，再把微分時間加入，最后把比例帶減小到計算值，觀察過渡過程曲線，調(diào)整到滿意的結(jié)果。tttTkTsrrr0r000tyy00t041圖4.2幾種工程整定法下的PID參數(shù)響應(yīng)曲線第5章 設(shè)計心得本設(shè)計是鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng)的設(shè)計，鍋爐汽包水位的良好控制是保證系統(tǒng)輸出蒸汽溫度穩(wěn)定的前提。經(jīng)分析后采用三沖量的控制方式，這是基于串前饋-串

35、級復(fù)合控制系統(tǒng)，副回路調(diào)節(jié)器通過副回路快速消除給水環(huán)節(jié)的擾動對汽包水位的影響，主調(diào)節(jié)器通過副調(diào)節(jié)器對水位進行校正，使水位保持在設(shè)定值，使系統(tǒng)工作在良好的狀態(tài)下，可滿足系統(tǒng)的控制要求。接著分析了PID對系統(tǒng)的影響，及PID的參數(shù)整定，能夠更好分析鍋爐汽包水位的情況。通過分析證明了汽包水位是工業(yè)鍋爐安全、穩(wěn)定運行的重要指標(biāo)，保證水位控制在給定范圍內(nèi)，對于提高蒸汽品質(zhì)、減少設(shè)備損耗和運行損耗、確保整個網(wǎng)絡(luò)安全運行具有重要意義。通過鍋爐給水控制系統(tǒng)的設(shè)計實驗，更深的了解了給水控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和原理，實現(xiàn)預(yù)期的課程設(shè)計目的。通過本次為期三周的過程控制課程設(shè)計這一實踐環(huán)節(jié)，感受頗多，由原先的課堂理論知識到動手實踐環(huán)節(jié)是一次大的轉(zhuǎn)變，也是理論聯(lián)系實際的最好體現(xiàn)。整個課設(shè)中，很考驗了一個人怎樣從現(xiàn)實生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)問題并