鍋爐自動控制實(shí)驗(yàn)系列

1、鍋爐自動控制實(shí)驗(yàn)系列實(shí)驗(yàn)一 鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、進(jìn)一步熟悉單回路溫度控制系統(tǒng)的組成與工作原理。 2、研究P、PI、PD和PID四種調(diào)節(jié)器分別對溫度系統(tǒng)的控制作用。 3、掌握好PID參數(shù)自整定的方法。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置 2、計(jì)算機(jī)、上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根 3、萬用表 1只 三、實(shí)驗(yàn)原理 圖2為一個(gè)單回路鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖其中鍋爐內(nèi)膽為動態(tài)循環(huán)水，變頻器、磁力泵與鍋爐內(nèi)膽組成循環(huán)水系統(tǒng)。而被控的參數(shù)為鍋爐內(nèi)膽水溫，即要求鍋爐內(nèi)膽水

2、溫等于給定值。實(shí)驗(yàn)前先通過變頻器、磁力泵支路給鍋爐內(nèi)膽打滿水，然后關(guān)閉鍋爐內(nèi)膽的進(jìn)水閥門F1-13。待系統(tǒng)投入運(yùn)行以后，變頻器-磁力泵再以固定的小流量使鍋爐內(nèi)膽的水處于循環(huán)狀態(tài)。在內(nèi)膽水為靜態(tài)時(shí)，由于沒有循環(huán)水加以快速熱交換，而三相電加熱管功率為4.5KW，使內(nèi)膽水溫上升相對快速，散熱過程又相對比較緩慢，而且調(diào)節(jié)的效果受對象特性和環(huán)境的限制，導(dǎo)致系統(tǒng)的動態(tài)性能較差，即超調(diào)大，調(diào)節(jié)時(shí)間長。但當(dāng)改變?yōu)檠h(huán)水系統(tǒng)后，便于熱交換及加速了散熱能力，相比于靜態(tài)溫度控制實(shí)驗(yàn)，在控制的動態(tài)精度，快速性方面有了很大地提高。系統(tǒng)采用的調(diào)節(jié)器為工業(yè)上常用AI智能調(diào)節(jié)儀。 圖3 鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫控制系統(tǒng)的方框圖 四、

3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、按圖2要求，完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的接線。 2、接通總電源和相關(guān)儀表的電源。 3、打開閥F1-1、 F1-2、 F1-5和 F1-13，關(guān)閉其它與本實(shí)驗(yàn)無關(guān)的閥。用變頻器-磁力泵支路給鍋爐內(nèi)膽打滿水。待實(shí)驗(yàn)投入運(yùn)行以后，變頻器-磁力泵再以固定的小流量使鍋爐內(nèi)膽的水處于循環(huán)狀態(tài)。 4、手動操作調(diào)節(jié)器輸出，用計(jì)算機(jī)記錄鍋爐內(nèi)膽中水溫的響應(yīng)曲線，并由該曲線求得K、T和值，據(jù)此查表確定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)和TI，并整定之。 5、設(shè)置好溫度的給定值，先用手操作調(diào)節(jié)器的輸出，通過三相移相調(diào)壓模塊給鍋爐內(nèi)膽加熱,等鍋爐水溫趨于給定值且不變后，把調(diào)節(jié)器由手動切換為自動，使系統(tǒng)進(jìn)入自動運(yùn)行狀態(tài)。 6、打開

4、計(jì)算機(jī)，運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件，并進(jìn)行如下的實(shí)驗(yàn)： 當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，突加階躍擾動（將給定量增加5%15%），觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。 7、通過反復(fù)多次調(diào)節(jié)PI的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較滿意的動態(tài)性能指標(biāo)。用計(jì)算機(jī)記錄此時(shí)系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)曲線。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、用實(shí)驗(yàn)方法整定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)。 2、作出比例P控制時(shí)，不同值下的階躍響應(yīng)曲線，并記下它們的余差ess。 3、比例積分調(diào)節(jié)器（PI）控制 1) 在比例調(diào)節(jié)控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加上積分作用“I”，即把“I”（積分）設(shè)置為一參數(shù)，根據(jù)不同的情況，設(shè)置不同的大小。觀察被控制量能否回到原設(shè)定值的位置，以驗(yàn)證系統(tǒng)在PI調(diào)節(jié)器控制下，系統(tǒng)的階躍擾動無余

5、差產(chǎn)生。 2) 固定比例P值（中等大小），然后改變調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)TI值，觀察加入階躍擾動后被調(diào)量的輸出波形和響應(yīng)時(shí)間的快慢。 3) 固定TI于某一中等大小的值，然后改變比例度的大小，觀察加階躍擾動后被調(diào)量的動態(tài)波形和響應(yīng)時(shí)間的快慢。 4、分析和TI值改變時(shí)，各給系統(tǒng)動態(tài)性能產(chǎn)生什么影響。 六、思考題 1、消除系統(tǒng)的余差為什么采用PI調(diào)節(jié)器，而不采用純積分器？ 2、在溫度控制系統(tǒng)中，為什么用PD和PID控制，系統(tǒng)的性能并不比用PI控制時(shí)有明顯地改善？ 3、內(nèi)膽動態(tài)水的溫度控制會比靜態(tài)水時(shí)的溫度控制更容易穩(wěn)定、性能更好？能否通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下？ 實(shí)驗(yàn)二 鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制系統(tǒng) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

6、1、了解位式溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成。 2、掌握位式控制系統(tǒng)的工作原理及其調(diào)試方法。 二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 1、THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置 2、計(jì)算機(jī)、上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根 3萬用表 1只 三、實(shí)驗(yàn)原理 圖4 鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制結(jié)構(gòu)示意圖 溫度測量通常采用熱電阻元件（感溫元件）。它是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進(jìn)行溫度測量的，在本實(shí)驗(yàn)中采用的熱電阻為Pt100鉑電阻。鉑電阻元件是采用特殊的工藝和材料制造，它具有很高的穩(wěn)定性和耐震動等特點(diǎn)，還具有較強(qiáng)的抗污染能力。 本實(shí)驗(yàn)的被控對象是鍋爐內(nèi)膽的電熱絲，被控制量是內(nèi)膽的水溫T，溫度變送

7、器把被控制量T轉(zhuǎn)變?yōu)榉答侂妷篤i，它與二位調(diào)節(jié)器設(shè)定的上限輸入Vmax 和下限輸入Vmin比較，從而決定二位調(diào)節(jié)器輸出繼電器閉合與斷開，即控制位式接觸器接通與斷開。圖5為位式控制器的工作原理圖。圖5 位式控制器的輸入-輸出特性 圖中： V0-位式控制器的輸出 Vi-位式控制器的輸入 Vmax-位式控制器的上限輸入 Vmin-位式控制器的下限輸入 由圖5可見，VO與Vi的關(guān)系不僅有死區(qū)存在，而且還有回環(huán)，因而圖5所示的系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)典型的非線性控制系統(tǒng)。執(zhí)行器只有“開”或“關(guān)”兩種極限工作狀態(tài)，故稱這種控制器為二位調(diào)節(jié)器。該系統(tǒng)的工作原理是： 當(dāng)被控制的鍋爐水溫T減小到小于設(shè)定下限值時(shí)，即Vi

8、Vmin時(shí)，位式調(diào)節(jié)器的輸出繼電器閉合，交流接觸器接通，使電熱絲接通三相380V電源進(jìn)行加熱（如圖4所示）。隨著水溫T的升高，Vi也不斷增大，當(dāng)增大到大于設(shè)定上限值時(shí)，即ViVmax時(shí)，則位式調(diào)節(jié)器的輸出繼電器斷開，這樣交流接觸器也斷開，切斷電熱絲的供電。由于這種控制方式具有沖擊性，易損壞元器件，只適用在對控制質(zhì)量要求不高的場合才使用。 位式控制系統(tǒng)的輸出是一個(gè)斷續(xù)控制作用下的等幅振蕩過程，因此不能用連續(xù)控制作用下的衰減振蕩過程的溫度品質(zhì)指標(biāo)來衡量，而用振幅和周期作為控制品質(zhì)的指標(biāo)。一般要求振幅小，周期長，然而對同一個(gè)位式控制系統(tǒng)來說，若要振幅小，則周期必然短；若要周期長，則振幅必然大。因此通過合理選擇中間區(qū)以使振幅在限定范圍內(nèi)，而又盡可能獲得較長的周期。圖4為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖6為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方框圖。 圖6 鍋爐位式控制方框圖 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、按圖4要求，完成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的接線。 2、接通總電源和相關(guān)儀表的電源。 3、打開閥F1-1、 F1-2、F1-5和F1-13，關(guān)閉其它所有與本實(shí)驗(yàn)無關(guān)的閥，用電動調(diào)節(jié)閥支路給鍋爐內(nèi)膽打水至最大容量的三分之二左右時(shí)，停止打水。 4、在調(diào)節(jié)器上設(shè)置好溫度的給定值及控制范圍（即儀表的回差值dF），讓系統(tǒng)投入運(yùn)行。 5、打開計(jì)算機(jī)，運(yùn)行MCGS組態(tài)軟件并進(jìn)入本實(shí)驗(yàn)，觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。 6、