夹套与锅炉内胆水温串控制Word格式文档下载.docx

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夹套与锅炉内胆水温串级控制

1总体设计

1.1系统概述

本设计以锅炉作为被控对象，夹套的水温为系统的被控制量。

设计目的是使锅炉夹套的水温稳定至给定量；

使用MCGS组态软件结合研华数据采集设备来实现具体调节效果；

系统整体硬件组态界面如图1所示，控制界面如图2所示。

图1硬件组态界面图

图2控制组态界面图

1.2系统基本工作原理

将温度传感器TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号形成副回路；

主回路以TT2检测到的被控量<

即夹套水温）为反馈信号，与输入设定值相比较送入主调节器，主调节器输出再与副回路反馈信号比较后，经副调节器将控制信号传给执行器，以达到控制锅炉内胆水温的目的。

系统原理方框图如图3所示。

内胆温度检测变送器

夹套温度检测变送器

图3系统原理方框图

2系统分析

2.1控制方案分析

系统的主控量为锅炉夹套的水温，副控量为锅炉内胆的水温，它是一个辅助的控制量。

系统由主、副两个回路所组成，主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控量等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID控制；

副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，已达到对主控量的控制目的，因而副调节器可采用P控制，必要时引入适当的积分环节。

由于锅炉夹套的温度升降式通过锅炉内胆的热传导来实现的，显然，由于副对象管道的时间常数小于主对象时间常数，因而当主扰动<

二次扰动）作用于副回路时，通过副回路的调节作用可快速消除扰动的影响，故设计为串级控制结构如上图2所示。

2.2串级控制系统的特点

1）改善了过程的动态特性；

<

2）能及时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统抗扰动能力；

3）提高了系统的鲁棒性；

4）具有一定的自适应能力。

2.3主、副调节器控制规律

在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。

主调节器起定值控制作用，它的控制任务是使主参数等于给定值<

无余差），故一般宜采用PI或PID调节器。

由于副回路是一个随动系统，它的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P或PI调节器。

2.4主、副调节器正、反作用方式的选择

正如单回路控制系统设计中所述，要使一个过程控制系统能正常工作，系统必须采用负反馈。

对于串级控制系统来说，主、副调节器的正、反作用方式的选择原则是使整个系统构成负反馈系统，即其主通道各环节放大系数极性乘积必须为正值。

各环节的放大系数极性是这样规定的：

当测量值增加，调节器的输出也增加，则调节器的放大系数Kc为负<

即正作用调节器），反之，Kc为正<

即反作用调节器）本装置所用电动调节阀的放大系数Kv恒为正；

当过程的输入增大时，即调节器开大，其输出也增大，则过程的放大系数K0为正，反之K0为负。

2.5串级控制系统的整定方法

在工程实践中，串级控制系统常用的整定方法有以下三种：

1）逐步逼近法

所谓逐步逼近法，就是在主回路断开的情况下，按照单回路的整定方法求取副调节器的整定参数，然后将副调节器的参数设置在所求的数值上，使主回路闭合，按单回路整定方法求取主调节器的整定参数。

而后，将主调节器参数设在所求得的数值上，再进行整定，求取第二次副调节器的整定参数值，然后再整定主调节器。

依此类推，逐步逼近，直至满

足质量指标要求为止。

2）两步整定法

两步整定法就是第一步整定副调节器参数，第二步整定主调节器参数。

整定的具为：

①在工况稳定，主回路闭合，主、副调节器都在纯比例作用条件下，主调节器的

置于100%，然后用单回路控制系统的衰减<

如4:

1）曲线法来整定副回路。

记下相例度δ2S和振荡周期T2S。

②将副调节器的比例度置于所求得的δ2S值上，且把副回路作为主回路中的一个环同样方法整定主回路，求取主回路的比例度δ1S和振荡周期T1S。

③根据求取的δ1S、T1S和δ2S、T2S值，按单回路系统衰减曲线法整定公式计算主节器的比例度δ、积分时间TI和微分时间TD的数值。

④按“先副后主”，“先比例后积分最后微分”的整定程序，设置主、副调节器的参数观察过渡过程曲线，必要时进行适当调整，直到过程的动态品质达到满意为止。

3）一步整定法

由于两步整定法要寻求两个4:

1的衰减过程，这是一件很花时间的事。

因而对两步整定法做了简化，提出了一步整定法。

所谓一步整定法，就是根据经验先确定副调节器的参数，然后将副回路作为主回路的一个环节，按单回路反馈控制系统的整定方法整定主调节器的参数。

具体的整定步骤为：

①在工况稳定，系统为纯比例作用的情况下，根据K02/δ2＝0.5这一关系式，通过副过程放大系数K02，求取副调节器的比例放大系数δ2或按经验选取，并将其设置在副调节器上。

②按照单回路控制系统的任一种参数整定方法来整定主调节器的参数。

③改变给定值，观察被控制量的响应曲线。

根据主调节器放大系数K1和副调节器放大系数K2的匹配原理，适当调整调节器的参数，使主参数品质指标最佳。

④如果出现较大的振荡现象，只要加大主调节器的比例度δ或增大积分时间常数TI，即可得到改善。

2.6组态软件MCGS简介

MCGS<

MonitorandControlGeneratedSystem）是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于MicrosoftWindows95/98/NT/2000等操作系统。

MCGS5.1为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现数据采集、实时和历史数据理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。

3硬件组态说明

3.1数据采集

数据采集卡采用研华1711，将温度传感器TT1、TT2采集来的模拟信号进行处理送入计算机使用，组态软件具体实现操作为点击“工作台”、“设备窗口”、双击“设备窗口”进入设备组态窗口，点击工具箱在“设备管理器”中找到研华PCI1711，加入设备窗口中，并对其设置项中对其“基本属性”、“通道连接”与“数据处理”进行设置，具体设置如下图所示。

图4设备通道连接属性设置

3.2模拟数据设备的组态

由于时间紧迫，实验条件有限，对TT1、TT2采集的数据使用软件中的模拟正弦信号代替，同样点开设备管理器，在“通用设备”子菜单下“模拟数据设备”中找到“模拟设备”，选中此卡，并加入设备窗口，对其“通道链接”进行设置，以便提供所需的模拟数据。

3.3变量定义及说明

在实时数据库中对要使用的变量进行定义，其中主要变量定义如表1所示：

表1变量定义表

夹套PV：

夹套内液体的温度

内胆PV：

锅炉内胆液体温度

夹套SV：

夹套内液体温度设定值<

即给定值）

内胆SV：

锅炉内胆液体设定值

k：

主调节器的比例增益

ti：

主调节器的积分时间常数

td：

主调节器的微分时间常数

k1：

副调节器的比例增益

ei：

主调节器的偏差信号

q0:

比例调节输出值

q1:

积分调节器输出值

q2：

微分调节器输出值

set：

实验开始/停止标志位

op11、op0：

为系统输出值

e1、e2、ei：

为偏差中间变量

ma1：

手动/自动标志位

ma：

手动调节值

opo：

系统输出初始值

夹套sv：

温度设定初始值

op11：

主调节器输出值

op21：

副调节器输出值

out1：

手动调节时系统的输出值

4程序设计与数据连接

4.1按钮链接

建立好上述变量后，接下来需完成与各硬件间的链接，对于按钮链接，以“停止”按钮的链接为例说明：

双击“停止”按钮，进入按钮属性设置窗口，如下图所示；

图5按钮构件属性设置

对“按钮标题”设置即为按钮名称：

停止，基本属性中其他属性依需要而定；

<

2）点击“操作属性”，对该按钮所要完成的操作进行设置；

在此设置如下图所示；

图6按钮操作属性设置窗

3）点击“可见度属性”，对按钮进行隐藏或显示条件的设置，在此设置如图7所示；

图7按钮可见度属性设置窗

结合图6、图7可以看出点击“停止”按钮后，系统中变量set值清零，且当set不为零时该按钮不可见；

4）由于按钮在此不需要完成复杂操作，无需编写脚本程序，根据实际情况，若有需要可点击“脚本程序”项，进入脚本程序编写窗口，完成相应程序的编写；

4.2数据输入、输出的制作与连接

1）点击工具箱标签，拖拽适当大小，双击所画图形，出现如图8所示窗口，

图8动画组态属性设置窗1

2）在“输入输出连接”一栏内打上相应的对勾，在此以“显示输出”为例，勾上之后出现如图9所示对话框，可看出多出“显示输出”设置项；

图9动画组态属性设置窗2

3）点击“显示输出”项，在此对其设置如图10所示，点击下图表达式项中问号，可在数据库选择需要显示的变量；

图10数据“显示输出”设置

4）输入按钮连接与输出类同，指示选择按钮输入，并对其进行相应设置即可。

4.3系统初始状态

初始化状态默认为停止状态，点击“开始实验”按钮后，默认为自动调节状态，各变量初始值如表2所示：

表2变量初始状态值

set=0

k=2

ti=100

td=0

k1=4

sv1=0

ei=0

e1=0

e2=0

ei1=0

ma1=0

ma=0

opo=0

夹套sv=0

op11=0

op21=0

out1=0

4.4循环程序编写

'

界面数值显示'

夹套pv=TT2

内胆pv=TT1

主调节器数值处理'

sv1=夹套sv

ei=sv1-TT2'

主调节器偏差

开始实验'

ifset=1then'

主调节器增量式PID控制

q0=k*（ei-e1>

'

比例项

q1=0'

积分项

ifti<

>

0then

q1=k*0.3*ei/ti

endif

q2=k*td*（ei-2*e1+e2>

/0.3'

微分项

e2=e1

e1=ei

op11=opo+q0+q1+q2

主调节器输出限幅'

ifop11>

=100then

op11=100

endif

ifop11<

=0then

op11=0

opo=op11

副调节器数值处理'

内胆sv=op11

ei1=内胆sv-内胆pv'

副调节器偏差

op