过程控制课程设计.docx
《过程控制课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过程控制课程设计.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
过程控制课程设计
课程设计报告
（2012--2013年度第一学期）
名称：
过程控制课程设计
题目：
送引风控制系统设计
院系：
自动化
设计周数：
1周
姓名
学号
分工
成绩
成员
日期：
2013年1月9日
一、课程设计（综合实验）的目的与要求
1．正文为宋体，五号字行间距为21
1．1------------
1．2------------
二、设计（实验）正文
1．正文为宋体，五号字行间距为21
1．1------------
1．2------------
三、课程设计（综合实验）总结或结论
1．正文为宋体，五号字行间距为21
1．1------------
1．2------------
四、参考文献
[1]作者1,作者2书名.出版单位,版本.出版日期
附录（设计流程图、程序、表格、数据等）
《过程控制》课程设计
任务书
一、目的与要求
“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。
通过实际工业过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图纸的绘制等基础设计和设计说明的撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完成工程师基本技能训练。
二、主要内容
1．根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，给出控制系统原理图；
2．根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，绘制控制系统工艺流程图（PID图）；
3．根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图（包括系统功能图和系统逻辑图）；
4．对所设计的系统进行仿真试验并进行系统整定；
5．编写设计说明书。
三、进度计划
序号
设计（实验）内容
完成时间
备注
1
下达任务，查找资料
周一、周二
2
制定控制方案，绘制控制系统SAMA图
周二、周三
3
仿真试验、撰写设计说明
周三、周四
4
答辩
周五
四、设计（实验）成果要求
1．绘制所设计热工控制系统的的SAMA图；
2．根据已给对象，用MATABL进行控制系统仿真整定，并打印整定效果曲线；
3．撰写设计报告
五、考核方式
提交设计报告及答辩
学生姓名：
指导教师：
2013年1月9日
一．对象特性分析
1.送风控制系统
送风控制系统的功能是维持风、煤成一定比例关系，确保炉膛燃烧的最佳条件。
保证燃料在炉膛中充分燃烧，直接影响锅炉运行的经济性。
为了使锅炉适应负荷的变化，必须同时改变送风量和燃料量，一般实际送风量要比理论空气量大一些，送风系统的被控对象为炉膛，它是惯性和迟延都比较小的自衡对象。
当空气量不变，燃料量增加时，使空气量与燃料量比值下降，烟气中的含氧量降低，当燃料量不变，空气量增加时，烟气中的含氧量增加，控制系统应使送风量与燃料量协调变化，以保证经济性。
送风调节的任务在于保证燃烧的经济性,具体地说,就是要保证燃烧过程中有合适的燃料与风量比例,送风调节对象近似比例调节。
因此通常采用保持燃料量与送风量成比例关系的送引风控制系统,燃料量信号以前馈形式引入送风机控制系统,作为送风调节器的给定值;送风量信号作为反馈信号引入送风调节器,构成一个单闭环比值控制系统,可以实现送风量快速跟踪燃料量的变化。
于送风调节器采用PI作用调节器,所以静态时,调节器入口信号平衡。
2．引风控制系统
引风控制系统即炉膛压力控制系统，炉膛压力直接影响炉膛内燃料的燃烧质量和锅炉的安全性，是引起锅炉灭火最直接的因素。
引风控制的任务是保持炉膛负压在规定的范围之内。
由于送风量的变化是引起负压波动的主要原因,为了能使引风量快速地跟踪送风量,以保持二者的比例,可将送风量作为前馈引入引风调节器。
这样当送风控制系统动作时,引风控制系统立即跟着动作,而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作,从而能使炉膛负压基本不变。
所以引风控制系统引入送风前馈信号以后,将有利于提高引风控制系统的稳定性和见效炉膛负压的动态偏差。
引风控制系统的被控对象锅炉烟道是惯性较小，调节速度快的自衡对象，被调量负压反应灵敏。
二．设计控制方案
由对象特性分析可知，在燃料量变化的同时，送风和引风量要按比例协调动作，送风量引起烟气含氧量变化，送风控制系统以烟气中含氧量作为被调量，其内环要保证最佳空燃比，送风控制系统为氧量—空燃比串级系统；引风系统为一单回路控制系统，被调量为锅炉负压，它反映吸风量与送风量之间的平衡关系，所以辅以前馈控制，即在送风量改变的同时也改变引风量。
1.送引风控制系统结构原理方框图
图1送引风控制系统原理方框图
2．选择控制系统控制结构，画控制原理图
2.1送风控制系统采用串级控制系统
送风控制系统采用氧量信号作为校正信号，如方框图所示。
它是一个串级比值控制系统，主调节器（氧量校正调节器）接受氧量定值信号。
副调节器接受燃料信号B，反馈信号V及氧量校正调节器的输出，副回路用以保证风煤的基本比例，起粗调作用。
主回路用来校正氧量，起细调作用。
当烟气中的含氧量高于给定值时，氧量校正器发出校正信号，修正送风控制系统的给定值，使送风调节器减少送风量。
经过校正后的送风量将保证烟气中的含氧量等
图2送风控制系统原理图图3送风控制系统结构图
于给定值。
当系统处于平衡状态时，副调节器的入口信号平衡关系为：
因此，校正后的送风量信号应该为：
式中，
为氧量校正调节器的输出信号。
可见，在有氧量校正的送风控制系统中，送风量除了需要与燃料量保持比例外，还要附加一个校正送风量信号
，才能使烟气中的含氧量达到最佳值。
2.2引风控制系统采用前馈-反馈单回路控制
引风控制系统为一单回路控制系统，被调量为锅炉负压，它反映吸风量与送风量之间的平衡关系，所以辅以前馈控制，即在送风量改变的同时也改变引风量。
考虑到系统的被调量（炉膛负压）反应了引风和送风之间的平衡关系，明显的改进措施是辅以前馈控制，即在送风量改变的同时也改变引风量。
图4引风机控制系统原理图图图5引风机控制系统结构图
2.3分析调节器正反作用
送风系统：
内回路调节器K为正,为反作用;外回路根据六边形法判断:
若输出含氧量增加,偏差E减小;主对象K为正,所以要求阀门输出减小,则副调节器输出减小,副调节器输入减小,主调节器输出U减小,所以主调节器为反作用。
引风系统：
根据原理方框图,调节器的增益K为正,为反作用。
2.4控制仪表的选择
控制仪表的主要类型大致分为气动或电动，电动Ⅰ型，Ⅱ型，Ⅲ型，单元组合仪表或是基地仪表等。
常用的控制仪表有电动Ⅱ型﹑Ⅲ型。
在串级控制系统中，选用的仪表不同，具体的实施方案也不同。
电动型和电动型仪表就其功能来说基本相同，但是其控制信号不同，控制Ⅱ型的典型信号为0~10mADC，二电动Ⅲ型的典型信号为4~20mADC，此外，Ⅲ型仪表较Ⅱ型仪表操作，维护更方便，简捷，同时Ⅲ型仪表还具有完善的跟踪，保持电路，使得手动切换非常方便，随时都可以进行切换，且保证无扰动。
所以在本设计中选用电动Ⅲ型仪表。
3送风引风控制系统SAMA图
3.1送风系统
3.2引风系统
三．送风引风控制系统仿真
送风对象
U——控制器输出，AF——送风量，O2%——含氧量
引风对象
IF——引风量，PF——负压
1.1副调节器参数整定
断开主回路，输入单位阶跃信号，内回路PID调节器proprotional项（以下简称P）置10，Integral项（I项）及Derivative项（D项）均置零开始仿真，观察相应曲线，根据衰减率在75％－90％间的要求不断调整P项参数，最后得到内回路整定曲线。
仿真框图：
副回路响应曲线（Kp2=2.5，Ki=0.3）：
1.2主﹑副调节器参数整定
连接外回路，把刚整定好的副环作为主环的一个环节，整定主环参数。
为更好地达到品质要求，最后再调节副环参数。
仿真框图：
反复调节参数,直至曲线满足衰减率为0.75—0.9之间,记录参数。
响应曲线：
（Kp1=0.9,Ki1=0.05,Kp2=0.45，Ki2=0.006）
2引风控制系统整定
引风系统的对象为一阶惯性环节,为单回路比例调节.断开送风系统与引风系统的联系，根据经验输入参数，整定得出曲线。
仿真框图：
响应曲线（Kp=0.2，Ki=0.001）：
3.送风引风系统整定
500s时加入一个阶跃扰动step1得到响应曲线：
五．课程设计总结
燃烧控制系统是由燃料量控制，送风控制和引风控制三个相互匹配，密切联系的三个子系统组成。
其中燃料量控制回路使锅炉跟踪外界负荷，送风控制回路维持锅炉最高的热效率，引风控制回路保持负压稳定，这三个控制子回路组成了不可分割的一个整体，统称为锅炉燃烧系统，共同保证锅炉运行的机动性，经济性，安全性。
通过这次过程控制课程设计，练习了对实际工业过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图的绘制等基础设计和设计说明的撰写，学会了如何用Word和CAD软件画生产工艺的制图，在对系统进行仿真及参数整定时，加深了对整定方法的理解，巩固课本学过的知识。
锻炼了基本控制系统工程设计能力、创新意识。
六．参考文献
[1]《过程控制》金以慧主编清华大学出版社1993年4月第1版
[2]《过程控制与Simulink应用》王正林郭阳宽编著电子工业出版社2006.7
升级会员 