夹套与锅炉内胆水温串控制Word格式文档下载.docx

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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：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2S和振荡周期T2S。

6、将副调节器的比例度置于所求得的2S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1S和振荡周期T1S。根据求取的1S、T1S和2S、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、积分时间TI和微分时间 TD的数值。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

7、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：在工况稳定，系统为纯比例作用的情况下，根据 K02/20.5 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2或按经验选取，并将其设置在副调节器上。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。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。如果出现较大的振荡现象，只要加大主调节器的比例度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MCGSMonitor and

8、 Control Generated System）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Microsoft Windows95/98/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

9、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

10、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

11、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； 比例项 q1=0 积分项 if ti0 then 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 if op11=100 then op11=100 endif if op11=0 then op11=0 opo=op11 副调节器数值处理内胆sv=op11ei1=内胆sv - 内胆pv 副调节器偏差 op