基于Matlab的燃油炉温度仿真系统的设计.pdf

2 0 1 1 年第 3期 工业仪表与自动化装置 8 9 基于 Ma t la b的燃油炉温度仿真 系统 的设计 苏国民 孙旭 英之杰建筑工程有限公 司 辽 宁 大连 1 1 6 6 2 2 摘要 燃油炉温度控制系统受到干扰后 希望系统能够迅速 回到给定值 所 以 P I D参数的设 定 至关重要 目前燃油锅 炉调节器 P I D参数均在现场通过试凑法调整 这需要燃油炉反复启停 人 为 因素较大 费时 费力并且动静特性较差 该文根据劳斯稳定判据 推导调节器数学模型 然后利用 M a t l a b 进行系统仿真 通过调节P I D参数使系统动静特性处在较优状态 然后以此参数指导现场调 节器参数整定 关键词 燃油锅炉 流量控制 Ma t la b仿真 中图分类号 T P 2 7 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 1 0 3 0 0 8 9 0 2 Th e d e s ig n o f f u e l f ur n a ce t e mp e r a t u r e s y s t e m wit h t h e M a t la b SU Guo min S UN Xu E G C o n s t r u ct i o n C o L i a o n i n g D a l i a n 1 1 6 6 2 2 C h i n a Ab s t r a ct Wh e n t h e t e mp e r a t u r e o f t h e o i l f u r n a ce co n t r o l s y s t e m is d is r u p t e d w e w is h it q u ick l y r e t u r n t o a g i v e n v a lu e S O t h e PI D p a r a me t e r s i s imp o r t a nt No w t h e bo ile r PI D pa r a me t e r s a r e in t h e fi e ld t o a d j u s t t h r o u g h t ri a l a n d e r r o r m e t h o d w h ich r e q u i r e s o il f u r n a ce r e p e a t e d ly s t a r t a n d s t o p t h e e r r o r is la r g e r wa s t e h u ma n a n d t ime Acco r d in g t o Ro lls s t a b il it y me t h o d d e ri v e d ma t h mo d e l t h e n Ma t la b s im u l a t i o n co n t r o l s y s t e m a n d a d j u s t i n g t h e P I D p a r a m e t e r s a d j u s t s t a t ic a n d d y n a m ic ch a r a ct e r is t ics o f t h e s y s t e m in o p t i mu m co n d i t io n a n d t h e n g u i d e t h e fie ld a d j u s t m e n t p a r a m e t e r s Ke y wo r ds f u e l b o ile r fl o w co n t r o l Ma t l a b s imu la t io n 0 引言 燃油锅炉结构紧凑 体积小 效率高 使用方便 对环境污染少 在我国大 中城市正越来越广泛的得 到使用 燃油锅炉流量控制方式直接影响其效率 目 前燃油炉控制的主要方式为 当锅炉负荷变化时 通 过改变油嘴数量及调节油嘴的 回油 阀开度 使 回油 量得到改变 回油量越大则 喷油量越小 反之 则喷 油量增加 目前流量调节器参数采用 P I D P I 居多 通过试凑法调整 P I D系数 这种方法人为因素较大 设计的不合适会导致燃油量急剧调大或调小 甚至 震荡 该文根据控制理论稳定性原则 推导流量调 节器数学模 型 然后利用 M a t la b软件进行仿真 通 过调节时间常数 保证系统动静特性处在较优状态 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 1 1 作者简 介 苏 国民 1 9 7 8 男 英 之杰建筑 工程有 限公 司设计部 经理 工程师 可以以此参数指导现场仪表 的参数调节 文中控制 系统采用 P L C作 为控制 中心 功能强 大 可方便实 现远程通信 1 燃油锅炉结构及基本控 制原理 燃气锅炉原理如 图 1所示 锅炉通过喷嘴将燃 油喷入炉膛并在炉膛空间呈悬浮状态燃烧 工作程 序为锅炉给水 锅炉点火 供油 供风 火焰检测 自动 保护功能为一体 要使燃油充分燃烧 燃油燃烧器是 关键部件 这个燃烧器 由几大部件组成 一是风机 产生足够的氧气助燃 二是油泵及油嘴 油泵与风机 电机联动产生高压油 约 1 2 k g cm 油嘴将此高压 油形成雾状喷出 高压包产生 1 0 k V的高压在点火 电极产生电火花点燃此油雾 正常的燃烧形成 其中 还有一些附属设备如 电眼 用来监控燃烧是否正常 电磁阀用来开闭油路 伺服马达控制风 门的开度来 调节风量大小 9 0 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 1年第 3期 图 1 燃气 锅炉原理图 阀 2 加 热炉 温度控制 系统基本构成 加热炉温度控制系统如图 2所示 首先传感器 将加热炉的温度转化为 电压信号 P L C将 A D送进 来的温度反馈信号与给定值 比较 经 P I D运算处理 P WM输出通过变频器控制燃油泵流量 最后实现燃 油炉温度的控制 三相 审源 图 2 燃气锅炉原理 图 3 燃油炉 系统 稳定 性设计 1 劳斯判据又称为代数稳定判据 劳斯 于 1 8 7 7 年提出 若系统稳定其多项式 方程位 于复平面右半 部必须有正根 即可 以根据系统特征多项式 的系数 直接判断系统稳定性的判据 系统的特征多项式就 是系统传递函数 的分母多项式 它是 复变量 S的一 个代数多项式 使 这一多项式为零 而求得 的 S 值称 为特征多项式的根 由于不必求解方程 为系统的稳 定性的判断带来 了极大的便利 2 燃油系统稳定性设计如 图 3所示 燃油 系统 中 G s 为调节器 控制器环节 G s 为执 行器环 节 G S 为被控对象 图 3 控制系统框图 根据劳斯判据 系统稳定条件 l G s G v s G s I 1 1 式 中调节阀 G s 选择 当调节器的参数被整 定后 则系统的特性就被决定 了 为使调节 系统能 够适应 负荷的变化 而使调节器参数不需 要重新整 定 则要求广义对象特性保持不变 当狭义对象在受 到负荷改变使特性发生变化时 适 当设计 调节 阀特 性可以起到 补偿器 修正广 义对 象特 性 的作用 液 位 一流量狭义对象特性成平方关系 故选 择调节 阀 应采用百分 比流量特性 十l 对象 G s 如为直接加热则用一阶表示 设备 采取套管加热则用二阶表示 n 1 J 代入式 1 则有 c 2 如式 2 所示 一个 反馈调节系统 的开环特性 是 由调节器与广义对象所组成 3 燃油控制系统 Ma t la b仿真模型 如图 4所示 调节器选用 P I 调节进行控制 首 先G v s 用 厶 G p s 用 蒜反 映 曲 线 剧 烈 的振动 分析只有 i i i 系统是稳定的 为此增加了 微分结构后 变成典型 ii型系统可达到稳定 图4 系统仿真模型 用 Ma t la b仿 真 设 定 G s 调 节 参数 K 0 5 1 T t 0 6 T o 0 如图 5所示 系统 阶跃 响应 比较快 但略微超调 厂 f r h r f f 1 l J f 进一步调节 采取 P I D调节方式 K p 1 2 I T 0 6 T 0 8 如图 6所示 系统 响应快 超调量小 很快达到稳定值 符合设计要求 下转第 9 4页 9 4 T业仪表与 自动化装置 2 0 1 1年第 3期 2 5 2 0 1 5 料 l 0 妊 O 5 0 1 O 5 4 0 I t m粒 f C 7 5型科氏质量流量计磨损率曲线 2 O 0m s 1 0 0 m s l 5 0 m s 州 p 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 管道位簧 m 图7 C 7 5型科氏质量流量计在不同速度下磨损率分布曲线 表 1 C 7 5科 氏质 量流量计在不 同条件下 冲刷 5 0 mm 2 0 mm 方孔的时 间 5结束 语 颗粒对振动管 的磨损程度受撞击角大小 颗粒 大小 颗粒数量和颗粒的速度影 响 当撞击角小于 最大撞击角时 磨损率 随着撞击角的增大而增大 当 撞击角大于最大撞击角时 磨损率随着撞击角 的增 大而减小 当颗粒 的速度相 同时 颗粒愈大 磨损率 最大点愈滞后于小颗粒磨损率最大点 当颗粒大小 一 定的情况下 磨损率随着速度 的增加而变大 以 同样 的研 究 方 法 对 西 安 东 风 机 电有 限 公 司 的 z I J C 7型科 氏质量 流量计进行 了研究 得 出的结论 是相同的 因此 通过 限制颗粒 大小 和颗粒进入流 量计振动管 的速度延长流量计 的使用寿命 或者凭 借磨损率计算流量计振动管 的预警寿命 避免发生 T业事故 减小经济损失 参考 文献 1 微动公司 用于科里奥利效应质量流量计中的故障检 测和校正的方法和装置 P 美国 1 1 6 6 1 9 9 1 9 9 7 2 微动公司 用于检测振动元件密度计和科里奥利质量 流量计上的腐蚀 侵蚀或产品集结的方法和校准确认 P 美国 1 8 5 6 6 9 7 2 0 0 6 3 樊尚春 刘军涛 影响气体质量流量计若十因素的研 究 J 理论与研究 2 0 0 5 1 0 1 3 4 郑有 取 张新 育 9 O 方 形 弯管 内颗粒 冲蚀 磨损 研 究 J 热力发电 2 0 0 7 4 3 4 3 7 5 G r a n t G T a b a k o ff W E r o s i o n p r e d i ct i o n in t u r b o m a ch in e r y r e s u lt in g f r o m e n v ir o n m e n t a l s o l i d p a r t icle s J J A i r cr a f t 1 9 7 5 1 2 4 7 5 4 7 8 6 T a b a k o ff W H a m e d A A e r o d y n a m i c e f f e ct s O I 1 e r o s i o n i n t u r b o m a ch i n m C I n P r o c T o k y o J o in t G a s F u r b in e Co n g r 1 9 77 57 4 5 8 0 7 江帆 黄鹏 F L U E N T高级应用与实例分析 M 北京 清华大学 出版社 2 0 0 8 8 于勇 张俊明 姜连田 F L U E N T入门与进阶教程 M 北京 北京理 T大学 出版社 2 0 1 0 上接第 9 0页 f 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 图6 P I D响应曲线 利用仿真参数 指导现场调节器调节 可以很快 完成调试任务 4 结论 建立燃油炉仿真系统后 可以任意调整仿真系 统 P