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jl018 电厂 锅炉 蒸汽 温度 控制系统 设计

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【JL018】电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计,jl018,电厂,锅炉,蒸汽,温度,控制系统,设计

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电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计 指导老师：金文凯 姓名：郭荣玲 班级： 191002 学号： 103618 一、课题研究意义 二、锅炉简介 课题研究意义 蒸汽温度是锅炉安全 、 高效 、 经济运行的主要参数 ， 因此对蒸汽温度控制要求严格 。 过高的蒸汽温度会造成过热器 ， 蒸汽管道及汽轮机因过大的热应力变形而毁坏；蒸汽温度过低 ， 又会引起热效率降低 ， 影响经济运行 。 本次课设设计的主要考虑部分是锅炉蒸汽温度控制系统的设计 。 主要蒸汽温度与再热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行时非常重要的 。 过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口温度在允许的范围之内 ， 并保护过热器 ， 使其管壁温度不超允许的工作温度 。 锅炉简介 锅炉是过程工业中必不可少的动力设备。它所产生的蒸汽不仅可提供生产过程作为热源，而且还可以作为蒸汽透平的动力源。在热电厂中按锅炉设备所使用的燃料的种类、燃烧设备、锅体形式、锅炉功能和运行要求的不同，锅炉生产有各种不同的流程。常见锅炉设备的工业流程如下图所示： 串级控制系统的特点 1、串级控制系统具有很强的克服内扰的能力系统的开环放大倍数越大，稳态误差越小，克服干扰的能力也就越强，副调节器的放大倍数整定的越大，这个优点越显著。 2、串级控制系统可以减小副回路的时间常数，改善对象动态特性，提高系统的工作频率，当主、副对象都是一阶惯性环节，主、副调节器都采用比例作用时，串级控制系统由于改善了对象的特性，从而使整个系统的工作频率比单回路系统的工作频率有所提高，而且当主、副对象特性一定时，副调节器放大倍数越大，则工频率越高。 3、串级控制系统具有一定的自适应能力，串级控制系统主回路是一个定值系统，其副回路是一个随动系统，它的定值是主调节器的输出，是一个随机变化的量，主调节器按照被控对象的特性和扰动变化的情况，不断地纠正着副调节器的给定值，副调节器使系统时间常数缩短能很快克服扰动，改善动态特性，也就是一种自适应能力。 采用串级调节系统的条件 1、控制对象可以分段。如下图所示的对象，在物理上可分为两段，两段的传递函数分别为 )，和 )，整个对象的传递函数为 W(S)=)。 其中 )称作对象的导前区，)称为对象惰性区。 2、中间信号可测。在下图中，中间信号 2必须是可以测量的。 般为系统的给定值，火电厂过热蒸汽温度控制系统符合这两个条件。 串级调节系统的分析 根据在减温水量扰动时，过热蒸汽温度有较大的容积迟延，而减温器出口蒸汽温度却有明显的导前作用，完全可以构成以减温器出口蒸汽温度为副参数， 主蒸汽温度为主参数的串级控制系统，系统结构如图 3 系统中以减温器的喷水为控制手段，在单回路控制主汽温 l(即将 1作为主信号反馈到调节器，由调节器直接去控制阀门开度 )的基础上增加一个对减温水流量变化反应快的中间温度信号 2作为导前信号，增加一个副调节器，如图 8所示的串级控制信号系统。副调节器根据 2信号控制减温水阀，如果有某种扰动，蒸汽温度 2比 扰动引起的 2波动很快消除，从而使过热蒸汽温度基本不受影响。热蒸汽温度基本不受影响。 主汽温串级控制结构图 串级过热汽温控制系统原理方框图 串级控制系统主副回路确定 副回路应该把生产过程的主要干扰包括在内，应力求把变化幅度最大、最剧烈和最频繁的干扰包括在副回路内，充分发挥副回路改善系统动态特性的作用保证主参数的稳定，以尽量减少它们对主参数的影响，提高系统的抗干扰能力；要求主参数波动范围很小，且不允许有余差 (稳态误差 )，此时副调节器可采用比例控制主调节器采用比例积分或比例积分微分控制。 控制仪表的选择 主副回路的选择 主副调节器选择 控制器的选择 控制仪表的选择 控制仪表的主要类型大致分为电动或气动，电动 元组合仪表或是基地是仪表等。常用的控制仪表有电动 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 是其控制信号不相同，在本设计中选用电动 主副回路的选择原则 1、副回路应该把生产过程的主要干扰包括在内，应力求把变化幅度最大、最剧烈和最频繁的干扰包括在副回路内，充分发挥副回路改善系统动态特性的作用，保证主参数的稳定。 2、选择副回路时，应力求把尽量多的干扰包括进去，以尽量减少它们对主参数的影响，提高系统抗干扰能力。 3、主副对象的时间常数应适当匹配，串级控制系统与单回路控制系统相比，其工作频率提高了，但这与主副对象的时间常数选择是有关的。原则是两者相差大一些。 主、副回路调节器调节规律的选择原则 1、主参数控制质量要求不十分严格，同时在对副参数的要求也不高的情况下，为使两者兼顾而采用的串级控制方式时，主副调节器均可采用比例控制。 2、要求主参数波动范围很小，且不允许有余差（稳态误差），此时副调节器可采用比例控制，主调节器采用比例积分控制。 3、主参数要求高，副参数亦有一定要求，这时主副调节器均可采用比例积分控制。 控制器选择 对于一个完整的串级控制系统，主、副控制器的正。反作用的判断应该是先副后主。 副回路的正、反作用的选择：副回路的具体情况决定论副控制器的正、反作用，而与主回路无关。为了使副回路能构成一个稳定的系统，所以副回路的开环放大系数符号必须是“正“。在本串级控制系统中随着调节阀开度的增加，减温水的流量会随之增加，副对象即减温器后端蒸汽会有一定幅度的降低，所以调节阀对副对象的作用为负。 一、 二、控制系统仿真 c(t) + + r(t) 比例 P 积 分 I 微分 D 被控 对 象 根据给定值 r(t)与实际输出值 c(t)构成控制偏差 e(t)，即： e(t)=r(t)-c(t) 将偏差的比例 (P)、积分 (I)、微分 (D)通过线性组合构成控制量，对过程对象进行控制，故称为 制规律为 : 或以传递函数形式表示： 其中 比例系数 , 积分时间常数， 微分时间常数 )()(1)()(0 )11()( )()( T d sT i i 系统 参 数 （ %） T1(TD(温度 20 60 3 10 3 流量 40 100 1 压力 30 70 3 液位 20 80 经验法整定参数 调节器参数调节器名称 （ %） s S） S） P 2 s s s 界比例度法整定调节器参数 控制系统仿真 1、 主控对象数学模型为： 副控制对象的数学模型为： 控制器采用 副控制器选择 控制器选择 定串级控制器的参数为最佳值，同样是 40%的设定值扰动。 244 )125/( s)112/()( 4 0 0 K(a)串级控制系统的仿真框图 (b)串级控制系统的阶跃响应曲线 2、对于串级控制系统，在系统稳定运行大约 900加幅值为设定值 40%的二次阶跃扰动信号，系统的响应曲线如下图所示，此时系统的调节时间大约为 330s。 K(a) (b)扰动信号单独作用下的输出曲 线 (c)设定值和扰动同时作用下的输出曲线 致谢 首先，我要衷心感谢我的指导老师金文凯老师，没有他的悉心指导，我也不会这么顺利的完成我的毕业设计。其次，我要感谢我的母校，四年来，在母校的栽培下，使我顺利的完成了学业，并且给我的学生时代划上了完美的句点。最后，我要感谢我的父母，是他们的无私奉献供养了我上大学，我才会有今天的成绩，衷心的感谢他们！ 可编程控制器技术讨论与未来发展 随着时代的发展 ,当今的技术也日趋完善、竞争愈演愈烈 ;单靠人工的操作已不能满足于目前的制造业前景 ,也无法保证更高质量的要求和高新技术企业的形象 . 人们在生产实践中看到 ,自动化给人们带来了极大的便利和产品质量上的保证 ,同时也减轻了人员的劳动强度 ,减少了人员上的编制 体优化、最佳决策等 ,熟练的操作工、技术人员或专家、管理者却能够容易判断和操作 ,可以获得满意的效果 拟这些智能行为 ,通过人脑与计算机协调工作 ,以人机结合的模式 ,为解决十分复杂的问题寻找最佳的途径 . 我们在各种场合看到了继电器连接的控制，那已经是时代的过去，如今的继电器只能作为低端的基层控制模块或者简单的设备中使用到；而 出现也成为了划时代的主题，通过极其稳定的硬件穿插灵活的软件控制，使得自动化走向了新的高潮。 最大特点在于：电气工程师已不再电气的硬件上花费太多的心计，只要将按钮开关或感应器的输入点连接到 输入点上就能解决问题，通过输出点连接接触器或继电器来控制大功率的启动设备，而小功率的输出设备直接 连接就可以。 内部包含了具有中央处理器的 带有外部 I/O 口扩展的 I/O 接口地址和存储器三大块组成， 核心是由一个或者多个累加器组成，它们具有逻辑的数学运算能力，并能读取程序存储器的内容通过计算后去驱动相应的存储器和 I/O 接口； I/O 口将内部累加器和外部的输入和输出系统连接起来，并将相关的数据存入程序存储器或者数据存储器中；存储器可以将 I/O 口输入的数据存入存储器中，并在工作时调转到累加器和 I/O 接口上，存储器分程序存储器 抗干扰是极其优秀的，我们根本不用去关心它的使用寿命和工作场合的恶劣，这些所有的问题已不再成为我们失败的主题，而留给我们的是关心如何来利用 内部资源为我们加强设备的控制能力，使我们的设备更加的柔性。 语言并不是我们所想象的汇编语言或 C 语言来进行编程，而是采用原有的继电器控制的梯形图，使得电气工程师在编写程序时很容易就理解了 且很多的非电气专业人士也对 快认识并深入。 以上仅仅是 优点之一，这也是人们比较容易理解 的一部分，在很多的设备中，人们已不再希望看到太多的控制按钮，它们不但容易损坏而且极易产生人为的失误，小的并不是主要的失误也许你还能够接受；但过大的甚至是致命的失误是我们无法容忍的。新的技术总是为了给我们带来更安全和便捷的操作，使得我们面临的一大堆问题一扫而光，你有了解过 ？这里说 根本不清楚它是什么，也没有兴趣了解，换一个中文把它说明为触摸屏或者人机界面你就知道了，它和 结合给了我们更大的空间。 制不仅仅是减少了控制按钮，增加控制的灵活性，更主要的它是可顺序性的，而且在能够改变数据 输入和数据输出反馈，在温度控制曲线的模拟也能直观的显示出来。并且能够通过编写功能帮助程序来提供各种力所能及的帮助，使得操作者减少不必要的失误。 厂商目前也越来越多，功能也越来越强，价格也越来越低，使用的面越来越广。 前景可以说十分的看好。 在很多场合，单靠单机的控制是无法保证设备的顺畅运行，而通过设备与设备的信息交流达到我们想要的效果。比如在前包装和后工序的检测，我们就要将包装的信息反馈到检测处，而检测处的信息也要反馈到包装来。这样通过信息共享来使得两者之间链接起来，形成一个共体，从而使的两者间 的配合更加的紧密，在彼此间达到映影相挥的效果。 通信已经愈来愈体现它的价值，在 间的通信，能够通过信息的沟通和数据的共享来保证设备之间的相互协调，已达到互补的效果。 口来传送数据，而 口只能保证 10 米的传输距离，如果在 1000 米的距离内我们可以通过 进行通信，更长的距离只能通过 进行传输。 数据传送只是将内部的数据传送到对方的一块连续的地址中，我们把它称为一个表，对方的 过读取表中的数据来进行操作。如果表中的 数据是一个一般设置的数据的话，那只是一般的数据传送，比如今天的油价上升了，我要把油价的价格传送到所有的输油机上，那就是数据的共享；而当表中的数据是一段控制 指令程序，那就很有难度了，比如你要控制一台机器人来按你想象的动作工作，你会给它编制一段程序并以数据的形式发送过去。 信息输送的形式有单工位、半双工位和全双工位的分别。单工位的意义也就是说两者之间，一个只能发送，而一个只能接收，比如一个特务他只能接收上司的指示，而无法给上司回复；半双工位也就是两个能都能发送和接受数据，但不能同时发送和接受，比如你打电 话时是不能接电话 ,对方也一样；而全双工位是两者之间都能发送和接受数据，并可同时发送和接受。像互联网就是典型的例子。 信息输送的过程也有同步和异步之分：同步的意义在于发送数据时数据线和时钟线是同步的，也就是数据信号和时钟信号同时由 行发送，这需要彼此都要专门的时钟信号来进行传送和接送，并且是强制性的，这种方法的特点在于它的速度极快、但相应占用 工作时间也相对的要长、同时技术难度也非常的大。它的要求在于在一帧的数据传送中不能有一位的误差，不然的话整个数据将发生错误，这在硬件上是一个比较大的难度。在一 些专用的设备中应用的越来越广泛，像专用的医疗设备、数字信号设备等，在比较单一数据的传输中，它的效果非常的好。 而异步是应用范围最广泛的，这得益于它的技术难度相对要小、同时不需要配制专门的时钟信号、它的特点在于，它的数据是间隔性的，离散性的发送和接受，当 忙的时候可以停顿性去工作，在硬件上也减少了难度，同时数据的丢失相对要少，我们可以通过数据的检测来观察我们发送的数据是否有错误，像奇偶法、累加法和八位效验法等，都可以用来帮助我们检测发送的数据是否有错误发生，通过反馈来进行辨别。 信息的传送口线有串口和并 口之分：通常的 8 位机，当然也有 16 位机。我们在发送数据的时候可以是一位一位的发送给对方，也可以 8 位 8 位的将数据发送到对方，一位和 8 位区别也就是我们所说的串口发送数据和并口发送数据。串口速度比较慢，但只要两条或者三条口线就能解决问题，并能借用电话线来进行远程控制。而并口的传送速度是极快的，它是串口的 256 倍，在短距离占有优势，由于是 平，一般限于 1 米的范围，它并不适用于长距离的数据传送，这样成本太昂贵了。 很多的情况下我们总喜欢采用串并转换芯片来进行传输，这种情况下不需要我们进行过于复杂的寄存器 设置了，而直接通过数据传送指令进行数据交流，但在通信中并不是一个十分可行的办法，因为在发送数据的时候对方的 须一直等待你的数据输出，它不能去做其他的工作。 当你在看书的时候，你听到有人敲门、你停下手上的事情、去打开门、并同敲门者对话、这个时候电话响了、你示意接个电话、在接完电话后、回过头来同敲门者继续对话、对话完毕后、你再继续看你的书，这种情况我们把它称为中断，它具有权威性，也具有优先性， 备了这样的功能。它的特点在于我们在设备的操作过程中可能会遇到紧急的突发事件，我们要立刻的停下手上的工作，去处理更重要的事情，这种情况是我们经常所遇到的， 去执行紧急的任务时，总会先保存目前的状态，比如程序的地址， 累加器数据等，就像我们去开门时要记下我们看的书在第几页了或者干脆作个记号，因为我们待会还要继续接着看后面的书。 是按照我们的意愿去做应该做的事情，但你错误的给它一件事情，它也会同样的去做，这一点我们必须注意。 中断并不是只有一个，有时会同时存在几个中断，中断具有优先的级别，他们会根据人的要求去执行更高级别的中断。这种中断中的中断也就形成了中断嵌套。当然中断的级别根据各种 部 资源有关，同时也跟堆栈的容量大小也有关系。 中断的内容有很多种，比如外部中断、通信中的发送和接受中断、定时和计数的时钟中断、还有 位中断等，它们丰富了 处理各种事务时响应种类。这样讲也许你并不能完全理解中断的内部结构和操作顺序，我们做一个小小的例子来说明 . 每一个设备总是不会忘记有一个按钮，它也是在我们遇到紧急情况时使用的，那就是急停按钮。当我们遇到人身事故和意外情况时我们只要按下它，机器立即停止所有的操作，并等待处理完意外后再恢复操作。急停按钮连接 部内部 I/O 接口上，当按钮 给 个外部触发信号时， I/O 进行再次检测，当确认有外部触发信号时， 护现场并将程序计数器自动转到相应的外部 I/O 中断程序中去，当外部中断程序处理完毕，程序计数器返回到主程序继续工作。有一点可以说明的是我们一般会把急停按钮的外部中断升至最高级别，从而保证安全。 当我们在工作完一个工件时，给 个信号，将 内部计数器加 1来计算我们一天的工作量时，一个简单的计数器能解决问题，当然它们也能够在掉电的情况下保持数据，促使数据不丢失，这也是我们所渴望的。 具有高级计数器的功能，当 我们在接受一些高速的数据时，这里所说的高速是在在微秒级的数据，比如条码扫描机在不断的扫描数据，数据处理器算的高速信号等，我们就要采用到高级计数器来帮助我们进行计数。它在行程序时一旦发现高级计数器对应的中断，就会立即放下手上的工作。经过再次编程的梯形图程序说明我们在执行程序时高级计数器会自动的执行对应的工作，从而将高级计数器的级别升至高一级别。 你也许听过太多的这个词 :“死机”，大致的意思是 作量过大，内部资源不足等情况造成程序无法运行。 有类似的情况，在 部有一个看门狗 们可以设置 个程序运行的时间，当程序运行过程中出现程序跳转错误时或者程序繁忙时，程序的运行时间超过 设置时间， 而 序重新开始运行，但对中断不会进行破坏。 发展已经从单一的模式进入了通信的网络时代，并同其它的工控网板和 I/O 卡板轻易的进行共享。组态软件可以将所有的这些硬件连接起来，通过更直观的动画图片来进行控制，并可以通过互联网在异地进行控制，像神舟五号的发射就是采用这种办法来使飞船升空。 更高层次的发展需要我们不断的努力来取得。 出现已经足足影响了几代人，我们也从上一辈的经验中获取了更多的知识和教训，来不断的发展 它推向更高浪潮。 of is is t t of in up of s on of in or of of to s s to We in of in is of in a of do nd LC a LC no up of as as or of to to to or of of PU of to s to is an or is to to of to ; , or O in in to to , AM of OM OM do of in AM PU of of LC is no we to is a to to of of LC to of is we of or s to on is to to LC a of go to LC of is in a of no to is a is a is we t is we a of on do MI it no it to or it to is of of it is at in of of to a to of in s MI is is is of MI to be At a of is is a t by of of to we of we to of to to to a of is at to LC at of of to of to LC to to up 0 of if in 000 we to on to on LC is to be a to it in a of of LC of to in to on If in is a to is of I to of to on is of in an 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