tvzAAA过程控制课程设计

课程设计报告(2008 - 2009年度第二学期)名称：过程控制课程设计主题：主汽温串联级控制系统本科：自动化设计频率： 1周姓名学号分工成绩组长实验模拟(模块包装、参数整定)、报告、整理成员实验模拟(模块包装、参数整定)、报告、整理实验电路图、工艺流程图、SAMA图设计实验电路图、工艺流程图、SAMA图设计日期： 2009年07月02日过程控制课程设计任务书一、目的和要求过程控制课程设计是过程控制课程的重要组成部分。 通过实际工业过程对象控制方案选择、控制功能设置、工程图编制等基础设计和设计说明的编制，培养学生基本控制系统的工程设计能力、创新意识，完成工程师的基本技能培训。二、主要内容1 .基于对受控对象进行的分析，确定系统的自动控制结构，给出控制系统的电路图2 .基于决策控制设备和测量采样点和调节机制制定控制系统的过程流程图(PID图)3 .根据所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 .模拟设计的系统，进行系统整定5 .制作设计说明书。三、进度计划序列号设计(实验)内容完成时间备注1下任务找材料星期一，星期二2制定控制方案，绘制控制系统SAMA图星期二，星期三3模拟、设计说明书的制作星期三，星期四4答辩星期五四、设计(实验)成果要求1 .绘制设计的热工控制系统的SAMA图2 .根据给定对象，用MATABL进行控制系统的模拟调整，印刷调整效果曲线3 .编写设计报告五、审查方式提交设计报告和答辩书学生名称：杨宇、张娜、李思怡、郭冉指导教师：马平2009年06月29日一、课程设计(综合实验)的目的和要求过程控制课程设计是过程控制课程的重要组成部分。 通过实际工业过程对象控制方案选择、控制功能设置、工程图编制等基础设计和设计说明的编制，培养学生基本控制系统的工程设计能力、创新意识，完成工程师的基本技能培训。二、设计(实验)正文(1) .过热汽温控制的任务和要求过热汽温的稳定是机组经济安全运行的保障。 主汽温度自动调节的任务是将过热汽出口汽温保持在允许范围内，使管壁温度不超过允许工作温度，确保机组运行的安全性和经济性。过热蒸汽的温度过高或过低会对机组的运转产生不良影响过热蒸汽温度过高，过热器容易烧坏，汽轮机高压部分过热，严重影响机组安全运行。过热蒸汽温度过低会影响全厂的热效率，导致汽轮机末级蒸汽湿度增加，进而带水，严重影响汽轮机的安全运行。蒸汽温度变化过大会导致锅炉和汽轮机的金属管材和部件疲劳，引起汽轮机缸体和转子膨胀差异的变化，进而产生剧烈的振动，危及机组的安全。一般来说，中高压锅炉过热气温的暂时偏差值不能超过正负10度。 长期偏差不得超过正负5度。(2) .汽温调节对象的动态特性过热蒸汽温度控制对象的动态是指引起过热气温变化的各种干扰与气温之间的动态关系。 引起过热蒸汽温度变化的因素很多，例如过热蒸汽流量的变化、炉膛燃烧状况的变化、锅炉给水温度的变化、进入过热器的热量、在过热器中流动的排烟温度和流速等的变化。 但总结一下，过热气温控制对象的干扰主要来自蒸汽流量的变化(负荷的变化)、排烟传热量的变化和减温水流量的变化(过热器入口温度的变化)三个方面。1 .蒸汽流量紊乱蒸汽流量的变化是由锅炉负荷的变化引起的。 锅炉负荷变化时，过热器出口气温梯度相应的特征有延迟，惯性，具有自平衡能力，延迟和惯性小。 另外，随着过热器出口温度的增加，蒸汽带出的热量增加，随着气温的增加，温差减少，烟传递给蒸汽的热量也减少，使对象具有一定的自平衡能力。 在蒸汽负荷的混乱中，气温变化特性良好，但蒸汽负荷是由用户决定的，不能作为控制气温的手段，只能认为是气温控制系统外部的混乱。不同结构形式过热器的过热温度随锅炉负荷变化的静态特性不同在对流式过热器中，随着蒸汽流量d的增加，通过过热器的烟量增加，炉烟温度上升，过热器出口的气温上升。在辐射式过热器中，蒸汽流量d增加时，炉膛温度的上升少，炉膛对过热器的受热面辐射的热量少于蒸汽流量增加所需的热量，因此其出口温度反而下降。事实上，通常两种过热器结合使用。 屏蔽式过热器也增加，锅炉过热器的对流方式比辐射方式吸热量多。 因此，总气温随负荷的增加而上升。2 .烟侧传热量的紊乱引起烟气热传导紊乱的原因很多，例如粉末挤入粉末机中使其不均匀，煤中的水分变化蒸汽在热面上形成炉渣，有过剩的空气系数的变化、滚筒供水温度的变化、燃烧火焰中心位置的变化等，归纳起来看，烟气流速和烟气温度对过热气温的影响不大。 这种烟的测量扰动是沿过热器的长度进行的，延迟很小。3 .喷水量混乱减温水流量变化是引起过热器入口蒸汽温度变化的主要原因，也是目前广泛采用的过热蒸汽温度调节方法。 降温器的位置对目标动态特性有显着影响，降温器离过热器出口越远，延迟越大。 由于大型锅炉的过热器管路长，减温水干扰对控制对象的延迟和惯性大。减少温水紊乱时控制对象的动态特性不够充分，但结构简单，有利于过热器的安全运转，因此现在仍被广泛用作降低喷水温度的手段。 在这种情况下，仅凭气温的偏差，单回路反馈系统无法满足生产上的要求。 因此，在设计控制系统时，多选择延迟和惯性小于过热器出口的蒸汽温度的降温器出口的蒸汽温度作为辅助被调整量，使调节效果提前反应。t.t(b )d，qD、Q卫星Wsssss(a )过热蒸汽温度s响应曲线(a )蒸汽量d或排烟传热量q紊乱(b )减少温水Ws的紊乱t.t(3) .对于汽温调节对象的动态特性，采用喷水量作为调节量，采用串联控制方案，副参照降温器出口温度d，主参照主汽温度s，主调节器采用PI调节器，副调节器采用p调节器。当在子电路中发生干扰时，可以将主电路看作开路系统，因此过热温度几乎不变，但单电路的温度控制系统必然影响主温度的稳定。当在副回路的外部发生干扰、过热气温偏离规定值时，串行系统首先由主调节器变更其输出修正信号，通过副调节回路变更减温水流量，使过热蒸汽温度恢复到规定值。在过热气温串级控制系统中，为了尽快消除对副回路的要求，消除减温水流量的自发干扰和进入副会路的其他干扰，对过热气温施加粗调作用，通常选择比例或比例微分调节器。 主回路和主调节器的任务是保持主气温恒定，主调节器具有积分作用，多采用比例积分或比例积分微分调节器。控制电路图：设定卫星uIcIdIsdPIp调节阀降温器过热器温度变送器温度变送器降低温水压力蒸汽流量及温度蒸汽流量及温度烟传热量s汽温串行控制系统(4) .过程流程图(5) .控制系统SAMA图(6) .根据控制电路图，进行控制系统仿真实验根据电路图重叠模块基于逐次逼近法的参数整定1 .首先调整子环。 分离主回路，按照单回路整定方法，计算副调压阀的整定参数。PI控制器的参数设定： Kp=-1.2，Ki=0。 加上阶跃响应，观察示波器的输出波形。根据波形，=75%。 子环整定了。2 .调整主环。 把刚刚调整的子环作为主环的一部分，用单环调整方法求出主调整的调整参数。加上阶跃响应，使主调节器的参数为Kp=0.058、Ki=0。 观察示波器的输出波形。从波形来看：=75%，Ts=85s。 计算出=1.2*s=1.2*17.241=20.690、Ti=0.5*Ts=0.5*85=42.5s因此，设定主调节器的参数为Kp*=1/=0.048、Ki*=Kp*/Ti=0.0011，观察示波器的输出波形。由波形可知Ti过大，Ki=0.003至此，主环也进行了整定。3 .调节器的正反作用ye(r-y )e(y-r )正面作用对象Kc为负，控制器必须使u起作用副调节器起着正常的作用ye(r-y )e(y-r )请使对象Kc为正，控制器为u作用反动派主减压阀为反作用力7 .考虑干扰D(s )，进行前馈设计1 .前馈控制器的设计，由于Tp=Td且dp，动态前馈不能纯粹快速实现，只能实现静态前馈。电路图2 .参数整定不进行前馈，干扰单独作用时输出波形如下所示添加静态前馈调整外环。 将主减压阀的参数设定为纯比例调整： Kp=0.065输出波形如下所示从波形中得到=75%、Ts=77.5，计算出Kp*=0.054、Ki=0.0014主稳压器代入新参数，输出波形如下所示三、课程设计(综合实验)总结或结论通过本课程设计，我们将进一步了解过程控制课程中学到的知识，特别是PID参数调整，通过主汽温系统的MATLAB模拟，更直观地了解Kp、Ki的大小和微分作用对系统的影响，加深对理论知识的理解同时，熟悉MATLAB软件Simulink部分的应用，对电厂主汽温系统的调整也进行了大致理解，学习应用VISIO软件绘图，获益良多。在课程中，我们面临很多困难，特别是在SAMA的描绘和主回路PI参数的调整上，经过我们队伍的4个成员的协助，终于突破瓶颈，取得