发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制

1、 过程控制仪表及控制系统课程设计报告书课题名称 发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制姓 名学 号 专 业电气工程及其自动化指导教师2011年 12 月 15 日目 录摘 要21 概述32 课程设计任务及要求42.1设计目的42.2设计任务42.3设计要求53 理论设计63.1方案论证63.2系统设计64 参数整定84.1 T1参数84.2 T2参数94.3 主副调节器的参数105 仿真调试116 结论127 参考文献12摘 要串级控制系统-两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后

2、一个调节器的输出送往调节阀。 前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。 整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。本设计通过实验对数据的分析，来建立系统被控对象模型的数学表达式，采用最小二乘曲线拟合的

3、方法，对实验数据进行了曲线拟合，从而得出了该生产过程的被控系统的数学模型，即传递函数。接着对系统进行分析，采用串级控制，再根据对象模型的结构来确定温度控制系统的控制器及控制算法，来实现发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制，系统的准确控制，从而使各项参数都能满足各自的要求。关键词：串级控制，调节器，扰动1 概述发电厂从锅炉汽鼓出来的饱和蒸汽经过两段过热器继续加热，是蒸汽温度达到460左右，再去推动汽轮机工作。每一种锅炉与汽轮机组都有一个规定的运行温度，在这个温度下机组的效率最高。如果温度过高，会使汽轮机的寿命大大缩短，如果温度过底，当蒸汽带动汽轮机作功时，会使部分蒸汽变成小水滴，冲击汽轮机叶片，造成生产

4、事故，因此要求控制温度的误差不得超过5。由于汽鼓至汽轮机中间有一系列的减温器、过热器与传输管道，控制对象的容积迟后与传输滞后都很大，要达到高精度的温度控制是很困难的，为此采用分段调节，其中最常见的是两段调节。这样，每段中的对象的容积迟后与传输滞后时间均可减小一半。每段分别用一个温度控制系统调节各自的减温器喷雾的减温水流量，来维持各段过热器出口的温度恒定。假定两个系统温度控制方式完全一样，试设计其中一段的温度控制系统。（蒸汽的压力和温度另有控制系统，这里我们假定蒸汽恒温恒压，过热器的热量也是恒定的，汽鼓的出口压力约60公斤/厘米2左右。）2 课程设计任务及要求2.1设计目的有效控制发电厂汽轮发电

5、机蒸汽温度，使锅炉与汽轮机组都在一个规定的运行温度，在这个温度下机组的效率最高。在稳定温度下运行可以延长汽轮机寿命，减少生产事故。2.2设计任务控制系统要求控制温度的误差不得超过5。由于汽鼓至汽轮机中间有一系列的减温器、过热器与传输管道，控制对象的容积迟后与传输滞后都很大，要达到高精度的温度控制是很困难的，为此采用分段调节，其中最常见的是两段调节。这样，每段中的对象的容积迟后与传输滞后时间均可减小一半。每段分别用一个温度控制系统调节各自的减温器喷雾的减温水流量，来维持各段过热器出口的温度恒定。 系统框图通过实验，测得对象对于输入Q（单位输入）的响应如下（表中温度为负）：时间（S）1357911

6、131517192123252729T1（）0000.030.090.170.260.370.460.570.660.750.830.921.00T2（）000000000000000时间（S）313335373941434547495153555759T1（）1.061.111.141.181.221.251.281.311.341.361.391.411.431.441.46T2（）000.010.020.030.070.090.110.130.150.170.180.200.210.23时间（S）616365676971737577798183858789T1（）1.481.491.50

7、1.521.531.541.551.551.561.571.581.581.591.591.60T2（）0.250.260.270.290.300.320.330.340.350.370.380.390.400.410.42时间（S）9193959799109133157181205229253277301T1（）1.601.611.611.621.621.66T2（）0.440.450.460.470.480.520.610.690.740.780.810.840.860.870.922.3设计要求1、系统的稳态误差为0。2、5%误差带的调整时间不大于300秒，最大超调量小于10%，这两个性

8、能指标尽可能小。3、在减温器和过热器之间存在干扰，最大干扰引起T1处温度波动为20，要求控制使干扰对T2处的温度影响不能超出允许范围。4、根据以上的工艺要求设计该控制系统，画出系统控制框图。包括控制参数、被控参数的选择，调节阀的选择，检测与变送装置的选择，控制器的设计。3理论设计3.1方案论证3.1.1常规PID控制汽轮蒸汽温度控制系统的调节对象存在大滞后现象和扰动，而系统对控制精度与功能的要求比较高，在这种情况下采用常规的PID控制得到的动态性能和稳态性能都很差，故不宜采用。3.1.2串级控制串级控制是在单回路控制系统的基础上增加一个控制回路，构成串级控制系统。串级控制对提高大延时和大时间常

9、数过程的控制质量有显著的效果，在工业生产过程控制中应用广泛。串级控制在结构上形成了两个环：一个闭环在里面，被称为副环，起着粗调作用；一个环在外面，称为主环，起着细调作用。这样一来对于发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制，就能有很好的控制效果了。3.2系统设计3.2.1结构框图及说明串级系统框图主调节器副调节器调节阀对象1对象2副测量变送器主测量变送器系统包括两台温度变送器（T1与T2）、一台减温器、一台PI调节器以及电/气转换、升压型气动继动器、带阀门定位器的气动活塞式执行机构、调节阀本体等。由于减温水的压力很高，所以调节阀应选用耐高压与流通能力大的阀门。3.2.2系统仪器的选择1：主调节器选用PI控

10、制算法（反作用）主参数允许的波动范围很小，要求无余差，因此选用PI控制规律。2：副调节器与用P控制算法 （反作用）因为若采用积分规律会延长控制过程，减弱副回路的快速作用。3：调节阀用自力式温度调节阀SLZW气开型SLZW型自力式温度调节阀不需外界能源而进行温度自动调节。它适用于蒸汽、热水、热油等为介质的各种换热工况。 广泛应用于供暖、空调、生活热水中的温度自动调节，以及特殊工况的温度自动调节。主要特点：（1）无需任何外加能源，利用被调介质自身能量实现介质温度自动调节的执行器产品。（2）有较宽的温度设定范围，显示清晰、精度高，并设有过载保护装置，安全可靠。4：传感器、变送器的选择传感器选用FR-

11、01系列的温度传感器，它采用进口铂电阻芯片制做而成，适合测量-100500温度区间，该产品具有良好的抗震能力、高精度、长期稳定性好和安装简单等特性，在各个行业中被广泛应用。变送器选用SBWZ系列Pt1000热电阻温度变送器，它采用二线制传送方式(两根导线作为电源输入，信号输出的公用传输线)。将热电阻信号变换成与输入信号或与温度信号成线性的420mA的输出信号。主要特点：（1）采用环氧树脂密封结构，因此抗震、耐温，适合在恶劣现场环境中安装使用。 （2）现场安装于热电阻的接线盒内，直接输出420mA，这样既省去较贵的补偿导线费用，又提高了信号长距离传送过程中的抗干扰能力。 （3）精度高、功耗低、使

12、用环境温度范围宽、工作稳定可靠。 （4）量程可调，并具有线性化较正功能，热电偶温度变送器具有冷端自动补偿功能。应用面广，既可与热电阻形成一体化现场安装结构，也可作为功能模块安装入检测设备中。4 参数整定根据任务书中T1、T2的单位输入响应实验数据，可以用最小二乘法进行拟合，或用曲线法计算参数。4.1 T1参数根据T1实验值经EXCEL计算，得到下图：静态放大系数（单位输入）根据书上的公式 我们来取 对应的 =4.2 T2参数根据T2实验值经EXCEL计算，得到下图静态放大系数 （单位输入） 对应的 =综上：因为T2是基于T1之上的所以4.3 主副调节器的参数 采用逐步整定法整定调节器的参数，其中主调节器用的是PI控制规律，副调节器只用比例控制即可，整定参数使最大超调量小于10%且调整时间小于300秒，由仿真得图形可知符合要求即可。5 仿真调试实验框图如图：对应的响应曲线：分析：1.调整时间由图直接得出大约为300秒，符合要求。2.最大超调量基本没有，符合要求。3.扰动分析扰动是在500s时加进去的，由图可知系统有良好的抗干扰能力，能达到要求。6 结论这个系统是存在一定扰动的，在有扰动时扰动引起的波动也在允许范围之内。串级控制在对于时延较