過程控制課程設計---鍋爐爐膛負壓控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　課程設計</b></p><p>　　課程名稱： 過程控制系統(tǒng) </p><p>　　學 院： 電氣工程學院 專 業(yè)： 測儀 </p><p>　　姓 名： 學

2、號： </p><p>　　年 級： 任課教師： </p><p>　　2011年 7 月 4 日</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p>　　摘要…………………………………………………………………</p&g

3、t;<p><b>　　正文</b></p><p><b>　　一．課程設計題目</b></p><p>　　二．工業(yè)過程控制系統(tǒng)工程設計的基本原則與方法………</p><p>　　三．鍋爐爐膛負壓控制系統(tǒng)任務分析………………………</p><p>　　四．鍋爐爐膛負壓控制系統(tǒng)方案設

4、計………………………</p><p>　　五．鍋爐爐膛負壓控制系統(tǒng)方案分析與說明………………</p><p><b>　　(一).系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　(二).方案設計的理由及說明</p><p>　　(三).控制器控制規(guī)律的選擇</p><p>　　(四).控制閥氣開氣關型的選擇

5、及控制器正反作用的選擇</p><p>　　(五)．控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程</p><p>　　六．課程設計小結(jié)……………………………………………</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………</p><p>　　附圖…………………………………………………………………</p><p><

6、b>　　摘要</b></p><p>　　自第一次工業(yè)革命鍋爐的誕生以來，鍋爐就一直為人們所用，鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能把水加熱成為熱水或蒸汽的機械設備。隨著社會科技的飛速發(fā)展，鍋爐不但沒有退出歷史的舞，而且依然是人們生活生產(chǎn)必須的重要組成部分。鍋爐是過程工業(yè)中必不可少的動力設備，它所產(chǎn)生的蒸汽不僅可共生產(chǎn)過程作為熱源，而且還可作為蒸汽透平的動力源，隨著工業(yè)生產(chǎn)過程規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)過程

7、的不斷強化，作為全廠動力和熱源的鍋爐設備，亦向大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。為確保鍋爐生產(chǎn)的安全操作和穩(wěn)定運行，對鍋爐的自動控制也提出了更高要求。</p><p>　　然而，在鍋爐的燃燒控制系統(tǒng)中，鍋爐的爐膛負壓控制是該系統(tǒng)必不可少的一個組成部分，當爐膛負壓高于安全值時便很可能會引起火焰外噴而引發(fā)事故；當爐膛負壓過低時盡管沒有安全隱患但過剩的空氣將會帶走更多能量，浪費了能源的同時也降低了生產(chǎn)效率。因此，必須設置

8、相應的爐膛負壓控制系統(tǒng)以保證爐膛負壓的穩(wěn)定。本設計主要介紹鍋爐爐膛負壓的控制，但這并不能說明其他變量的控制就沒有該變量重要，爐膛負壓只是其中的一個組成部分，整個系統(tǒng)是一個相互聯(lián)系的矛盾體。要想使生產(chǎn)能夠順利進行就必須保證各變量參數(shù)均達到規(guī)定的標準。該課程設計的主要內(nèi)容為根據(jù)所提供的設備的主要工業(yè)流程圖，對工業(yè)熱工參數(shù)進行檢查顯示，完成所要求的控制系統(tǒng)，畫出控制系統(tǒng)圖，并在說明書中對控制方案進行了必要分析。說明書中提供了所設計的系統(tǒng)框圖和

9、爐膛負壓控制系統(tǒng)附圖，對控制規(guī)律的選擇、控制器正反作用的選擇、和控制閥的氣開氣關類都進行了詳細分析和說明。 </p><p><b>　　正文</b></p><p>　　一．課程設計題目：鍋爐爐膛負壓控制系統(tǒng)</p><p>　　二．工業(yè)過程控制系統(tǒng)工程設計的基本原則與方法</p><p>　　在社會各

10、行各業(yè)的生產(chǎn)過程中，對各個工藝過程的工藝變量均有一定的控制要求，其中的一些工藝變量對產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量直接起到了決定性的作用，是整個生產(chǎn)過程的表征。在工藝過程控制系統(tǒng)工程設計中要求所設計的控制系統(tǒng)通過對這些工藝變量的監(jiān)測與控制，在確保生產(chǎn)安全的前提下盡可能保證產(chǎn)品的質(zhì)量、提高產(chǎn)品產(chǎn)量、降低生產(chǎn)能源的消耗、降低生產(chǎn)成本、改善工人的勞動條件，除此還需保證生產(chǎn)過程能夠?qū)崿F(xiàn)長期運行和盡可能減少對環(huán)境的污染。</p><p>

11、;　　控制系統(tǒng)的設計，首先，要求自動控制系統(tǒng)設計人員在掌握較為全面的自動化專業(yè)知識的同時，也要進可能的多熟悉所要控制的工藝裝置對象。其次，要求自動化專業(yè)技術人員與工藝專業(yè)技術人員進行必要的交流，共同討論確定自動化方案。第三，自動化專業(yè)技術人員要切忌盲目追求控制系統(tǒng)的先進性和所用儀表及裝置的先進性，應該力求用最簡單的控制方案滿足工業(yè)要求。第四，設計一定要遵循有關標準和規(guī)定，按照科學合理的程序行。</p><p>　

12、　簡單控制系統(tǒng)的設計要求先確定被控變量和操縱變量，其中控制變量應選擇能夠盡可能實時反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量，而且該便量必須是可檢測的；而操縱變量的選擇應該建立在保證生產(chǎn)產(chǎn)量和生產(chǎn)安全的基礎上，有安全隱患和以犧牲產(chǎn)量來保證質(zhì)量的設計方案都是不可取的。如果設計中需要復雜控制系統(tǒng)的還需對各個復雜控制系統(tǒng)進行分析與設計。例如，如果需要設計串級控制系則需完成主、副回路的設計，串級控制系統(tǒng)中主、副控制器的選擇，主、副控制器正、反作用的選擇，串級控制系統(tǒng)中

13、副環(huán)檢測變送環(huán)節(jié)的非線性的處理；比值控制系統(tǒng)需要進行主動量和從動量的選擇、比值控制系統(tǒng)類型的選擇和比值函數(shù)環(huán)節(jié)的選擇等；此外，復雜控制系統(tǒng)還有均勻控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、選擇控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)和雙重控制系統(tǒng)等，由于本說明書的后面章節(jié)將針對性的對該課程設計所用到的控制系統(tǒng)進行設計和分析，在此就不再贅述。</p><p>　　三．鍋爐爐膛負壓控制系統(tǒng)任務分析</p><p>　　鍋爐爐膛負

14、壓的控制與生產(chǎn)安全息息相關，安全方面主要是防止爐膛負壓過高導致火焰外噴而引發(fā)事故，但爐膛負壓過低將會降低燃料的利用率，送風量和引風量都直接影響到爐膛負壓，而且在需要進行邏輯提量和邏輯減量及來至風機的干擾比較大時爐膛負壓都會有較大的變化和波動。因此，需要設置爐膛負壓控制系統(tǒng)來對其進行控制，從而保證生產(chǎn)安全有效地進行。</p><p>　　四．鍋爐爐膛負壓控制系統(tǒng)方案設計</p><p>　　

15、（二）．方案設計的理由及說明</p><p>　　本方案是以控制爐膛負壓為目的的，固然可直接將此變量作為主被控變量；由于引風量直接影響爐膛負壓，而且引風量是一個相對對立的變量，因此可以選擇引風量作為操縱變量．只要能夠?qū)崟r地控制引風量就能夠確保爐膛負壓的穩(wěn)定．由于氣體流量和壓力成平方關系，而且氣體流量不易準確檢測，因此可以通過對引風機入口煙氣壓力的控制間接地對引風量進行控制。由于開環(huán)無法保持爐膛負壓的穩(wěn)定，需要應用

16、閉環(huán)控制，即需引入反饋；但反饋具有一定的滯后性，即先檢測到變化之后再進行控制，控制不夠及時，所以需要引入具有超前性質(zhì)的控制作用，因此需要引入前饋控制；考慮到來至引風機的干擾較大的情況，需要引入串級。此干擾可以是來至其自身的干擾，例如引風機的種類、引風機出廠時的性能指標、引風機的老化程度等等；此外，還可能是來至供電系統(tǒng)提供的不穩(wěn)定電功率引起的干擾。因此，此控制系統(tǒng)實用于引風機性能較低和供電不夠穩(wěn)定的場合。但在供電較為穩(wěn)定而且由于風機本身原

17、因引起的干擾很?。磳t膛負壓影響不大）的情況下，直接用前饋加反饋就可以了，這樣有助于參數(shù)的整定而且相比于前饋加串級具有更高的可靠性，同時還降低了控制設備的成本。</p><p>　　（三）．控制器控制規(guī)律的選擇</p><p>　　在主、副環(huán)控制器控制規(guī)律的選擇過程中，由于主、副環(huán)控制器在整個系統(tǒng)中所起到的作用是不同的，副環(huán)起到隨動控制的作用而主環(huán)則是起到定值控制的作用。主環(huán)對整個控制系

18、統(tǒng)的控制效果起到?jīng)Q定性的作用。因此，對主控制變量的要求要比對副控制變量的要求高得多，要求主控制變量沒有余差而對副控制變量不作太高要求。對于壓力的控制，盡管介質(zhì)為氣體的時間常數(shù)要比介質(zhì)為液體的時間常數(shù)大得多，但也不至于滯后太大，僅處于中等，所以可以選擇ＰＩ控制規(guī)律即可；而副環(huán)可以簡單的選擇Ｐ控制規(guī)律。</p><p>　　對于前饋控制器而言，在此控制系統(tǒng)中并不要求輸出直流分量，可以采用傳遞函數(shù)為</p>

19、<p>　　Ｔｓ／（Ｔｓ＋１）的前饋控制器。</p><p>　　(四).控制閥氣開氣關型的選擇及控制器正反作用的選擇</p><p>　　在該控制系統(tǒng)中，對于串級來說，從安全角度考慮，系統(tǒng)發(fā)生異常時為避免爐膛火焰外噴，控制閥應打開，選擇氣關型控制閥，Kv<0。副環(huán)：當控制閥開度增加時，引風機入口煙氣壓力減小，Kp2<0，又因為Km2>0,為了實現(xiàn)負反饋要求

20、Km2×Kc2×Kv2×Kp2>0,于是得到Kc2>0,所以副控制器應選擇反作用控制器；主環(huán)：當閥門開度增加時，爐膛壓力降低，Kp1<0,又因為Km1>0，為了實現(xiàn)負反饋要求Kc1×Kp1×Km1>0,于是得Kc1<0,所以主控制器應選擇正作用控制器。</p><p>　　(五)．控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程</p><

21、;p>　　1．前饋：當鼓風機出口壓力增加時，前饋控制器輸出增加，使得副控制器的設定值增加，因為副控制器是反作用，所以副控制器輸出減小，又因為控制閥是氣關型，所以控制閥開度增大，引風量增大，這樣就使鼓風量的增加還沒引起爐膛負壓變化就被引風量的增加所克服了，從而保證了爐膛負壓的穩(wěn)定。</p><p>　　2．主環(huán)：當擾動或負荷變化使爐膛負壓升高時，因為主控制器是正作用，所以主控制器輸出增大，使得副控制器的設定值

22、增大，因為副控制器是反作用，所以副控制器輸出減小，又因為控制閥是氣關型，所以控制閥開度增大，引風量增大，從而使爐膛負壓降低。</p><p>　?。常杯h(huán)：當引風量因擾動而增加時，引風機入口壓力減小，副環(huán)變送器輸出減小，副控制器為反作用輸出增加，氣關閥閥門開度減小，從而保證爐膛負壓不應引風機的干擾而發(fā)生較大變化引起事故。</p><p><b>　　六．課程設計小結(jié)</b&

23、gt;</p><p>　　在這次課程設計的方案分析過程中，我深深體會到了工業(yè)過程控制系統(tǒng)中各個變量是互相聯(lián)系相互制約的統(tǒng)一體，在設計過程控制系統(tǒng)中需要具有全局觀念，而且設計和實際工況是離不開的，就如這次設計的爐膛負壓前饋—串級控制系統(tǒng)，盡管沒有明確的工況但我所設計的系統(tǒng)是建立在有較大引風干擾假定條件下的。所以要想設計一個真正可以投入使用的控制系統(tǒng)是離不開實際工藝的考察和分析的。</p><p

24、>　　此外，此次設計還讓我對儀表的各種顯示類型的規(guī)定表示方法有了更多了解，而且是第一次學習使用CAD制圖，盡管以前連CAD是什么都不知道，第一次使用很多操作都需要百度幫助，但也學到了不少，我相信這些對今后的課程學習是很有幫助的，而且我以前連在word文檔里畫框圖都不會，經(jīng)過這次課程設計我又對其熟悉了很多。</p><p>　　很感激老師給了我這次機會以組長的角色進行了這次課程設計，雖然我比別人多花了很多時間

25、多做了很多事情，但這些正是我想要的。我以前成績很糟糕現(xiàn)在也還不怎么樣，我一直希望自己能踏踏實實的學習。然而，這次設計就是個很好的機會，我抓住了，體驗了?？傊?，這次課程設計于我來說不僅僅是對本課程的學習過程，而是綜合性的學習體驗，希望這是我人生的新起點。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　方康玲，《過程控制系統(tǒng)》，武漢理工大學出版社，20

26、02</p><p>　　王驥程，《化工過程控制工程》，化學工業(yè)出版社，1996</p><p>　　王樹青，《工業(yè)過程控制工程》，化學工業(yè)出版社，1995</p><p>　　蔣慰孫，《過程控制工程》（第二版），中國石油出版社，2004</p><p>　　何衍慶，《工業(yè)生產(chǎn)過程控制》，化學工業(yè)出版社，2004</p><