鍋爐除氧器過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　熱力除氧是用蒸汽將給水加熱到飽和溫度，將水中溶解的氧氣和二氧化碳放出。除氧的目的是防止鍋爐給水中溶解有氧氣和二氧化碳，對(duì)鍋爐造成腐蝕，因此對(duì)除氧器進(jìn)行控制具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。本文論述了除氧器液位、出口流量、除氧器壓力三個(gè)被控變量的實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)論述了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過(guò)程中遇到的相關(guān)問(wèn)題。著重論述了PID控制方法在除氧器控制上的應(yīng)用，對(duì)相

2、應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行了整定，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　1 引言- 1 -</p><p>　　1.1 控制系統(tǒng)的的目的- 1 -</p><p>　　1.2 控制系

3、統(tǒng)的意義- 2 -</p><p>　　1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容- 2 -</p><p>　　1.4 主要任務(wù)- 2 -</p><p>　　2 正文- 4 -</p><p>　　2.1除氧器液位控制- 4 -</p><p>　　2.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募肮に嚤尘? 4 -</p><p>

4、;　　2.1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程- 4 -</p><p>　　2.1.2 控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)整定- 8 -</p><p>　　2.2 除氧器出口流量控制- 12 -</p><p>　　2.2.1 控制系統(tǒng)組態(tài)- 12 -</p><p>　　2.2.2 控制系統(tǒng)投運(yùn)及參數(shù)整定- 13 -</p><p>

5、;　　2.2.3 施加擾動(dòng)測(cè)試控制器性能- 15 -</p><p>　　2.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析- 16 -</p><p>　　2.3 除氧器壓力控制- 17 -</p><p>　　2.3.1 PI控制器特點(diǎn)- 17 -</p><p>　　2.3.2 為什么要控制除氧器的壓力- 17 -</p><p&

6、gt;　　2.3.3 控制系統(tǒng)組態(tài)- 18 -</p><p>　　2.3.4 控制系統(tǒng)投運(yùn)及參數(shù)整定- 19 -</p><p>　　2.3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析- 20 -</p><p>　　3 結(jié)論- 21 -</p><p>　　4 收獲、體驗(yàn)和建議- 22 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 2

7、3 -</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 控制系統(tǒng)的的目的</p><p>　　在我們的設(shè)計(jì)中，我們主要是以除氧器作為被控對(duì)象，由于除氧器是整個(gè)工藝過(guò)程的開(kāi)始部分，從公用的工程來(lái)的鍋爐給水到除氧器，除氧器使用蒸汽把給水加熱到飽和的溫度，把里面的溶解的氧和二氧化碳逼出來(lái)，以免鍋爐結(jié)垢，除氧器的液位的高低會(huì)影

8、響整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，液位過(guò)低，會(huì)使的工作水供應(yīng)不足，導(dǎo)致后續(xù)工藝產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象，甚至可能照成巨大的經(jīng)濟(jì)損失以及人員安全問(wèn)題，故必須使得除氧器的液位保持在一定的高度；除氧器的壓力和出水閥的流量也均會(huì)對(duì)除氧器的液位造成影響，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，除氧器的壓力過(guò)高會(huì)使得除氧器爆炸，產(chǎn)生不安全的事故，并且壓力過(guò)大，會(huì)使得除氧器中的水被快速的經(jīng)出水閥被壓到除氧器外，供給水的不穩(wěn)定會(huì)使得后續(xù)的工藝目的很難實(shí)現(xiàn)；除氧器出口的除氧水是去往鍋

9、爐汽包的，汽包是產(chǎn)生蒸汽的地方，它的液位非常重要，液位過(guò)低就可能造成汽包被燒壞的危險(xiǎn)，如果汽包液位過(guò)高，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽的質(zhì)量就會(huì)受到一定的影響，所以汽包液位要控制在一定的范圍內(nèi)，在燃燒系統(tǒng)供應(yīng)的熱量一定，也就是單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)出去的水量一定時(shí)，要想使氣泡液位穩(wěn)定下來(lái)，就要保證汽包上水流量穩(wěn)定，所以要對(duì)上水流量，也就是除氧器出口流量進(jìn)行控</p><p>　　綜合上述問(wèn)題，我們需要去設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)達(dá)到如下目的：<

10、;/p><p>　　1）保持除氧器液位的穩(wěn)定，并且使其穩(wěn)定在某個(gè)設(shè)定值上，如此防止出現(xiàn)后續(xù)工藝的水供給不足和除氧器爆炸等事件的發(fā)生。</p><p>　　2）保持出口流量的穩(wěn)定，并且穩(wěn)定于某個(gè)設(shè)定值，使其工藝能夠穩(wěn)定的工作，如此為后續(xù)工藝的穩(wěn)定工作鋪平道路。</p><p>　　3）保持除氧器壓力的穩(wěn)定于某個(gè)設(shè)定值，使得除氧器能夠安全工作。</p><

11、;p>　　1.2 控制系統(tǒng)的意義</p><p>　　針對(duì)上述的三個(gè)目的，我們很容易知道控制系統(tǒng)的意義主要有哪些。首先我們對(duì)除氧器的液位進(jìn)行控制，使其達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，如此建立物料或能量的平衡，以便在穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)的流入量和流出量相等；要求液位必須維持在設(shè)定值上，這個(gè)設(shè)定值代表了一個(gè)重要的操作點(diǎn)；緩沖容器的液位控制。其次，我們對(duì)出口閥的出口流量進(jìn)行控制，使得出口流量達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，使得后續(xù)汽包液位能夠達(dá)到穩(wěn)定。最

12、后我們對(duì)除氧器的壓力進(jìn)行控制，這是為了使得除氧器不要出現(xiàn)憋壓的情況，防止氧化水無(wú)法正常蒸發(fā)，并且防止出現(xiàn)除氧不充分，造成鍋爐腐蝕。</p><p><b>　　1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容</b></p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)上述的控制目的，我們主要需要完成以下的內(nèi)容：首先我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)控制器去控制除氧器的液位，在這個(gè)控制系統(tǒng)中，我們把除氧器作為控制對(duì)象，除氧器液位作為控制變量

13、，給定一個(gè)設(shè)定值，利用控制器使其達(dá)到這個(gè)設(shè)定值。其次，我們還需設(shè)計(jì)一個(gè)控制器去控制出口閥的流量，在此控制系統(tǒng)中，控制器為出口流量閥，被控變量為出口流量，我們利用控制器給定一個(gè)設(shè)定值，使得流量能夠穩(wěn)定在此設(shè)定值處，使得工藝過(guò)程能夠穩(wěn)定工作。最后，一個(gè)控制除氧器壓力的控制系統(tǒng)還需要被設(shè)計(jì)，我們利用此控制系統(tǒng)，使得被控對(duì)象達(dá)到一個(gè)很穩(wěn)定的壓力值，最終到達(dá)很好的控制效果。</p><p><b>　　1.4 主

14、要任務(wù)</b></p><p>　　在此次設(shè)計(jì)中我們主要要設(shè)計(jì)三個(gè)控制系統(tǒng)，第一個(gè)是控制除氧器的液位，第二個(gè)是控制出口流量閥的流量，第三個(gè)是控制除氧器的壓力，雖然從表面上，這三個(gè)控制器的控制變量不一樣，但是，實(shí)際上，他們都是互相影響的，除氧器壓力的大小，會(huì)影響出口流量，從而影響除氧器的液位；出口閥的流量的大小會(huì)影響除氧器的液位，從而影響除氧器內(nèi)壓力的變化。從這里我們能發(fā)現(xiàn)這幾個(gè)控制器都很重要。<

15、/p><p>　　在此主要任務(wù)是確定被控對(duì)象，被控變量，執(zhí)行器，檢測(cè)元件，然后根據(jù)要構(gòu)建的系統(tǒng)的性能以及被控對(duì)象的特性去選擇控制器的正反作用以及是用P控制還是PI控制，還是PID控制，合理的選擇工作方式，使其能夠達(dá)到預(yù)先要求的目的，這是很重要的工作。其后，我們選擇信號(hào)源、控制器去構(gòu)建控制系統(tǒng)，然后用先調(diào)節(jié)P，再調(diào)節(jié)I，最后調(diào)節(jié)D的原則去整定合適的PID參數(shù)值，如此選定合適的控制器，最后通過(guò)加入擾動(dòng)去測(cè)試控制系統(tǒng)的性能

16、，考慮控制系統(tǒng)的魯棒性是否達(dá)到要求。</p><p><b>　　2 正文</b></p><p>　　2.1除氧器液位控制</p><p>　　2.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募肮に嚤尘?lt;/p><p><b>　　（1）實(shí)驗(yàn)的目的</b></p><p>　　通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們能夠掌

17、握比例作用的控制規(guī)律、P控制器的使用，體會(huì)余差；其次，我們可以熟悉單回路系統(tǒng)的組態(tài)及投運(yùn)過(guò)程；另外，我們可以了解液位對(duì)象的特性及控制方法。</p><p>　?。?）除氧器液位控制的工藝背景</p><p>　　用于除氧器的過(guò)熱蒸汽源源不斷地流入除氧器中，對(duì)除氧器內(nèi)的軟化水進(jìn)行加熱，軟化水被加熱到沸騰后，水中的氧氣會(huì)被蒸發(fā)出來(lái)，通過(guò)除氧器頂部的氣孔排放到大氣中達(dá)到脫氧的目的。因此，除氧器氧

18、化水液位的高低，對(duì)軟化水沸騰的時(shí)間、除氧效果的好壞有直接的影響。另外，除氧器還起著中間儲(chǔ)罐的作用。一旦公用工程出現(xiàn)故障，不能及時(shí)給除氧器供水，除氧器中儲(chǔ)藏的軟化水可以在一定時(shí)間內(nèi)維持生產(chǎn)設(shè)備正常運(yùn)行，在不影響生產(chǎn)的前提下為搶修贏得時(shí)間。除氧器液位過(guò)高則會(huì)造成軟化水的浪費(fèi)，液位過(guò)低則會(huì)造成其下游上水泵的腐壞，還會(huì)造成因原料供應(yīng)不足而停產(chǎn)。綜上，對(duì)除氧器液位控制有很大的實(shí)際價(jià)值，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了除氧器液位控制系統(tǒng)。</p>&l

19、t;p>　　2.1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程</p><p>　?。?）操作變量的選擇</p><p>　　對(duì)除氧器液位最主要的影響就是除氧器入口流量和除氧器出口流量。其中除氧器入口是公用工程來(lái)的鍋爐給水（軟化水），如果除氧器入口流量經(jīng)常波動(dòng)，會(huì)造成除氧器液位的不穩(wěn)定。除氧器出口則去往下游的鍋爐汽包，出口流量的波動(dòng)會(huì)對(duì)汽包水位的高低產(chǎn)生直接影響。如果用入口流量控制除氧器液位，出口流量波動(dòng)對(duì)液位的

20、影響可以通過(guò)調(diào)節(jié)入口流量來(lái)消除，也就是改變軟化水的來(lái)料量。</p><p>　　如果用出口流量控制除氧器液位，入口流量波動(dòng)對(duì)液位的影響則要通過(guò)調(diào)節(jié)出口流量來(lái)消除，而出口流量的變化會(huì)作用到下游生產(chǎn)單元，可能影響整個(gè)生產(chǎn)單元的平穩(wěn)運(yùn)行。因此，這里我們選擇用除氧器入口流量控制除氧器液位。</p><p>　　（2）除氧器液位控制單回路系統(tǒng)框圖</p><p>　　圖2-1

21、 除氧器液位控制系統(tǒng)框圖</p><p><b>　?。?）實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　① 在沒(méi)有打開(kāi)任何工程的前提下，在 SMPT-1000 監(jiān)控環(huán)境中打開(kāi)除氧器工程 050607_Dearator Control。</p><p>　?、?打開(kāi)閥門(mén)/擋板控制配置對(duì)話框，將閥門(mén) FV1106 設(shè)為內(nèi)控狀態(tài)。</p>&

22、lt;p>　　③ 將當(dāng)前窗口切換到控制組態(tài)畫(huà)面，進(jìn)行控制系統(tǒng)組態(tài)。</p><p>　　設(shè)置數(shù)據(jù)源，采集除氧器液位實(shí)際測(cè)量值作為控制器輸入。</p><p>　　在 SMPTLab 左側(cè)浮動(dòng)工具盒中，已經(jīng)打開(kāi)基本模板目錄，目錄中包括了組成控制回路常用的控制器輸入模塊、控制器輸出模塊和 PID 控制器模塊，如圖2-2。</p><p><b>　　圖2

23、-2 工具盒</b></p><p>　　用鼠標(biāo)左鍵選中“控制器輸入”不放，拖動(dòng)至控制組態(tài)窗口中放開(kāi)，即在控制組態(tài)窗口中生成了一個(gè)“數(shù)據(jù)源”模塊，如下圖2-3。</p><p><b>　　圖2-3 數(shù)據(jù)源</b></p><p>　　雙擊該模塊符號(hào)，彈出數(shù)據(jù)采集點(diǎn)配置對(duì)話框。如圖，在選擇位號(hào)下拉框中，選擇 LI1101，即表示當(dāng)前

24、數(shù)據(jù)源模塊將從現(xiàn)場(chǎng)獲取 LI1101 位號(hào)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖2-4 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)配置</p><p>　　點(diǎn)擊【確定】按鈕，完成對(duì)除氧器液位信號(hào)的配置。</p><p>　　PID 控制器組態(tài)。</p><p>　　在基本模板目錄中，選中“PID 控制器”圖標(biāo)，并將它拖放至控制組態(tài)窗口，生成PID 控制器圖標(biāo)。雙擊該圖標(biāo)，

25、彈出 PID 控制器配置對(duì)話框，</p><p>　　在基本設(shè)置欄中，將控制器取名為 LIC1101，填入位號(hào)框中。</p><p>　　在控制器投用之前，先將控制狀態(tài)設(shè)為手動(dòng)。</p><p>　　選擇控制器為反作用。</p><p>　　配置完成后，點(diǎn)擊【確定】按鈕，當(dāng)前 PID 控制器的圖標(biāo)將更新。</p><p&g

26、t;　　圖2-5 配置后的PID圖標(biāo)</p><p>　　設(shè)置執(zhí)行單元。為了讓控制器的輸出信號(hào)，能夠送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如調(diào)節(jié)閥），需要在控制組態(tài)窗口中引入“控制器輸出”模塊。該模塊負(fù)責(zé)接收控制器的 OP 輸出，并將該輸出信號(hào)送至流程盤(pán)臺(tái)上的某一個(gè)調(diào)節(jié)閥以控制其開(kāi)度，達(dá)到對(duì)流程實(shí)施控制的目的。</p><p>　　在基本模板目錄中，選中“控制器輸出”圖標(biāo)，并將該圖標(biāo)拖動(dòng)至控制組態(tài)窗口中，生成一個(gè)

27、新的“控制輸出點(diǎn)”模塊。</p><p>　　圖2-6 控制輸出模塊圖標(biāo)</p><p>　　雙擊該圖標(biāo)，彈出數(shù)據(jù)輸出點(diǎn)配置對(duì)話框。在該對(duì)話框的位號(hào)下拉框中，選擇要輸出的調(diào)節(jié)閥位號(hào)，如下圖所示的為 FV1106。數(shù)值范圍欄中的上、下限框自動(dòng)根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)定義中 FV1106 的儀表上下限進(jìn)行填寫(xiě)。</p><p>　　在數(shù)據(jù)輸出類(lèi)型欄中，需要設(shè)置接收控制器 OP 輸出的

28、數(shù)據(jù)類(lèi)型為絕對(duì)量還是增量。缺省情況下，模塊使用絕對(duì)量，即代表接收控制器的 OP 輸出值，即為調(diào)節(jié)閥的目標(biāo)開(kāi)度 MV。</p><p><b>　　圖2-7 配置圖</b></p><p>　　配置完成后，點(diǎn)擊【確定】按鈕，當(dāng)前 PID 控制器的圖標(biāo)將更新。</p><p>　　圖2-8 控制輸出點(diǎn)圖標(biāo)</p><p>&

29、lt;b>　　信號(hào)連接。</b></p><p>　　完成上述步驟后，控制組態(tài)窗口如下圖所示。</p><p><b>　　圖2-9 控制組態(tài)</b></p><p>　　為了將“數(shù)據(jù)源”模塊檢測(cè)到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) LI1101 輸入“PID 控制器”模塊，并將控制器模塊的輸出通過(guò)“控制輸出點(diǎn)”模塊調(diào)節(jié)流程盤(pán)臺(tái)上的 FV1106 調(diào)

30、節(jié)閥開(kāi)度，需要在上圖所示的圖中添加信號(hào)線，以連接三個(gè)模塊。液位 LI1101 的單回路 PID 控制系統(tǒng)組態(tài)結(jié)果如圖所示。</p><p>　　圖2-10 控制系統(tǒng)組態(tài)圖</p><p>　　在趨勢(shì)曲線畫(huà)面中添加 LI1101、FV1106、FV1101 的實(shí)時(shí)曲線。</p><p>　　確認(rèn)閥門(mén) FV1101 開(kāi)度為 32。</p><p>

31、;　　將當(dāng)前窗口切換到控制組態(tài)畫(huà)面，雙擊 LIC1101 控制器模塊，將輸出 OP 的值設(shè)置為 30。</p><p>　　讓除氧器工程運(yùn)行起來(lái)。</p><p>　　2.1.2 控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)整定</p><p>　　(1) 控制器狀態(tài)為手動(dòng)，可進(jìn)行手動(dòng)控制。不斷修改 OP 值，也就是不斷改變閥門(mén) FV1106開(kāi)度，觀察 SP 和 PV 的值。你會(huì)發(fā)現(xiàn)

32、PV 和 SP 的值將不斷變化，當(dāng)其值達(dá)到 50%左右時(shí)，將控制器狀態(tài)設(shè)置為自動(dòng)，將控制器投自動(dòng)。</p><p>　　(2) 點(diǎn)擊 LIC1101 控制器操作面板的【配置】按鈕，打開(kāi) LIC1101 控制器配置窗口。目前比例增益設(shè)置為 1，將 SP 由原來(lái)的 50%變?yōu)?60%，待液位穩(wěn)定后，將 SP 由 60%再調(diào)回 50%，觀察并記錄除氧器液位的趨勢(shì)曲線。待液位穩(wěn)定后，將比例增益設(shè)置為 2，再將 SP 由原

33、來(lái)的 50%變?yōu)?60%，待液位穩(wěn)定后，將 SP 由 60%再調(diào)回 50%，觀察并記錄除氧器液位的趨勢(shì)曲線。根據(jù)比例增益的特點(diǎn)，不斷修改 Kc 的值，每修改一次都要通過(guò)雙向修改 SP 值來(lái)加入階躍干擾，直到除氧器液位的變化曲線達(dá)到 4:1 衰減比。其趨勢(shì)曲線如下圖所示：</p><p><b>　　圖2-11 K為1</b></p><p>　　圖2-12 K為2和3

34、</p><p>　　圖2-13 K為4、5和10</p><p>　　(3) 擾動(dòng)性能測(cè)試</p><p>　　令 LIC1101 的比例增益 Kc=3，將 LI1101 設(shè)定值從 50 變?yōu)?60，記錄 LI1101 的響應(yīng)曲線。待 LI1101 穩(wěn)定后，將 LI1101 設(shè)定值從 60 再變?yōu)?50，記錄 LI1101 的響應(yīng)曲線。待系統(tǒng)穩(wěn)定之后，點(diǎn)擊工具欄中

35、的 按鈕，將當(dāng)前窗口切換到流程圖畫(huà)面。雙擊閥門(mén) FV1101，在打開(kāi)的閥門(mén)/擋板類(lèi)設(shè)備屬性對(duì)話框中，將 FV1101 開(kāi)度設(shè)置為 50，觀察 LI1101 曲線的變化趨勢(shì)。當(dāng) LI1101 穩(wěn)定后，再將 FV1101 開(kāi)度調(diào)回到 32，等待液位穩(wěn)定。</p><p>　　圖2-14 擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)圖</p><p>　　我們最后將液位控制器 LIC1101 的比例增益取為 Kc=3，因?yàn)樵?Kc

36、=3 時(shí)液位趨勢(shì)曲線的響應(yīng)速度較快，且穩(wěn)態(tài)余差最小。但是由于比例作用不能消除余差的特點(diǎn)，可以看到在增加 FV1101 開(kāi)度施加干擾時(shí)，LIC1101控制器不能將液位調(diào)節(jié)回設(shè)定值 50%，而是穩(wěn)定在比 50%低的位置。</p><p>　　這是由于 FV1101 的開(kāi)度增加導(dǎo)致除氧器出口流量 FI1101 增加，因此液位會(huì)降低。但是由于控制器的作用，除氧器液位并沒(méi)有由于自身的非自衡的特性而不斷下降，而是達(dá)到了一個(gè)新

37、的穩(wěn)態(tài)值。當(dāng)將 FV1101 的開(kāi)度調(diào)整回 32 之后，由于除氧器出口流量 FI1101 又回到原先的值，因此在控制器 LIC1101 的作用下，液位重新回到 50%。</p><p>　　2.2 除氧器出口流量控制</p><p>　　除氧器的汽包是產(chǎn)生蒸汽的地方，它的液位非常重要，如果液位過(guò)低就有可能燒壞汽包，如果液位過(guò)高，那么產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽的質(zhì)量就會(huì)受到影響，所以說(shuō)汽包的液位必須要控

38、制在一定的范圍。</p><p>　　假設(shè)燃燒系統(tǒng)供應(yīng)的熱量一定，也就是單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)出去的水量一定，要使七寶也為穩(wěn)定下來(lái)，就要保證汽包上水流量穩(wěn)定，所以要對(duì)上水流量也就是除氧器出口流量進(jìn)行控制。我們之所以不用出口流量控制汽包液位是因?yàn)槌跗鞒隹诔跛清仩t汽包上水的主要來(lái)源，為了保證鍋爐汽包上水穩(wěn)定，必須保證鍋爐汽包上水流量穩(wěn)定。鍋爐上水流量也就是除氧器出口流量更應(yīng)該用來(lái)控制汽包水位。</p>&

39、lt;p>　　2.2.1 控制系統(tǒng)組態(tài)</p><p>　?。?）設(shè)置數(shù)據(jù)源，將除氧器出口流量FI1101作為控制器輸入。</p><p>　?。?）添加PID控制器模塊，取名為FIC1101配置如下表：</p><p>　　表2.1 FIC1101配置表</p><p>　　（3）添加執(zhí)行單元FV1101。</p>&l

40、t;p>　?。?）連接各部分組態(tài)，完成后如下圖所示：</p><p>　　圖2-15 除氧器壓力控制器組態(tài)</p><p>　　2.2.2 控制系統(tǒng)投運(yùn)及參數(shù)整定</p><p>　?。?）打開(kāi)FIC1101控制器面板，將控制器狀態(tài)設(shè)為手動(dòng)不斷修改OP值，觀察SP和PV值，當(dāng)其值達(dá)到11kg/s左右時(shí)，將控制器投自動(dòng)。</p><p>

41、　?。?）將Kc改為10將除氧器出口流量SP由11改為15，觀察除氧器出口流量響應(yīng)曲線，當(dāng)FI1101達(dá)到穩(wěn)定后將SP由15改為11，觀察除氧器出口流量響應(yīng)曲線。</p><p>　　（3）當(dāng)FI1101達(dá)到穩(wěn)定后將Kc改為11、12、13、14、15、16后分別重復(fù)第二步操作。</p><p>　　當(dāng)全部操作完成后得到的各變量的響應(yīng)曲線如下圖所示：</p><p>

42、;　　圖2-16 Kc由10到16變化時(shí)的響應(yīng)曲線</p><p>　?。?）確定了Kc為13之后，將Ti值改為10，將SP值由11修改為15觀察各變量的響應(yīng)曲線，當(dāng)FI1101穩(wěn)定后再將SP值由15修改為11，觀察各變量的響應(yīng)曲線。</p><p>　?。?）當(dāng)FI1101穩(wěn)定后將Ti值分別修改為5、3、2、1、0.8并重復(fù)第一步操作，觀察響應(yīng)曲線。</p><p&g

43、t;　　當(dāng)全部操作完成后得到的各變量的響應(yīng)曲線如下圖所示：</p><p>　　圖2-17 Kc為13時(shí)Ti由10到0.8變化時(shí)的響應(yīng)曲線</p><p>　　2.2.3 施加擾動(dòng)測(cè)試控制器性能</p><p>　?。?）在FIC配置對(duì)話框中將控制器狀態(tài)設(shè)為手動(dòng)。</p><p>　?。?）將控制器輸出OP值改為50，也就是將FV1101的開(kāi)

44、度突變?yōu)?0.</p><p>　?。?）在經(jīng)過(guò)10秒左右之后將控制器投入自動(dòng)，觀察在FV101自身受擾動(dòng)的情況下除氧器出口流量曲線的變化趨勢(shì)。</p><p>　　操作完成后得到了如下的趨勢(shì)圖：</p><p>　　圖2-18 擾動(dòng)測(cè)試控制器FIC性能</p><p>　　2.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　

45、　在使Kc由10到16變化的實(shí)驗(yàn)中，由于流量參數(shù)的之后非常小，因此FV1101變化時(shí)FI1101馬上會(huì)跟著變化，隨著Kc增大可以看到FI1101的余差逐漸變小，同時(shí)隨著Kc的增大，F(xiàn)I1101逐漸出現(xiàn)衰減振蕩。由于FI1101的值一直大于FI1106，導(dǎo)致除氧器液位LI1101一直降低，因此在圖中可以看到LI1101一直是下降的，但是由于控制器LIC1101的作用，F(xiàn)V1106的開(kāi)度變大試圖將LI1101調(diào)整回設(shè)定值，所以可以看到LI1

46、101的下降趨勢(shì)在減弱。</p><p>　　在Kc為13時(shí)Ti由10到0.8變化的試驗(yàn)中，可以看到隨著Ti的減小FI1101的響應(yīng)曲線向設(shè)定值靠攏的速度越來(lái)越快，消除余差的作用非常明顯，響應(yīng)曲線也會(huì)出現(xiàn)明顯的衰減振蕩。同時(shí)由于積分作用的存在控制器的輸出變化很明顯FV1101的響應(yīng)曲線有明顯的振蕩也就是說(shuō)，F(xiàn)V1101的變化很劇烈。另外，現(xiàn)在FIC控制器現(xiàn)在是無(wú)差調(diào)節(jié)，所以在FI1101的SP從15將為11時(shí)，

47、會(huì)有FI1101小于FI1106的時(shí)候，所以可以看到除氧器液位LI1101不再持續(xù)下降，而是在波動(dòng)，而對(duì)LI1101起調(diào)節(jié)作用的FV1106也在波動(dòng)中。</p><p>　　在用擾動(dòng)測(cè)試控制器FIC性能的實(shí)驗(yàn)中可以看到在FV1101的開(kāi)度突變?yōu)?0時(shí)，F(xiàn)I1101迅速上升，偏離了11的設(shè)定值，由于FI1101突然增加，LI1101開(kāi)始下降LIC1101增大FV1106的開(kāi)度力圖將LI1101調(diào)回原來(lái)的穩(wěn)定值，當(dāng)F

48、IC1101重新投自動(dòng)后，由于FI1101的設(shè)定值沒(méi)有變所以FI1101的OV大于SP，LIC1101輸出令FV1101關(guān)小，可以看到FI1101關(guān)小的趨勢(shì)。在FIC1101的作用下，F(xiàn)I1101快速回到了設(shè)定值并達(dá)到穩(wěn)定。由于LIC1101是純比例控制的有差調(diào)節(jié)，可以看到在FI1101重新達(dá)到穩(wěn)定后，LI1101沒(méi)有回到原來(lái)的穩(wěn)定值FV1106的開(kāi)度也與干擾之前不同。</p><p>　　2.3 除氧器壓力控制

49、</p><p>　　上面說(shuō)了除氧器的出口流量控制，接下來(lái)分析除氧器壓力控制。</p><p>　　許多生產(chǎn)過(guò)程都是在不同壓力下進(jìn)行的，有些需要很高的壓力，如，鍋爐氣泡，有的需要很高的真空度，如，鍋爐爐膛。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱量傳遞是重要的操作和控制手段，可以利用系統(tǒng)的壓力保持過(guò)程的熱量平衡，此種情況下，壓力的動(dòng)態(tài)特性和溫度類(lèi)似。</p><p>　　壓力對(duì)象有兩種，一

50、類(lèi)是具有一定容量的容器體積較大，表征動(dòng)態(tài)特性的時(shí)間常數(shù)較大，即慣性較大。另外一類(lèi)是管道壓力，時(shí)間常數(shù)較小，控制比較靈敏。無(wú)論是具有一定容量的氣罐的壓力，還是管道的壓力，與溫度對(duì)象相比都是較快的過(guò)程，時(shí)間常數(shù)不大，大都呈現(xiàn)單容特性，在控制中一般不用微分作用。</p><p>　　2.3.1 PI控制器特點(diǎn)</p><p>　　表2.2 PI控制器</p><p>　

51、　2.3.2 為什么要控制除氧器的壓力</p><p>　　這里通入蒸汽的主要目的是為了除去除氧器進(jìn)料軟化水中的氧氣，以防送入鍋爐的水中含有氧氣，腐蝕設(shè)備。除氧器對(duì)壓力的要求比較高，因?yàn)槌跗鲏毫^(guò)高，會(huì)造成除氧器憋壓，軟化水無(wú)法正常蒸發(fā)，如果除氧器壓力過(guò)低會(huì)造成氧不充分，而過(guò)多的氧氣會(huì)在加熱的過(guò)程中分解出來(lái)腐蝕鍋爐。</p><p>　　2.3.3 控制系統(tǒng)組態(tài)</p>&

52、lt;p>　?。?）設(shè)置數(shù)據(jù)源，將除氧器閥門(mén)PI1106實(shí)測(cè)值作為控制器輸入。</p><p>　　（2）添加PID控制器模塊，其配置如下表所示：</p><p>　　表2.3 PI1106配置表</p><p>　　設(shè)置執(zhí)行單元，閥門(mén)位號(hào)PV1101，數(shù)據(jù)輸出類(lèi)型為絕對(duì)量。</p><p>　　進(jìn)行信號(hào)連接。配置完成后，控制組態(tài)窗口如

53、下圖所示。</p><p>　　圖2-19 除氧器壓力控制器組態(tài)</p><p>　　至此，針對(duì)除氧器壓力PI1106的單回路PID控制系統(tǒng)組態(tài)完成。</p><p>　　2.3.4 控制系統(tǒng)投運(yùn)及參數(shù)整定</p><p>　　（1）在控制器組態(tài)畫(huà)面，選中PIC1106控制器圖標(biāo)，打開(kāi)PIC1106控制器的操作面板。</p>&

54、lt;p>　?。?）控制器狀態(tài)為手動(dòng)，進(jìn)行手動(dòng)控制，不斷修改OP值，也就是不斷改變閥門(mén)PV1101開(kāi)度，觀察SP和PV的值，當(dāng)其值達(dá)到0.149MPa左右時(shí)，將控制器投自動(dòng)。</p><p>　?。?）將比例增益Kc由1修改為10000時(shí)，改變除氧器壓力PI1106的SP，觀察除氧器壓力的響應(yīng)曲線。</p><p>　?。?）根據(jù)比例控制器的特點(diǎn)，不斷修改Kc的值，每修改一次都要通過(guò)

55、改變SP來(lái)加入階躍擾動(dòng)，直到除氧器壓力曲線達(dá)到4:1衰減，記錄下此時(shí)的Kc值。</p><p>　?。?）確定Kc的值之后，根據(jù)積分控制器的特點(diǎn)，不斷修改Ti的值，每修改一次都要通過(guò)改變SP來(lái)加入階躍擾動(dòng)，觀察除氧器壓力的響應(yīng)曲線。</p><p>　　當(dāng)全部操作完成后得到的各變量的響應(yīng)曲線如下圖所示：</p><p>　　圖2-20 各變量響應(yīng)曲線</p&g

56、t;<p>　　圖2-21 Kc增大時(shí)各變量響應(yīng)曲線</p><p>　　2.3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析</p><p>　　在純比例作用時(shí)，除氧器壓力PI1106的響應(yīng)曲線也沒(méi)有出現(xiàn)4:1衰減。這是因?yàn)槌跗黧w積比較大，在Kc=50000之后，PV1101在PI1106的SP改變的瞬間，開(kāi)度都能達(dá)到全開(kāi)，即使這樣，所提供的蒸汽量都不足以引起除氧器壓力的波動(dòng)。Kc=20000時(shí)響

57、應(yīng)曲線比較好，但為了讓響應(yīng)快一點(diǎn)，最后采用Kc=10000。不過(guò)加入積分作用后，控制的效果倒是非常明顯。無(wú)論Ti取什么值，PV1101都能在最大開(kāi)度維持一段時(shí)間，確保PI1106盡快上升到SP切無(wú)余差。由于PI1106的變化，除氧器內(nèi)水的蒸發(fā)量會(huì)不斷發(fā)生變化，因此除氧器液位LI1101會(huì)隨之變化?？梢钥吹剑琇I1101和FV1106的響應(yīng)曲線始終處在波動(dòng)當(dāng)中，這是除氧器液位控制器LI1101在起作用。</p><p&

58、gt;<b>　　3 結(jié)論</b></p><p>　　對(duì)于控制液位的控制器我們選用了純比例控制，對(duì)于出口閥流量的控制我們主要使用PI控制，對(duì)于控制除氧器的壓力我們主要使用了PI控制，并且我們讓這三個(gè)控制器同時(shí)工作，從結(jié)果中，我們能發(fā)現(xiàn)，液位、流量、壓力這三個(gè)被控變量都能得到很好的控制，并且能夠使得整個(gè)工藝過(guò)程變得很穩(wěn)定。</p><p>　　比例控制規(guī)律P：采用P

59、控制規(guī)律能較快地克服擾動(dòng)的影響，它的作用于輸出值較快，但不能很好穩(wěn)定在一個(gè)理想的數(shù)值，不良的結(jié)果是雖較能有效的克服擾動(dòng)的影響，但有余差出現(xiàn)。它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場(chǎng)合。</p><p>　　比例積分控制規(guī)律(PI)：在工程中比例積分控制規(guī)律是應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。積分能在比例的基礎(chǔ)上消除余差，它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控參數(shù)不允許

60、有余差的場(chǎng)合。</p><p>　　比例微分控制規(guī)律(PD)：微分具有超前作用，對(duì)于具有容量滯后的控制通道，引入微分參與控制，在微分項(xiàng)設(shè)置得當(dāng)?shù)那闆r下，對(duì)于提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，有著顯著效果。因此，對(duì)于控制通道的時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大的場(chǎng)合，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小動(dòng)態(tài)偏差等可選用比例微分控制規(guī)律。</p><p>　　例積分微分控制規(guī)律(PID)：PID控制規(guī)律是一種較理想的控制規(guī)律

61、，它在比例的基礎(chǔ)上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它適用于控制通道時(shí)間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場(chǎng)合。</p><p>　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)我們能夠知道，在整定PID參數(shù)的時(shí)候，我們需要按照先P后I最后D的順序去整定各個(gè)參數(shù)，并且在整定P的時(shí)候，取消I和D的作用，這樣才能很好地找到合適的參數(shù)。</p><p>　　4 收獲、體驗(yàn)和建議</p>

62、;<p>　　通過(guò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門(mén)課程，我詳細(xì)地了解了鍋爐系統(tǒng)各部分的工藝流程。尤其是通過(guò)對(duì)除氧器設(shè)計(jì)并動(dòng)手的各個(gè)實(shí)驗(yàn)，從實(shí)踐中更深刻地體會(huì)了過(guò)程控制理論知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用。過(guò)程控制這門(mén)學(xué)科與我們實(shí)際生活中的工業(yè)過(guò)程有著緊密的聯(lián)系，是工業(yè)大家庭中一個(gè)不可分割的分支。學(xué)好過(guò)程控制，是對(duì)一個(gè)控制工程研究生的挑戰(zhàn)，同時(shí)也是一個(gè)將理論運(yùn)用到實(shí)踐的一個(gè)契機(jī)。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備非常先進(jìn)，很好地模擬了

63、實(shí)際鍋爐系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)的老師也很負(fù)責(zé)，對(duì)我們進(jìn)行一些鼓勵(lì)，對(duì)我們的想法非常支持，很好地引導(dǎo)我們完成了所有試驗(yàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 鄭輯光. 過(guò)程控制系統(tǒng)[M]．清華大學(xué)出版社，2012,12</p><p>　　[2] 王再英. 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2006,