爐膛負壓單回路控制系統(tǒng)10頁

1、中北大學課程設(shè)計說明書目 錄1系統(tǒng)整體控制方案 1 1.1爐膛負壓概述 1 1.2控制過程簡述 1 1.3控制系統(tǒng)選擇 2 1.4 系統(tǒng)流程圖 32 儀表的選型 3 2.1 壓力計選型 3 2.2 引風機選型 4 2.3 爐膛壓力測量 43 系統(tǒng)方框圖 54 被控對象特性 5 4.1 爐膛動態(tài)特性 5 4.2 控制算法的選擇 55 系統(tǒng)仿真 6 5.1 各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù) 6 5.2 matlab仿真 7 課程設(shè)計總結(jié) 8 參考文獻 8 （燃煤鍋爐）爐膛負壓單回路控制系統(tǒng)一，系統(tǒng)整體控制方案（燃煤鍋爐） 1，爐膛負壓概述爐膛壓力是指送入爐膛內(nèi)的空氣、煤粉及煙氣和引風機吸走的煙氣量之間的平衡關(guān)系，即

2、指爐膛頂部的煙氣壓力。爐膛負壓是反映燃燒工況穩(wěn)定與否的重要參數(shù)，是運行中要控制和監(jiān)視的重要參數(shù)之一。爐內(nèi)燃燒工況一旦發(fā)生變化，爐膛負壓隨即發(fā)生相應(yīng)變化。當鍋爐的燃燒系統(tǒng)發(fā)生故障或異常時，最先將在爐膛負壓上反映出來，而后才是火檢、火焰等的變化，其次才是蒸汽參數(shù)的變化。因此，監(jiān)視和控制爐膛負壓對于保證爐內(nèi)燃燒工況的穩(wěn)定、分析爐內(nèi)燃燒工況、煙道運行工況、分析某些事故的原因均有極其重要的意義。爐膛負壓的大小受引風量、鼓風量與壓力三者的影響。鍋爐正常運行時，爐膛通常保持負壓 -40 -60Pa 。爐膛負壓太小，爐膛向外噴火和外泄漏高爐煤氣，危及設(shè)備與運行人員的安全。負壓太大，爐膛漏風量增加，排煙損失增加

3、，引風機電耗增加。2，控制過程簡述使用壓力表檢測出爐內(nèi)壓力,把壓力信號轉(zhuǎn)換為電流4-20 mA信號,用轉(zhuǎn)換來的電信號控制引風機變頻器的頻率.通過頻率的改變使引風機的引風量得到控制 。爐膛負壓是一個快過程，只要PI參數(shù)整定合適，一般采用單回路閉環(huán)負反饋，控制量為引風機的變頻器 即可達到目的。爐膛負壓的控制對象是引風機擋板所控制的引風量，爐膛負壓的動態(tài)特性是引風量階躍變化時，爐膛負壓隨時間變化的特性，如下圖1所示。由于爐膛負壓反應(yīng)很快，可做比例特性來處理。 圖1 爐膛負壓比例特性 爐膛負壓給定由儀表調(diào)節(jié)器面板設(shè)定，同爐內(nèi)負壓檢測和變送器檢測到的負壓實際值比較，經(jīng)儀表調(diào)節(jié)器 PI 運算后輸出 4 2

4、0 mA 電信號，作為變頻器頻率給定信號，用于變頻器控制電機轉(zhuǎn)速，達到自動控制風量的目的。3，控制系統(tǒng)的選擇系統(tǒng)采用單回路控制系統(tǒng)，即一個調(diào)節(jié)器，一個執(zhí)行器，一個檢測變送器，只有一個閉環(huán)?？刂茖ο鬄殄仩t爐膛，測量元件采用壓差變送器，執(zhí)行器是爐膛引風機變頻器。被控變量是爐膛頂部煙氣出口壓力。給定值為系統(tǒng)需要的合適的爐膛壓力值，測量值由爐膛頂端壓力計測量得到。操控變量是引風機變頻器頻率。干擾為爐膛內(nèi)引風量落后于燃料量和鼓風量的控制，可能引起系統(tǒng)大的波動，造成不穩(wěn)定因素壓力變化等?？刂菩盘枮檎{(diào)節(jié)器根據(jù)偏差信號計算出得到的用以控制引風機變頻器的4-20 mA電流信號。4，系統(tǒng)流程圖： PTPC 鍋爐風

5、機變頻器 圖2 系統(tǒng)流程圖二，儀器儀表的選型1，壓力計由于爐膛溫度高，壓力小，且一般是負壓，所以選用壓力傳感器，可采用爐膛負壓傳感器。 圖3 PTP802 供應(yīng)爐膛負壓傳感器 壓力傳感器 PTP802差壓變送器采用OEM硅壓阻式差壓芯體組裝而成，外殼為鋁合金結(jié)構(gòu)。兩個壓力接口為M10螺紋和旋塞結(jié)構(gòu)，可直接安裝在測量管道 上或通過引壓管連接。廣泛應(yīng)用于鍋爐送風、井下通風等電力、煤炭行業(yè)壓力過程控制領(lǐng)域。 主要技術(shù)參數(shù): 量 程: -50Pa050Pa200Pa1KPa1MPa 綜合精度: 0.5%FS、1.0%FS 輸出信號: 1.0mV/V、2.0mV/V(四線制)，420mA(二線制)、05

6、V、15V、010V(三線制) 供電電壓: 24DCV(936DCV) 介質(zhì)溫度: -2085 環(huán)境溫度: 常溫(-2085) 負載電阻: 電流輸出型：最大800；電壓輸出型：大于50K 絕緣電阻: 大于2000M (100VDC 密封等級: IP65 長期穩(wěn)定性能: 0.1%FS/年 振動影響: 在機械振動頻率20Hz1000Hz內(nèi)，輸出變化小于0.1%FS 電氣接口(信號接口): 引出導(dǎo)線 機械連接(螺紋接口): M101。2，引風機將鍋爐燃燒產(chǎn)物（煙氣）從鍋爐尾部吸出，并經(jīng)煙囪排入大氣的風機。安裝在鍋爐除塵器之后，亦稱吸風機。 由于燃煤鍋爐煙氣中還有較多粉塵，對引風機磨損作用較大，因此引

7、風機轉(zhuǎn)速不宜大于1000r/min，一般取500-750r/min。其電機選用變頻電機，用來接收調(diào)節(jié)器發(fā)出的控制信號，并控制引風機的轉(zhuǎn)速從而調(diào)節(jié)引風機的風速，從而對爐膛壓力進行控制。具體過程為：通過爐膛上的負壓變送器將爐膛壓力標準電信號送入引風變頻器PID控制器的反饋通道,經(jīng)處理后與設(shè)定爐膛負壓力比較,經(jīng)過PID控制器產(chǎn)生運算信號,此信號控制引風變頻器調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速,使爐內(nèi)負壓穩(wěn)定在設(shè)定值,從而達到自動跟蹤鼓風保持爐膛負壓恒定目的。引風電機速度隨著爐膛負壓值的變化而變化。即保證鍋爐燃燒部分的自動運行?？蛇x用三晶變頻器，引風變頻功率:SAJ8000（185KW)，主要技術(shù)參數(shù)：(1)主回路電源：三

8、相五線制。380V+10%。(2)控制回路電壓：220V引風機型號 表1離心引風機性能表 3，爐膛壓力的測量爐膛壓力的測量采用3個差壓變送器，3個差壓變送器的輸出分別送到3個小值選擇器，3個小值選擇器的輸出再送到大值選擇器，大值選擇器的輸出為3個差壓變送器的輸出（測量）值的中間值。采用3個差壓變送器的目的是為了防止因變送器故障或信號管路堵塞而影響測量值的可靠性，從而影響爐膛壓力控制的可靠性。測量的中間值與差壓變送器的輸出（測量）值進行比較，如果偏差超出一定范圍，則將發(fā)出報警信號。三，系統(tǒng)方框圖壓差變送器 爐膛 控制器f 引風機變頻器+- PID K G(s) 圖4 爐膛負壓單回路控制系統(tǒng)方框圖

9、控制器采用PID控制規(guī)律，變頻器可看作是一個比例控制環(huán)節(jié)K。四，被控對象特性1，爐膛動態(tài)特性爐膛負壓的控制對象是引風機擋板所控制的引風量，爐膛負壓的動態(tài)特性是引風量階躍變化時，爐膛負壓隨時間變化的特性，當送風量或引風量單獨改變時，爐膛負壓變化的慣性很小，故可將爐膛負壓對象近似看成是一個時間常數(shù)很小的一階慣性環(huán)節(jié)。 即其數(shù)學模型為：G(s)=，時間常數(shù)T很小。靜態(tài)放大系數(shù)為：K=可利用切線法或者兩點法求得時間常數(shù)T和滯后時間。2，控制算法的選擇爐膛負壓是一個快過程，只要PID控制規(guī)律參數(shù)整定合適，一般采用單回路閉環(huán)負反饋 即可達到目的。其表達式如下:u(t)=Ke(t)+工業(yè)上其實際傳遞函數(shù)為：

10、G(s)=K ,其中K=FK T=FT T=T/F帶*的量為調(diào)節(jié)器參數(shù)的實際值，不帶*的值為各參數(shù)的刻度值，F(xiàn)為相互干擾系數(shù)；K為積分增益。 五，系統(tǒng)仿真1，各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)爐膛壓力變化可以看做是時間常數(shù)很小的一階慣性環(huán)節(jié)，即G(s)=，可取K=0.5，T=10，滯后時間短。 2，matlab仿真對調(diào)解器進行參數(shù)整定，即對PID控制規(guī)律中調(diào)節(jié)器的比例度，積分時間，微分時間三個參數(shù)的大小進行確定，可以利用經(jīng)驗試湊法，臨界比例法，衰減曲線法等辦法對調(diào)解器參數(shù)進行整定。在本系統(tǒng)中為壓力控制系統(tǒng)，為快速系統(tǒng)，對象容量滯后較小，被控變量有波動因此，微分調(diào)節(jié)規(guī)律的作用很小，可忽略，系統(tǒng)比例度要大，積分時間可

11、小，因此，可取P=50，I=100，D=20，進行仿真實驗：如下圖 圖5 simlink連接圖圖6 Kp,Ki,Kd設(shè)定值其仿真圖如下： 圖6 系統(tǒng)仿真震蕩曲線通過仿真，可以得到整定之后P=50，I=100，D=20最為合適。由仿真可以看到，系統(tǒng)經(jīng)過5s左右的震蕩時間可以恢復(fù)到系統(tǒng)設(shè)定值，基本滿足控制要求！ 六，課程設(shè)計總結(jié)通過這次課程設(shè)計，我看到了過程裝備與控制工程這門專業(yè)的精髓，我認真學習了過程控制儀表與技術(shù)這門課本，收獲了很多，我基本了解了爐膛負壓原理與控制，差壓變送器的基本原理，以及整個成套設(shè)備的流程運行情況，最關(guān)鍵的是我明白了調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律，PID的參數(shù)整定，感覺書上說的那些經(jīng)驗法

12、和比例法等等的數(shù)據(jù)有時不可靠，需要按照實際控制系統(tǒng)特性，再用matlab仿真軟件調(diào)節(jié)PID的數(shù)值，我學會了用Simlink仿真系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在王老師的指導(dǎo)下，我實現(xiàn)了各種環(huán)節(jié)的的各種調(diào)節(jié)，清楚的認識了PID調(diào)節(jié)規(guī)律的特性。該系統(tǒng)氣壓的PID調(diào)節(jié)控制最好的效果是用PD控制,而且系統(tǒng)比較敏感,PD參數(shù)不好確定,在多次實驗后,才最終確定PID值,因為系統(tǒng)是單沖量單回路,沒有前饋和串級控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好。 通過課程設(shè)計，我對以前書本上所學的知識有了更深的理解，也為將來知識的學習打下了堅實的基礎(chǔ)。七，結(jié)束語這次課程設(shè)計增長了我把知識運用到實際的能力，加深了對課本知識的理解。另外，感謝劉廣璞、姚竹亭、高強老師的辛勤指導(dǎo)，讓我的課程設(shè)計得以順利地完成。八、參考文獻1過程裝備控制技術(shù)及其應(yīng)用 王毅 主編 化學工業(yè)出版社 2007: 35-37 244-251 2過程自動化及儀表 俞金壽 主編 化學工業(yè)出版社2008: 83-883工業(yè)過程控制工程 王樹青 主編 化學工業(yè)出版社2002: 340-3664控制儀表及裝置 吳勤勤 主編 化學工業(yè)出版社2009: 30-795過程控制儀表 徐春山 主編 冶金