華電科院過程控制課程設計復習課程

1、華蛀電力*孑科技學院課程設計報告（2012-2013年度第1學期）名 稱：過程控制課程設計題 目：給水控制院 系：動力工程系專 業(yè)：設計周數(shù)：1周姓名學號分工成績成員被控對象動態(tài)特性分析；使用matlab、visio;總結(jié)、寫報告畫控制原理圖；控制系統(tǒng)仿真實驗，控制器參數(shù)整定畫SAMA 圖、畫控制系統(tǒng)工藝流程圖日期：2013年1月11日過程控制課程設計任務書目的與要求“過程控制課程設計” 是“過程控制”課程的一個重要組成部分。通過實際工業(yè) 過程對象控制方案的選擇、控制功能的設置、工程圖紙的繪制等基礎設計和設計 說明的撰寫，培養(yǎng)學生基本控制系統(tǒng)工程設計能力、創(chuàng)新意識，完成工程師基本技能訓練。主要

2、內(nèi)容1. 根據(jù)對被控對象進行的分析，確定系統(tǒng)自動控制結(jié)構(gòu)，給出控制系統(tǒng)原理圖；2. 根據(jù)確定控制設備和測量取樣點和調(diào)節(jié)機構(gòu)，繪制控制系統(tǒng)工藝流程圖 （PID 圖）；3. 根據(jù)確定的自動化水平和系統(tǒng)功能，選擇控制儀表，完成控制系統(tǒng)SAM/® （包 括系統(tǒng)功能圖和系統(tǒng)邏輯圖）；4對所設計的系統(tǒng)進行仿真試驗并進行系統(tǒng)整定；5編寫設計說明書。三、進度計劃序號設計（實驗）內(nèi)容完成時間備注1下達任務，查找資料周一、周二2制定控制方案，繪制控制系統(tǒng)SAMA圖周二、周三3仿真試驗、撰寫設計說明周三、周四4答辯周五四、設計（實驗）成果要求1. 繪制所設計熱工控制系統(tǒng)的的sama®；2. 根據(jù)

3、已給對象，用 MATAB進行控制系統(tǒng)仿真整定，并打印整定效果曲線;3. 撰寫設計報告五、考核方式提交設計報告及答辯學生姓名：指導教師：馬平2013年1月11日一、課程設計的目的與要求“過程控制課程設計”是 “過程控制”課程的一個重要組成部分。通過實際工業(yè)過程對象控制方案的選擇、控制功能的設置、工程圖紙的繪制等基礎設計和設計說明的撰寫，培養(yǎng)學生基本控制系統(tǒng)工程設計能力、創(chuàng)新意識，完成工程師基本技能訓練。二、設計正文1基本任務和要求：任務：1.維持汽包水位在一定的范圍內(nèi)。2. 維持穩(wěn)定的給水量。要求：1. 了解實現(xiàn)給水全程控制的關(guān)鍵技術(shù)；2.能夠進行汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的設計、仿真與工程實現(xiàn)（畫出

4、SAMA圖）。2.給水控制對象的動態(tài)特性： 給水流量擾動下汽包水位的動態(tài)特性：W丿L WVt原因分析：開始階段，給水量雖大于蒸發(fā)量， 但給水溫度低于汽包內(nèi)飽和水的溫度， 給水吸收了原 有飽和水中一部分熱量， 使得水面下汽泡容積減小， 因此擾動初期水位不會立即升高， 有一 定的遲延。（熱平衡角度）由于給水流量大于蒸發(fā)量，進、出工質(zhì)流量不平衡，因此汽包水位會逐漸上升。（物質(zhì)平衡角度）特點：有遲延，無自平衡 蒸汽流量擾動下的水位的動態(tài)特性：D n D0fH 4L!S!i as ri ra bbsbb 廠、H20tH1H 燃燒率擾動下汽包水位的動態(tài)特性：（燃燒率：單位時間燃料燃燒發(fā)熱量。）總結(jié)：蒸汽量

5、擾動主要取決于汽輪機的運行工況，屬于外部擾動，鍋爐燃燒率擾動其實也是一種間接的外部擾動。很顯然這兩種物理量是不可能作為調(diào)節(jié)汽包水位的調(diào)節(jié)手段的，調(diào)節(jié)作用量只能選擇給水量。3. 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)及使用范圍：目前較為成熟的鍋爐汽包水位控制方案中有單沖量水位控制系統(tǒng)，雙沖量水位控制系統(tǒng)及三沖量水位控制系統(tǒng)。鍋爐水位的控制方案應根據(jù)鍋爐系統(tǒng)的具體情況選擇。 單沖量水位控制系統(tǒng)：單沖量水位控制系統(tǒng)是典型的單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由被控對象，測量變送單元，調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器組成，通過給水流量調(diào)節(jié)汽包液位，這里指的單沖量即汽包液位。其控制方案如圖2所示。單沖量水位控制系統(tǒng) 雙沖量水位控制系統(tǒng)：雙沖量水位控制系統(tǒng)是在

6、單沖量水位控制的基礎上，將蒸汽流量作為前饋信號引入控制系統(tǒng)，這樣就可消除“虛假現(xiàn)象”對調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不良影響，從而改善調(diào)節(jié)特性，提高調(diào)節(jié)質(zhì) 量，且投資增加不多，其控制方案如圖3 所示雙沖量水位控制系統(tǒng)該控制方案依舊存在不能及時反映給水流量對水位調(diào)節(jié)的干擾，因此雙沖量水位控制適用于負荷變化較頻繁的小型低壓鍋爐，而不適用于給水母管壓力經(jīng)常有波動的鍋爐系統(tǒng)。 三沖量水位控制系統(tǒng)：一般情況下鍋爐容量越大，汽包的相對水位容量就越小，允許的水位波動越小，如果給 水中斷，就可能在極短的時間內(nèi)發(fā)生危險水位，這就要求水位的控制必須能夠及時的反映給水流量對水位的干擾。為此，在雙水位控制的基礎上再引進一個給水流量變化的

7、信號進行控 制，就構(gòu)成所謂的三沖量水位控制系統(tǒng)，其控制方案如圖4所示。三沖量水位控制系統(tǒng)該系統(tǒng)中，汽包水位是被控量，是主沖量信號，而蒸汽流量和給水流量是2個輔助沖量信號，通過2個輔助沖量的引入，既克服了 “虛假現(xiàn)象”對控制質(zhì)量的影響，又能及時反映 出給水量對水位的干擾， 克服了控制過程中的滯后現(xiàn)象。因此，對于大中型高中壓鍋爐采用三沖量水位控制系統(tǒng)較為適宜。4:設計方案及儀表選型：從上面的分析可知，三沖量水位控制系統(tǒng)結(jié)合了串級控制和前饋控制的優(yōu)點。當系統(tǒng)發(fā) 生外擾（蒸汽流量）或內(nèi)擾（給水流量）后，經(jīng)過前饋信號的補償作用和內(nèi)回路的快速動作， 已基本維持了對象內(nèi)部的物質(zhì)平衡，水位偏離給定值不會太遠，

8、經(jīng)過主回路的校正作用，最終使水位回到給定值。因此，本次設計采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)。給水控制系統(tǒng)對象1°1 Os+W給水流量H水位D主蒸汽流量給水控制系統(tǒng)原理圖過熱器水口鉛定值SP控制系統(tǒng)工藝流程圖(PID圖)5.給水控制系統(tǒng)的參數(shù)整定：(1) 先整定內(nèi)回路：Step 3PID11rPID Cont/ollftrzS«pe2整定參數(shù)：K=16整定后的階躍響應曲線:Q Scope2I o 丨回' 52IIP-® P 盹1U80.60.40.20050100150200Time offset： 0(2) 整定外回路:整疋參數(shù)：K=1.6, Ti=0, Td=

9、1.22oe06025010015020CiTime offset整定后的階躍響應曲線fQ ScopeSU,回22魯首P >3 P A議ES$T11E i j一1 a B « ' J"： 'a ':、-F j 77"I）汀 *T石-1-J-a. j - - b J - - » «J - - J-bljdbbid- |T a B itaaCj1 a B "a ：a aa1 11r 1 '*:"B p 1II idi d > > h d > > h l d hi.-1

10、1I(3) 串級三沖量給水控制系統(tǒng)原理圖:250100150200Time offset: 0S Scop<,IPPPB A響應曲線三、課程設計總結(jié)或結(jié)論本次課程設計在指導老師的幫助和我們小組成員的共同努力下順利完成了此次設計工作。為完成本次課程設計，我們又重新溫習了一下相關(guān)的理論和課程資料，查閱了很多文獻，通過這些前期準備工作， 我們基本熟悉了控制系統(tǒng)設計的流程及方法，為接下來的課設以及日后的工作奠定了基礎。過程控制系統(tǒng)課程設計教會了我們?nèi)绾卧O計一個完整的工業(yè)控制系統(tǒng)，從手繪圖到 MicrosoftOfficeVisio的繪制再到最終設計報告的完成，在這一周的時間里里， 讓我們學會了細

11、致與耐心。在整個的設計過程中了解到一些儀表選型的規(guī)則，系統(tǒng)圖以及方框圖的繪制方法和注意事項，培養(yǎng)了一定的工程意識。通過本次課程設計， 我們加深了對本課程的認識，通過老師的指導、 同組同學的討論以及組員的努力，我們圓滿的完成了任務， 達到了設計的目標， 真正感受到所學知識與實際的應用。, 讓我們學到了書本以外的知識最后 , 感謝學校和老師能給予我們這次課程設計的機會 鍛煉了我們的能力為我們以后的發(fā)展打下良好的基礎。 四、參考文獻1 黃德先 , 王京春，金以惠 過程控制系統(tǒng) 清華大學出版社 2011 年 5 月2 巨林倉 . 電廠熱工過程控制系統(tǒng) 西安交通大學出版社 2009年 3 月3 林文孚，胡燕 單元機組自動控制技術(shù) 中國電力出版社 2004 年 9 月 附錄 SAMA 圖蒸汽流量汽包水位去本頁給水流量041rQC1KAI去本頁H/L去本頁03去本頁06AO0707去本頁TTR