華電科院過程控制課程設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)課程

1、華蛀電力*孑科技學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告（2012-2013年度第1學(xué)期）名 稱：過程控制課程設(shè)計(jì)題 目：給水控制院 系：動(dòng)力工程系專 業(yè)：設(shè)計(jì)周數(shù)：1周姓名學(xué)號(hào)分工成績(jī)成員被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析；使用matlab、visio;總結(jié)、寫報(bào)告畫控制原理圖；控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)，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(shè)計(jì)任務(wù)書目的與要求“過程控制課程設(shè)計(jì)” 是“過程控制”課程的一個(gè)重要組成部分。通過實(shí)際工業(yè) 過程對(duì)象控制方案的選擇、控制功能的設(shè)置、工程圖紙的繪制等基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì) 說明的撰寫，培養(yǎng)學(xué)生基本控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新意識(shí)，完成工程師基本技能訓(xùn)練。主要

2、內(nèi)容1. 根據(jù)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行的分析，確定系統(tǒng)自動(dòng)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(shè)備和測(cè)量取樣點(diǎn)和調(diào)節(jié)機(jī)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(dòng)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(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)并進(jìn)行系統(tǒng)整定；5編寫設(shè)計(jì)說明書。三、進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）內(nèi)容完成時(shí)間備注1下達(dá)任務(wù)，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(yàn)、撰寫設(shè)計(jì)說明周三、周四4答辯周五四、設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）成果要求1. 繪制所設(shè)計(jì)熱工控制系統(tǒng)的的sama®；2. 根據(jù)

3、已給對(duì)象，用 MATAB進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真整定，并打印整定效果曲線;3. 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告五、考核方式提交設(shè)計(jì)報(bào)告及答辯學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：馬平2013年1月11日一、課程設(shè)計(jì)的目的與要求“過程控制課程設(shè)計(jì)”是 “過程控制”課程的一個(gè)重要組成部分。通過實(shí)際工業(yè)過程對(duì)象控制方案的選擇、控制功能的設(shè)置、工程圖紙的繪制等基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)說明的撰寫，培養(yǎng)學(xué)生基本控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新意識(shí)，完成工程師基本技能訓(xùn)練。二、設(shè)計(jì)正文1基本任務(wù)和要求：任務(wù)：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(shí)現(xiàn)給水全程控制的關(guān)鍵技術(shù)；2.能夠進(jìn)行汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真與工程實(shí)現(xiàn)（畫出

4、SAMA圖）。2.給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性： 給水流量擾動(dòng)下汽包水位的動(dòng)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(dòng)初期水位不會(huì)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(jìn)、出工質(zhì)流量不平衡，因此汽包水位會(huì)逐漸上升。（物質(zhì)平衡角度）特點(diǎn)：有遲延，無自平衡 蒸汽流量擾動(dòng)下的水位的動(dòng)態(tài)特性：D n D0fH 4L!S!i as ri ra bbsbb 廠、H20tH1H 燃燒率擾動(dòng)下汽包水位的動(dòng)態(tài)特性：（燃燒率：?jiǎn)挝粫r(shí)間燃料燃燒發(fā)熱量。）總結(jié)：蒸汽量

5、擾動(dòng)主要取決于汽輪機(jī)的運(yùn)行工況，屬于外部擾動(dòng)，鍋爐燃燒率擾動(dòng)其實(shí)也是一種間接的外部擾動(dòng)。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(yīng)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)：?jiǎn)螞_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(duì)象，測(cè)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(chǔ)上，將蒸汽流量作為前饋信號(hào)引入控制系統(tǒng)，這樣就可消除“虛假現(xiàn)象”對(duì)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(shí)反映給水流量對(duì)水位調(diào)節(jié)的干擾，因此雙沖量水位控制適用于負(fù)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(dòng)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(duì)水位容量就越小，允許的水位波動(dòng)越小，如果給 水中斷，就可能在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)水位，這就要求水位的控制必須能夠及時(shí)的反映給水流量對(duì)水位的干擾。為此，在雙水位控制的基礎(chǔ)上再引進(jìn)一個(gè)給水流量變化的

7、信號(hào)進(jìn)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(hào)，而蒸汽流量和給水流量是2個(gè)輔助沖量信號(hào)，通過2個(gè)輔助沖量的引入，既克服了 “虛假現(xiàn)象”對(duì)控制質(zhì)量的影響，又能及時(shí)反映 出給水量對(duì)水位的干擾， 克服了控制過程中的滯后現(xiàn)象。因此，對(duì)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(shè)計(jì)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(jí)控制和前饋控制的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)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(hào)的補(bǔ)償作用和內(nèi)回路的快速動(dòng)作， 已基本維持了對(duì)象內(nèi)部的物質(zhì)平衡，水位偏離給定值不會(huì)太遠(yuǎn)，

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(shè)計(jì)采用串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)。給水控制系統(tǒng)對(duì)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(yīng)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(yīng)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(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)原理圖:250100150200Time offset: 0S Scop<,IPPPB A響應(yīng)曲線三、課程設(shè)計(jì)總結(jié)或結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)在指導(dǎo)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(shè)計(jì)工作。為完成本次課程設(shè)計(jì)，我們又重新溫習(xí)了一下相關(guān)的理論和課程資料，查閱了很多文獻(xiàn)，通過這些前期準(zhǔn)備工作， 我們基本熟悉了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的流程及方法，為接下來的課設(shè)以及日后的工作奠定了基礎(chǔ)。過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)教會(huì)了我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)一個(gè)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(shè)計(jì)報(bào)告的完成，在這一周的時(shí)間里里， 讓我們學(xué)會(huì)了細(xì)

11、致與耐心。在整個(gè)的設(shè)計(jì)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(xiàng)，培養(yǎng)了一定的工程意識(shí)。通過本次課程設(shè)計(jì)， 我們加深了對(duì)本課程的認(rèn)識(shí)，通過老師的指導(dǎo)、 同組同學(xué)的討論以及組員的努力，我們圓滿的完成了任務(wù)， 達(dá)到了設(shè)計(jì)的目標(biāo)， 真正感受到所學(xué)知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用。, 讓我們學(xué)到了書本以外的知識(shí)最后 , 感謝學(xué)校和老師能給予我們這次課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì) 鍛煉了我們的能力為我們以后的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。 四、參考文獻(xiàn)1 黃德先 , 王京春，金以惠 過程控制系統(tǒng) 清華大學(xué)出版社 2011 年 5 月2 巨林倉(cāng) . 電廠熱工過程控制系統(tǒng) 西安交通大學(xué)出版社 2009年 3 月3 林文孚，胡燕 單元機(jī)組自動(dòng)控制技術(shù) 中國(guó)電力出版社 2004 年 9 月 附錄 SAMA 圖蒸汽流量汽包水位去本頁(yè)給水流量041rQC1KAI去本頁(yè)H/L去本頁(yè)03去本頁(yè)06AO0707去本頁(yè)TTR