第7章自動控制系統(tǒng)實例

1、第第7 7章章 自動控制系統(tǒng)實例自動控制系統(tǒng)實例交通燈的交通燈的PLC控制控制分體單冷空調(diào)自動控制系統(tǒng)分體單冷空調(diào)自動控制系統(tǒng)鍋爐設(shè)備的控制鍋爐設(shè)備的控制恒壓供水控制系統(tǒng)恒壓供水控制系統(tǒng)7.1 交通燈的交通燈的PLC控制控制 這是一個完全時序控制系統(tǒng)，根據(jù)被控對象的這是一個完全時序控制系統(tǒng)，根據(jù)被控對象的需求，分析得出其動作時序如下：需求，分析得出其動作時序如下：圖7-1 交通燈的動作時序 根據(jù)需求特點，選擇可編程序控制器（根據(jù)需求特點，選擇可編程序控制器（PLC）來對這些）來對這些信號燈進(jìn)行控制?？紤]性價比，這里選擇最常用的西門信號燈進(jìn)行控制?？紤]性價比，這里選擇最常用的西門子子S7-200

2、型型PLC作為控制器（例如可選用作為控制器（例如可選用CPU224）。）。由于該系統(tǒng)完全是一個按照時序來進(jìn)行控制的，故可以由于該系統(tǒng)完全是一個按照時序來進(jìn)行控制的，故可以采用定時器指令編程控制。為了實現(xiàn)其工作時序，設(shè)置采用定時器指令編程控制。為了實現(xiàn)其工作時序，設(shè)置10個定時器控制交通信號燈，定時器個定時器控制交通信號燈，定時器T41T46的工作時的工作時序如圖序如圖7-3所示。綠燈所示。綠燈1的閃爍使用定時器的閃爍使用定時器T47、T48控制；控制；綠燈綠燈2的閃爍使用定時器的閃爍使用定時器T49、T50控制控制 圖7-2 定時器的工作時序 圖7-3 PLC的梯形圖程序7.2 7.2 分體單

3、冷空調(diào)自動控制系統(tǒng)分體單冷空調(diào)自動控制系統(tǒng) 分體單冷空調(diào)的結(jié)構(gòu)和工作原理分體單冷空調(diào)的結(jié)構(gòu)和工作原理 圖7-4 分體單冷型空調(diào)制冷系統(tǒng) 分體單冷空調(diào)自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖分體單冷空調(diào)自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 圖7-5 分體單冷空調(diào)自動控制系統(tǒng) 分體單冷空調(diào)自動控制系統(tǒng)各部分功能分體單冷空調(diào)自動控制系統(tǒng)各部分功能 系統(tǒng)中溫度設(shè)定單元的作用是把設(shè)定的溫度值轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號；溫度傳感器把當(dāng)前的溫度信號變成對應(yīng)的電信號；溫度變送器則把來自溫度傳感器的信號變成標(biāo)準(zhǔn)信號；這兩個標(biāo)準(zhǔn)信號比較后的系統(tǒng)偏差輸入到了運(yùn)算單元，運(yùn)算單元則根據(jù)調(diào)節(jié)規(guī)律（例如PID）對偏差進(jìn)行運(yùn)算并得到調(diào)節(jié)信號；信號放大單元接收運(yùn)算單元輸出的調(diào)節(jié)

4、信號并進(jìn)行放大；經(jīng)過放大的信號再去啟動或停止制冷系統(tǒng)；這樣就可以起到調(diào)節(jié)室內(nèi)氣溫的作用。需要注意的是：氣溫設(shè)定值往往是一個溫度點，但實際的制冷系統(tǒng)又不宜過于頻繁的啟停。為了解決這個問題，空調(diào)的控制器的運(yùn)算單元里通常設(shè)定了一個允許誤差帶（允許誤差范圍），當(dāng)前溫度大于允許誤差帶的上限時，運(yùn)算單元才啟動制冷系統(tǒng)；當(dāng)前溫度小于允許誤差帶的下限時，運(yùn)算單元才停止制冷系統(tǒng)；而當(dāng)前溫度位于允許誤差帶內(nèi)時，控制器將保持當(dāng)前的輸出（啟動或停止），不進(jìn)行制冷系統(tǒng)的啟停切換。例如，設(shè)定溫度為26，允許誤差帶為262時；如果當(dāng)前溫度高于28，則系統(tǒng)開始制冷；當(dāng)前溫度小于24時，系統(tǒng)停止制冷；而當(dāng)前溫度在24-28范圍

5、內(nèi)，即位于允許誤差帶內(nèi)時，控制器的輸出是保持不變的。 7.3 7.3 鍋爐設(shè)備的控制鍋爐設(shè)備的控制 鍋爐汽包水位的控制鍋爐汽包水位的控制 鍋爐汽包水位是被控變量，操作變量鍋爐汽包水位是被控變量，操作變量是鍋爐給水流量。為保證鍋爐、汽輪機(jī)高是鍋爐給水流量。為保證鍋爐、汽輪機(jī)高質(zhì)量地安全運(yùn)行，首先要保證汽包內(nèi)部的質(zhì)量地安全運(yùn)行，首先要保證汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許范圍內(nèi)，這就維持汽包中水位在工藝允許范圍內(nèi)，這就是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。 根據(jù)蒸汽流量和水流量的變化控制給水閥，形成水位、蒸汽流量

6、根據(jù)蒸汽流量和水流量的變化控制給水閥，形成水位、蒸汽流量和給水流量的三沖量控制系統(tǒng)，而且這三個沖量有不同的連接方式，和給水流量的三沖量控制系統(tǒng)，而且這三個沖量有不同的連接方式，圖圖7-67-6為其中的一種，它實質(zhì)上是前饋為其中的一種，它實質(zhì)上是前饋串級控制系統(tǒng)，能獲得良好的串級控制系統(tǒng)，能獲得良好的控制效果?？刂菩Ч?。 圖7-6 三沖量控制系統(tǒng) 蒸汽過熱系統(tǒng)的控制蒸汽過熱系統(tǒng)的控制 控制任務(wù)是使過熱器出口溫度維持在允許范圍內(nèi)，并且保護(hù)過熱器使管控制任務(wù)是使過熱器出口溫度維持在允許范圍內(nèi)，并且保護(hù)過熱器使管壁溫度不超過允許的工作溫度。影響過熱器出口溫度的主要擾動有：蒸汽壁溫度不超過允許的工作溫度

7、。影響過熱器出口溫度的主要擾動有：蒸汽流量擾動、煙氣側(cè)傳熱量的擾動和噴水量的擾動。某廠第二級減溫器溫度流量擾動、煙氣側(cè)傳熱量的擾動和噴水量的擾動。某廠第二級減溫器溫度控制系統(tǒng)采用圖控制系統(tǒng)采用圖7-7所示的簡圖。該系統(tǒng)由于采用如下措施，提高了系統(tǒng)的所示的簡圖。該系統(tǒng)由于采用如下措施，提高了系統(tǒng)的控制性能?？刂菩阅堋?圖7-7 過熱器溫度串級控制系統(tǒng) 1設(shè)定值回路。在低負(fù)荷運(yùn)行時，主蒸汽溫度達(dá)不到額定溫度，因而需要建立蒸汽溫度設(shè)定值與蒸汽流量之間的函數(shù)關(guān)系。經(jīng)蒸汽流量校正后的設(shè)定值與手動上限設(shè)定值一起組成設(shè)定值回路，向溫度控制器提供設(shè)定值。 2先行信號回路。采用了反映外擾的先行信號，它建立在蒸汽

8、流量與噴水控制閥門開度的函數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上，經(jīng)過蒸汽流量和各種燃料混燒比等外擾修正后得到的噴水閥門開度信號，直接控制噴水閥的動作，起到前饋的作用，提高了系統(tǒng)克服擾動的能力； 3主蒸汽溫度的相位補(bǔ)償回路。在噴水量的擾動下，蒸汽溫度的響應(yīng)有較大的相位滯后，因此在前向通道中加入一個相位補(bǔ)償回路，如圖7-8中的虛框所示。它實際上是由兩個控制器、兩個加法器組成的二階導(dǎo)前-滯后環(huán)節(jié)。只要根據(jù)蒸汽溫度對象的動態(tài)特性適當(dāng)選擇這些參數(shù)，就可以對主蒸汽溫度與其設(shè)計的偏差進(jìn)行相位滯后補(bǔ)償，改善控制品質(zhì)。圖7-8 蒸汽溫度控制系統(tǒng)實例簡圖 鍋爐燃燒過程的控制鍋爐燃燒過程的控制 鍋爐燃燒過程的控制與燃料的種類、燃燒設(shè)備以

9、及鍋爐的形式等有密切的關(guān)系。 1鍋爐燃燒過程的主要控制系統(tǒng) 鍋爐燃燒過程主要包括以下三個方面的控制系統(tǒng)：燃燒量控制；送風(fēng)控制；負(fù)壓控制。 2. 燃燒過程控制的基本要求 1保證出口蒸汽壓力穩(wěn)定，能按負(fù)荷要求自動增減燃料量。 2保持鍋爐有一定的負(fù)壓，以免負(fù)壓大小，造成爐膛內(nèi)熱氣向外冒出，影響設(shè)備和工作人員安全。 3保證燃燒狀況良好既要防止空氣不足使煙囪冒黑煙，也不要因空氣過量而增加熱量損失。 3.燃燒過程控制系統(tǒng)示例 圖7-9給出了燃燒控制系統(tǒng)的基本方案。 圖7-9 燃燒控制系統(tǒng)基本方案 圖7-10給出了鍋爐負(fù)壓控制與防止鍋爐的回火、脫火控制系統(tǒng)。引用蒸汽壓力作為前饋信號，組成爐膛負(fù)壓的前饋反饋控

10、制系統(tǒng)。背壓控制器P2C與蒸汽壓力控制器PfC構(gòu)成選擇性控制系統(tǒng)，用于防治脫火。由PSA系統(tǒng)帶動連鎖裝置，防止回火。 圖7-10 爐膛負(fù)壓與安全保護(hù)系統(tǒng) 在鍋爐烯燒系統(tǒng)中，烯料量和空氣量需要滿足一定的比值關(guān)系。為了使烯料完全燃燒，在提高負(fù)荷時，要求先提空氣量，后提燃料量；在降負(fù)荷時，要求先降燃料量，后降空氣量。為此可采用選擇性控制系統(tǒng)，設(shè)置低選器和高選器，保證燃料量只在空氣量足夠的情況下才能加大，在減燃料量時，自動減少空氣量。從而，提量過程中，先提空氣量，后提燃料量。反之，在系統(tǒng)降量過程中，則先降燃料量，后降空氣量，從而實現(xiàn)了空氣和燃料量之間的邏輯要求，保證了充分燃料，不會因空氣不足而使煙囪冒黑煙，也不會因空氣多而增加熱量損失。 為了保證經(jīng)濟(jì)燃燒，可用煙道氣中氧含量來校正燃料流量與空氣量的比值，組成變比值控制系統(tǒng)。圖7-13就是使鍋爐燃燒完全，并用煙氣氧含量修正比值的閉環(huán)控制方案。該方案中，氧含量A0作為被控變量，構(gòu)成以煙道氣中含量為控制目標(biāo)的燃料流量與控制硫量的變比值控制系統(tǒng)，通過氧含量控制器來控制空燃比的系數(shù)K。要使氧含量成分控制器的給定值按正常負(fù)荷下煙氣氧含量的最優(yōu)值設(shè)定，就能保證鍋爐燃燒最完全，最經(jīng)濟(jì)和熱效率最高。 圖7-11 煙氣含氧量閉環(huán)控制系統(tǒng) 7.4 7.4 恒壓供水控制系統(tǒng)恒壓供水控制系統(tǒng) 圖7-12中，由A、B兩個水廠分別向某區(qū)域供水，其