1、 過程控制課程設計論文題 目：鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng) 目錄第1章 緒論.31.1鍋爐的工作過程簡介.31.2鍋爐液位控制的難點.4第2章 鍋爐汽包水位特性及其控制.52.1鍋爐汽包水位的特性.52.1.1汽包水位在給水流量w作用下的動態(tài)特性.52.1.2汽包水位在蒸汽流量d擾動下的動態(tài)特性.72.1.3汽包水位在燃料量b擾動下的動態(tài)特性.8 2.2汽包水位控制方式.92.2.1 單沖量控制方式.92.2.2 雙沖量控制方式.102.2.3 三沖量控制方式.11第3章 儀表選型.133.1 液位變送器的選擇133.2 壓力傳感器/變送器.143.3 控制器的選擇.153.4 執(zhí)行器的選擇.1

2、63.5 控制器的作用方式.163.6 閥的開閉選擇形式.16第4章 參數(shù)整定.174.1 pid對控制的影響.174.2 pid控制器的參數(shù)整定.18第5章 設計心得.19第6章 參考文獻.20第1章 緒論鍋爐是發(fā)電和供熱生產過程中的主要動力設備，汽包水位則是確保安全生產穩(wěn)定性、經(jīng)濟性以及提供優(yōu)質蒸汽的一個重要監(jiān)控參數(shù)，必須保持在某一期望值附近。它反映了鍋爐蒸發(fā)量和給水量之間的一種動態(tài)平衡關系。水位高會導致蒸汽帶水進入過熱器并在過熱管內結垢，使傳熱效率和蒸汽品質下降，影響供氣的質量；過低時會破壞部分水冷壁的水循環(huán)，影響省煤器運行效率，甚至造成干鍋和鍋爐爆炸的危險。因此汽包水位必須控制在一定范

3、圍內，而影響鍋爐水位的因素很多，最主要的是蒸發(fā)量和給水量的波動。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的作用是使鍋爐的給水量自動適應鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在一定范圍內波動，這對機組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行有著重要的影響。由于控制對象在給水量擾動時有一定的慣性，而且在負荷擾動時又存在虛假水位，故采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)能有效地消除這些擾動。該系統(tǒng)以汽包水位為主信號，任何導致水位變化的擾動都會使調節(jié)器動作；蒸汽流量是前饋信號,它的作用是防止虛假水位引起的調節(jié)器的誤動作，改善蒸汽流量擾動時的調節(jié)質量；給水流量是介質反饋信號，因給水流量信號對給水流量變化的響應很快，使調節(jié)器能夠在水位還沒變化時就對前饋信號的變化作出

4、反應，消除內擾，使調節(jié)過程比較穩(wěn)定，充分保證了調節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。1.1鍋爐的工作過程簡介鍋爐是工業(yè)過程中不可缺少的動力設備，鍋爐的任務是根據(jù)外界負荷的變化，輸送一定量的汽壓、汽溫和蒸汽。它所產生的蒸汽不僅能夠為蒸餾、化學反應、干燥等過程提供熱源，而且還可以作為風機、壓縮機、泵類驅動透平的動力源。鍋爐是由“鍋”和“爐”兩部分組成的。“鍋”就是鍋爐的汽水系統(tǒng)，如圖所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、過熱器5、上升管7、給水調節(jié)閥2、給水母管1及蒸汽母管6等組成。鍋爐的給水用給水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收煙氣的熱量，使溫度升高到本身壓力下的沸點，成為飽和水然后引入汽包。汽包中的水經(jīng)下降管進入

5、鍋爐底部的下聯(lián)箱，又經(jīng)爐膛四周的水冷壁進入上聯(lián)箱，隨即又回入汽包。水在水冷壁管中吸收爐內火焰直接輻射的熱，在溫度不變的情況下，一部分蒸發(fā)成蒸汽，成為汽水混合物。汽水混合物在汽包中分離成水和汽，水和給水一起再進入下降管參加循環(huán)，汽則由汽包頂部的管子引往過熱器，蒸汽在過熱器中吸熱、升溫達到規(guī)定溫度，成為合格蒸汽送入蒸汽母管。 圖1.1 鍋爐的汽水系統(tǒng)“爐”就是鍋爐的燃燒系統(tǒng)，由爐膜、煙道、噴燃器、空氣預熱器等組成。鍋爐燃料燃燒所需的空氣由送風機送入，通過空氣預熱器，在空氣預熱器中吸收煙氣熱量，成為熱空氣后，與燃料按一定的比例進入爐膛燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產生飽和蒸汽。然后經(jīng)過過熱器，

6、形成一定的過熱蒸汽，匯集到蒸汽母管。具有一定壓力的過熱蒸汽，經(jīng)過負荷設備調節(jié)閥供負荷設備使用。與此同時，燃燒過程中產生的煙氣，其中含有大量余熱，除了將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還預熱鍋爐給水和空氣，最后經(jīng)煙囪排入大氣。1.2 鍋爐汽包水位控制的難點水位的控制技術是通過控制進水或出水閥門的開度，改變水流量來實現(xiàn)的，而水溫的控制是通過調節(jié)加熱的功率來實現(xiàn)的。鍋爐汽包水位的控制是鍋爐控制系統(tǒng)較為重要和比較難于控制的一項。由于在鍋爐運行過程中存在進水量和出水量的變化，所以很難通過調整pid控制器參數(shù)來滿足所有的運行條件，獲得理想的控制效果。調整過量會導致流量回路動作頻繁，從而給下游設備帶來了額外的干擾。

7、這樣就導致水位控制器通常處于欠調整狀態(tài)允許液位在一定范圍內波動，以減小出水量的變化。然而，欠調整的pid不能及時抑制大擾動，這就可能引起鍋爐運行的安全問題。另外，液位的波動也會破壞鍋爐運行過程的穩(wěn)定，使得蒸汽輸送等不易控制。影響鍋爐汽包水位的關鍵變量有給水流量，蒸汽出口流量和混合燃料的進料量。各變量都有各自不同的擾動。較冷的給水造成相應的純滯后。蒸汽流出量的突然增加造成了典型的虛假水位現(xiàn)象，使得過程暫時改變了方向，容易產生誤操作而導致發(fā)生事故。第2章 鍋爐汽包水位特性及其控制2.1鍋爐汽包水位的特性鍋爐汽包水位自動調節(jié)的任務是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量，并維持汽包中的水位在工藝允許的范圍內。維持

8、汽包水位在給定范圍內是保證鍋護和汽輪機安全運行的必要條件，也是鍋爐正常運行的主要指標之一。水位過高，會影響汽包內汽水分離效果，使汽包出口的飽和蒸汽帶水增多，蒸汽帶水會使汽輪機產生水沖擊，引起軸封破損、葉片斷裂等事故。同時會使飽和蒸汽中含鹽量增高，降低過熱蒸汽品質，增加在過熱器管壁和汽輪機葉片上的結垢。水位過低，則可能破壞自然循環(huán)鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)中某些薄弱環(huán)節(jié)，以致局部水冷管壁被燒壞，嚴重時會造成爆炸事故。這些后果都是十分嚴重的。隨著鍋爐容量的增加，水位變化速度愈來愈快，人工操作愈來愈繁重，因此對汽包水位實現(xiàn)自動調節(jié)提出了迫切的要求。汽包水位不僅受汽包中儲水量的影響，亦受水位下汽泡容積的影響。而

9、水位下汽泡容積與鍋爐的負荷、蒸汽壓力、爐膛熱負荷等有關。因此，影響水位變化的因素很多，其中主要是鍋爐蒸發(fā)量即蒸汽流量d和給水流量w。2.1.1汽包水位在給水流量w作用下的動態(tài)特性圖2.1.1是鍋爐汽包水位在給水流量作用下，水位的階躍響應曲線。把汽包水位看作單容量無自衡過程，水位的階躍響應曲線如圖中的線。圖2.1.1 給水流量作用下水位階躍響應但是由于給水溫度比汽包內飽和水的溫度低，所以給水流量增加后，從原有飽和水中吸收部分熱量，這使得水位下汽泡容積有所減少，當水位下汽泡容積的變化過程逐漸平衡時，水位的變化就完全反映了由于汽包中儲水量的增加而逐漸上升。因此，實際水位曲線如圖中的線，即當給水量作階

10、躍變化后，汽包水位一開始不立即增加，而要呈現(xiàn)出一段起始慣性段。用傳遞函數(shù)表示時，它近似于一個積分環(huán)節(jié)和時滯環(huán)節(jié)的串聯(lián)。系統(tǒng)特性可表示為: 2-1 式中-反應速度，即給水流量改變單位流量時水位的變化速度，單位為毫米/秒或(噸/小時)。從式2-1可知，汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性由一個積分環(huán)節(jié)和一個滯后環(huán)節(jié)所組成，、的數(shù)值可通過實驗測試求得，數(shù)值的大小同鍋爐的結構有關。有些鍋爐當給水量增加時，在較長的一段時間里，汽包水位并不增加，有一較長的起始慣性段，對于這種鍋爐用式2-1來表示它的動態(tài)特性，誤差較大，這時可選用下面近似計算： 2-2式中，-給水量擾動后的純滯后時間，對非沸騰式省煤器的鍋爐，

11、這時為30-100 s；對于沸騰式省煤器的鍋爐，為100-200 s；-水位的反應速度。給水溫度越低，時滯亦越大。由此可見，汽包水位調節(jié)對象的動態(tài)特性可以有二種形式：反應曲線變化最快的可用式(2-1)表示，這時的動態(tài)特性可以等效為一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián);另外也可用式(2-2)表示，相當于一個積分環(huán)節(jié)和一個純滯后環(huán)節(jié)的串聯(lián)。對于不同的鍋爐設備，究竟采用何種形式的傳遞函數(shù)來表示它的動態(tài)特性，還要根據(jù)具體條件來定，原則是:表達特性最符合實際情況、傳遞函數(shù)式盡可能地簡單。總之，汽包水位調節(jié)對象在給水量作用下，具有純遲延和慣性，無自衡能力。具體特性可用二種形式來描述，究竟采用何種形式，可根據(jù)鍋

12、爐結構和汽化強度來定。2.1.2汽包水位在蒸汽流量d擾動下的動態(tài)特性在蒸汽流量d擾動作用下，水位的階躍響應曲線如圖2.1.2所示。當蒸汽流量突然增加，從鍋爐的物料平衡關系看，蒸汽流量d大于給水量水位應下降，如圖中曲線。但實際并非如此，由于蒸汽用量增加，瞬間導致汽包壓力的下降。汽包內水的沸騰突然加劇，水中汽泡迅速增加，由于汽泡容積增加而使水位變化的曲線如圖中的線。因此，實際的水位曲線為+，即為圖中的。從圖中可以看出，當蒸汽負荷增加時，水位不僅不下降反而上升，然后再下降(反之，蒸汽流量突然減少時，則水位先下降，然后再上升)，這種現(xiàn)象稱之為虛假水位。當汽水混合物中汽泡容積與負荷相適應達到穩(wěn)定后，水位

13、才反映出物料的不平衡，開始下降。應該指出，當負荷階躍改變時，水面下汽泡容積變化引起的水位變化是很快的，圖2.1.2中的時間常數(shù)只有10-20 s。蒸汽流量擾動時，水位變化的動態(tài)特性可表示為: 2-3式中， -響應速度，即蒸汽流量變化單位流量時，水位的變化速度，單位為毫米/秒或(噸/小時)；-響應曲線的放大系數(shù)；-響應曲線的時間常數(shù)；圖2.1.2蒸汽流量擾動下水位階躍響應虛假水位變化的幅度與鍋爐的汽壓與蒸汽量有關，對于一般100-230噸/小時的中高壓鍋爐，如負荷階躍變化10%時，虛假水位現(xiàn)象可使水位變化達30-40毫米。由于虛假水位現(xiàn)象屬于反向特性，其出現(xiàn)的水位最大偏差很難依靠調節(jié)來克服，如果

14、要求水位波動不能太大，只有限制負荷d的變化速度或限制負荷一次變化量。由此可見，汽包水位調節(jié)對象在蒸汽流量擾動下，非但沒有自平衡能力，而且存在著虛假水位現(xiàn)象，虛假水位的變化速度很快，變化幅度與蒸發(fā)量擾動大小成正比，也與壓力變化速度成正比，在設計調節(jié)系統(tǒng)時必須考慮。2.1.3汽包水位在燃料量b擾動下的動態(tài)特性汽包水位在燃料量b擾動下的響應曲線如圖2.1.3所示。當燃料量增加時，鍋爐的吸熱量增加，蒸發(fā)強度加大。如果負荷的用汽量不加調節(jié)，則隨著汽包壓力的增加，汽包輸出蒸汽量也將增加，于是蒸發(fā)量大于給水量，暫時產生了汽包進出口工質流量的不平衡。由于水面下的蒸汽容積增大，此時也會出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象，但由于燃

15、燒率的增加也將同時導致汽包壓力上升，它會使汽泡體積減小，另外由于熱慣性，燃料量的增加只使蒸汽量d緩慢增加，故虛假水位現(xiàn)象要比蒸汽擾動下緩和的多。圖2.1.3燃料量擾動下水位階躍響應2.2汽包水位控制方式給水控制的任務是維持汽包中水位在工藝允許范圍內。由于影響汽包水位的幾個因素中，燃料量的擾動影響較小，因此，汽包水位的控制中，主要的目的是以汽包水位為被控變量，以調節(jié)給水流量為控制手段。同時，由于汽包水位不僅受鍋爐側的影響，也受到汽輪機側的影響，當鍋爐負荷變化或汽輪機用汽量變化時，給水控制都應能限制汽包水位只在給定的范圍內變化。常用的汽包水位控制方式有單沖量、雙沖量及三沖量控制。這里的沖量指的是變

16、量。圖2.2.1汽包水位單沖量控制原理圖及方框圖2.2.1單沖量控制方式單沖量水位控制方式原理圖及方框圖如圖2.2.1所示。它是汽包水位自動調節(jié)中最簡單、最基本的一種形式。它引入汽包水位作為反饋量，是典型的單回路定值控制系統(tǒng)。此方式將水位測量信號經(jīng)變送器送到水位調節(jié)器，水位調節(jié)器根據(jù)水位測量值與給定值的偏差去控制給水閥門，改變給水量來保持汽包水位在允許的操作范圍內。這種控制方式，在停留時間較長，負荷也比較穩(wěn)定的場合，再配上一些聯(lián)鎖報替裝置，也可以保證安全操作.但在停留時間較短，負荷變化較大時，采用此方式就不合適。這是由于：(1)負荷變化時產生的虛假水位，將使調節(jié)器反向錯誤動作，負荷增大時反向關

17、小給水調節(jié)閥，一到閃急汽化平息下來，將使水位嚴重下降，波動很大，動態(tài)品質很差。(2)負荷變化時，控制作用緩慢。即使虛假水位現(xiàn)象不嚴重，從負荷變化到水位下降要有一個過程，再由水位變化到閥動作己滯后一段時間。如果水位過程時間常數(shù)很小，偏差必然相當顯著。(3)給水系統(tǒng)出現(xiàn)擾動時，閥門動作緩慢。假定給水泵的壓力發(fā)生變化，進水流量立即變化，然而到水位發(fā)生偏差而調節(jié)閥動作，同樣不夠及時?？傊?，單沖量汽包水位調節(jié)的優(yōu)點是：系統(tǒng)結構簡單，在汽包容量比較大、水位在受到擾動后的反應速度比較慢、虛假水位現(xiàn)象不很嚴重的場合，采用單沖量水位調節(jié)是能夠滿足生產要求的。2.2.2雙沖量控制方式在汽包水位控制中，最主要的擾動

18、是負荷的變化。如果引入蒸汽流量來校正，就構成了雙沖量控制系統(tǒng)。這樣不僅可以補償虛假水位的引起的誤動作，而且使給水調節(jié)閥的動作及時，如圖2.2.2所示。圖中，為加法系數(shù)，為蒸汽流量擾動下，汽包水位的傳遞函數(shù)。圖2.2.2汽包水位雙沖量控制原理圖及方框圖從本質上看，雙沖量控制系統(tǒng)是一個前饋加單回路反饋控制系統(tǒng)的復合控制系統(tǒng)。這種調節(jié)系統(tǒng)的特點是：(1)引入蒸汽流量前饋信號可以消除虛假水位對調節(jié)的不良影響，當蒸汽量變化時，就有一個使給水量與蒸汽量同方向變化的信號，可以減小或抵消由于虛假水位現(xiàn)象而使給水量與蒸汽量相反方向變化的誤動作，使調節(jié)閥一開始就向正確的方向移動。因而大大減小了給水量和水位的波動，

19、縮短了過渡過程的時間。(2)引入了蒸汽流量前饋信號，能夠改善調節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高調節(jié)質量。當、選擇匹配時，系統(tǒng)的靜態(tài)特性是無差的。雙沖量調節(jié)由于有以上特點，所以能在負荷變化頻繁的工況下比較好的完成水位調節(jié)任務。在給水壓力比較平穩(wěn)時，采用雙沖量調節(jié)是能夠達到調節(jié)要求的。雙沖量調節(jié)存在的問題是:調節(jié)作用不能及時反映給水側的擾動，當給水量擾動時，調節(jié)系統(tǒng)等于單沖量調節(jié)。因此，如果給水母管壓力經(jīng)常有波動，給水調節(jié)閥前后壓差不易保持正常時，不宜采用雙沖量調節(jié)。同時調節(jié)閥的工作特性不一定是線性的，這樣要做到靜態(tài)補償就比較困難。2.2.3三沖量控制方式目前鍋爐都向大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，一般講鍋爐容量越

20、大，汽包的容水量相對就越小，允許波動的蓄水量就更少。如果給水中斷，可能在10-20秒內就會發(fā)生危險水位;如僅是給水量與蒸發(fā)量不相適應，在一分鐘到幾分鐘內也將發(fā)生缺水或滿水事故。這樣對水位控制要求就更高了。鍋爐給水量在運行中經(jīng)常會有自發(fā)性的變化，當幾臺鍋爐并列運行時，還可能發(fā)生幾臺鍋爐的水位調節(jié)互相干擾的現(xiàn)象。當某一臺鍋爐負荷和給水量改變時，引起給水母管壓力波動，而使其它鍋爐的給水量受到擾動。在雙沖量水位調節(jié)中，對于給水量這種自發(fā)變化不能及時反映出來，要經(jīng)過一定的遲延時間之后，給水量的擾動才能通過汽包水位的變化而被發(fā)覺，此后在克服擾動時，幾臺鍋爐的水位調節(jié)又互相影響，使得調節(jié)過程非常復雜。針對上

21、述情況，為了把水位控制平穩(wěn)，在雙沖量水位調節(jié)基礎上引入了給水流量信號，由水位h、蒸汽流量d和給水流量w組成了三沖量汽包水位調節(jié)系統(tǒng)，汽包水位h是被調量，是主沖量信號，蒸汽流量d、給水流量w是兩個輔助沖量信號。圖2.2.3 a汽包水位三沖量前饋-反饋控制原理圖及方框圖(1)前饋-反饋控制方式前饋-反饋控制方式的原理圖及方框圖如圖2.2.3 a所示，從方塊圖上可以看出，這個系統(tǒng)有兩個閉合回路：(1)是由給水流量w、給水分流器、調節(jié)器、調節(jié)閥組成的內回路。(2)由水位調節(jié)對象和內回路構成的主回路。蒸汽流量d、分流器、對象均在閉合回路之外，它的引入可以改善調節(jié)質量，但不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性。所以該

22、系統(tǒng)的實質是前饋加反饋的調節(jié)系統(tǒng)。為了確保當負荷變化時水位無余差，必須保證物料平衡，由此確定分流系數(shù)，的值。(2)前饋-串級控制方式前饋-串級控制方式的原理圖及方框圖如圖2.2.3 b所示，該方案與前饋-反饋控制方式相似，僅是加法器位置從調節(jié)器前移至調節(jié)器后。此方案不管系數(shù)如何設置，當負荷變化時，液位可以保持無差。圖2.2.3 b汽包水位三沖量前饋-串級控制原理圖及方框圖第3章 儀表選型3.1 液位變送器的選擇選擇tk3051l液位變送器，如圖3.1(1)工作原理：工作時高低壓側的隔離膜片和灌充液將過程壓力傳給灌充液，接著灌充液將壓力傳遞到傳感器中心的傳感膜片上。傳感膜片是一個張緊的彈性元件，

23、其位移隨所受壓而變化（對于gp表壓變送器，大氣壓如同施加在傳感膜片上的低壓側一樣）。ap絕壓變送器，低壓側始終保持一個參考壓力。傳感膜片的最大位移量為0.004英寸（0.1毫米），且位移量與壓力成正比。兩側的電容板極檢測傳感膜片的位置。傳感膜片和電容極板之間電容的差值被轉換為相應的電流，電壓或數(shù)字hart（高速可尋址遠程發(fā)送器數(shù)據(jù)公路）輸出信號。(2)特點：完整的變送系列；測量范圍：0-0.5inh20至6000psig；結構小巧、堅固、抗震；模塊化結構；阻尼可調；多種選項，量應用靈活；智能，模擬或低耗電路；電氣連接及安裝：配有多種過程連接器和安裝法蘭。技術參數(shù)如下：a 液位測量精度達0.07

24、5%b 校驗量程從2.5inh20至8310inh20c 平面式，2-，4-，與6英寸伸出式膜片d 多種可選灌充液，可滿足不同場合要求e 小巧而質輕，易于安裝與維護f 接液件材料：不銹鋼，哈氏合金鉭圖3.1 tk3051l液位變送器3.2 壓力傳感器/變送器pth501/502/503/504壓力傳感器/變送器采用全不銹鋼封焊結構，具有良的防潮能力及優(yōu)異的介質兼容性。廣泛用于工業(yè)設備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調、金剛石壓機、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制技術參數(shù)如下：量 程: -0.101150(mpa)綜合精度: 0.1%fs、0.2%fs、0.5%fs、1.0%fs輸出信號:

25、420ma(二線制)、05v、15v、010v(三線制)供電電壓: 24dcv(936dcv)介質溫度: -2085150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，輸出變化小于0.1%fs電氣接口(信號接口): 四芯屏蔽線、四芯航空接插件、緊線螺母機械連接(螺紋接口): 1/2-20unf、m141.5、m201.5、m221.5等，其它螺紋可依據(jù)客戶要求設計 圖3.2 壓力傳感器/變送器3.3 控制器的選

26、擇采用上海萬訊儀表有限公司生產的ai系列全通用人工智能調節(jié)儀表，其中sa-12智能調節(jié)儀控制掛件為ai-818，sa-13智能位式調節(jié)儀為ai-708型。ai-818型儀表為pid控制型，輸出為420madc信號。ai-708型儀表為位式控制型，輸出為繼電器觸點型開關信號。ai系列儀表通過rs485串口通信協(xié)議與上位計算機通訊，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的實時監(jiān)控。ai儀表常用參數(shù)設置：ctrl：控制方式。ctrl=0，采用位式控制；ctrl=1，采用ai人工智能調節(jié)/pid調節(jié)；ctrl=2，啟動自整定參數(shù)功能；ctrl=3；自整定結束。sn：輸入規(guī)格。sn=21，pt100熱電阻輸入；sn=32,0.2

27、1vdc電壓輸入； sn=33,15vdc電壓輸入。dil：輸入下顯示值，一般dil=0.dih：輸入上限顯示值。輸入為液位信號時，dih=50；輸入為熱電阻信號時， dih=100；輸入為流量信號時，dih=100.opi：輸出方式，一般為420ma線性電流輸出。cf：系統(tǒng)功能選擇。cf=0為內部給定，反作用調節(jié)；cf=1為內部給定，正作用調節(jié)；cf=8為外部給定，反作用調節(jié)；cf=9為外部給定，正作用調節(jié)。addr：通訊地址。單回路實驗addr=1；串級實驗主控addr=1；副控為addr=2； 三閉環(huán)實驗主控為addr=1，副控為addr=2，內環(huán)為addr=3。實驗中各儀表通訊地址不允

28、許相同。p、i、d參數(shù)可根據(jù)實驗需要調整。圖3.3 智能調節(jié)儀表3.4 執(zhí)行器的選擇 rzxp型新系列氣動調節(jié)閥采用頂導向結構，配用多彈簧執(zhí)行機構。具有結構緊湊、重量輕、動作靈敏、充體通道呈s流線型、壓降損失小、閥容量大、流量特性精確、拆裝方便等優(yōu)點。廣泛應用于精確控制氣體、液體等介質，氣動調節(jié)閥的工藝參數(shù)如壓力、流量、溫度、液位保持在給定值。特別適用于允許泄漏量小閥前后壓差不大的工作場合。 本系列產品的標準型、調節(jié)切斷型、波紋管密封型、夾套保溫型等多種品種。產品公稱壓力等級有pn10、16、40、64；閥體口徑范圍dn20200。適用流體溫由-200560范圍內多種檔次。泄漏量標準有iv級或

29、vi級。流量特性為線 性或等百分比。多種多樣的品種規(guī)格可供選擇。圖3.4 rzxp型新系列氣動調節(jié)閥3.5 控制器的作用方式當設定值不變時，隨著測量值的增加，調節(jié)器的輸出也增加，則稱為“正作用”方式；當測量值不變時，設定值減小時，調節(jié)器輸出也增加，稱為“正作用”方式；如果測量值增加或設定值減小時，調節(jié)器輸出減小，則稱為“反作用”方式。經(jīng)分析此系統(tǒng)為正作用方式。3.6 閥的開閉選擇形式關于給水調節(jié)閥的氣開氣關的選擇，一般都是從安全角度考慮的，人員安全、生產安全、系統(tǒng)設備安全的需要為首要依據(jù)。由于工業(yè)生產過程的調節(jié)閥絕大部分為氣動調節(jié)閥，所以要選擇調節(jié)閥的氣開氣關方式。鍋爐給水調節(jié)閥一般采用氣關式

30、，一旦事故發(fā)生，系統(tǒng)失控，供水調節(jié)閥處于全開位置，是鍋爐不致因給水中斷燒壞，避免爆炸等事故的發(fā)生。第4章 參數(shù)整定4.1 pid對控制的影響（1）比例p調節(jié)在p調節(jié)中，調節(jié)器的輸出信號與偏差信號成比例，即 。比例調節(jié)是有差調節(jié)，比例調節(jié)的殘差隨著比例帶的加大而加大，稱為比例帶，其中kp為比例系數(shù)。人們希望盡量減小比例帶，然而，減小比例帶就等于加大調節(jié)系統(tǒng)的開環(huán)增益，其后果是導致系統(tǒng)的激烈振蕩甚至不穩(wěn)定。穩(wěn)定性是任何閉環(huán)系統(tǒng)的首要要求，比例帶的設置必須保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度。比例帶具有一個臨界值，此時系統(tǒng)處于穩(wěn)定邊界的情況，進一步減小比例帶系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。待添加的隱藏文字內容1（2）積分i調

31、節(jié)在i調節(jié)中，調節(jié)的輸出信號的變化速度與偏差信號e成正比，即稱為積分速度，其中為積分時間常數(shù)。增大積分速度將會降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，直至出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過程。i調節(jié)是無差調節(jié)，只有當被調量偏差為零時，i調節(jié)的輸出才保持不變。i調節(jié)的穩(wěn)定作用比p調節(jié)差,如果只采用i調節(jié)不可能得到穩(wěn)定的系統(tǒng)，且振蕩頻率較低。（3）微分d調節(jié)d調節(jié)中的輸出與被調量或其偏差對于時間的導數(shù)成正比，即。 為微分時間。微分的作用在于改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。單純的微分調節(jié)器是不能工作的。因此微分調節(jié)只能起輔助的調節(jié)作用，與p結合pd或與pi構成pid調節(jié)?？傊?，pid控制器中，比例環(huán)節(jié)主要減少偏差；積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高

32、系統(tǒng)的無差度；微分調節(jié)能加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。4.2 pid控制器的參數(shù)整定控制器的參數(shù)整定對系統(tǒng)的控制質量起到了決定性的作用。確定控制器最佳過渡過程中的比例帶，積分時間和微分時間的數(shù)值稱為控制器參數(shù)整定?？刂破鲄?shù)整定的方法，在工程上常用的有以下幾種工程整定法。（1）經(jīng)驗法：其整定參數(shù)的順序是，先整定比例帶，待過渡過程穩(wěn)定后再加入積分作用以消除余差，最后加入微分，以加快過渡過程，進一步提高控制質量。pid控制器的經(jīng)驗法整定：先將置為0，置為，先整定比例帶使之達到4：1衰減過程，然后將比例帶放大（10%-20%），而積分時間由大到小逐步加入，直至達到4：1的衰減過程，然后將比例帶減

33、小到比原值?。?0%-20%）的位置，而積分時間也適當減小，再把由小到大加入，觀察曲線，直到滿意的過程為止。（2）穩(wěn)定邊界法：這是一種閉環(huán)的整定方法。具體步驟如下：置控制器積分時間逐漸減小比例帶，直到系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩，即臨界振蕩過程如圖4.2。錄此時的臨界比例帶及兩個波峰的時間利用和值，按穩(wěn)定邊界法計算表給出的相應公式求出控制器的穩(wěn)定參數(shù)、。（3）衰減曲線法：它是在經(jīng)驗法和穩(wěn)定邊界潛藏顧慮，針對它們的不足，反復實驗而得出的一種參數(shù)整方法。具體步驟如下：將控制器積分時間為最大值，微分時間為0，在純比例作用下，系統(tǒng)試運行。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，作設定值階躍擾動，并觀察系統(tǒng)響應如圖4.2。若系統(tǒng)響應衰減太快

34、，則減小比例帶，反之，則增大比例帶。直到系統(tǒng)出現(xiàn)4：1的衰減振蕩過程，記下此時的比例帶和ts的數(shù)值。利用4：1衰減整定參數(shù)表求得控制器的pid數(shù)值。將比例帶放到比計算值大一些的數(shù)值上，然后把積分時間按計算值加入，再把微分時間加入，最后把比例帶減小到計算值，觀察過渡過程曲線，調整到滿意的結果。ttttktsrrr0r000tyy00t041圖4.2幾種工程整定法下的pid參數(shù)響應曲線第5章 設計心得本設計是鍋爐汽包水位三沖量控制系統(tǒng)的設計，鍋爐汽包水位的良好控制是保證系統(tǒng)輸出蒸汽溫度穩(wěn)定的前提。經(jīng)分析后采用三沖量的控制方式，這是基于串前饋-串級復合控制系統(tǒng)，副回路調節(jié)器通過副回路快速消除給水環(huán)節(jié)

35、的擾動對汽包水位的影響，主調節(jié)器通過副調節(jié)器對水位進行校正，使水位保持在設定值，使系統(tǒng)工作在良好的狀態(tài)下，可滿足系統(tǒng)的控制要求。接著分析了pid對系統(tǒng)的影響，及pid的參數(shù)整定，能夠更好分析鍋爐汽包水位的情況。通過分析證明了汽包水位是工業(yè)鍋爐安全、穩(wěn)定運行的重要指標，保證水位控制在給定范圍內，對于提高蒸汽品質、減少設備損耗和運行損耗、確保整個網(wǎng)絡安全運行具有重要意義。通過鍋爐給水控制系統(tǒng)的設計實驗，更深的了解了給水控制系統(tǒng)的組成結構和原理，實現(xiàn)預期的課程設計目的。通過本次為期三周的過程控制課程設計這一實踐環(huán)節(jié)，感受頗多，由原先的課堂理論知識到動手實踐環(huán)節(jié)是一次大的轉變，也是理論聯(lián)系實際的最好體現(xiàn)。整個課設中，很考驗了一個人怎樣從現(xiàn)實生產中發(fā)現(xiàn)問題并分析