风量与炉膛压力控制新版专业系统设计.doc

科技学院

课程设计报告
(--第1学期)

名 称： 过程控制课程设计
题 目： 风量与炉膛压力控制系统设计
院 系： 动力工程系
专 业： 自动化
设计周数： 1周

姓名
学号
分工
成绩

成员

日期： 1 月 14 日
《过程控制》课程设计
任 务 书
一、目与规定
“过程控制课程设计”是“过程控制”课程一种重要构成某些。通过实际工业过程对象控制方案选取、控制功能设立、工程图纸绘制等基本设计和设计阐明撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完毕工程师基本技能训练。
二、重要内容
1．依照对被控对象进行分析，拟定系统自动控制构造，给出控制系统原理图；
2．依照拟定控制设备和测量取样点和调节机构，绘制控制系统工艺流程图（PID图）；
3．依照拟定自动化水平和系统功能，选取控制仪表，完毕控制系统SAMA图（涉及系统功能图和系统逻辑图）；
4．对所设计系统进行仿真实验并进行系统整定；
5．编写设计阐明书。
三、进度筹划
序号
设计(实验)内容
完毕时间
备注
1
下达任务，查找资料
周一、周二

2
制定控制方案，绘制控制系统SAMA图
周二、周三

3
仿真实验、撰写设计阐明
周三、周四

4
答辩
周五

四、设计（实验）成果规定
1． 绘制所设计热工控制系统SAMA图；
2． 依照已给对象，用MATABL进行控制系统仿真整定，并打印整定效果曲线；
3． 撰写设计报告

五、考核方式
提交设计报告及答辩

学生姓名：
指引教师：
年 月 日
一、课程设计目与规定
“过程控制课程设计”是“过程控制”课程一种重要构成某些。通过实际工业过程对象控制方案选取、控制功能设立、工程图纸绘制等基本设计和设计阐明撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完毕工程师基本技能训练。
二、设计正文
1．基本任务和规定：
任务：1.保持烟气中含氧量最佳值。
2.维持炉膛负压一定。
规定：1.理解实现风量与炉膛压力控制核心技术；
2. 可以进行风量与炉膛压力控制系统设计、仿真与工程实现(画出SAMA图)。
2．风量与炉膛压力控制系统对象动态特性：
①送风控制系统动态特性：
送风量
O2/﹪

1.送风控制系统动态特性分析：
锅炉燃烧控制系统是火力发电机组重要控制系统之一，而送风调节系统调节作用是这一系统能顺利工作前提。送风调节系统任务是通过调节送风机入口挡板，使烟气中含氧量保持最佳值，从而保证锅炉燃烧系统配备最佳定燃比，使锅炉达到最高热效率。恰使燃料完全燃烧所需空气量标为理论空气量，事实上按理论空气量无法达到完全燃烧目，普通总要使送风量比理论空气量多某些。
为了使锅炉适应负荷变化，必要同步变化送风量和燃料量，送风系统被控对象为炉膛，它是惯性和迟延都比较小自衡对象。当空气量不变，燃料量增长时，使空气量与燃料量比值下降，烟气中含氧量减少，当燃料量不变，空气量增长时，烟气中含氧量增长，控制系统应使送风量与燃料量协调变化，以保证其经济性。

②引风控制系统动态特性：

引风机挡板开度/﹪
炉膛负压/kpa

1.引风控制系统动态特性分析：

引风控制系统即炉膛压力控制系统任务在于调节烟道吸风机导叶开度以变化引风量，维持炉膛负压一定。炉膛压力直接影响炉膛内燃料燃烧质量和锅炉安全性，是引起锅炉灭火最直接因素。锅炉烟道对象惯性很小，调节通道和扰动通道特性都可以近似地以为是一种比例环节。这是一类特殊被控对象，简朴单回路控制系统并不能保证被控质量，由于被调量反映太敏捷以致会激烈跳动。
由于送风量变化是引起负压波动重要因素,为了能使引风量迅速地跟踪送风量,以保持两者比例,可将送风量作为前馈引入引风调节器。这样当送风控制系统动作时,引风控制系统及时跟着动作,而不是等炉膛负压偏离给定值后再动作,从而能使炉膛负压基本不变。因此引风控制系统引入送风量前馈信号后来,将有助于提高引风控制系统稳定性和炉膛负压动态偏差。

3． 设计控制方案

由对象特性分析可知，在燃料量变化同步，送风量和引风量要按比例协调动作，送风量引起烟气含氧量变化，送风控制系统以烟气中含氧量作为被调量，其内环要保证最佳风煤比，送风控制系统为氧量—风煤比串级系统；引风系统为一单回路控制系统，被调量为锅炉负压，它反映引风量与送风量之间平衡关系，因此辅此前馈控制，即在送风量变化同步也变化引风量。

3.1.送引风控制系统构造原理方框图

图1 送引风控制系统原理方框图
3.2送风控制系统采用串级控制系统
送风控制系统采用氧量信号作为校正信号，如方框图所示。它是一种串级比值控制系统，主调节器（氧量校正调节器）接受氧量定值信号。副调节器接受燃料信号B，反馈信号V及氧量校正调节器输出，副回路用以保证风煤基本比例，起粗调作用。主回路用来校正氧量，起细调作用。当烟气中含氧量高于给定值时，氧量校正器发出校正信号，修正送风控制系统给定值，使送风调节器减少送风量。通过校正后送风量将保证烟气中含氧量等

图2 送风控制系统原理图 图3 送风控制系统构造图

3.3引风控制系统采用前馈-反馈单回路控制
引风控制系统为一单回路控制系统，被调量为锅炉负压，它反映吸风量与送风量之间平衡关系，因此辅此前馈控制，即在送风量变化同步也变化引风量。
考虑到系统被调量（炉膛负压）反映了引风和送风之间平衡关系，明显改进办法是辅此前馈控制，即在送风量变化同步也变化引风量。

图4 引风机控制系统原理图 图5引风机控制系统构造图

3.4分析调节器正反作用
送风系统：
　　 内回路调节器K为正,为反作用;外回路依照六边形法判断:若输出含氧量增长,偏差E减小;主对象K为正,因此规定阀门输出减小,则副调节器输出减小,副调节器输入减小,主调节器输出U减小,因此主调节器为反作用。
引风系统：依照原理方框图,调节器增益K为正,为反作用。

3.5 工艺流程图

4.送风引风控制系统SAMA图

4.1送风系统

4.2引风系统

三．送风引风控制系统仿真
1.送引风对象特性

1.1副调节器参数整定
断开主回路，输入单位阶跃信号，内回路PID调节器比例项（如下简称P）置10，积分项（I项）及微分项（D项）均置零开始仿真，观测相应曲线，依照衰减率在75％－90％间规定不断调节P项参数，最后得到内回路整定曲线。

1. 仿真框图：

副回路响应曲线(Kp2=2.98，Ki=0.4)

2. 仿真曲线

1.2 主﹑副调节器参数整定
连接外回路，把刚整定好副环作为主环一种环节，整定主环参数。为更好地达到品质规定，最后再调节副环参数。

1.仿真框图：

重复调节参数,直至曲线满足衰减率为0.75—0.9之间,记录参数。响应曲线：（Kp1=1,Ki1=0，Kp2=2.98，Ki2=0.4）

2. 仿真曲线

2 引风控制系统整定
引风系统对象为一阶惯性环节,为单回路比例调节.断开送风系统与引风系统联系，依照经验输入参数，整定得出曲线。

1.仿真框图：
响应曲线（Kp=0.4，Ki=0.011）：

2.仿真曲线：

3.送风引风系统整定
1.仿真框图

500s时加入一种阶跃扰动step1得到响应曲线：

五．课程设计总结

燃烧控制系统是由燃料量控制，送风控制和引风控制三个互相匹配，密切联系三个子系统构成。
其中燃料量控制回路使锅炉跟踪外界负荷，送风控制回路维持锅炉最高热效率，引风控制回路保持负压稳定，这三个控制子回路构成了不可分割一种整体，统称为锅炉燃烧系统，共同保证锅炉运营机动性，经济性，安全性。
通过这次过程控制课程设计，练习了对实际工业过程对象控制方案选取、控制功能设立、工程图绘制等基本设计和设计阐明撰写，学会了如何用Word和MATLAB软件仿真，在对系统进行仿真及参数整定期，加深了对整定办法理解，巩固课本学过知识。锻炼了基本控制系统工程设计能力、创新意识。

六．参照文献
[1] 《过程控制》 金以慧 主编 清华大学出版社 1993年4月第1版
[2] 《过程控制与Simulink应用》王正林 郭阳宽 编著 电子工业出版社 .7