過程控制課程設(shè)計鍋爐蒸汽負荷控制系統(tǒng)包含儀表設(shè)備表

1、 鍋爐蒸汽負荷控制系統(tǒng) 課程設(shè)計報告 姓名： * 學號： * 班級： 自動化 指導教師： * 目 錄摘要1緒論2第一章 生產(chǎn)工藝介紹 3 1.1 鍋爐設(shè)備介紹3 1.2蒸汽過熱系統(tǒng)的控制4第二章 控制原理簡介5 2.1過熱蒸汽溫度的動態(tài)特性5 2.1.1 蒸汽量擾動5 2.1.2 煙氣側(cè)擾動6 2.1.3 減溫水量擾動6 2.2 控制方案選擇9 2.2.1 單回路控制方案9 2.2.2串級控制方案10 2.3 串級控制方案特點11第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計12 3.1 系統(tǒng)控制參數(shù)確定12 3.1.1 主變量的選擇12 3.1.2 副變量的選擇12 3.1.3 操作變量的選擇12 3.2 調(diào)節(jié)閥的選

2、擇13 3.3 控制器設(shè)計14 3.3.1 控制器控制規(guī)律的選擇14 3.3.2 控制器正、反作用選擇14 3.3.3 控制器的電路實現(xiàn)15第四章 控制儀表的選擇16 4.1 溫度變送器的選擇 16 4.2溫度傳感器的選擇16第五章 控制系統(tǒng)圖及說明17 5.1 控制系統(tǒng)圖17 5.2 說明 17第六章 改進思想18 6.1 前饋-反饋控制系統(tǒng) 18 6.2 安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)18第七章 總結(jié)體會19 7.1 設(shè)計總結(jié)19 7.2 心得體會19參考文獻 20附錄21 摘 要 本文是針對鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)進行的分析和設(shè)計，而對鍋爐過熱蒸汽的良好控制是保證系統(tǒng)輸出蒸汽溫度穩(wěn)定的前提。所以本設(shè)計

3、采用串級控制系統(tǒng)，這樣可以極大地消除控制系統(tǒng)工作中的各種干擾因素，使系統(tǒng)能在一個較為良好的狀態(tài)下工作，同時鍋爐過熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)變化，并保護過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。 在本設(shè)計用到串級控制系統(tǒng)中，主對象為送入負荷設(shè)備的出口溫度，副對象為減溫器和過熱器之間的蒸汽溫度。通過控制減溫水的流量來實現(xiàn)控制過熱蒸汽溫度的目的。關(guān)鍵詞串級控制系統(tǒng) 蒸汽負荷控制溫度控制 緒論 蒸汽溫度是鍋爐安全、高效、經(jīng)濟運行的主要參數(shù)，因此對蒸汽溫度控制要求嚴格。過高的蒸汽溫度會造成過熱器，蒸汽管道及汽輪機因過大的熱應(yīng)力變形而毀壞；蒸汽溫度過低又會引起熱效率降低，影響經(jīng)濟運行。鍋爐控制現(xiàn)場環(huán)境惡劣，

4、采用傳統(tǒng)的基于模擬技術(shù)的控制器、儀器儀表或單片機，不僅結(jié)構(gòu)比較復雜，效率比較低，而且可靠性也不高。 本次課設(shè)設(shè)計的主要考慮部分是鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計。蒸汽過熱系統(tǒng)包括一級過熱器、減溫器、二級過熱器。鍋爐汽溫控制系統(tǒng)主要包括過熱汽和再熱蒸汽溫度的的調(diào)節(jié)。主要蒸汽溫度與再熱蒸汽溫度的穩(wěn)定對機組的安全經(jīng)濟運行時非常重要的。過熱蒸汽溫度控制的任務(wù)是維持過熱器出口溫度在允許的范圍之內(nèi)，并保護過熱器，使其管壁溫度不超允許的工作溫度。 過熱蒸汽溫度是鍋爐汽水系統(tǒng)中的溫度的最高點，過熱蒸汽溫度過高或是過低，對鍋爐運行及蒸汽設(shè)備是不利的。蒸汽溫度過高會使過熱器管壁金屬強度下降，以至燒壞過熱器的高溫段，嚴重

5、影響安全。一般規(guī)定過熱器的溫度與規(guī)定值的暫時偏差不超過+-10攝氏度長期偏差不超過+-5攝氏度。 如果過熱蒸汽溫度偏低，則會降低電廠的工作效率，同時使汽輪機后幾級的蒸汽濕度增加，引起葉片磨損。據(jù)估計，溫度每降低5攝氏度，熱經(jīng)濟性將下降約1%；且汽溫偏低會使汽輪機尾部蒸汽溫度升高，甚至使之帶水，嚴重影響汽輪機的安全運行。一般規(guī)定過熱氣溫下限不低于其額定值10 攝氏度。通常，高參數(shù)電廠都要求保持過熱汽溫在540攝氏度的范圍內(nèi)。 由于汽溫對象的復雜性，給汽溫控制帶來許多的困難，其主要難點表現(xiàn)在以下兩個方面： 1 由于過熱器是一個多容且延遲較大的慣性環(huán)節(jié)，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制要求存在很多矛盾，所以影響汽

6、溫變化的因素很多，例如：蒸汽量、減溫水給水量、煙氣側(cè)的過?？諝庀禂?shù)和溫度等都可能引起汽溫變化。 2 隨著機組容量和參數(shù)的增加，蒸汽的過熱受熱面的比例加大，使其延遲和慣性更大從而進一步加大了汽溫控制的難度。 第一章 生產(chǎn)工藝介紹1.1 鍋爐設(shè)備介紹鍋爐是工業(yè)過程必不可少的重要動力設(shè)備，它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可作為驅(qū)動透平的動力源，又可作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過程的熱源。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，作為動力和熱源的過濾，也向著大容量、高參數(shù)、高效率的方向發(fā)展。鍋爐設(shè)備根據(jù)用途、燃料性質(zhì)、壓力高低等有多種類型和稱呼，工藝流程多種多樣，常用的鍋爐設(shè)備的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)是由給水泵、給水控制閥、省煤器、汽包

7、及循環(huán)管等組成。燃料與空氣按照一定比例送入鍋爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽，經(jīng)過過熱器形成過熱蒸汽，在匯集到蒸汽母管。過熱蒸汽經(jīng)負荷設(shè)備控制，供給負荷設(shè)備用，于此同時，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，還經(jīng)省煤器預熱鍋爐給水和空氣預熱器預熱空氣，最后經(jīng)引風送往煙囪排空。 鍋爐設(shè)備主要工藝流程圖鍋爐設(shè)備的控制任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)負荷的需要，供應(yīng)一定壓力或溫度的蒸汽，同時要使鍋爐在安全、經(jīng)濟的條件下運行。按照這些控制要求，鍋爐設(shè)備將有如下主要的控制系統(tǒng)：供給蒸汽量適應(yīng)負荷變化需要或保持給定負荷。鍋爐供給用汽設(shè)備的蒸汽壓力保持在一定范圍內(nèi)。過熱蒸汽溫度保持在一定范

8、圍。汽包水位保持在一定范圍內(nèi)。保持鍋爐燃料的經(jīng)濟性和安全性。爐膛負壓保持在一定范圍。1.2 蒸汽過熱系統(tǒng)的控制蒸汽過熱系統(tǒng)則是鍋爐系統(tǒng)安壘正常運行，確保蒸汽品質(zhì)的重要部分。本設(shè)計主要考慮的部分是鍋爐過熱蒸汽系統(tǒng)的控制。過熱蒸汽溫度的控制任務(wù)是維持過熱器出口汽溫在允許范圍內(nèi)，并且保護過熱器使管壁溫度不超過允許的工作溫度.過熱蒸汽溫度是鍋爐給水通道中溫度最高的地方.過熱器正常運行時的溫度一般接近于材料所允許的最高溫度.因此，過熱蒸汽溫度的上限一般不應(yīng)超過額定值5(額定值為450 ).如果汽溫偏低，則會降低全廠的熱效應(yīng)和影響汽輪機的安全運行，因而過熱蒸汽溫度的下限一般不低于額定值10。過熱蒸汽溫度控

9、制的主要任務(wù)就是： 克服各種干擾因素，將過熱器出口蒸汽溫度維持在規(guī)定允許的范圍內(nèi)，從而保持蒸氣品質(zhì)合格：保護過熱器管壁溫度不超過允許的工作溫度。本次設(shè)計以控制減溫水流量的變化來闡述對過熱蒸汽溫度的自動調(diào)節(jié)。第二章 控制原理簡介2.1 過熱蒸汽溫度的動態(tài)特性蒸汽量擾動當蒸汽量擾動時，沿過熱器管道整個長度各點的溫度幾乎同時變化，過熱器出口溫度的階躍響應(yīng)曲線圖8-1a)所示。其特點是有遲延，有慣性，有自平衡能力，且較小。當鍋爐的蒸汽量增加時，對流式過熱器和輻射式過熱器的出口汽溫隨蒸汽量變化的方向是相反的。蒸汽量增加時，通過對流式過熱器的煙量增加，煙溫也隨之升高，這兩具因素都使對流過熱器汽溫升高。但是

10、，由于蒸汽量增加時，爐膛溫度升高較少，輻射傳熱量的增加比蒸汽量增加所需的吸熱量增加要少，因此，當蒸汽量增加，輻射式過熱器出口汽溫是下降的。圖8-1b)表示了對流和輻射兩種過熱器出口汽溫隨蒸汽量變化的靜態(tài)特性。通過對流過熱器的受熱面積大于輻射過熱器的受熱面積，對流方式比輻射方式吸熱量為多，因此，總的汽溫將隨蒸汽量增加而升高。蒸汽量變化對汽溫變化的傳遞函數(shù)可用下式近似表示：式中k蒸汽量擾動時被調(diào)對象的放大系數(shù) 對象的時間常數(shù) 蒸汽量擾動時對象的遲延時間蒸汽量擾動時過熱蒸汽溫度動態(tài)特性，但不用蒸汽量作為過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)量，這里的蒸汽量代表鍋爐負荷，其大小由外部負荷決定。煙氣側(cè)擾動由于過熱器是一個熱

11、交換器，過熱器出口汽溫反映了工質(zhì)從過熱器中帶走的熱量和從煙氣側(cè)吸收的熱量之間的平衡關(guān)系。當煙氣流量或煙氣溫度發(fā)生擾動時，過熱蒸汽溫度發(fā)生變化。在煙氣側(cè)擾動下汽溫對象的動態(tài)特性如圖8-2所示。其特點是：有遲延、有慣性、有自平衡能力。由于煙氣側(cè)擾動是沿過熱器整個長度使煙氣傳熱量發(fā)生變化，所以過熱蒸汽溫度響應(yīng)較快，其遲延和慣性比其它擾動要小，但一般不用煙氣側(cè)作為調(diào)節(jié)手段來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。改變煙量或煙溫時，會影響燃燒工況，與燃燒控制互相干擾，另外，煙氣側(cè)擾動也將影響再熱蒸汽溫度。現(xiàn)有電廠熱控系統(tǒng)僅用煙氣側(cè)作為調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度的手段，而利用減溫水量來調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度。減溫水量擾動改變過熱器入口蒸汽溫度

12、可以有效地調(diào)節(jié)過熱器出口蒸汽溫度，這是應(yīng)用較廣的一種汽溫調(diào)節(jié)手段，改變?nèi)肟谡羝麥囟瓤捎脟娝畞磉M行。直接噴水減溫系統(tǒng)如圖8-3所示。采用減溫器噴水減溫時，要求有足夠的調(diào)節(jié)余量，一般在減溫器停運、鍋爐出力最大時汽溫要高于給定值約3040。采用噴水減溫調(diào)節(jié)過熱蒸汽溫度時，一般把過熱器分成兩個區(qū)域，如圖8-3a)所示，導前汽溫2測點前至減溫器為導前區(qū)，過熱器出口汽溫1測點到導前汽溫測點為惰性區(qū)，其傳遞函數(shù)分別用G02（s）和G01（s）來表示，整個被調(diào)對象的傳遞函數(shù)用G（s）表示：式中導前汽溫 過熱器出口汽溫 減溫噴水量在減溫水量擾動時過熱蒸汽溫度被調(diào)對象的階躍響應(yīng)曲線如圖8-4所示。汽溫對象的傳遞函

13、數(shù)可用下式表示：從階躍響應(yīng)曲線可以用工程方法求得G02(s)和G(s)，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析及調(diào)節(jié)器參數(shù)整定計算過程中，還需用到惰性區(qū)的傳遞函數(shù)，它不能由階躍響應(yīng)曲線直接求得，只能根據(jù)已求得的G02(s)和G(s)來求得： 對于高、中壓鍋爐采用噴水減溫，當減溫水量擾動時，汽溫對象的遲延時間3060s，慣性時間常數(shù)T100s，而當煙氣側(cè)擾動時汽溫對象的遲延時間1020s，慣性時間常數(shù)T100s。需要指出的是汽溫對象傳遞函數(shù)表達式（8-1）和（8-2）中的放大系數(shù)K2和K是負值，K1為正值，分析和設(shè)計汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)時應(yīng)充分考慮。2.2控制方案選擇2.2.1單回路控制方案在運行過程中。改變減溫水流量，實際上

14、是改變過熱器出口蒸汽的熱焙，亦改變進口蒸汽溫度，如下圖所示。從動態(tài)特性上看，這種調(diào)節(jié)方法是最不理想的，但由于設(shè)備簡單，因此，應(yīng)用得最多。減溫器有表面式和噴水式兩種。減溫器應(yīng)盡可能地安裝在靠近蒸汽出口處，但一定要考慮過熱器材科的安全問題，這樣能夠獲得較好的動態(tài)特蛀。但作為控制對象的過熱器，由于管壁金屬的熱容量比較大，使之有較大的熱慣性。加上管道較長有一定的傳遞滯后，如果用下圖所示的控制系統(tǒng)，控制器接受過熱器出口蒸汽溫度變化后，控制器才開始動作，去控制減溫水流量的變化又要經(jīng)過一段時向才能影響到蒸汽溫度這樣，既不能及早發(fā)現(xiàn)擾動，又不能及時反映控制的效果，將使蒸汽溫度發(fā)生不能允許的動態(tài)偏差。影響鍋爐生

15、產(chǎn)的安全和經(jīng)濟運行。實際中過熱蒸汽控制系統(tǒng)常采用減溫水流量作為操縱變量，但由于控制通道的時間常數(shù)及純滯后均較大，組成單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)的要求。因此常采用串級控制系統(tǒng)，減溫器出口溫度為副參數(shù)，以提高對過熱蒸汽溫度的控制質(zhì)量。2.2.2串級控制方案過熱器出口蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)如下圖所示。采用兩級調(diào)節(jié)器，這兩級調(diào)節(jié)器串在一起，各有其特殊任務(wù)，調(diào)節(jié)閥直接受控制器TC2的控制，而控制器TC2的給定值受到控制器TC1的控制，形成了特有的雙閉環(huán)系統(tǒng)，由副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器和減溫器出口溫度形成的閉環(huán)稱為副環(huán)。由主調(diào)節(jié)器和主信號出口蒸汽溫度，形成的閉環(huán)稱為主環(huán)，可見副環(huán)是串在主環(huán)之中?？刂破鱐C1稱主調(diào)

16、節(jié)器，控制器TC2稱為副調(diào)節(jié)器。將過熱器出口蒸汽溫度調(diào)節(jié)器的輸出信號，不是用來控制調(diào)節(jié)閥而是用來改變控制器TC1的給定值，起著最后校正作用。 過熱蒸汽溫度串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖串級系統(tǒng)是一個雙回路系統(tǒng)，實質(zhì)上是把兩個調(diào)節(jié)器串接起來，通過它們的協(xié)調(diào)工作，使一個被控量準確地保持為給定值。通常串級系統(tǒng)副環(huán)的對象慣性小，工作頻率高，而主環(huán)慣性大，工作頻率低。串級控制系統(tǒng)可以看作一個閉合的副回路代替了原來的一部分對象，起了改善對象特征的作用。除了克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動外，還提高了系統(tǒng)的工作頻率，加快過渡過程。在爐溫過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中，為了獲得更好的控制精度，所以采用串級控制系統(tǒng)以得到良好的控制特性。2.3

17、串級控制方案特點由如下串級控制系統(tǒng)方框圖可知，主控制器的輸出即副控制器的給定，而副控制器的輸出直接送往控制閥。主控制器的給定值是由工藝規(guī)定的，是一個定制，因此，主環(huán)是一個定值控制系統(tǒng)；而副控制器的給定值是由主控制器的輸出提供的，它隨主控制器輸出變化而變化，因此，副環(huán)是一個隨動控制系統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)方框圖串級控制系統(tǒng)中，兩個控制器串聯(lián)工作，以主控制器為主導，保證主變量穩(wěn)定為目的，兩個控制器協(xié)調(diào)一致，互相配合。若干擾來自副環(huán)，副控制器首先進行“粗調(diào)”，主控制器再進一步進行“細調(diào)”。因此控制質(zhì)量優(yōu)于簡單控制系統(tǒng)。串級控制有以下優(yōu)點： 由于副回路的存在，減小了對象的時間常數(shù)，縮短了控制通道，使控制作用

18、更加及時； 提高了系統(tǒng)的工作頻率，使振蕩周期減小，調(diào)節(jié)時間縮短，系統(tǒng)的快速性增強了； 對二次干擾具有很強的克服能力，對客服一次干擾的能力也有一定的提高； 對負荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力。一般來說，一個設(shè)計合理的串級控制系統(tǒng)，當干擾從副回路進入時，其最大偏差將會較小到控制系統(tǒng)的，即便是干擾從主回路進入，最大偏差也會縮小到單回路控制系統(tǒng)的。但是，如果串級控制系統(tǒng)設(shè)計得不合理，其優(yōu)越性就不能夠充分體現(xiàn)。因此，串級控制系統(tǒng)的設(shè)計合理性十分重要。第三章 控制系統(tǒng)設(shè)計3.1 系統(tǒng)控制參數(shù)確定3.1.1 主變量的選擇 串級控制系統(tǒng)選擇主變量時要遵循以下原則：在條件許可的情況下，首先應(yīng)盡量選擇能直接

19、反應(yīng)控制目的的參數(shù)為主變量；其次要選擇與控制目的有某種單值對應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為主變量；所選的主變量必須有足夠的變化靈敏度。綜合以上原則，在本系統(tǒng)中選擇送入負荷設(shè)備的出口蒸汽溫度作為主變量。該參數(shù)可直接反應(yīng)控制目的。3.1.2副變量的選擇副回路的設(shè)計質(zhì)量是保證發(fā)揮串級系統(tǒng)優(yōu)點的關(guān)鍵。副變量的選擇應(yīng)遵循以下原則： 應(yīng)使主要干擾和更多的干擾落入副回路； 應(yīng)使主、副對象的時間常數(shù)匹配； 應(yīng)考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟型綜合以上原則，選擇減溫器和過熱器之間的蒸汽溫度作為副變量。3.1.3操縱變量的選擇工業(yè)過程的輸入變量有兩類：控制變量和擾動變量?？刂仆ǖ篮蛿_動通道的傳遞函數(shù)：。其中，干擾時客觀存在

20、的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的因素，而操縱變量是克服干擾的影響，使控制系統(tǒng)重新穩(wěn)定運行的因素。操縱變量的基本原則為： 選擇對所選定的被控變量影響較大的輸入變量作為操縱變量，盡量大； 在以上前提下，選擇變化范圍較大的輸入變量作為控制變量，以便易于控制； 在的基礎(chǔ)上選擇對被控變量作用效應(yīng)較快的輸入變量作為控制變量，使控制系統(tǒng)響應(yīng)較快盡量??；綜合以上原則，選擇減溫水的輸入量作為操縱變量。3.2 調(diào)節(jié)閥的選擇在本系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，是按照控制器所給定的信號大小和方向，改變閥的開度，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)流體流量的裝置。調(diào)節(jié)閥的口徑的大小，直接決定著控制介質(zhì)流過它的能力。為了保證系統(tǒng)有較好的流通能力，需要使

21、控制閥兩端的壓降在整個管線的總壓降中占有較大的比例。調(diào)節(jié)閥的開、關(guān)形式需要考慮到以下幾種因素： 生產(chǎn)安全角度：當氣源供氣中斷，或調(diào)節(jié)閥出故障而無輸出等情況下，應(yīng)該確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不至發(fā)生事故； 保證產(chǎn)品質(zhì)量：當發(fā)生控制閥處于無源狀態(tài)而恢復到初始位置時，產(chǎn)品的質(zhì)量不應(yīng)降低； 盡可能的降低原料、產(chǎn)品、動力損耗； 從介質(zhì)的特點考慮。綜合以上各種因素，控制閥，在此串級氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，溫度過高時，會燒壞過熱器、蒸汽管道和汽輪機的高壓部分金屬損壞，造成生產(chǎn)停頓，還會引起高溫鍋爐爆炸等嚴重的后果，所以調(diào)節(jié)閥應(yīng)這擇氣關(guān)形式；但溫度過低時就會降低生產(chǎn)的工作熱效率并影響汽輪機的安全經(jīng)濟運行，所以調(diào)節(jié)啊應(yīng)選

22、擇氣開形式。在此情況下，出現(xiàn)了矛盾的情況，在此情況下要分消主要矛盾和次要矛盾，權(quán)衡利弊，主要矛盾是溫度過高出現(xiàn)的后果嚴重，所以調(diào)節(jié)潤這用氣關(guān)形式，即。調(diào)節(jié)閥的流量特性的選擇，在實際生產(chǎn)中常用的調(diào)節(jié)閥有線性特性、對數(shù)特性和快開特性三種，在本系統(tǒng)中調(diào)節(jié)閥的流量特性選擇線性特性。閥門定位器的選用，閥門定位器是調(diào)節(jié)閥的一種輔助裝置，與調(diào)節(jié)閥配套使用，它接受控制器來的信號作為輸入信號，并以其輸出信號去控制調(diào)節(jié)閥，同時將調(diào)節(jié)閥的閥桿位移反饋到閥門定位器的輸入端而構(gòu)成一個閉環(huán)隨動系統(tǒng)，閥門定位器可以消除閥膜頭和彈簧的不穩(wěn)定以及各運動部件的干摩擦，從而提高調(diào)節(jié)閥的精度和可靠性，實現(xiàn)準確定位；閥門定位器增大了執(zhí)

23、行機構(gòu)的輸出功率，減少了系統(tǒng)的傳遞滯后，加快閥桿的移動速度；閥門定位器還可以改變調(diào)節(jié)閥的流量特性。3.3 控制器設(shè)計由上文論述可知，系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)選擇串級控制。3.3.1 控制器控制規(guī)律的選擇在串級控制中，主變量直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量或生產(chǎn)的安全，所以主變量一般要求不得有余差，而對副變量的要求一般都不很嚴格，允許有一定的波動和余差。從串級控制的結(jié)構(gòu)上看，主環(huán)是一個定值系統(tǒng)，主控制器起著定值控制作用，為使其穩(wěn)定，主控制器通常選用比例積分控制器，對于本系統(tǒng)由于控制通道容量滯后較大，為克服容量滯后，選用比例積分微分控制器作為主控制器。副環(huán)是一個隨動系統(tǒng)，它的給定值隨主控制器輸出的變化而變化，為了加快跟

24、蹤，副控制器一般不帶積分作用。若副控制器有微分作用，一旦主控制器輸出稍有變化，控制閥就將大幅度變化，這對控制系統(tǒng)很不利，故副控制器只選用比例控制器。3.3.2 控制器正、反作用選擇對于串級控制系統(tǒng)，主、副控制器正、反作用的選擇順序應(yīng)該是先副后主。副控制器的正、反作用要根據(jù)副環(huán)的具體情況決定，而與主環(huán)無關(guān)。為了使副環(huán)回路構(gòu)成一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，即構(gòu)成負反饋系統(tǒng)。在本設(shè)計中隨著調(diào)節(jié)閥的開度增加，減溫水量增加，副對象即減溫器后端蒸汽溫度會降低，所以；而調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，所以 ，溫度升高，檢測變送器環(huán)節(jié)輸出增加，由可知，所以副控制器的控制作用應(yīng)為反作用。主控制器的正、反作用要根據(jù)主環(huán)所包括的各個環(huán)節(jié)的情況來

25、確定。為了使主環(huán)回路構(gòu)成一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，即構(gòu)成負反饋系統(tǒng)。設(shè)計中隨著調(diào)節(jié)閥的開度增加，減溫水量增加，副對象即減溫器后端蒸汽溫度會降低，出口過熱蒸汽溫度降低，而調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥，所以 ，溫度升高，檢測變送器環(huán)節(jié)輸出增加，由可知，所以主控制器的控制作用應(yīng)為反作用。3.3.3 控制器的電路實現(xiàn)主控制器采用PID調(diào)節(jié)器，副控制器采用P調(diào)節(jié)器，可以使用單片機編程實現(xiàn)P、I、D的調(diào)節(jié)作用，也可以直接使用模擬電路搭建PID調(diào)節(jié)模塊，在實際生產(chǎn)中，大多采用制作成型的PID模塊以保證系統(tǒng)的正常運行。第四章 控制儀表的選擇4.1 溫度變送器的選擇 溫度變送器可分為電動和氣動,常用的控制儀表有電動II型、III型。在

26、串級系統(tǒng)中，選用的儀表不同，具體的實施方案也不同。 電動II型、III型儀表就其功能而言是基本上相同的，但是就其控制信號而言是存在差異的。具體變現(xiàn)在電動II型的典型控制信號為010mADC動III型的典型控制信號是420mADC。另外與II型儀表相比 操作、維護更為方便簡捷，同時儀表還有較完善的跟蹤、保持電路，使得手動切換更為方便，隨時都可以進行轉(zhuǎn)換，而且保證無干擾。綜上所述，在本設(shè)計中需選用電動III型儀表。 4.2 溫度傳感器的選擇 溫度傳感器有熱電偶和熱電阻兩種：在本設(shè)計中，最好選用熱電偶溫度傳感器。原因在于熱電偶的測溫范圍廣，耐高溫，精度高，結(jié)構(gòu)簡單，更換方便，壓簧式感溫原件，抗震性能

27、好，可以將熱轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生熱電勢測量溫度。 具有采用K型熱電偶，原因在于：1K型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0攝氏度到1300攝氏度范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的便面溫度。 2 K型熱電偶具有線性好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性好，抗氧化性能強，價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性惰性氣氛中。第五章 控制系統(tǒng)圖及說明5.1 控制系統(tǒng)圖附圖-鍋爐蒸汽負荷控制系統(tǒng)圖5.2 說明1、對鍋爐設(shè)備熱工參數(shù)進行檢測，上盤顯示：儀表盤上標號各自對應(yīng)的參數(shù)如下; 、二級過熱器出口溫度 960 、一級過熱器出口溫度，540 、飽和蒸汽壓力，12MPa、過熱蒸汽流量，143t/h 、飽和蒸汽壓力，1

28、2MPa 、鍋爐汽包水位，300mm 、上級省煤器后煙氣溫度 、爐膛負壓，-70Pa 、下級空氣預熱器后煙氣溫度，1602、對于溫度檢測器，需要有溫度傳感器，在儀表內(nèi)，用虛線；對于顯示表，在控制室，用實線；對于其他現(xiàn)場的檢測器，在儀表，不用畫線。3、引風機：把煙氣從煙道中抽出，送入煙囪排入大氣。 鼓風機：把空氣吹進煙道中預熱，再送入爐膛助燃。第六章 改進設(shè)想61 前饋-反饋控制系統(tǒng) 組成雙沖量控制系統(tǒng)，即前饋-反饋控制系統(tǒng)，將減溫器出口溫度的微分信號作為前饋信號，與過熱器出口溫度相加后作為過熱器溫度控制器測量，當減溫器出口溫度有變化時，才引入前饋信號。穩(wěn)定工況下，該微分信號為零，與單回路控制系

29、統(tǒng)相同。如下圖，TY是微分器。過熱蒸汽的雙沖量控制系統(tǒng)6.2 安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng) 為防止過熱出口溫度過低，照成過熱蒸汽攜帶冷凝水進入蒸汽透平，損壞葉片，可設(shè)置安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)，當出口溫度低于某一限值時，聯(lián)鎖切斷減溫水控制閥。第七章 總結(jié)體會7.1 設(shè)計總結(jié)本設(shè)計是基于串級控制系統(tǒng)的鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計，對爐溫過熱蒸汽的良好控制是保證系統(tǒng)輸出蒸汽溫度穩(wěn)定的前提。采用串級控制系統(tǒng)，可以極大地消除控制系統(tǒng)工作過程中的各種擾動，使系統(tǒng)工作在良好的狀態(tài)下，在系統(tǒng)中控制儀表可進行主控、串級控制的切換，可滿足系統(tǒng)在不同情況下的控制要求。也可以改進為聯(lián)鎖控制系統(tǒng)或前饋-反饋控制系統(tǒng)。7.2 心得體會

30、本設(shè)計綜合運用了模擬電子技術(shù)、自動控制理論、控制儀表及裝置以及過程控制理論。剛開始，設(shè)計中遇到了很多自己無法解決的問題，于是向老師、同學求助，在指導老師的點撥以及同學們的建議下，我解決了遇到的問題。為了畫好系統(tǒng)圖，特意去學了auto cad 軟件的基本用法，雖說不夠?qū)I(yè)，但是能為明年的畢業(yè)設(shè)計做點畫圖基礎(chǔ)；寫課程設(shè)計說明書，讓我又重溫了office的相關(guān)軟件，使許多平時已經(jīng)遺忘的東西又學會了。對生產(chǎn)過程進行控制是我們工作中非常重要的一項任務(wù)，通過此次課程設(shè)計我明白了控制過程的設(shè)計，以及優(yōu)化控制系統(tǒng)的思想。參考文獻 方康玲，過程控制系統(tǒng)武漢理工大學出版社，2002 王驥程，化工過程控制工程，化學

31、工業(yè)出版社，1996 王樹青，工業(yè)過程控制工程，化學工業(yè)出版社，1995 蔣慰孫，過程控制工程（第二版），中國石化出版社，2004 何衍慶，工業(yè)生產(chǎn)過程控制，化學化工出版社，2004附錄-儀表設(shè)備表1. WRNB-441一體化熱電偶 WRNB-441帶溫度變送器熱電偶熱電阻又稱一體化熱電偶，一體化熱電偶是指在熱電偶的防水或隔爆接線盒內(nèi)裝入放大變送模塊（即溫度變送器），與傳感器連接形成一體化，輸出標準4-20mA 電流信號或也可以輸出0-5V或1-5V的電壓信號。通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計算機等配套用，直接測量各種生產(chǎn)過程中的0度-1300度范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度。一

32、體化熱電偶/熱電阻產(chǎn)品特點: 二線制輸出420mA，抗干擾能力強；節(jié)省補償導線及安裝溫度變送器費用；測量范圍大；冷端溫度自動補償，非線性校正電路一體化熱電偶/熱電阻工作原理: 熱電偶（阻）在工作狀態(tài)下所測得的熱電勢（電阻）的變化，經(jīng)過溫度變送器的電橋產(chǎn)生不平衡信號，經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成為420mA的直流電信號給工作儀表，工作儀表便顯示出所對應(yīng)的溫度值。產(chǎn)品執(zhí)行標準：IEC584 IEC751 JB/T7391-1994一體化熱電偶/熱電阻產(chǎn)品特性:輸出信號：420mA， 負載電阻250 1/2、傳輸導線電阻100 1/2 輸出方法：二線制允許等級：0.10.20.5 供電電源：24V.DC±

33、;10% 防護等級：IP65絕緣電阻： 儀表輸出接線端子與外殼之間的絕緣電阻應(yīng)不小于50 1/2熱響應(yīng)時間： 當溫度出現(xiàn)階躍變化時，儀表的電流輸出信號變化至相當于該階躍變化的50%所需的時間，通常以0.5表示，當溫度變送器的階躍響應(yīng)穩(wěn)定時間不超過熱電偶（阻）熱響應(yīng)穩(wěn)定時間0.5的五分之一時，則用熱電偶（阻）熱響應(yīng)時間作為儀表的熱響應(yīng)時間； 當溫度變送器的階躍響應(yīng)穩(wěn)定時間不超過熱電偶（阻）熱響應(yīng)穩(wěn)定時間0.5二分之一時，則用溫度變送器熱響應(yīng)時間作為儀表的熱響應(yīng)時間?；菊`差：儀表的基本誤差應(yīng)不超過熱電偶（阻）和溫度變送器基本誤差的合成誤差。一體化熱電偶測量范圍及溫差:型號分度號允差等級允差值測量

34、范圍允差值測量范圍WRNBK±1.5-40+375±2.5-40+333±0.004ltl3751000±0.0075ltl3331200WRMBN±1.5-40+375±2.5-40+333±0.004ltl3751000±0.0075ltl3331200WREBE±1.5-40+375±2.5-40+333±0.004ltl375800±0.004ltl333900WRFBJ±1.5-40+375±2.5-40+333±0.004ltl375

35、750±0.004ltl333750WRCBT±0.5-40+125±1-40+133±0.004ltl125350±0.0075ltl1333502. 電接點壓力表YX100/150產(chǎn)品特點：電接點壓力表為能適應(yīng)被測對象的各異和需求，本系列電接點壓力表在原有普通型和專用型的基礎(chǔ)上，又相繼研制了抗振型、耐蝕型、耐蝕抗振型以及帶有隔離裝置等多種類型共10多種型號的產(chǎn)品。電接點壓力表適用于測量對銅合金無腐蝕、無爆炸危險、非結(jié)晶的各種液體、氣體等介質(zhì)壓力。儀表經(jīng)與相應(yīng)的電氣器件配套使用，可達到對被測壓力系統(tǒng)實現(xiàn)預先設(shè)定的最大或最小壓力值的雙位自動控制

36、和發(fā)信(報警)的目的。儀表具有測量控制功能，可任意設(shè)定上、下限值，動作穩(wěn)定可靠，在石油、化工、電站、冶金等工業(yè)企業(yè)及機電設(shè)備上廣泛配套使用。YX100/150電接點壓力表的詳細資料：鑒于本系列電接點壓力表不僅具有設(shè)計新穎、結(jié)構(gòu)可靠、品種規(guī)格齊全、動作穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強的特點外，而且又具有測控并茂、安裝簡單、維護量小等優(yōu)點，因此，電接點壓力表是一般無指示、無切換差調(diào)整和無外設(shè)定裝置的壓力控制器所無可比擬的壓力測控儀表。產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號公稱直徑（mm）精度等級測量范圍（Mpa）連接螺紋觸頭功率（VA）最高工作電壓（V）控制方式電接點壓力表YX-60602.500.160M14×1.510

37、DC220V或AC380V上下限YX-1001001.600.1100-0.102.4M20×1.510DC220V或AC380V上下限YX-1501501.600.1100-0.102.4M20×1.510DC220V或AC380V上下限3.過熱蒸汽流量計HQLUGBHQLUGB過熱蒸汽流量計是以全新的設(shè)計理念，將溫度、壓力、流量信號集于一體，通過智能數(shù)字處理器將三種信號混合處理后輸出一個補償后的標準流量，從而實現(xiàn)了對氣體、蒸汽的溫壓補償功能。由于采用了智能一體化的設(shè)計理念，因此，LUGB溫壓補償智能型渦街具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝使用維護方便的特點。二、過熱蒸汽流量計功能特點

38、表體中同時集成溫壓補償補償功能，可測量流體的標準體積流量或標準質(zhì)量流量。 全智能化、數(shù)字化電路設(shè)計，可自動補償被測流體密度或標況體積計算。 全新的數(shù)字濾波和修正功能使流量測量更加精準可靠。 電池供電型無需外接電源既可連續(xù)工作兩年以上。 全新點陣漢字液晶顯示，使用操作更方便。三、技術(shù)參數(shù)測量介質(zhì)：液體、氣體、蒸汽介質(zhì)粘度：小于10cp介質(zhì)溫度：-50+400本體材料：1Cr18Ni9Ti(其他材料協(xié)議供貨)傳感器密封：石墨墊片（特殊根據(jù)要求）環(huán)境溫度：-30+80（特殊根據(jù)要求）公稱直徑： 管道式：DN15DN300； 插入式：DN200-2000mm測量精度： 液體:測量值的±0.5

39、%（特殊） 氣體：測量值的±0.5%量程比：10：1壓力等級：PN25，PN40（高壓可特殊制造）連接方式：夾持式 DN15DN300 法蘭式 DN15-DN300。 插入式 DN200-DN2000防爆形式：隔爆型Ex dBT4-T6 本安型Ex iaCT4-T6防護等級：IP67轉(zhuǎn)換器殼體：壓鑄鋁,上漆供電電壓：1236VDC或3.6V電池輸出信號: 兩線制4-20mA電流輸出現(xiàn)場顯示：可編程設(shè)定顯示瞬時流量、累積流量通訊方式：RS485通迅4. 浮力式（浮筒式）ZY-FT概述:ZY-FT浮筒液位計是根據(jù)阿基米德定律和磁藕合原理設(shè)計而成的液位測量儀表。并具有指針式現(xiàn)場指示功能?？商峁┥舷孪尬粓缶盘栞敵?。 儀表可用于敞口或壓力容器的液位和界面測量，特別適用于高溫，高壓的場合。 內(nèi)磁感應(yīng)元件和傳動裝置使其指示出液位。限位開關(guān)的儀表即可實現(xiàn)液位信號的報警功能。儀表可用來測量液位、界位和密度，既可輸出4-20mA的標準信號，又可以提供與之對應(yīng)的HART通訊協(xié)議輸出。方便的手持通訊器可以在儀表輸出的任意一點對儀表進行組態(tài)調(diào)試。 由于儀表的測量精度高，穩(wěn)定性能好，調(diào)試方便，標定簡單，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、