控制系统设计2(2)

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1、计算机控制系统设计n受控对象受控对象 n控制基本结构控制基本结构n控制过程的基本步骤控制过程的基本步骤n控制目的控制目的u连续过程：不间断的生产过程连续过程：不间断的生产过程 如：火电厂的锅炉燃烧过程、脱硫过程、如：火电厂的锅炉燃烧过程、脱硫过程、 合成氨的生产过程合成氨的生产过程; ; 该过程中典型的控制量有该过程中典型的控制量有: : 温度、时间、压温度、时间、压 力、力、流量、速度、成分等随时间变化的量。流量、速度、成分等随时间变化的量。 本课本课程主要讲述过程的控制技术程主要讲述过程的控制技术u 离散过程离散过程u 批次（量）过程批次（量）过程u降低原材料消耗降低原材料消耗u 提高生产

2、率提高生产率u 提高产品质量提高产品质量u 减轻劳动强度减轻劳动强度u 实现其他要求（如环保）实现其他要求（如环保）u 燃煤锅炉的计算机控制系统燃煤锅炉的计算机控制系统u 循环流化床干法烟气脱硫控制系统循环流化床干法烟气脱硫控制系统u 燃煤锅炉的计算机控制系统燃煤锅炉的计算机控制系统实例一实例一: : 燃煤链条锅炉的计算机控制燃煤链条锅炉的计算机控制挡板挡板挡板挡板省煤器省煤器空气预热空气预热控制作用控制作用给水阀给水阀空气空气鼓风机鼓风机给水泵给水泵水水除除尘尘器器引风机引风机烟气烟气烟烟囱囱煤斗煤斗电动机电动机空气空气蒸蒸汽汽引风引风水水炉炉排排负微压负微压供气（发电机组）供气（发电机组）

3、炉炉膛膛物流物流 u煤块煤块炉排炉排在炉膛燃烧在炉膛燃烧加热汽包加热汽包产生蒸气产生蒸气u 空气空气鼓风机鼓风机空气预热器空气预热器炉膛炉膛u 引风引风省煤器省煤器除尘脱流除尘脱流引风机引风机烟囱烟囱u 水水给水泵增压给水泵增压省煤器预热省煤器预热汽包水位汽包水位 u 煤量调节：通过改变炉排走速实现煤量调节：通过改变炉排走速实现 u 送风量调节：调节鼓风挡板开度或变频调节送风量调节：调节鼓风挡板开度或变频调节 u 引风量调节：调节引风挡板开度或变频调节引风量调节：调节引风挡板开度或变频调节 u 给水调节：保持汽包水位在允许的范围内给水调节：保持汽包水位在允许的范围内u 特点：蒸汽负荷变动频繁且

4、不稳定特点：蒸汽负荷变动频繁且不稳定u 控制系统设计目标：控制系统设计目标： 蒸汽压力稳定，温度满足要求蒸汽压力稳定，温度满足要求 节煤节煤可靠性高，维修、操作方便可靠性高，维修、操作方便系统特点和控制目标系统特点和控制目标 3/三个相互关联的子系统：三个相互关联的子系统：汽包水位控制；热负荷控制；汽包水位控制；热负荷控制；燃烧燃烧控制（控制（经济性，炉膛负压控制）经济性，炉膛负压控制）主要四个调节量：主要四个调节量：给水量给水量 送风量送风量引风量引风量 给煤量给煤量子系统与控制量子系统与控制量 4/控控制制系系统统煤煤/ /风风 比比.14243反馈信号反馈信号 蒸汽压力蒸汽压力水位水位炉

5、膛负压炉膛负压含氧量含氧量 给水阀给水阀鼓风挡板鼓风挡板引风挡板引风挡板炉排速度炉排速度给煤量给煤量引风量引风量送风量送风量给水流量给水流量 汽包水位汽包水位蒸汽压力蒸汽压力蒸汽流量蒸汽流量炉膛负压炉膛负压烟气含氧量烟气含氧量炉膛温度炉膛温度M实例一实例一: : 燃气锅炉的计算机控制燃气锅炉的计算机控制实例一实例一: : 燃气锅炉的计算机控制燃气锅炉的计算机控制物流过程物流过程u燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。然后经过热器，形成一定温度的过热蒸汽然后经过热器，形

6、成一定温度的过热蒸汽D，汇集，汇集至蒸汽母管。压力为至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备的过热蒸汽，经负荷设备控制供给负荷设备用。与此同时，燃烧过程中产生控制供给负荷设备用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变为过热蒸汽外，还经省煤的烟气，除将饱和蒸汽变为过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱，排入大气。风机送往烟囱，排入大气。 实例一实例一: : 燃气锅炉的计算机控制燃气锅炉的计算机控制输入变量与输出变量之间相互关联输入变量与输出变量之间相互关联图实例一实例一: : 燃气锅炉的计算机控制燃气锅

7、炉的计算机控制u 如果蒸汽负载发生变化，必将会引起汽包水位、如果蒸汽负载发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化；蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化；u 燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，汽包水位、过燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，汽包水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压；热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压；u 给水量的变化不仅影响汽包水位，对蒸汽压力、给水量的变化不仅影响汽包水位，对蒸汽压力、过热蒸汽温度等亦有影响等等。过热蒸汽温度等亦有影响等等。u 锅炉是一个典型的多变量对象，要进行自动控制，锅炉是一个典型的多变量对象，要进行自动控制，对多变量对象可按自治的原则和协调跟踪的原则加对

8、多变量对象可按自治的原则和协调跟踪的原则加以处理。大致可划分为三个控制子系统：锅炉燃烧以处理。大致可划分为三个控制子系统：锅炉燃烧控制系统、锅炉给水控制系统和过热蒸汽温度控制控制系统、锅炉给水控制系统和过热蒸汽温度控制系统。系统。 n 蒸汽温度控制系统任务蒸汽温度控制系统任务维持过热器出口温度在允许范围内，并保证管壁温维持过热器出口温度在允许范围内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。被控变量一般是过热器度不超过允许的工作温度。被控变量一般是过热器出口温度，操纵变量是减温器的喷水量。出口温度，操纵变量是减温器的喷水量。n 过热蒸汽温度控制系统过热蒸汽温度控制系统以过热蒸汽为主参数，选择二段过热

9、器前的蒸汽温以过热蒸汽为主参数，选择二段过热器前的蒸汽温度为辅助信号，组成度为辅助信号，组成DMC-PID串级控制系统或双串级控制系统或双冲量气温控制系统。冲量气温控制系统。 汽包水位是一个很重要的参数汽包水位是一个很重要的参数水位过高水位过高蒸汽容积减小，影响汽包的汽水分离蒸汽容积减小，影响汽包的汽水分离 ， 产生蒸汽带水产生蒸汽带水水位过低水位过低汽包本身较小，负荷蒸汽变化大，汽包本身较小，负荷蒸汽变化大， 水量变化速度快，容易全部气化，水量变化速度快，容易全部气化， 出现脱水现象，引起事故。出现脱水现象，引起事故。水位调节任务：保持水位在允许范围内水位调节任务：保持水位在允许范围内; 保

10、持给水量保持给水量稳定稳定控制器控制器执行器执行器汽包汽包X XWNH H水水位位调节器调节器蒸蒸汽汽过热器过热器省煤器省煤器给水阀给水阀X调节器调节器XX X+蒸蒸汽汽过热器过热器给水阀给水阀控制器控制器执行器执行器汽包汽包X XWHH水水位位- -前馈前馈调节器调节器XX X+蒸蒸汽汽过热器过热器给水阀给水阀X X-省煤器省煤器WH水位水位给定量给定量给水阀给水阀汽包汽包调节器调节器- -WN+ +- -蒸汽流量蒸汽流量H水水位位给水给水流量流量+ + n燃烧过程控制任务燃烧过程控制任务 锅炉的燃烧过程是一个能量转换和传递的过程，其锅炉的燃烧过程是一个能量转换和传递的过程，其控制目的是使燃

11、料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷控制目的是使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要（常以蒸汽压力为被控变量）；使燃料与空的需要（常以蒸汽压力为被控变量）；使燃料与空气量之间保持一定的比值，以保证最佳经济效益的气量之间保持一定的比值，以保证最佳经济效益的燃烧（常以烟气成分为被控变量），提高锅炉的燃燃烧（常以烟气成分为被控变量），提高锅炉的燃烧效率；使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负烧效率；使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压在一定的范围内。压在一定的范围内。 n燃烧过程控制系统设计方案燃烧过程控制系统设计方案 在多变量对象中，调节量和被调量之间的联系不都在多变量对象中，调节量和被调量之间的联系