过程控制课程设计锅炉炉膛负压控制系统

1、课程设计课程名称： 过程控制系统 学 院： 电气工程学院 专 业： 测仪 姓 名： 尹 通 学 号：080804110022 年 级： 08级 任课教师： 陈湘萍 2011年 7 月 4 日目 录 摘要正文 一课程设计题目 二工业过程控制系统工程设计的基本原则与方法三锅炉炉膛负压控制系统任务分析四锅炉炉膛负压控制系统方案设计五锅炉炉膛负压控制系统方案分析与说明 (一).系统框图(二).方案设计的理由及说明 (三).控制器控制规律的选择 (四).控制阀气开气关型的选择及控制器正反作用的选择(五)控制系统的调节过程六课程设计小结参考文献附图 摘要自第一次工业革命锅炉的诞生以来，锅炉就一直为人们所用

2、，锅炉是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。随着社会科技的飞速发展，锅炉不但没有退出历史的舞，而且依然是人们生活生产必须的重要组成部分。锅炉是过程工业中必不可少的动力设备，它所产生的蒸汽不仅可共生产过程作为热源，而且还可作为蒸汽透平的动力源，随着工业生产过程规模的不断扩大，生产过程的不断强化，作为全厂动力和热源的锅炉设备，亦向大容量、高参数、高效率方向发展。为确保锅炉生产的安全操作和稳定运行，对锅炉的自动控制也提出了更高要求。然而，在锅炉的燃烧控制系统中，锅炉的炉膛负压控制是该系统必不可少的一个组成部分，当炉膛负压高于安全值时便很可能会引起火焰外喷而引发事故；当炉膛负压过

3、低时尽管没有安全隐患但过剩的空气将会带走更多能量，浪费了能源的同时也降低了生产效率。因此，必须设置相应的炉膛负压控制系统以保证炉膛负压的稳定。本设计主要介绍锅炉炉膛负压的控制，但这并不能说明其他变量的控制就没有该变量重要，炉膛负压只是其中的一个组成部分，整个系统是一个相互联系的矛盾体。要想使生产能够顺利进行就必须保证各变量参数均达到规定的标准。该课程设计的主要内容为根据所提供的设备的主要工业流程图，对工业热工参数进行检查显示，完成所要求的控制系统，画出控制系统图，并在说明书中对控制方案进行了必要分析。说明书中提供了所设计的系统框图和炉膛负压控制系统附图，对控制规律的选择、控制器正反作用的选择、

4、和控制阀的气开气关类都进行了详细分析和说明。 正文一课程设计题目：锅炉炉膛负压控制系统 二工业过程控制系统工程设计的基本原则与方法 在社会各行各业的生产过程中，对各个工艺过程的工艺变量均有一定的控制要求，其中的一些工艺变量对产品的质量和数量直接起到了决定性的作用，是整个生产过程的表征。在工艺过程控制系统工程设计中要求所设计的控制系统通过对这些工艺变量的监测与控制，在确保生产安全的前提下尽可能保证产品的质量、提高产品产量、降低生产能源的消耗、降低生产成本、改善工人的劳动条件，除此还需保证生产过程能够实现长期运行和尽可能减少对环境的污染。控制系统的设计，首先，要求自动控制系统设计人员在掌握较为全面

5、的自动化专业知识的同时，也要进可能的多熟悉所要控制的工艺装置对象。其次，要求自动化专业技术人员与工艺专业技术人员进行必要的交流，共同讨论确定自动化方案。第三，自动化专业技术人员要切忌盲目追求控制系统的先进性和所用仪表及装置的先进性，应该力求用最简单的控制方案满足工业要求。第四，设计一定要遵循有关标准和规定，按照科学合理的程序行。简单控制系统的设计要求先确定被控变量和操纵变量，其中控制变量应选择能够尽可能实时反映产品质量的变量，而且该便量必须是可检测的；而操纵变量的选择应该建立在保证生产产量和生产安全的基础上，有安全隐患和以牺牲产量来保证质量的设计方案都是不可取的。如果设计中需要复杂控制系统的还

6、需对各个复杂控制系统进行分析与设计。例如，如果需要设计串级控制系则需完成主、副回路的设计，串级控制系统中主、副控制器的选择，主、副控制器正、反作用的选择，串级控制系统中副环检测变送环节的非线性的处理；比值控制系统需要进行主动量和从动量的选择、比值控制系统类型的选择和比值函数环节的选择等；此外，复杂控制系统还有均匀控制系统、前馈控制系统、选择控制系统、分程控制系统和双重控制系统等，由于本说明书的后面章节将针对性的对该课程设计所用到的控制系统进行设计和分析，在此就不再赘述。三锅炉炉膛负压控制系统任务分析锅炉炉膛负压的控制与生产安全息息相关，安全方面主要是防止炉膛负压过高导致火焰外喷而引发事故，但炉

7、膛负压过低将会降低燃料的利用率，送风量和引风量都直接影响到炉膛负压，而且在需要进行逻辑提量和逻辑减量及来至风机的干扰比较大时炉膛负压都会有较大的变化和波动。因此，需要设置炉膛负压控制系统来对其进行控制，从而保证生产安全有效地进行。四锅炉炉膛负压控制系统方案设计gc1gc2gvgp2gp1gfgffgm2gm111rfygm（一）系统框图（二）方案设计的理由及说明本方案是以控制炉膛负压为目的的，固然可直接将此变量作为主被控变量；由于引风量直接影响炉膛负压，而且引风量是一个相对对立的变量，因此可以选择引风量作为操纵变量只要能够实时地控制引风量就能够确保炉膛负压的稳定由于气体流量和压力成平方关系，而

8、且气体流量不易准确检测，因此可以通过对引风机入口烟气压力的控制间接地对引风量进行控制。由于开环无法保持炉膛负压的稳定，需要应用闭环控制，即需引入反馈；但反馈具有一定的滞后性，即先检测到变化之后再进行控制，控制不够及时，所以需要引入具有超前性质的控制作用，因此需要引入前馈控制；考虑到来至引风机的干扰较大的情况，需要引入串级。此干扰可以是来至其自身的干扰，例如引风机的种类、引风机出厂时的性能指标、引风机的老化程度等等；此外，还可能是来至供电系统提供的不稳定电功率引起的干扰。因此，此控制系统实用于引风机性能较低和供电不够稳定的场合。但在供电较为稳定而且由于风机本身原因引起的干扰很小（即对炉膛负压影响

9、不大）的情况下，直接用前馈加反馈就可以了，这样有助于参数的整定而且相比于前馈加串级具有更高的可靠性，同时还降低了控制设备的成本。（三）控制器控制规律的选择在主、副环控制器控制规律的选择过程中，由于主、副环控制器在整个系统中所起到的作用是不同的，副环起到随动控制的作用而主环则是起到定值控制的作用。主环对整个控制系统的控制效果起到决定性的作用。因此，对主控制变量的要求要比对副控制变量的要求高得多，要求主控制变量没有余差而对副控制变量不作太高要求。对于压力的控制，尽管介质为气体的时间常数要比介质为液体的时间常数大得多，但也不至于滞后太大，仅处于中等，所以可以选择控制规律即可；而副环可以简单的选择控制

10、规律。对于前馈控制器而言，在此控制系统中并不要求输出直流分量，可以采用传递函数为（）的前馈控制器。(四).控制阀气开气关型的选择及控制器正反作用的选择在该控制系统中，对于串级来说，从安全角度考虑，系统发生异常时为避免炉膛火焰外喷，控制阀应打开，选择气关型控制阀，kv<0。副环：当控制阀开度增加时，引风机入口烟气压力减小，kp2<0，又因为km2>0,为了实现负反馈要求km2×kc2×kv2×kp2>0,于是得到kc2>0,所以副控制器应选择反作用控制器；主环：当阀门开度增加时，炉膛压力降低，kp1<0,又因为km1>0，为

11、了实现负反馈要求kc1×kp1×km1>0,于是得kc1<0,所以主控制器应选择正作用控制器。(五)控制系统的调节过程1前馈：当鼓风机出口压力增加时，前馈控制器输出增加，使得副控制器的设定值增加，因为副控制器是反作用，所以副控制器输出减小，又因为控制阀是气关型，所以控制阀开度增大，引风量增大，这样就使鼓风量的增加还没引起炉膛负压变化就被引风量的增加所克服了，从而保证了炉膛负压的稳定。2主环：当扰动或负荷变化使炉膛负压升高时，因为主控制器是正作用，所以主控制器输出增大，使得副控制器的设定值增大，因为副控制器是反作用，所以副控制器输出减小，又因为控制阀是气关型，所以

12、控制阀开度增大，引风量增大，从而使炉膛负压降低。副环：当引风量因扰动而增加时，引风机入口压力减小，副环变送器输出减小，副控制器为反作用输出增加，气关阀阀门开度减小，从而保证炉膛负压不应引风机的干扰而发生较大变化引起事故。六课程设计小结在这次课程设计的方案分析过程中，我深深体会到了工业过程控制系统中各个变量是互相联系相互制约的统一体，在设计过程控制系统中需要具有全局观念，而且设计和实际工况是离不开的，就如这次设计的炉膛负压前馈串级控制系统，尽管没有明确的工况但我所设计的系统是建立在有较大引风干扰假定条件下的。所以要想设计一个真正可以投入使用的控制系统是离不开实际工艺的考察和分析的。此外，此次设计还让我对仪表的各种显示类型的规定表示方法有了更多了解，而且是第一次学习使用cad制图，尽管以前连cad是什么都不知道，第一次使用很多操作都需要百度帮助，但也学到了不少，我相信这些对今后的课程学习是很有帮助的，而且我以前连在word文档里画框图都不会，经过这次课程设计我又对其熟悉了很多。很感激老师给了我这次机会以组长的角色进行了这次课程设计，虽然我比别人多花了很多时间多做了很多事情，但这些正是我想要的。我以前成绩很糟糕现在也还不怎么样，我一直希望自己能踏踏实实的学习。然而，这次设计就是个很好的机会，我抓住了，体验了。总之，