锅炉主蒸汽压力控制系统教案课件

锅炉主蒸汽压力控制系统锅炉主蒸汽压力控制系统1工程背景：

锅炉计算机控制是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软硬件，自动控制和锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全，稳定，经济的运行减轻工作人员的劳动强度。采用为计算机控制，能对锅炉进行自动检测，自动控制等多项功能。由于我国工业锅炉生产操作水平落后造成很多大量的热能丢失，实践证明，工业锅炉实现微型计算机控制是锅炉安全生产，提高热效率，节约能源的一大创举，因为锅炉生产开辟了广阔的前景。采用过程控制对工业锅炉进行控制，采用先进的控制算法，以达到优化技术指标，提高劳动效益和设计效益提高劳动生产率节约能源，改善劳动条件，保护环境卫生提高市场竞争能力的作用。

第1页/共14页工程背景：第1页/共14页2锅炉的工作原理：锅炉是一种生产蒸汽的换热设备。它通过煤、油或燃气等燃料的燃烧释放的能量，并通过传热过程将能量传递给水，使水转变为蒸汽，蒸汽直接供给工业生产中所需的热能，或通过蒸汽动力机转变为机械能，或通过汽轮发电机转变为电能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能最有效地转变为蒸汽的热能。因此，近代锅炉亦称为蒸汽发生器。锅炉的工作过程概括起来应该包括三个同时进行的过程：燃料的燃烧过程、水的气化过程、烟气向水转化的过程。第2页/共14页锅炉的工作原理：第2页/共14页3蒸汽压力控制系统如果锅炉内压力过低，将会降低蒸汽质量，反之，如果锅炉内压力过高，有可能导致爆炸等安全事故的发生，所以必须保证锅炉的压力处于一个适中的范围内，即必须对锅炉压力进行控制。上述蒸汽压力控制系统在将控制蒸汽温度的同时就直接影响了蒸汽压力。压力控制系统分为安全压力控制系统和超压控制系统。安全压力控制系统是锅炉压力在安全压力范围内的控制系统，其主要完成的功能是在安全基础上对压力进行调节，使压力维持在一定的范围内，以得到需要的蒸汽压力，保证蒸汽质量；超压控制系统是锅炉压力超压时所采用的压力控制系统，其主要完成的功能是压力超出某一压力上限时，迅速打开安全阀，使压力降低，直到降到安全范围内后又迅速关闭安全阀。所以安全压力控制系统采用选择控制，结构框图如下第3页/共14页蒸汽压力控制系统如果锅炉内压力过低，将会降低蒸汽质量，反之，4安全压力控制系统结构框图第4页/共14页安全压力控制系统结构框图第4页/共14页5压力控制系统图示为锅炉主蒸汽压力控制系统的方框图本系统采用普通检测元件与电动单元组合的微机控制方案。系统的主蒸汽压力采用压力传感器来测量，并经压力变送器、A/D转换后将测量信号送至单片机的输入端，与主蒸汽压力设定值进行比较得到偏差，将偏差输入到单片机中的控制算法程序中，该程序按此输入偏差以PID控制规律进行运算后输出脉冲控制信号，以控制步进电机的转速，然后进一步控制燃料与进风量到锅炉炉膛的速度。这样，锅炉炉膛中单位时间内所产生的热量不同，从而改变锅炉汽水系统的蒸汽发生量，最终改变主蒸汽压力的大小，达到控制主蒸汽压力的目的。当然在系统中汽水系统所产生的蒸汽是完全跟踪主蒸汽压力的，所以在调节器中对干扰量加以考虑后不会对系统产生误差动作的影响。第5页/共14页压力控制系统图示为锅炉主蒸汽压力控制系统的方框图第5页/共16PID算法控制理论告诉我们，PID控制的理想微分方程为：但计算机只能处理数字信号，故上述数学方程必须加以变换。若压力的采样周期为T第n次采样得到的输入偏差为，调节器输出为，则有：（微分用求和代替）（微分用差分代替）第6页/共14页PID算法但计算机只能处理数字信号，故上述数学方程必须加以变7改写成：写成递推形式：上面我们已经对偏差控制算法以及相关计算公式做了简单介绍，所以上式又可改写为：第7页/共14页改写成：写成递推形式：上面我们已经对偏差控制算法以及相关计算8压力控制系统的选型：1.蒸汽压力控制器第8页/共14页压力控制系统的选型：第8页/共14页9第9页/共14页第9页/共14页10蒸汽压力控制器PT1为反作用，阀1为气开阀，安全阀为气开阀当蒸汽压力突然增大，蒸汽压力检测变送器PT1的输出变大，由于蒸汽压力控制器PC1为反作用，其输入减小，输出增大，使阀1开度变大，从而减小压力；当系统正常工作，即蒸汽压力低于选择器的设定值阀1工作时，一旦压力超高，阀1处于打开状态；当系统失常时，即蒸汽压力超过选择器设定值时，安全阀打开，从而使压力减小。第10页/共14页蒸汽压力控制器PT1为反作用，阀1为气开阀，安全阀为气开阀第11算法拓展：（一）动态矩阵预测控制算法（DMC）是在常规PID控制的基础上，增加了一个系统输出预测器。该算法适用于被控对象具有纯滞后的情况。式中，e(k)为k时刻测量的偏差值，这里取第11页/共14页算法拓展：（一）动态矩阵预测控制算法（DMC）是在常规PID12S:系统的设定值。

x1,x2:模糊控制的输入（精确量）。x1,x2:模糊量化处理后的模糊量。U:经过模糊控制规则和近似推理后得出的模糊控制量。u:经模糊判决后得到的控制量（精确量）。y:对象的输出。模糊控制算法：第12页/共14页S:系统的设定值。模糊控制算法：第12页/共14页13模糊控制的特点：1适用于不易获得精确数学模型的被控对象。2是一种语言变量控制器。3从属于智能控制得范畴，该系统尤其适用于非线性，时变，滞后系统的控制。4抗干扰能力强，响应速度快，并对系统参数的变化有较强的鲁棒性。第13页/共14页模糊控制的特点：第13页/共14页14感谢您的观看！第14页/共14页感谢您的观看！第14页/共14页15锅炉主蒸汽压力控制系统锅炉主蒸汽压力控制系统16工程背景：

锅炉计算机控制是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软硬件，自动控制和锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全，稳定，经济的运行减轻工作人员的劳动强度。采用为计算机控制，能对锅炉进行自动检测，自动控制等多项功能。由于我国工业锅炉生产操作水平落后造成很多大量的热能丢失，实践证明，工业锅炉实现微型计算机控制是锅炉安全生产，提高热效率，节约能源的一大创举，因为锅炉生产开辟了广阔的前景。采用过程控制对工业锅炉进行控制，采用先进的控制算法，以达到优化技术指标，提高劳动效益和设计效益提高劳动生产率节约能源，改善劳动条件，保护环境卫生提高市场竞争能力的作用。

第1页/共14页工程背景：第1页/共14页17锅炉的工作原理：锅炉是一种生产蒸汽的换热设备。它通过煤、油或燃气等燃料的燃烧释放的能量，并通过传热过程将能量传递给水，使水转变为蒸汽，蒸汽直接供给工业生产中所需的热能，或通过蒸汽动力机转变为机械能，或通过汽轮发电机转变为电能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能最有效地转变为蒸汽的热能。因此，近代锅炉亦称为蒸汽发生器。锅炉的工作过程概括起来应该包括三个同时进行的过程：燃料的燃烧过程、水的气化过程、烟气向水转化的过程。第2页/共14页锅炉的工作原理：第2页/共14页18蒸汽压力控制系统如果锅炉内压力过低，将会降低蒸汽质量，反之，如果锅炉内压力过高，有可能导致爆炸等安全事故的发生，所以必须保证锅炉的压力处于一个适中的范围内，即必须对锅炉压力进行控制。上述蒸汽压力控制系统在将控制蒸汽温度的同时就直接影响了蒸汽压力。压力控制系统分为安全压力控制系统和超压控制系统。安全压力控制系统是锅炉压力在安全压力范围内的控制系统，其主要完成的功能是在安全基础上对压力进行调节，使压力维持在一定的范围内，以得到需要的蒸汽压力，保证蒸汽质量；超压控制系统是锅炉压力超压时所采用的压力控制系统，其主要完成的功能是压力超出某一压力上限时，迅速打开安全阀，使压力降低，直到降到安全范围内后又迅速关闭安全阀。所以安全压力控制系统采用选择控制，结构框图如下第3页/共14页蒸汽压力控制系统如果锅炉内压力过低，将会降低蒸汽质量，反之，19安全压力控制系统结构框图第4页/共14页安全压力控制系统结构框图第4页/共14页20压力控制系统图示为锅炉主蒸汽压力控制系统的方框图本系统采用普通检测元件与电动单元组合的微机控制方案。系统的主蒸汽压力采用压力传感器来测量，并经压力变送器、A/D转换后将测量信号送至单片机的输入端，与主蒸汽压力设定值进行比较得到偏差，将偏差输入到单片机中的控制算法程序中，该程序按此输入偏差以PID控制规律进行运算后输出脉冲控制信号，以控制步进电机的转速，然后进一步控制燃料与进风量到锅炉炉膛的速度。这样，锅炉炉膛中单位时间内所产生的热量不同，从而改变锅炉汽水系统的蒸汽发生量，最终改变主蒸汽压力的大小，达到控制主蒸汽压力的目的。当然在系统中汽水系统所产生的蒸汽是完全跟踪主蒸汽压力的，所以在调节器中对干扰量加以考虑后不会对系统产生误差动作的影响。第5页/共14页压力控制系统图示为锅炉主蒸汽压力控制系统的方框图第5页/共121PID算法控制理论告诉我们，PID控制的理想微分方程为：但计算机只能处理数字信号，故上述数学方程必须加以变换。若压力的采样周期为T第n次采样得到的输入偏差为，调节器输出为，则有：（微分用求和代替）（微分用差分代替）第6页/共14页PID算法但计算机只能处理数字信号，故上述数学方程必须加以变22改写成：写成递推形式：上面我们已经对偏差控制算法以及相关计算公式做了简单介绍，所以上式又可改写为：第7页/共14页改写成：写成递推形式：上面我们已经对偏差控制算法以及相关计算23压力控制系统的选型：1.蒸汽压力控制器第8页/共14页压力控制系统的选型：第8页/共14页24第9页/共14页第9页/共14页25蒸汽压力控制器PT1为反作用，阀1为气开阀，安全阀为气开阀当蒸汽压力突然增大，蒸汽压力检测变送器PT1的输出变大，由于蒸汽压力控制器PC1为反作用，其输入减小，输出增大，使阀1开度变大，从而减小压力；当系统正常工作，即蒸汽压力低于选择器的设定值阀1工作时，一旦压力超高，阀1处于打开状态；当系统失常时，即蒸汽压力超过选择器设定值时，安全阀打开，从而使压力减小。第10页/共14页蒸汽压力控制器PT1为反作用，阀1为气开阀，安全阀为气开阀第26算法拓展：（一）动态矩阵预测控制算法（DMC）是在常规PID控制的基础上，增加了一个系统输出预测器。该算法适用于被控对象具有纯滞后的情况。式中，e(k)为k时刻测量的偏差值，这里取第11页/共14页算法拓展：（一）动态矩阵预测控制算法（DMC）是在常规PID27S:系统的设定值。

x1,x2:模糊控制的输入（精确量）。x1,x2:模糊量化处理后的模糊量。U:经过模糊控制规则和近似推理后得出的模糊控制量。u:经模糊判决后得到的控