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PAGEPAGE1《过程控制系统》课程设计报告书课题名称:过程控制系统设计题目:发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制姓名:班级:A08电气(1)班学号:0804021专业:电气工程及其自动化指导老师:2011年12月TOC\o”1—2”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc311573609"一:引言 41.2。 意义 4_Toc311573613”二:方案比较 5HYPERLINK\l”_Toc311573614"2.1方案一:采用常规的PID控制 5HYPERLINK\l”_Toc311573615"2.2方案二:前馈控制 5HYPERLINK\l”_Toc311573616"2。3方案三:串级控制 5_Toc311573618"三:系统整体结构 63.1系统框图如图3-1 6HYPERLINK\l”_Toc311573620”3。2仪器的选择 6四:数据处理 7_Toc311573623"4。2T1的分析 8HYPERLINK\l”_Toc311573624"4.3T2的分析 95.1无扰动时仿真框图如图5-1 12HYPERLINK\l”_Toc311573627”5。2对应的响应曲线如图5-2 125。4有扰动时实验框图如图5—4 135.6分析 14七参考文献 14摘要发电厂从锅炉汽鼓出来的饱和蒸汽经过两段过热器继续加热,使蒸汽温度达到460℃串级控制系统是一种极有用的控制方案,对提高大延时和大时间常数过程的控制质量极其有效。串级系统和单回路系统有一个显著的区别,即其在结构上形成了两个环:一个闭环在里面,被称为副环,起着粗调作用;一个环在外面,被称为主环用来细调作用.整个系统分别有整个系统包括两个控制回路,主回路和副回路.副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成;主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。一次扰动:作用在主被控过程上的,而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动:作用在副被控过程上的,即包括在副回路范围内的扰动。本设计通过实验对数据的分析,来建立系统被控对象模型的数学表达式,采用最小二乘曲线拟合的方法,对实验数据进行了曲线拟合,从而得出了该生产过程的被控系统的数学模型,即传递函数。接着对系统进行分析,采用串级控制,再根据对象模型的结构来确定温度控制系统的控制器及控制算法,来实现发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制,系统的准确控制,从而使各项参数都能满足各自的要求。关键词:串级控制系统、温度控制、调节器、扰动一:引言设计目的设计一套系统,有效控制发电厂汽轮发电机蒸汽温度,控制误差不得超过5℃,使锅炉与汽轮机组都在一个规定的运行温度,在这个温度下机组的效率最高。在稳定温度下运行可以延长汽轮机寿命,减少生产事故.设计意义每一种锅炉与汽轮机组都有一个规定的运行温度,在这个温度下机组的效率最高、寿命最高,从而争取最大利益。设计任务设计一套系统让汽轮机的温度误差不得超过5℃。由于汽鼓至汽轮机中间有一系列的减温器、过热器与传输管道,控制对象的容积迟后与传输滞后都很大,要达到高精度的温度控制是很困难的,为此采用分段调节,其中最常见的是两段调节。这样,每段中的对象的容积迟后与传输滞后时间均可减小一半。每段分别用一个温度控制系统调节各自的减温器喷雾的减温水流量,来维持各段过热器出口的温度恒定。其大致的框图如1—1图1-1发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制系统框图通过实验,测得对象对于输入Q(单位输入)的响应如下(表中温度为负):时间(S)1357911131517192123252729T1(℃)0000.030。090。170。260。370。460.570。660.750。830。921.00T2(℃)000000000000000时间(S)313335373941434547495153555759T1(℃)1。061。111。141。181。221.251。281.311.341.361。391.411.431.441.46T2(℃)000.010。020.030。070.090。70.180.200。210.23时间(S)616365676971737577798183858789T1(℃)1.481。491。501.521。531。541。551。551。561.571。581.581。591。591。60T2(℃)0.250.260.270。290.300。320。330。340。350.370.380。390。400.410.42时间(S)9193959799109133157181205229253277301∞T1(℃)1。601。611.611.621。62…1。66T2(℃)0。440。450.460。470。480。520.610。690.740.780。810。840。860。870。92设计要求:1、系统的稳态误差为0.2、5%误差带的调整时间不大于300秒,最大超调量小于10%,这两个性能指标尽可能小。3、在减温器和过热器之间存在干扰,最大干扰引起T1处温度波动为20℃4、根据以上的工艺要求设计该控制系统,画出系统控制框图。包括控制参数、被控参数的选择,调节阀的选择,检测与变送装置的选择,控制器的设计.二:方案比较2。2方案一:采用常规的PID控制汽轮蒸汽温度控制系统的调节对象存在大滞后现象和扰动,而系统对控制精度与功能的要求比较高,在这种情况下采用常规的PID控制得到的动态性能和稳态性能都很差,是不行的。2.2方案二:前馈控制过程控制要求被控过程的输出量在负荷、电源等扰动量的作用下,系统的被控参数在工艺要求值或附近不发生变动,反馈控制是不能实现理想的控制效果的,而前馈控制可以做到。前馈控制对于时间常数或时延大,扰动大而频繁的过程有显著的效果。但是单单有前馈还是不能解决这里的发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制,因为这里的干扰不止一种。2。3方案三:串级控制串级控制是在单回路控制系统的基础上增加一个控制回路,构成串级控制系统。串级控制对提高大延时和大时间常数过程的控制质量有显著的效果,在工业生产过程控制中应用广泛。串级控制在结构上形成两个环:一个闭环在里面,称为副环,起着粗调作用;一个环在外面,称为主环,起着细调作用。当一次扰动过来时,如果扰动不大,经过副回路的及时控制对温度变化影响不大;如果扰动的幅值较大,经过副回路的粗条作用,再经过主回路的细调作用,从而克服扰动,使温度在给定值附近.当二次扰动过来时,主回路产生校正作用,由于副回路的存在加快了校正作用,使扰动都温度的影响减小。当一二次扰动同时存在时,如果扰动的作用使主、副被控参数同时增大或减小,此时俩调节器对调节阀的控制方式是一致的,加强控制作用;如果扰动的作用使主、副被控参数一个减小,一个增大,此时调节器控制调节阀的方向是相反的,调节阀的开度只要作较小变动就能满足控制要求.2。4结论经过比较,由于发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制系统控制对象的容积迟后与传输滞后都很大,因此简单的PID控制不适用.由于扰动不止一个,因此前馈控制也不适用。而串级控制对提高大延时和大时间常数过程的控制质量有显著的效果,且扰动过来时,能很好的满足控制要求,因此选择串级控制系统,并结合PID算法来控制。三:系统整体结构3.1系统框图如图3-1主调节器主调节器副回路温度测量变送被控对象2被控对象1调节阀副调节器主回路温度测量变送3-1系统框图3。2仪器的选择调节器选1:主调节器选用PI控制算法(反作用)因为设计要求稳态误差为0因此要加入积分环节来消除稳态误差2:副调节器与用P控制算法(反作用)因为要求调整时间要在300S内所以加了比例环节来加快调节3:调节阀自力式温度调节阀SLZW气开型SLZW型自力式温度调节阀不需外界能源而进行温度自动调节.它适用于蒸汽、热水、热油等为介质的各种换热工况。广泛应用于供暖、空调、生活热水中的温度自动调节,以及特殊工况的温度自动调节。主要特点:(1)无需任何外加能源,利用被调介质自身能量实现介质温度自动调节的执行器产品。(2)有较宽的温度设定范围,显示清晰、精度高,并设有过载保护装置,安全可靠。4:传感器、变送器的选择传感器选用FR-01系列的温度传感器,它采用进口铂电阻芯片制做而成,适合测量—100——500温度区间,该产品具有良好的抗震能力、高精度、长期稳定性好和安装简单等特性,在各个行业中被广泛应用。变送器选用SBWZ系列Pt1000HYPERLINK”http:///sell/list—454.html"\t”_blank”热电阻温度变送器,它采用二线制传送方式(两根导线作为电源输入,信号输出的公用传输线)。将热电阻信号变换成与输入信号或与温度信号成线性的4~20mA的输出信号。四:参数整定、数据处理4.1直角坐标图解法根据任务书中T1、T2的单位输入响应实验数据,可以用最小二乘法进行拟合,或用曲线法计算参数。4.2T1的分析根据T1实验数据经EXCEL计算,得图4-2图4-2T1响应图静态放大系数(单位输入)先将阶跃响应转换成相对值在图中选两个点t1,t2且(t1〈t2)(a)(b)(a)和(b)取对数,联立,得根据书上的公式我们来取对应的取,对应y取,对应y=4.3T2的分析根据T2实验数据经EXCEL计算,得图4-3图4—3T2响应图静态放大系数(单位输入)先将阶跃响应转换成相对值在图中选两个点t3,t4且(t3〈t4)(a)(b)(a)和(b)取对数,联立,得根据书上的公式我们来取对应的取,对应取,对应=综上:因为T2是基于T1之上的所以4。4调节器参数选择本设计采用两步整定法,即先整定副调节器参数,再整定主调节器参数.在此基础上再用试凑法,试凑法具体步骤如下:先整定比例部分,将比例系数由小调大,并观察相应的系统相应趋势,直到得到反应快、超调量小的响应曲线。如果系统没有稳态误差或稳态误差已小到允许范围之内,同时响应曲线已较令人满意,那么只需用比例调节器即可,最优比例系数也由此确定。如果在比例调节的基础上系统的稳态误差不能满足设计要求,则需加入积分环节。先置一个较大的积分时间系数,同时将比例系数缩小至原来的80%,然后减小积分时间常数,使其保持系统较好的动态性能指标的基础上,系统的稳态误差得到消除。实验中可以反复调整比例系数和积分时间系数,从而实现满意的控制过程和整定参数。如果使用比例积分控制器消除了偏差,但动态过程仍不能令人满意,则可以加入微分环节,构成PID控制器。在整定时,可先置微分时间系数为0,在第二步整定的基础上,增大微分时间系数,同时相应地改变比例系数和积分时间系数,逐步试凑,获得满意的调节效果和控制参数。最终得到主调节器,副调节器。五:仿真实验5。1无扰动时仿真框图如图5—1图5-1仿真图5.2对应的响应曲线如图5-2图5-2仿真图5.3图形分析1:调整时间(允许范围)从图中可知调整时间大约为245s2:最大调整时间3:综上符合设计要求5.4有扰动时实验框图如图5—4图5—4有扰动框图5。5对应的响应曲线如图5-55.6分析扰动我是在1000(s)的时候我加进去的,从图可知加了扰动以后对系统有一定的影响,如图5—6所示图5—6扰动图

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