工业锅炉的微机ddc控制系统_自动化专业毕业论文范文(编辑修改稿)

工业锅炉的微机ddc控制系统_自动化专业毕业论文范文(编辑修改稿)内容摘要：

D 总线工业控制机为主机构成的系统，由于其性能价格比较高，所以国内用的较多，微机内部一般采用总线式模块结构，组态灵活，维修方便， STD总线结构很适于工业环境，按测量参数的多少和控制回路的数目选配相应的模板，在操作上，考虑到现场人员的技术水平，对开机操作，控制目标，控制参数的修改，手东北石油大学秦皇岛分校毕业设计 8 /自动切换等设置了最简便的操作。 第三种是智能仪表控制，以单（双）回路可编程控制器为主，以 PC 机为上位机，彼此间采用 RS232 相连，它可以接受多路模拟量及开关量输入，实现复杂的运算、控制、 通信及故障诊断功能，出于危险分散的考虑，它虽有若干路模拟量及开关量输入，但只有一（二）路采用 4～ 20mA 直接信号输出，即原则上只控制一（二）个执行器，它与模拟仪表一样，可与常规仪表混合合作，它作为集散控制系数的一部分，是现代自动控制、计算机及通信技术最新发展产物。 该仪表编程方式采用模块化，容易掌握。 锅炉控制系统，一般有燃烧、水位等控制系统。 燃烧控制实质上是能量平衡系统，它以蒸汽压力作为能量平衡指标，量出而入不断根据用汽量与压力的变化成比例地调整燃料量与送风量，同时保证燃料的充分燃烧及热量的充分利用，其中保 持合适的“ 空燃比 ” 是一个重要因素。 “ 空燃比 ” 是指燃烧中空气量与燃烧量的比值系数。 汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。 它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉的蒸发效率，保证生产安全。 由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。 炉膛负压控制系统是使进出炉膛的空气量维持平衡的控制 系统，一般以炉膛压力作为空气量平衡与否的控制指标，通过调整排向大气的引风量达到空气量进出平衡，为提高控制品质，一般以送风量或送风档板开度作为前馈量构成前馈－反馈控制系统。 微机锅炉控制技术具有良好实用前景，既可节能又可提高锅炉的运行管理水平，减轻环境污染，目前国内只有几百台锅炉采用微机控制，占总数的很小一部分，所以推广应用该技术就显得十分繁重。 同时，该技术也在不断完善和提高，在进一步降低造价及锅炉本体设备的改造紧密配合方面还有许多工作要做。 在供水锅炉控制的过程中，我们用的了几种基本的控制方式，有单回路的控 制系统、前馈控制系统、串级控制系统等几种方式。 下面我们就这几种控制方式做一个介绍。 单回路控制系统 简单控制系统的特点：系统结构简单，投资少，易于调整和投运，能满足一般生产过程的控制要求，尤其适用于被控对象时滞和时间常数都较小，负荷和干扰变化比较平缓，或者对被控变量要求不太高的场合。 按被控要求的工艺变量来分，最常见的是温度、压力、流量、液位和成分五种控制系统。 一个简单控制系统方案的分析设计，应考虑以下几个问题。 首先应分析生产过程东北石油大学秦皇岛分校毕业设计 9 中各个变量的性质及其相应关系，分析被控对象的特点；然后根据工艺的要求 选择被控变量、操纵变量，合理选择控制系统中的测量变送装置、控制器和执行器，建立一个较为合理的控制系统。 有多个控制系统的生产过程，还要考虑各个控制系统之间的相互关联有何影响，并按可能使每个控制系统对其它控制系统的影响为最小的原则来建立各个控制系统。 简单控制系统使复杂控制系统的基础，所以我们必须要掌握它。 图 31 单回路控制系统方框图 其中 Y（ S）为被控变量， Q（ S）为操纵变量， F1（ S） „„。 F（ N）为干扰，号， Q（ S）与 Y（ S）之间的联系称为控制通道， F（ S）与 Y（ S）之间的联系称为干扰通道。 GC（ S）， GV（ S）， GM（ S）分别是控制器、执行器、被控对象、测量变送单元的传递函数。 串级控制系统 定义及方框图 在多回路控制系统中，用两台控制器相串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值，这样的系统称为串级控制系统。 图 32 多回路控制系统 方框图 东北石油大学秦皇岛分校毕业设计 10 在串级控制系统中，对象被分为主对象 GP1 与副对象 GP2 两部分。 他们的输出分别称为主被控变量 C1 和副被控变量 C2。 HM HM2 分别为主，副被控变量的检测变送单元。 接收主被控变量测量值 Y1 的控制器称为主控制器 GC1），接收副被控变量测量值 Y2 的控制器称为副控制器 GC2）。 副控制器的设定值值 R2 就是主控制器的输出 U1，显然副控制器是在外设定情况下工作的，它的输出 U2 操纵执行器 GV 通过改变单个操纵变量 Q 来满足对主，副被控变量的某种组合所提出的要求。 在任何只有单个操纵变量的系统中，只能有一个被控变量可以独立设定。 换句话说，在任意给定时刻，只能有一个独立的设定值，这就是主设定值 R1。 副被控变量的设置通常是为了保证和提高主被控变量的控制质 量，而对其本身一般都没有严格的要求，它依赖于主控制器的输出 U1。 串级控制系统的特点 与简单控制系统相比，串级控制系统由于在结构上增加了一个副回路，所以具有以下几个主要特点。 对于进入副回路的扰动具有较快，较强的克服能力。 （ 1） 改善主控制器的广义对象的特性。 对负荷和操作条件的变化有一定的自适应能力。 （ 2） 副回路可以按照主回路的需要更精确控制操纵变量的质量流和能量流。 串级控制系统的使用场合 用于克服变化剧烈的和幅值大的干扰。 （ 1） 用于时滞大的对象。 （ 2） 用于容量滞后大的对象。 （ 3） 用于克服对象的非线性。 合理的设计串级控制系统，才能使它的优越性得到发挥，一般来说，一个结构合理的串级控制系统，当扰动从副回路进入时，其最大偏差将是简单控制系统的1\10~1\100；当扰动从主对象进入时串级系统仍比简单控制系统控制的效果好的多。 最大偏差仍能缩小到 1/3~1/5，因此，必须十分重视串级控制系统的设计工作。 设计注意事项 （ 1） 主 副回路的选择。 （ 2） 主 副控制器控制规律的选择。 （ 3） 控制器的正 反作用的确定。 （ 4） 控制器防止积分饱和的措施。 东北石油大学秦皇岛分校毕业设计 11 （ 5） 流量副回路中开 方器的引入。 前馈控系统 前馈控制系统的概念 前馈控制系统就是一种直接根据所生产被控变量参数变化的原因进行控制的系统，其实质上是一种抗扰动进行的开环控制系统方式，它通过前馈调节器来补偿扰动对被控参数的影响。 使作用在系统上的一个或几个主要的扰动与被控参数完全无关或部分无关，从而达到系统提高控制精度的目的。 所谓可测，主要是指扰动可直接测量，也不排斥可间接测量的，扰动不可测量，前馈无法实施。 所谓显著，不在乎扰动本身的大小，而是指扰动对控制变量的数值有显著的影响。 所谓频繁，是指扰 动出现的次数较多。 前馈控制系统的特点 （ 1） 前馈控制是一种开环控制。 （ 2） 前馈调节器的控制规律是由对象特性决定的。 （ 3） 前馈控制是一种按扰动量进行调节的控制。 （ 4） 前馈控制只能克服那个可测而不可控的扰动量。 前馈控制系统的分类 依据是否引入反馈控制以及两者相结合的方式，我们通常将前馈控制系统可分为三类： （ 1） 单纯的前馈控制系统。 （ 2） 前馈与反馈控制相结合的系统，前馈控制作用与反馈作用相乘。 （ 3） 前馈与反馈控制相结合的系统，前馈控制作用与反馈作用相加。 （代数和）我们通 常将前馈控制与反馈控制（如图 33）相结合起来，其优点如下： a. 在前馈控制的基础上设置反馈控制，可以大大简化前馈控制系统，只须对影响被控参数最显著的干扰进行补偿，而对其他许多次要的干扰，可依靠反馈予以克服，这样既保证了精度，又简化了系统。 b. 由于反馈回路的存在，降低了读前馈控制算式精度的要求。 由于对前馈控制精度的要求降低，为工程上实现较简单的控制创造了条件。 c. 在反馈系统中，提高反馈控制的精度与系统的稳定性有矛盾，往往为了保证系统的稳定性，而不能实现高精度的控制。 而前馈 — 反馈控制则能实现高精度的控制，稳定性好和控 制及时的作用。 d. 由于反馈控制的存在，提高了前馈控制模型的适应性。 东北石油大学秦皇岛分校毕业设计 12 图 33 前馈 反馈控制系统方框图 图 34 前馈 — 串级控制系统方框图 在实际工作中，如果对象的主要干扰频繁而又剧烈，而生产过程对被控参数的控制精度要求又很高，这时则可采用前馈 — 串级控制。 这种系统的优点是能同时克服进入前馈回路和进入串级副回路的干扰对被控参东北石油大学秦皇岛分校毕业设计 13 数的影响。 此外，由于前馈算式的输出不直接加在调节阀上而作为副控制器的给定值，这样便降低了对阀门特性的要求。 实践证明，这种前馈 — 串级控 制系统可以获得很高的控制精度，在计算机控制系统中常被采用。 另外，在控制过程中，我们还利用前馈控制过程对系统进行补偿，其补偿过程的曲线如下图所示。 通过对控制系统的补偿，则可大大提高系统的性能。 东北石油大学秦皇岛分校毕业设计 14 第 4 章 工业锅炉的微机 DDC 系统的控制 在锅。