主汽温度控制系统设计

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1、课程设计报告(2015--2016年度第一学期)名称：过程控制课程设计题目：主汽温度控制系统设计院系：自动化设计周数：1周日期：2016年01月20日《过程控制》课程设计任务书一、目的与要求“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。通过实际工业过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图纸的绘制等基础设计和设计说明的撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完成工程师基本技能训练。二、主要内容1．根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，给出控制系统原理图；2．根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，绘制控

2、制系统工艺流程图（PID图）；3．根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图（包括系统功能图和系统逻辑图）；4．对所设计的系统进行仿真试验并进行系统整定；5．编写设计说明书。三、进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1下达任务，查找资料周五、周六2制定控制方案，绘制控制系统SAMA图周日、周一3仿真试验、撰写设计说明周一、周二4答辩周三四、设计（实验）成果要求1、绘制所设计热工控制系统的的SAMA图；2、根据已给对象，用MATABL进行控制系统仿真整定，并打印整定效果曲线；3、撰写设计报告五、考核方式提交设计报

3、告及答辩学生姓名：指导教师：2016年01月20日一、课程设计的目的与要求1、目的“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。通过实际工业过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图纸的绘制等基础设计和设计说明的撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完成工程师基本技能训练。2、要求设计分为两个阶段：设计前期工作及设计工作。（一）设计前期工作主要内容：（1）查阅资料。对被控对象动态特性进行分析，确定控制系统的被调量和调节量；（2）确定自动化水平。包括确定自动控制范围、控制质量指标、报警设限及手自动切换水平；（二）

4、设计工作（1）根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，给出控制系统原理图；（2）根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，绘制控制系统工艺流程图（PID图）；（3）根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图；（包括系统功能图和系统逻辑图）系统功能和逻辑：系统控制结构，系统的自动控制和手动操作，系统手动与自动的双向无扰动切换，系统投自动或切手动的条件。（4）对所设计的系统进行仿真试验并进行系统整定；（5）编写设计说明书。二、设计正文1、被控对象分析，系统对象动态特性：1.1影响过热蒸汽温度因素影响过热蒸汽温度

5、的主要扰动有三种：（1）蒸汽流量（负荷）扰动；（2）烟气热量扰动（燃烧器运行方式、燃料量变化、风量变化等）；（3）减温水流量扰动。1.2过热汽温控制对象的静态特性根据传热方式分：过热器可分为对流式、辐射式和半辐射式过热器三种。对于不同的过热器，蒸汽流量对蒸汽温度的影响如下图：图1蒸汽流量对过热器温度的影响1.3过热汽温控制对象的动态特性分析（1）蒸汽流量（负荷）扰动以对流式过热器为例，在蒸汽流量D产生阶跃扰动下，过热汽温θ变化响的应曲线如下图所示：图2蒸汽流量（负荷）扰动下的动态特性曲线其特点是：有迟延，有惯性，有自平衡能力，且τD和TD

6、均较小。（2）烟气热量扰动在烟气热量Qy（烟气温度和流速变化）产生阶跃扰动下，过热汽温θ变化的响应曲线如下图所示：图3烟气扰动的汽温扰动曲线其特点是：有迟延、有惯性、有自平衡能力。迟延时间约：10-20s，惯性时间常数：<100s（3）减温水量扰动在减温水量WB产生阶跃扰动下，过热汽温θ变化的响应曲线如下图所示：图4减温水流量扰动下的汽温响应曲线其特点是：有迟延、有惯性、有自平衡能力（迟延较大，与减温器的位置和过热器管道的长短有关）。一般锅炉：迟延时间：30-60s，惯性时间常数：>100s。2、控制方案2.1控制方案的选择现代大型火电机

7、组，由于锅炉容量大，过热器受热面积大幅增加，管道长度大幅加长，结构复杂，因而控制对象的延迟和惯性较大。针对这些特点，形成了多种设计方案，主要有：采用导前气温微分信号的双回路控制系统、过热汽温串级控制系统等等。采用导前气温微分信号的双回路控制系统结构简单，是一种可取的过热蒸汽温度控制方案。但若微分器的参数调整不当，会产生严重的非线性，使控制质量恶化。串级控制系统主副控制器分工明确，系统容易整定，因此我们选择采取串级控制系统作为控制方案。2.2控制系统原理图串级主汽温控制系统的两个回路为：（1）由对象的导前区、导前气温变送器m1、副控制器、执

8、行器和喷水控制阀组成副回路。（2）由对象的惰性区、过热汽温（主汽温）变送器m、主控制器及副回路组成主回路。导前气温对于喷水量变化的反应比主汽温及时，一旦导前气温发生变化，副控制器就改变减温水流