工业电气自动化.ppt

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1、第八章过程控制系统的工程应用8.1典型传热设备的过程控制8.1.1概述锅炉是国民经济各行业必不可少的重要传热设备驱动发电机动力机构的动力源作为热源提供给工业生产装置民用取暖设施1锅炉设备主要工艺流程图锅炉热力系统流程2西南民族大学电气信息学院锅炉燃烧系统流程高温烟气空气预热器3西南民族大学电气信息学院锅炉设备的调节任务锅炉供应的蒸汽量适应负荷变化的需要或保持给定的负荷；锅炉供给用汽设备的蒸汽压力保持在一定范围内；过热蒸汽温度保持在一定范围内；汽包中的水位保持在一定范围内；保持锅护燃烧的经济性和安全运行；炉膛负压保持在一定范围内。4西南民族大学电气信息学院锅炉设备控制的若干个控制系统给水自动控制

2、系统锅炉燃烧的自动控制过热蒸汽系统的自动控制热力除氧锅炉水处理过程控制5西南民族大学电气信息学院给水自动控制系统(锅炉汽包水位的控制)锅炉汽包内部保持一定的蒸发空间。控制变量是给水流量。（汽包内部的物料平衡，使给水量适应蒸发量，维持汽包中水位在工艺允许范围内）维持汽包中水位在给定范围内是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件，是锅炉正常运行的主要标志之一。汽包6西南民族大学电气信息学院锅炉燃烧的自动控制主要目的：使燃料和空气达到合理比例燃料的安全燃烧被控变量：蒸汽压力(负荷)、烟气成分和炉膛负压控制变量：燃料量、送风量和引风量炉膛负压保持在一定的范围内7西南民族大学电气信息学院过热蒸汽系统的自动控

3、制系统设置目的：对于蒸汽的温度、压力以及含水量等有要求被控变量：过热蒸汽温度控制变量：喷水量8西南民族大学电气信息学院8.1.2锅炉汽包水位的控制1、控制通道的特性曲线H2：给水温度<汽包内饱和水温度——给水流量的增加的初始阶段，从原来饱和水中吸取部分热量，导致水位下降直线H1:水位随着给水量的增加而直线上升水位变化的曲线H——H1、H2的叠加给水流量作用下的锅炉水位响应曲线9西南民族大学电气信息学院数学描述近似积分环节和纯滞后环节的串联传递函数表示K0响应速度——给水流量变化单位流量时，水位的变化速度10西南民族大学电气信息学院“单冲量”控制系统单冲量——汽包的水位阻止水位达到给定值用

4、户蒸汽用量11西南民族大学电气信息学院2、干扰通道的特性曲线H1：蒸汽流量D增加时，蒸汽量D大于给水量，水位下降曲线H2：蒸汽流量增加，瞬时间导致汽包压力的下降，汽包内的水沸腾突然加剧，水位上升曲线H：H1和H2的叠加。“虚假水位”蒸汽流量扰动作用下的水位阶跃响应曲线12西南民族大学电气信息学院H包含两个方面一方面：蒸汽流量增加时，在燃料量不变的情况下，汽包水位直线下降——H1，数学模型：一方面：蒸汽流量增加，汽包内部压力降低，造成虚假水位，水位上升——H2。数学模型：蒸汽流量扰动时，水位变化动态特性传递函数13西南民族大学电气信息学院单冲量存在的问题1、负荷变化时产生的“虚假水位”，将使调节

5、器反向错误动作。如：负荷增大→虚假水位上升→调节器接受到虚假的信号→调节阀反向关小给水→不能增加水位2、负荷变化时，控制作用缓慢。3、给水系统出现扰动时，动作作用缓慢。14西南民族大学电气信息学院双冲量控制系统（蒸汽流量和锅炉水位）前馈－反馈控制系统15西南民族大学电气信息学院三冲量控制系统前馈－串级控制系统16西南民族大学电气信息学院控制方式选择如：蒸发量小的锅炉——单冲量简单控制系统如：大型锅炉系统——串级控制系统如：多用户蒸汽系统——前馈控制17西南民族大学电气信息学院8.1.3蒸汽过热系统的控制组成：一级过热器、减温器、二级过热器任务：使过热器出口温度维持在允许范围内，并且保护过热器使

6、管壁温度不超过允许的工作温度。过热气温：锅炉汽水通道中温度最高的地方减温器过热器18西南民族大学电气信息学院影响过热气温的扰动因素蒸汽流量燃烧工况减温水量流经过热器的烟气温度、流速19西南民族大学电气信息学院过热气温控制方法广泛采用方法：减温水流量（时滞和时间常数大）串级控制系统——减温器出口温度为副被控变量（减少过热气温的动态偏差）20西南民族大学电气信息学院双冲量控制系统——减温器出口温度经微分器作为一个冲量21西南民族大学电气信息学院8.1.4锅炉燃烧过程的控制燃料种类燃烧设备锅炉形式22西南民族大学电气信息学院1．燃烧过程自动控制任务1、使锅炉出口蒸汽压力稳定2、保证燃烧过程的经济性3

7、、保持炉膛负压恒定可供调节的手段：燃料量、送风量和引风量控制系统设计的总原则应当是：生产负荷变化时，燃料量、送风量和引风量应同时协调动作23西南民族大学电气信息学院2．蒸汽压力控制和燃料与空气比值控制系统比值调节系统——燃料与空气保持一定比例主流量K燃料调节器送风调节器24西南民族大学电气信息学院蒸汽压力－燃料流量串级控制（送风量随燃料量变化而变化的比值控制）缺点：负荷发生变化时，送风量变化落后于