夹套与锅炉内胆水温串控制Word格式文档下载.docx
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夹套与锅炉内胆水温串级控制
1总体设计
1.1系统概述
本设计以锅炉作为被控对象,夹套的水温为系统的被控制量。
设计目的是使锅炉夹套的水温稳定至给定量;
使用MCGS组态软件结合研华数据采集设备来实现具体调节效果;
系统整体硬件组态界面如图1所示,控制界面如图2所示。
图1硬件组态界面图
图2控制组态界面图
1.2系统基本工作原理
将温度传感器TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号形成副回路;
主回路以TT2检测到的被控量<
即夹套水温)为反馈信号,与输入设定值相比较送入主调节器,主调节器输出再与副回路反馈信号比较后,经副调节器将控制信号传给执行器,以达到控制锅炉内胆水温的目的。
系统原理方框图如图3所示。
内胆温度检测变送器
夹套温度检测变送器
图3系统原理方框图
2系统分析
2.1控制方案分析
系统的主控量为锅炉夹套的水温,副控量为锅炉内胆的水温,它是一个辅助的控制量。
系统由主、副两个回路所组成,主回路是一个定值控制系统,要求系统的主控量等于给定值,因而系统的主调节器应为PI或PID控制;
副回路是一个随动系统,要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律,已达到对主控量的控制目的,因而副调节器可采用P控制,必要时引入适当的积分环节。
由于锅炉夹套的温度升降式通过锅炉内胆的热传导来实现的,显然,由于副对象管道的时间常数小于主对象时间常数,因而当主扰动<
二次扰动)作用于副回路时,通过副回路的调节作用可快速消除扰动的影响,故设计为串级控制结构如上图2所示。
2.2串级控制系统的特点
1)改善了过程的动态特性;
<
2)能及时克服进入副回路的各种二次扰动,提高了系统抗扰动能力;
3)提高了系统的鲁棒性;
4)具有一定的自适应能力。
2.3主、副调节器控制规律
在串级控制系统中,主、副调节器所起的作用是不同的。
主调节器起定值控制作用,它的控制任务是使主参数等于给定值<
无余差),故一般宜采用PI或PID调节器。
由于副回路是一个随动系统,它的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律,对副参数的动态性能和余差无特殊的要求,因而副调节器可采用P或PI调节器。
2.4主、副调节器正、反作用方式的选择
正如单回路控制系统设计中所述,要使一个过程控制系统能正常工作,系统必须采用负反馈。
对于串级控制系统来说,主、副调节器的正、反作用方式的选择原则是使整个系统构成负反馈系统,即其主通道各环节放大系数极性乘积必须为正值。
各环节的放大系数极性是这样规定的:
当测量值增加,调节器的输出也增加,则调节器的放大系数Kc为负<
即正作用调节器),反之,Kc为正<
即反作用调节器)本装置所用电动调节阀的放大系数Kv恒为正;
当过程的输入增大时,即调节器开大,其输出也增大,则过程的放大系数K0为正,反之K0为负。
2.5串级控制系统的整定方法
在工程实践中,串级控制系统常用的整定方法有以下三种:
1)逐步逼近法
所谓逐步逼近法,就是在主回路断开的情况下,按照单回路的整定方法求取副调节器的整定参数,然后将副调节器的参数设置在所求的数值上,使主回路闭合,按单回路整定方法求取主调节器的整定参数。
而后,将主调节器参数设在所求得的数值上,再进行整定,求取第二次副调节器的整定参数值,然后再整定主调节器。
依此类推,逐步逼近,直至满
足质量指标要求为止。
2)两步整定法
两步整定法就是第一步整定副调节器参数,第二步整定主调节器参数。
整定的具为:
①在工况稳定,主回路闭合,主、副调节器都在纯比例作用条件下,主调节器的
置于100%,然后用单回路控制系统的衰减<
如4:
1)曲线法来整定副回路。
记下相例度δ2S和振荡周期T2S。
②将副调节器的比例度置于所求得的δ2S值上,且把副回路作为主回路中的一个环同样方法整定主回路,求取主回路的比例度δ1S和振荡周期T1S。
③根据求取的δ1S、T1S和δ2S、T2S值,按单回路系统衰减曲线法整定公式计算主节器的比例度δ、积分时间TI和微分时间TD的数值。
④按“先副后主”,“先比例后积分最后微分”的整定程序,设置主、副调节器的参数观察过渡过程曲线,必要时进行适当调整,直到过程的动态品质达到满意为止。
3)一步整定法
由于两步整定法要寻求两个4:
1的衰减过程,这是一件很花时间的事。
因而对两步整定法做了简化,提出了一步整定法。
所谓一步整定法,就是根据经验先确定副调节器的参数,然后将副回路作为主回路的一个环节,按单回路反馈控制系统的整定方法整定主调节器的参数。
具体的整定步骤为:
①在工况稳定,系统为纯比例作用的情况下,根据K02/δ2=0.5这一关系式,通过副过程放大系数K02,求取副调节器的比例放大系数δ2或按经验选取,并将其设置在副调节器上。
②按照单回路控制系统的任一种参数整定方法来整定主调节器的参数。
③改变给定值,观察被控制量的响应曲线。
根据主调节器放大系数K1和副调节器放大系数K2的匹配原理,适当调整调节器的参数,使主参数品质指标最佳。
④如果出现较大的振荡现象,只要加大主调节器的比例度δ或增大积分时间常数TI,即可得到改善。
2.6组态软件MCGS简介
MCGS<
MonitorandControlGeneratedSystem)是一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,可运行于MicrosoftWindows95/98/NT/2000等操作系统。
MCGS5.1为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现数据采集、实时和历史数据理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
3硬件组态说明
3.1数据采集
数据采集卡采用研华1711,将温度传感器TT1、TT2采集来的模拟信号进行处理送入计算机使用,组态软件具体实现操作为点击“工作台”、“设备窗口”、双击“设备窗口”进入设备组态窗口,点击工具箱在“设备管理器”中找到研华PCI1711,加入设备窗口中,并对其设置项中对其“基本属性”、“通道连接”与“数据处理”进行设置,具体设置如下图所示。
图4设备通道连接属性设置
3.2模拟数据设备的组态
由于时间紧迫,实验条件有限,对TT1、TT2采集的数据使用软件中的模拟正弦信号代替,同样点开设备管理器,在“通用设备”子菜单下“模拟数据设备”中找到“模拟设备”,选中此卡,并加入设备窗口,对其“通道链接”进行设置,以便提供所需的模拟数据。
3.3变量定义及说明
在实时数据库中对要使用的变量进行定义,其中主要变量定义如表1所示:
表1变量定义表
夹套PV:
夹套内液体的温度
内胆PV:
锅炉内胆液体温度
夹套SV:
夹套内液体温度设定值<
即给定值)
内胆SV:
锅炉内胆液体设定值
k:
主调节器的比例增益
ti:
主调节器的积分时间常数
td:
主调节器的微分时间常数
k1:
副调节器的比例增益
ei:
主调节器的偏差信号
q0:
比例调节输出值
q1:
积分调节器输出值
q2:
微分调节器输出值
set:
实验开始/停止标志位
op11、op0:
为系统输出值
e1、e2、ei:
为偏差中间变量
ma1:
手动/自动标志位
ma:
手动调节值
opo:
系统输出初始值
夹套sv:
温度设定初始值
op11:
主调节器输出值
op21:
副调节器输出值
out1:
手动调节时系统的输出值
4程序设计与数据连接
4.1按钮链接
建立好上述变量后,接下来需完成与各硬件间的链接,对于按钮链接,以“停止”按钮的链接为例说明:
双击“停止”按钮,进入按钮属性设置窗口,如下图所示;
图5按钮构件属性设置
对“按钮标题”设置即为按钮名称:
停止,基本属性中其他属性依需要而定;
<
2)点击“操作属性”,对该按钮所要完成的操作进行设置;
在此设置如下图所示;
图6按钮操作属性设置窗
3)点击“可见度属性”,对按钮进行隐藏或显示条件的设置,在此设置如图7所示;
图7按钮可见度属性设置窗
结合图6、图7可以看出点击“停止”按钮后,系统中变量set值清零,且当set不为零时该按钮不可见;
4)由于按钮在此不需要完成复杂操作,无需编写脚本程序,根据实际情况,若有需要可点击“脚本程序”项,进入脚本程序编写窗口,完成相应程序的编写;
4.2数据输入、输出的制作与连接
1)点击工具箱标签,拖拽适当大小,双击所画图形,出现如图8所示窗口,
图8动画组态属性设置窗1
2)在“输入输出连接”一栏内打上相应的对勾,在此以“显示输出”为例,勾上之后出现如图9所示对话框,可看出多出“显示输出”设置项;
图9动画组态属性设置窗2
3)点击“显示输出”项,在此对其设置如图10所示,点击下图表达式项中问号,可在数据库选择需要显示的变量;
图10数据“显示输出”设置
4)输入按钮连接与输出类同,指示选择按钮输入,并对其进行相应设置即可。
4.3系统初始状态
初始化状态默认为停止状态,点击“开始实验”按钮后,默认为自动调节状态,各变量初始值如表2所示:
表2变量初始状态值
set=0
k=2
ti=100
td=0
k1=4
sv1=0
ei=0
e1=0
e2=0
ei1=0
ma1=0
ma=0
opo=0
夹套sv=0
op11=0
op21=0
out1=0
4.4循环程序编写
'
界面数值显示'
夹套pv=TT2
内胆pv=TT1
主调节器数值处理'
sv1=夹套sv
ei=sv1-TT2'
主调节器偏差
开始实验'
ifset=1then'
主调节器增量式PID控制
q0=k*(ei-e1>
'
比例项
q1=0'
积分项
ifti<
>
0then
q1=k*0.3*ei/ti
endif
q2=k*td*(ei-2*e1+e2>
/0.3'
微分项
e2=e1
e1=ei
op11=opo+q0+q1+q2
主调节器输出限幅'
ifop11>
=100then
op11=100
endif
ifop11<
=0then
op11=0
opo=op11
副调节器数值处理'
内胆sv=op11
ei1=内胆sv-内胆pv'
副调节器偏差
op
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