发布时间 : 星期五 文章锅炉双冲量控制系统的设计更新完毕开始阅读
一般来说，一个设计合理的串级控制系统，当干扰从副回路进入时，其最大偏差11~将会较小到控制系统的1110100，即便是干扰从主回路进入，最大偏差也会缩小到单
~35。但是，如果串级控制系统设计得不合理，其优越性就不能够回路控制系统的
充分体现。因此，串级控制系统的设计合理性十分重要。
2.3 气包水位串级双冲量调节系统图
图2.3中所示的双冲量调节系统,汽包水位是被控变量,是主冲量信号,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。系统将蒸汽流量和给水流量前馈到汽包水位调节系统中去,一旦蒸汽流量或给水流量发生波动, 不是等到影响到水位才进行调节,而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正,故大大提高了水位这个被调参数的调节精度。
图2.3中所示的串级控制系统有一个明显的特点:在结构上有两个闭环。一个环在里面，称之为副环或副回路，在控制过程中起着“粗调”的作用;一个环在外面，称之为主环或主回路，用来完成“细调”任务，以最终保证被调量满足工艺要求。在串级控制系统中，主调节器和副调节器的任务不同，主调节器的任务是校正水位偏差。副调节器的任务是用以消除给水压力波动等因素引起的给水流量的自发性扰动以及当蒸汽负荷改变时迅速调节给水流量，以保证给水流量和蒸汽流量平衡。主调节器具有自己独立的设定值，它的输出作为副调节器的设定值，而副调节器的输出信号则送到执行机构去控制生产过程。这样，当负荷变化时，水位稳定值是靠主调节器来维持的，并不要求进入副调节器的蒸汽流量信号的作用强度按所谓“静态配比”来进行整定.恰恰相反，在这里可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度，从而改变负荷扰动下的水位控制品质。
图2.3
2.4 锅炉汽包水位的PID控制方案
控制汽包水位的手段是操纵给水，依此构成的单回路控制系统对锅炉的假水位现象回发出相反的补偿动作，严重时甚至会使汽包水位降到足以发生危险事故的程度，
如果根据蒸汽流量来给出校正动作，就可以纠正虚假水位引起的误动作，从而减少水位的波动，改善控制的精确度。
2.4.1 前馈调节系统
比较前馈系统，反馈系统的最大缺点是在干扰作用下，必须形成偏差，才能进行调节（或偏差即将形成）那么能否在干扰作用发生后，在未影响被控变量时，就开始调节，使被控变量保持不变。而前馈系统是按干扰进行调节的开环调节系统，在干扰发生后，被控变量未发生变化时，前馈控制器根据干扰幅值，变化趋势，对操纵变量进行调节，来补偿干扰对被控变量的影响，使被控变量保持不变的方法。
图 2.4 前馈系统方框图
其中GPD 表示干扰通道对象特性，GPC表示控制通道对象特性，制器传函。
Gff表示前馈控
根据不变性原理，即被控变量与干扰量绝对无关，或被控变量对干扰完全独立，则T?s?F?s?=0，即T?s?=0
G?Gff?GPC T?s?F?s?=PD=0
G?s??GPD?s?GPC?s?所以ff- G?s?即ff=- 干扰通道对象特性/控制通道对象特性 上式的负号表示控制通道与干扰通道作用相反。
所以前馈控制器传函由控制通道对象特性和干扰通道对象特性决定。
2.4.2 串级前馈调节系统
为克服调节阀的变差（滞环），阀前后压差变化，引起阀和流量变化（如蒸汽压力变化）增加一个流量付环，其目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量，由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响，同时系统对负荷改变时有一定的自适应能力。
图2.5 串级前馈系统模型
图2.6 串级前馈控制系统方框图
串级前馈模型传递函数： F?s??Gff?s?GC2?s??G??s??Gpc2?s?1?Hm2?s??Gc2?s??G??s??GPC2?s?GPC1?s??GPD?s?=0
综上两种调节系统的比较，我们可以看出，采用串级前馈调节具有更大的优势，故在在此设计方案中，采用串级前馈的控制方式来对其进行控制。
第3章 硬件设计
3.1 调节阀的选择
在本系统中，调节阀是系统的执行机构，是按照控制器所给定的信号大小和方向，改变阀的开度，以实现调节流体流量的装置。
调节阀的口径的大小，直接决定着控制介质流过它的能力。为了保证系统有较好的流通能力，需要使控制阀两端的压降在整个管线的总压降中占有较大的比例。
调节阀的开、关形式需要考虑到以下几种因素：
1、生产安全角度：当气源供气中断，或调节阀出故障而无输出等情况下，应该确保生产工艺设备的安全，不至发生事故；
2、保证产品质量：当发生控制阀处于无源状态而恢复到初始位置时，产品的质量不应降低；
3、尽可能的降低原料、产品、动力损耗； 4、从介质的特点考虑。
综合以上各种因素，在锅炉过热蒸汽控制系统中，调节阀选择气开阀。 调节阀的流量特性的选择，在实际生产中常用的调节阀有线性特性、对数特性和快开特性三种，在本系统中调节阀的流量特性选择线性特性。
阀门定位器的选用，阀门定位器是调节阀的一种辅助装置，与调节阀配套使用，它接受控制器来的信号作为输入信号，并以其输出信号去控制调节阀，同时将调节阀的阀杆位移反馈到阀门定位器的输入端而构成一个闭环随动系统，阀门定位器可以消除阀膜头和弹簧的不稳定以及各运动部件的干摩擦，从而提高调节阀的精度和可靠性，实现准确定位；阀门定位器增大了执行机构的输出功率，减少了系统的传递滞后，加快阀杆的移动速度；阀门定位器还可以改变调节阀的流量特性。
3.2 控制仪表的选择
控制仪表的主要类型大致分为电动或气动，电动I型、II型、III型，单元组合仪表或是基地是仪表等。常用的控制仪表有电动II型、III型。在串级控制系统中，选用的仪表不同，具体的实施方案也不同。
电动III型和电动II型仪表就其功能来说基本相同，但是其控制信号不相同，控制II型典型信号为0~10mADC，而电动III型仪表的典型信号为4~20mADC，此外。III型仪表较II型仪表操作、维护更为方便、简捷，同时III型仪表还具有完善的跟踪、保持电路，使得手动切换非常方便，随时都可以进行切换，且保证无扰