过程控制课程设计

课程设计报告

( 2008 -- 2009 年度第二学期)

名称：过程控制课程设计

题目：主汽温串级控制系统

院系：自动化

设计周数： 1 周

姓名学号分工成绩

组长实验仿真（模块搭接、参数整定），报告撰写、整理

成员

实验仿真（模块搭接、参数整

定），报告撰写、整理

实验原理图、工艺流程图、

SAMA图设计

实验原理图、工艺流程图、

SAMA图设计

日期：2009年 07月02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

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

提交设计报告及答辩

学生姓名：杨宇、张娜、李思怡、

郭冉

指导教师：马平

2009 年 06 月 29日

一、课程设计(综合实验)的目的与要求

“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、设计（实验）正文

（一）.过热汽温控制的任务和要求

过热汽温的稳定是机组经济安全运行的保障。主汽温度自动调节的任务是维持过热蒸汽出口汽温在允许的范围内，使管壁温度不超过允许的工作温度，以确保机组运行的安全性和经济性。

过热汽温过高或过低都会对机组运行造成不利的影响：

过热汽温过高,容易烧坏过热器，也会引起汽轮机高压部分过热，严重影响机组安全运行。

过热汽温过低，则会影响全厂热效率，引起汽轮机末级蒸汽湿度增加，甚至使之带水，严重影响汽轮机安全运行。

汽温变化过大，将导致锅炉和汽轮机金属管材及部件的疲劳，还将引起汽轮机汽缸和转子的胀差变化，甚至产生剧烈振动，危及机组的安全。

一般来说，中高压锅炉过热气温的暂时偏差值不允许超过正负10摄氏度。长期偏差不允许超过正负5摄氏度。

（二）．汽温调节对象的动态特性

过热蒸汽温度控制对象的动态是指引起过热气温变化的各种扰动与气温之间的动态关系。引起过热蒸汽温度变化的因素很多，如过热蒸汽流量变化，炉膛燃烧工况的变化，锅炉给水温度的变化，进入过热器的热量，流经过热器的烟气温度和流速等的变化。但归纳起来，

过热气温控制对象的扰动主要来自三个方面：蒸汽流量变化（负荷变化），烟气传热量变化和减温水流量变化（过热器入口气温变化）。

1．蒸汽流量扰动

蒸汽流量变化是由锅炉负荷变化引起的。当锅炉负荷变化时，过热器出口气温的阶跃相应的特点是有延迟，有惯性，有自平衡能力，且延迟和惯性较小。另外，随着过热器出口温度的增加，蒸汽带出的热量增加，由于气温增加，温差减小，烟气传给蒸汽的热量也减小，使对象有一定的自平衡能力。虽然蒸汽负荷扰动下，气温变化特性较好，但蒸汽负荷是由用户决定的，不可能考虑作为控制气温的手段，只能是看作气温控制系统的外部扰动。

不同结构形式的过热器，过热气温随锅炉负荷变化的静态特性是不同的：

对于对流式过热器，随着蒸汽流量D的增加，通过过热器的烟气量增加，炉烟温度随之升高，使得过热器出口气温升高。

对于辐射式过热器，蒸汽流量D增加时，炉膛温度升高较少，炉膛辐射给过热器受热面的热量比蒸汽流量的增加所需热量要少，因此，其出口气温反而会下降。

实际过程中，通常是两种过热器结合使用。还增加屏式过热器，且锅炉过热器的对流方式比辐射方式吸热量多。因此，总的气温随负荷增加而升高。

2．烟气侧传热量的扰动

引起烟气传热量扰动的原因很多，如给粉机挤粉不均匀，煤中水分的变化蒸汽受热面结渣，过剩空气系数的改变，汽包给水温度的变化，燃烧火焰中心位置的改变等，但归纳起来不外是烟气流速和烟气温度对过热气温的影响。在这种烟气测扰动是沿整个过热器长度进行的，所以延迟较小。

3．喷水量扰动

减温水流量变化是引起过热器入口蒸汽温度变化的主要因素，也是目前广泛采用的过热蒸汽温度调节方法。减温器位置对对象动态特性有显著的影响，减温器离过热器出口越远，则延迟越大。由于大型锅炉的过热器管路很长，故减温水扰动是控制对象的迟延和惯性是比较大的。

尽管减温水扰动时控制对象的动态特性不够理想，但由于结构简单，且对过热器安全运行比较有利，目前仍广泛采用喷水减温作为控制汽温的手段。这时，只根据气温的偏差只采用单回路反馈系统不可能满足生产上的要求。为此，在设计控制系统时，常常选择迟延和惯性小于过热器出口汽温的减温器出口处汽温作为辅助被调量，来提前反应调节效果。

（三）．针对汽温调节对象的动态特性，采用喷水量作为调节量，采用串级控制方案，减温器出口温度θd 为副参，主蒸汽温度θs 为主参，主调节器采用PI 调节器，副调节器采用P 调节器。

当扰动发生在副回路内，主回路可以看作是开路系统，从而使过热气温基本不变，而单回路气温控制系统，必然要影响到主气温的稳定。

当扰动发生在副回路之外，引起过热气温偏离给定值时，串级系统首先由主调节器改变其输出校正信号，通过副调节回路去改变减温水流量，使过热汽温恢复到给定值。

在过热气温串级控制系统中，对副回路的要求是尽快消除减温水流量的自发性扰动和进入副会路的其他扰动，对过热气温起粗调作用，故副调节一般选用比例或比例微分调节器。主回路及主调节器的任务是保持主气温等于给定值，因此主调节器要具有积分作用，多采用比例积分或比例积分微分调节器。 控制原理图：