控制装置及仪表炉膛压力设计

科技学院

课程设计报告

( 2013-- 2014年度第一学期)

名称：控制装置与仪表

题目：炉膛压力系统死区控制系统设计院系：科技学院

班级：自动化

学号：

学生姓名：

指导教师：平玉环

设计周数：一周

成绩：

日期：2014年7 月3 日

一、课程设计(综合实验)的目的与要求

1.1 目的与要求

（1）认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。

（2）了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。

（3）掌握数字调节器KMM的组态方法，熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。

（4）初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。

1.2设计实验设备

KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1

1.3 主要内容

1. 按选题的控制要求，进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA

图表示出来。

2 . 组态设计

2．1 KMM组态设计

以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图，由组态图填写

KMM的各组态数据表。

2．2 组态实现

在程序写入器输入数据，将输入程序写入EPROM芯片中。

3. 控制对象模拟及过程信号的采集

根据控制对象特性，以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路，模拟控制对

象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中，以便进行观察和记录。

4. 系统调试

设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产

过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改

时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设

备故障。动态调试一般包括以下内容：

1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常；

2)检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行；

3）对控制回路进行在线整定；

4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，要重新组态下装。

二题目分析设计：

系统整体控制方案（燃煤锅炉）

1，炉膛负压概述

炉膛压力是指送入炉膛内的空气、煤粉及烟气和引风机吸走的烟气量之间的平衡关系，

即指炉膛顶部的烟气压力。

炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。

炉膛负压的大小受引风量、鼓风量与压力三者的影响。锅炉正常运行时，炉膛通常保持负压-40 ~ -60Pa。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加。

2，控制过程简述

使用压力表检测出炉内压力,把压力信号转换为电流4-20 mA信号,用转换来的电信号控制引风机变频器的频率.通过频率的改变使引风机的引风量得到控制。

炉膛负压是一个快过程，只要PI参数整定合适，一般采用单回路闭环负反馈，控制量为引风机的变频器即可达到目的。

炉膛负压的控制对象是引风机挡板所控制的引风量，炉膛负压的动态特性是引风量阶跃变化时，炉膛负压随时间变化的特性，如下图1所示。由于炉膛负压反应很快，可做比例特性来处理。

G

Pf

G

t

t

图1 炉膛负压比例特性

炉膛负压给定由仪表调节器面板设定，同炉内负压检测和变送器检测到的负压实际值比较，经仪表调节器 PI 运算后输出 4 ～ 20 mA 电信号，作为变频器频率给定信号，用于变频器控制电机转速，达到自动控制风量的目的。

3，控制系统的选择

系统采用单回路控制系统，即一个调节器，一个执行器，一个检测变送器，只有一个闭

环。

被控变量是炉膛顶部烟气出口压力。

给定值为系统需要的合适的炉膛压力值，测量值由炉膛顶端压力计测量得到。

操控变量是引风机变频器频率。

干扰为炉膛内引风量落后于燃料量和鼓风量的控制，可能引起系统大的波动，造成不稳定因素压力变化等。

控制信号为调节器根据偏差信号计算出得到的用以控制引风机变频器的4-20 mA电流信号。

三．设计题目：

1.炉膛压力系统死区控制系统设计（如附图1）

附图1所示：

控制对象为锅炉炉膛，炉膛压力系统死区单回路控制系统。要求对炉膛压力进行单变量定值控制。测量元件采用压差变送器，执行器是炉膛引风机,由引风机进行压力补偿。炉膛压力经压力变送器测量后，由KMM模入通道送至调节器中。调节器输出AO1经A/D转换通道控制调节阀，控制炉膛压力。

2.按控制方案设计流程图

按控制方案画出控制流程图

确定对可编程调节器的要求

绘制组态图

填写控制数据表

用编程器编制用户EPROM

EPROM装入仪表，经调试修改投入运行

控制要求：当调节器的给定值SP和测量值PV之偏差超过给定的监视值（15%）时，调节器自动切换至手动（M）方式。在偏差允许的范围内（15%），允许切入自动（A）方式.

3.系统方框图

f

控制器引风机炉膛

压差变送器

炉膛负压单回路控制系统方框图,系统为负作用。

4.确定可编程调节器要求

输入输出要求：控制系统要求一路模拟量输入（模入）通道输入压力信号，一路模拟量输出（模出）通道输出控制信号控制压力调节阀。而KMM具有5路模入通道、3路模出通道（其中第一路模出通道AO1可另外同时输出一路4～20mA电流信号），可满足本系统控制要求；控制要求：设计单回路控制系统，采用带死区的PID调节器，使得测量值尽可能快的跟踪给定值变化，且超调量和衰减率满足一定得要求；

显示要求：给定值（SP）与测量值（PV）指示表（双针动圈指示表）

输出值指示

各种指示灯

操作要求：给定值和输出值的增减操作

5.绘制KMM组态图并填写KMM控制数据表格

用所采用的控制仪表制造厂商提供的控制图例和组态方法，在控制装置中实现控制策略。KMM的组态方式是填表式组态方法，要根据控制要求画出KMM组态图并由组态图按KMM 数据表格式填写控制数据表，为制作用户EPROM作准备。

(1)绘制KMM组态图