控制装置及仪表炉膛压力设计资料

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11.3 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。

GPf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.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组态图附图3：PPAR315%PPAR40.0图3 KMM组态图系统0型单回路控制方式，根据系统要求，超偏差量调节器应自动切换至“手动”，即与面板手操方式构成“或”的关系；偏差恢复正常才切入“自动”，即不超差状态和面板自动方式，应构成“与”的关系，所以要用MOD方式切换模块。

（2）根据KMM组态图填写控制数据表。

KMM组态通过填入以下7个数据表格实现。

①基本数据表PROM管理编号：作芯片记号，指定一个四位数。

运算操作周期：1－100ms；2－200ms；3－300ms；4－400ms；5－500ms。

调节器类型：0－1PID(A/M)1；1－PID(C/A/M)；2－2PID(A/M)；3－2PID(C/A/M)。

上位计算机控制系统：0－无通信；1－有通信（无上位机）；2－有通信（有上位机）。

上位机故障时切换状态：0－MAN方式；1－AUTO方式。

PROM管理编号为组号，由实验顺序给定的；由于我们设计的是单回路控制系统，其他数值均为缺省值。

②输入处理数据表输入使用：0－不用；1－用。

按工程显示小数点位置：0－无小数；1－1位小数；2－2位小数；3－三位小数。

开平方处理：0－直线；0－开平方处理。

开方小信号切除：给AI1～AI5设定的开方信号切除值。

传感器故障诊断：0－无诊断；1－诊断。

我们设计的是单回路控制系统，需要一个输入通道，选择了KMM调节器的AIR2通道作为输入。

传感器故障诊断为无诊断，由于我们的测量信号都是压力信号，不需要进行补偿等处理，其他数值均缺省。

③PID数据表PID操作类型：0－常规PID；1－微分先行PID。

PV跟踪：定值跟踪功能，0－无；1－有。

在这次设计中，PID调节器为常规调节方式，所以操作类型为0；设定PID的输入信号由通道2输入，PV输入编号为2。

当调节器的输入偏差超过15%时，系统产生偏差报警。

④折线数据表折线数据：缺省值是0.0，设定范围是0.0～799.0%，必须满足：xi<xi+1(i=1～9)。

（注：本设计中此数据表未用。

可不填写。

）⑤可变变量表可使用百分型可变变量20个，时间型可变变量5个。

时间型)百分型数据：缺省值为0.0；给定范围为：-699.0～799.9%。

时间型数据：缺省值为0.00min；给定范围为：0.00～99.99min。

本设计中，PPAR1、PPAR2为调节器输出的高低值限制；PPAR3、PPAR4为DSM模块的偏差限⑥输出处理数据表规定模拟输出信号和数字输出信号从哪个模块引出。

连接的内部信号缺省值为U0000。

由KMM组态图可知模拟输出端AO1为调节器输出，是模块4（MAN模块）的输出，代码为U0004；输出端AO2为调节器内给定信号SP1，其代码为P0001。

没有使用数字输出。

⑦运算模块数据表用来规定模块的类型及模块相互之间的连接。

3 HLM 13 U2 U0002 PPAR2 P01024 MAN 19 U3 U00035 DMS 16 SP1 P0001 AI2 P0402 PPAR3 P0103 PPAR4 P0104 6 NOT 30 U5 U00057 OR 28 MSW P1001 U5 U0005 8 AND 27 ASW P1002 U6 U00069 MOD 45 OFF P0502 U7 U0007 U8 U0008 OFF P0502 10 11 12 ～ 30运算模块编号：由设计人员按模块调入顺序给出的序号。

运算模块数据表参见教材：表4-1。

模块输入端能用的内部信号参见教材：表4-2。

根据KMM 调节器组态图中各个模块的输入输出，依据运算模块数据表和模块输入端的内部信号填写该表的。

KMM 调节器组态图中运算模块的编号是按照模块调入顺序给出的。

6.系统仿真1，各环节传递函数炉膛压力变化可以看做是时间常数很小的一阶惯性环节， 即G(s)=1s T K，可取K=0.5，T=10，滞后时间短。

2，matlab 仿真对调解器进行参数整定，即对PID 控制规律中调节器的比例度，积分时间，微分时间三个参数的大小进行确定，可以利用经验试凑法，临界比例法，衰减曲线法等办法对调解器参数进行整定。

在本系统中为压力控制系统，为快速系统，对象容量滞后较小，被控变量有波动因此，微分调节规律的作用很小，可忽略，系统比例度要大，积分时间可小，因此，可取P=50，I=100，D=20，进行仿真实验：如下图：2.5设计实现被控对象的电路图由运算放大器构成的反馈网络模拟控制对象特性，构成控制系统的模拟控制回路。

系统原理接线图如附图4所示。

附图4：图中实线连线表示已接连线，有三条，分别是KMM（CZ6）端子33－37（禁止外部联锁信号输入）、端子3－4（模拟通道1的电流输出构成闭合回路，以避免产生开路报警信号）和端子1－11（供电电源）。