发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制

《过程控制仪表及控制系统》课程设计报告书

课题名称发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制

姓名

学号

专业电气工程及其自动化

指导教师

2011年 12 月 15 日

目录

摘要 (2)

1 概述 (3)

2 课程设计任务及要求 (4)

2.1设计目的 (4)

2.2设计任务 (4)

2.3设计要求 (5)

3 理论设计 (6)

3.1方案论证 (6)

3.2系统设计 (6)

4 参数整定 (8)

4.1 T1参数 (8)

4.2 T2参数 (9)

4.3 主副调节器的参数 (10)

5 仿真调试 (11)

6 结论 (12)

7 参考文献 (12)

摘要

串级控制系统-----两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。

串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。

整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。

一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。

本设计通过实验对数据的分析，来建立系统被控对象模型的数学表达式，采用最小二乘曲线拟合的方法，对实验数据进行了曲线拟合，从而得出了该生产过程的被控系统的数学模型，即传递函数。接着对系统进行分析，采用串级控制，再根据对象模型的结构来确定温度控制系统的控制器及控制算法，来实现发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制，系统的准确控制，从而使各项参数都能满足各自的要求。

关键词：串级控制，调节器，扰动

1 概述

发电厂从锅炉汽鼓出来的饱和蒸汽经过两段过热器继续加热，是蒸汽温度达到460℃左右，再去推动汽轮机工作。每一种锅炉与汽轮机组都有一个规定的运行温度，在这个温度下机组的效率最高。如果温度过高，会使汽轮机的寿命大大缩短，如果温度过底，当蒸汽带动汽轮机作功时，会使部分蒸汽变成小水滴，冲击汽轮机叶片，造成生产事故，因此要求控制温度的误差不得超过 5℃。由于汽鼓至汽轮机中间有一系列的减温器、过热器与传输管道，控制对象的容积迟后与传输滞后都很大，要达到高精度的温度控制是很困难的，为此采用分段调节，其中最常见的是两段调节。这样，每段中的对象的容积迟后与传输滞后时间均可减小一半。每段分别用一个温度控制系统调节各自的减温器喷雾的减温水流量，来维持各段过热器出口的温度恒定。假定两个系统温度控制方式完全一样，试设计其中一段的温度控制系统。（蒸汽的压力和温度另有控制系统，这里我们假定蒸汽恒温恒压，过热器的热量也是恒定的，汽鼓的出口压力约60公斤/厘米2左右。）

2 课程设计任务及要求

2.1设计目的

有效控制发电厂汽轮发电机蒸汽温度，使锅炉与汽轮机组都在一个规定的运行温度，在这个温度下机组的效率最高。在稳定温度下运行可以延长汽轮机寿命，减少生产事故。

2.2设计任务

控制系统要求控制温度的误差不得超过 5℃。由于汽鼓至汽轮机中间有一系列的减温器、过热器与传输管道，控制对象的容积迟后与传输滞后都很大，要达到高精度的温度控制是很困难的，为此采用分段调节，其中最常见的是两段调节。这样，每段中的对象的容积迟后与传输滞后时间均可减小一半。每段分别用一个温度控制系统调节各自的减温器喷雾的减温水流量，来维持各段过热器出口的温度恒定。

系统框图

通过实验，测得对象对于输入Q（单位输入）的响应如下（表中温度为负）：

2.3设计要求

1、系统的稳态误差为0。

2、5%误差带的调整时间不大于300秒，最大超调量小于10%，这两个性能指标尽可能小。

3、在减温器和过热器之间存在干扰，最大干扰引起T1处温度波动为20℃，要求控制使干扰对T2处的温度影响不能超出允许范围。

4、根据以上的工艺要求设计该控制系统，画出系统控制框图。包括控制参数、被控参数的选择，调节阀的选择，检测与变送装置的选择，控制器的设计。

3理论设计

3.1方案论证

3.1.1常规PID控制

汽轮蒸汽温度控制系统的调节对象存在大滞后现象和扰动，而系统对控制精度与功能的要求比较高，在这种情况下采用常规的PID控制得到的动态性能和稳态性能都很差，故不宜采用。

3.1.2串级控制

串级控制是在单回路控制系统的基础上增加一个控制回路，构成串级控制系统。串级控制对提高大延时和大时间常数过程的控制质量有显著的效果，在工业生产过程控制中应用广泛。串级控制在结构上形成了两个环：一个闭环在里面，被称为副环，起着粗调作用；一个环在外面，称为主环，起着细调作用。这样一来对于发电厂汽轮发电机蒸汽温度控制，就能有很好的控制效果了。

3.2系统设计

3.2.1结构框图及说明

系统包括两台温度变送器（T1与T2）、一台减温器、一台PI调节器以及电/气转换、升压型气动继动器、带阀门定位器的气动活塞式执行机构、调节阀本体等。由于减温水的压力很高，所以调节阀应选用耐高压与流通能力大的阀门。

3.2.2系统仪器的选择

1：主调节器选用PI 控制算法)1

1(s

T k i p

（反作用） 主参数允许的波动范围很小，要求无余差，因此选用PI 控制规律。 2：副调节器与用P 控制算法 （反作用）

因为若采用积分规律会延长控制过程，减弱副回路的快速作用。 3：调节阀用自力式温度调节阀SLZW 气开型

SLZW 型自力式温度调节阀不需外界能源而进行温度自动调节。它适用于蒸汽、热水、热油等为介质的各种换热工况。 广泛应用于供暖、空调、生活热水中的温度自动调节，以及特殊工况的温度自动调节。

主要特点：

（1）无需任何外加能源，利用被调介质自身能量实现介质温度自动调节的执行器产品。

（2）有较宽的温度设定范围，显示清晰、精度高，并设有过载保护装置，安全可靠。 4：传感器、变送器的选择

传感器选用FR-01系列的温度传感器，它采用进口铂电阻芯片制做而成，适合测量-100——500温度区间，该产品具有良好的抗震能力、高精度、长期稳定性好和安装简单等特性，在各个行业中被广泛应用。

变送器选用SBWZ 系列Pt1000热电阻温度变送器，它采用二线制传送方式(两根导线作为电源输入，信号输出的公用传输线)。将热电阻信号变换成与输入信号或与温度信号成线性的4～20mA 的输出信号。

主要特点：

（1）采用环氧树脂密封结构，因此抗震、耐温，适合在恶劣现场环境中安装使用。 （2）现场安装于热电阻的接线盒内，直接输出4～20mA ，这样既省去较贵的补偿导线费用，又提高了信号长距离传送过程中的抗干扰能力。

（3）精度高、功耗低、使用环境温度范围宽、工作稳定可靠。

（4）量程可调，并具有线性化较正功能，热电偶温度变送器具有冷端自动补偿功能。应用面广，既可与热电阻形成一体化现场安装结构，也可作为功能模块安装入检测设备中。