炉膛负压单回路控制系统

目录1系统整体控制方案 (1)1.1炉膛负压概述 (1)1.2控制过程简述 (1)1.3控制系统选择 (2)1.4 系统流程图 (3)2 仪表的选型 (3)2.1 压力计选型 (3)2.2 引风机选型 (4)2.3 炉膛压力测量 (4)3 系统方框图 (5)4 被控对象特性 (5)4.1 炉膛动态特性 (5)4.2 控制算法的选择 (5)5 系统仿真 (6)5.1 各环节传递函数 (6)5.2 matlab仿真 (7)课程设计总结 (8)参考文献 (8)（燃煤锅炉）炉膛负压单回路控制系统一，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。

控制对象为锅炉炉膛，测量元件采用压差变送器，执行器是炉膛引风机变频器。

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。

4，系统流程图：PTPC锅炉风机变频器图2 系统流程图二，仪器仪表的选型1，压力计由于炉膛温度高，压力小，且一般是负压，所以选用压力传感器，可采用炉膛负压传感器。

图3 PTP802 供应炉膛负压传感器压力传感器PTP802差压变送器采用OEM硅压阻式差压芯体组装而成，外壳为铝合金结构。

两个压力接口为M10螺纹和旋塞结构，可直接安装在测量管道上或通过引压管连接。

广泛应用于锅炉送风、井下通风等电力、煤炭行业压力过程控制领域。

主要技术参数: 量程: -50Pa~0～50Pa~200Pa～1KPa～1MPa 综合精度: 0.5%FS、1.0%FS 输出信号: 1.0mV/V、2.0mV/V(四线制)，4～20mA(二线制)、0～5V、1～5V、0～10V(三线制) 供电电压: 24DCV(9～36DCV) 介质温度:-20～85℃环境温度: 常温(-20～85℃) 负载电阻: 电流输出型：最大800Ω；电压输出型：大于50KΩ绝缘电阻: 大于2000MΩ (100VDC 密封等级: IP65 长期稳定性能: 0.1%FS/年振动影响: 在机械振动频率20Hz～1000Hz内，输出变化小于0.1%FS 电气接口(信号接口): 引出导线机械连接(螺纹接口): M10×1。

2，引风机将锅炉燃烧产物（烟气）从锅炉尾部吸出，并经烟囱排入大气的风机。

安装在锅炉除尘器之后，亦称吸风机。

由于燃煤锅炉烟气中还有较多粉尘，对引风机磨损作用较大，因此引风机转速不宜大于1000r/min，一般取500-750r/min。

其电机选用变频电机，用来接收调节器发出的控制信号，并控制引风机的转速从而调节引风机的风速，从而对炉膛压力进行控制。

具体过程为：通过炉膛上的负压变送器将炉膛压力标准电信号送入引风变频器PID控制器的反馈通道,经处理后与设定炉膛负压力比较,经过PID控制器产生运算信号,此信号控制引风变频器调节电机转速,使炉内负压稳定在设定值,从而达到自动跟踪鼓风保持炉膛负压恒定目的。

引风电机速度随着炉膛负压值的变化而变化。

即保证锅炉燃烧部分的自动运行。

可选用三晶变频器，引风变频功率:SAJ8000（18~5KW)，主要技术参数：(1)主回路电源：三相五线制。

380V+10%。

(2)控制回路电压：220V 引风机型号表1离心引风机性能表3，炉膛压力的测量炉膛压力的测量采用3个差压变送器，3个差压变送器的输出分别送到3个小值选择器，3个小值选择器的输出再送到大值选择器，大值选择器的输出为3个差压变送器的输出（测量）值的中间值。

采用3个差压变送器的目的是为了防止因变送器故障或信号管路堵塞而影响测量值的可靠性，从而影响炉膛压力控制的可靠性。

测量的中间值与差压变送器的输出（测量）值进行比较，如果偏差超出一定范围，则将发出报警信号。

图4 炉膛负压单回路控制系统方框图控制器采用PID 控制规律，变频器可看作是一个比例控制环节K 。

四，被控对象特性1，炉膛动态特性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，当送风量或引风量单独改变时，炉膛负压变化的惯性很小，故可将炉膛负压对象近似看成是一个时间常数很小的一阶惯性环节。

即其数学模型为：G(s)=s e T K τ-+1s ，时间常数T 很小。

静态放大系数为：K=u y ∆∞)( 可利用切线法或者两点法求得时间常数T 和滞后时间τ。

2，控制算法的选择炉膛负压是一个快过程，只要PID 控制规律参数整定合适，一般采用单回路闭环负反馈 即可达到目的。

其表达式如下:Δu(t)=K P [e(t)+T 1⎰t0)()(t d t e +T D dtt e )(d ] 工业上其实际传递函数为：G C (s)=K *P s K T s T K s T T D D I I D I ++++11s 11** ,其中K *P =FK P T *I =FT I T *D =T D /F带*的量为调节器参数的实际值，不带*的值为各参数的刻度值，F 为相互干扰系数；K I 为积分增益。

五，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：如下图图5 simlink 连接图图6 Kp,Ki,Kd设定值其仿真图如下：图6 系统仿真震荡曲线通过仿真，可以得到整定之后P=50，I=100，D=20最为合适。

由仿真可以看到，系统经过5s左右的震荡时间可以恢复到系统设定值，基本满足控制要求！六，课程设计总结通过这次课程设计，我看到了过程装备与控制工程这门专业的精髓，我认真学习了过程控制仪表与技术这门课本，收获了很多，我基本了解了炉膛负压原理与控制，差压变送器的基本原理，以及整个成套设备的流程运行情况，最关键的是我明白了调节器的调节规律，PID的参数整定，感觉书上说的那些经验法和比例法等等的数据有时不可靠，需要按照实际控制系统特性，再用matlab仿真软件调节PID的数值，我学会了用Simlink仿真系统的稳定性，在王老师的指导下，我实现了各种环节的的各种调节，清楚的认识了PID调节规律的特性。

该系统气压的PID调节控制最好的效果是用PD控制,而且系统比较敏感,PD 参数不好确定,在多次实验后,才最终确定PID值,因为系统是单冲量单回路,没有前馈和串级控制系统稳定性好。

通过课程设计，我对以前书本上所学的知识有了更深的理解，也为将来知识的学习打下了坚实的基础。

七，结束语这次课程设计增长了我把知识运用到实际的能力，加深了对课本知识的理解。

另外，感谢刘广璞、姚竹亭、高强老师的辛勤指导，让我的课程设计得以顺利地完成。

八、参考文献[1]《过程装备控制技术及其应用》王毅主编化学工业出版社2007: 35--37 244--251[2]《过程自动化及仪表》俞金寿主编化学工业出版社2008: 83--88[3]《工业过程控制工程》王树青主编化学工业出版社2002: 340--366[4]《控制仪表及装置》吴勤勤主编化学工业出版社2009: 30--79[5]《过程控制仪表》徐春山主编冶金工业出版社2008: 193--197[6]《过程装备成套技术设计指南工程》黄振仁主编化学工业出版社2007: 58--65[7]《过程控制装置》张永德主编化学工业出版社2009: 82--86[8]《化工单元过程及设备课程设计》匡国柱主编化学工业出版社2007: 30--44[9]《化工设备设计设计手册》（上、下）朱有庭主编化学工业出版社2009: 82--91[10]《工业过程检测与控制》孟华主编化学工业出版社。