锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统

锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统

一、实验目的

1．熟悉温度-流量串级控制系统的结构与组成。

2．掌握温度-流量串级控制系统的参数整定与投运方法。

3．研究阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。

4．主、副调节器参数的改变对系统性能的影响。

二、实验设备

三、实验原理

本实验系统的主控量为锅炉内胆的水温T，副控量为锅炉内胆循环水流量Q，它是一个辅助的控制变量。内胆内的电热管持续恒压加热，执行元件为电动调节阀，它控制管道中流过的冷水的流量大小，以改变内胆中的水温。副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量T的控制目的，因而副调节器可采用P控制。但选择流量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。引入积分作用的目的不是消除静差，而是增强控制作用。显然，由于副对象管道的时间常数远小于主对象锅炉内胆的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路的调节作用可快速消除扰动的影响。本实验系统结构图和方框图如图21所示。

图21 锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统

(a)结构图 (b)方框图

四、实验内容与步骤

本实验选择锅炉内胆和循环水组成串级控制系统。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-12、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-11、F2-12关闭，其余阀门也关闭。将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆和夹套贮满水。然后关闭变频器、关闭阀F1-12，打开阀F1-13，为给锅炉内胆供循环冷水作好准备。

具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照本章第二节水箱液位串级控制中相应方案进行，实验的接线可按照下面的接线图连接。

图22 智能仪表控制温度-流量串级控制实验接线图

图23 远程数据采集控制温度-流量串级控制实验接线图

图24 DCS分布式控制温度-流量串级控制实验接线图

图25 S7-200PLC控制温度-流量串级控制实验接线图

图26 S7-300PLC控制温度-流量串级控制实验接线图

五、实验报告要求

1．画出温度-流量串级控制系统的结构框图。

2．用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。

3．根据扰动分别作用于主、副对象时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。

4．分析主、副调节器采用不同PID参数时对系统性能产生的影响。

六、思考题

1．本实验中用了温度传感器和流量传感器，对他们精度的要求有什么不同？

2．为什么本实验中的副调节器用PI调节器，如果采用P调节，试分析对系统的性能有什么影响？