锅炉液位串级控制方案

过程控制系统课程设计报告

姓名：

班级：

专业：自动化

指导教师：

2010年 6月 30日

目录

一、题目要求……………………………………………………………

二、系统器件选择…………………………………………………………

三、总体设计方案…………………………………………………………

四、硬件设计（包括电气接线）…………………………………………

五、控制算法选择…………………………………………………………

六、控制参数整定………………………………………………………

七、心得体会………………………………………………………

一、题目要求：

锅炉液位串级控制方案

工艺基本要求：由于用户的蒸汽用量经常变化，造成锅炉液位上下变动而导致危险，应

采取措施以保证锅炉的运行安全。炉高2m，液位要求保持在炉体的中

部。炉内压力为0.6MPa。采用串级控制方案克服单回路锅炉控制系统因

干扰而导致的控制品质下降。

设计任务：

1．绘制控制系统方块图

2．选择串级控制规律

3．参数整定方法：可选择二步整定法或一步整定法

4．通过仿真求出输出响应呈4：1 衰减时的主调节器的参数；

5．观察并分析副调节器的比例度大小对系统动态性能的影响。

二、总体设计方案

串级控制系统性能特点：

串级控制系统即在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环——双闭环。

就其主回路来看是一个定值控制框图，而副回路则为一个随动系统。副回路对液位起“粗调”的作用，主回路对液位起“细调”的任务。1）串级控制系统由于副回路的存在，对于进入其中的扰动具有较强的克服能力，改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率所以控制质量比较高。2)对二次干扰有较强的克服能力。3）对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。因此对于控制质量要求较高，扰动大，滞后时间长的过程当采用单回路控制系统达到质量要求时，采用串级控制方案往往可以获得满意结果。不过串级控制比单回路控制系统所需仪表多，系统的投运和参数整定相应地也要复杂一些。

因此如果单回路控制系统能够解决的问题就尽量不采用串级控制系统方案。

模糊PID 控制器调节阀

汽包对象

1

()

G s

2

()

G s

D

H

W

水位

设定值

蒸汽流量

锅炉液位串级控制系统框图

锅炉液位串级控制Matlab仿真图

三、系统器件选择（包括器件参数）

1、执行器：采用电动调节阀（气关式）

执行器正作用：执行器（调节阀）是气关式，< 0

执行器反作用：执行器（调节阀）是气开式，> 0

2、控制器：采用PID

控制器正作用：控制器测量值增加（或减少），其输出量亦增加（或减少）

控制器反作用：控制器测量值增加（或减少），其输出量亦减少（或增加）3、变送器：采用液注式压力检测仪表

变送器的静态放大倍数通常为正，即> 0

4、被控对象：采用液体管道压力

对象正作用：对象的输入量增加（或减少），其输出量亦增加（或减少）

对象反作用：对象的输入量增加（或减少），其输出量亦减少（或增加）

四、硬件设计方案

4-20mA 11

10

L

N 54

0-220V

+

L 1L 2L 3N

离心泵

U

V W

11121314151617181920

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

24V

变送器

250Ω

五、控制算法选择

调节器的控制规律是指其输出信号与输入偏差的函数关系，工业用调节器常用PID 控制规律。本次控制系统中采用算法为智能PID 控制规律，智能PID 具有微处理功能。

智能PID 调节器技术参数：全球通用的100—240VAC 输入范围开关电源或24VDC 电源供电，并且具备多种外形尺寸供客户选择；采用先进的AI 人工智能算法，无超调，具备自整定（AT ）功能；采用先进的模块化结构，提供丰富的输出规格。

调节方式：位式调节方式（回差可调），AI 人工智能调节，包含模糊逻辑PID 调节及参数自整定的先进控制算法。

六、控制参数整定

由上图可知，此时

50

1

s

，22

s T 衰减曲线法计算公式如下表

使用PI 调节：得到

024.02

.1s

，115.0s I

T T 。

故得到：

7.411

p

K 75

.02

.0*I

P I

T K K δ

TD

TI P PI PID

s

δs 1.2δs

0.8δs

0.5T

s

3T

0.s

0.1T

规律

参数

将PID 控制系参数之位7.41p K ，75.0I

K ，得到阶跃响应曲线如下：

当系统的副调节器比例度增大时系统超调量增大，系统稳定性不变，当系统的副调节器比例度减小时系统超调量减小，系统稳定性不变。