[讲解]过程控制系统之《给水三冲量控制》

[讲解]过程控制系统之《给水三冲量控制》
科技学院
课程设计报告
( 2012 -- 2013 年度第一学期)
名称: 过程控制课程设计
题目: 给水控制系统
院系: 自动化
设计周数: 1周
姓名学号分工成绩
成员
日期: 年月日
一、课程设计的目的与要求
“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。

通过实际工业过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图纸的绘制等基础设计和设计说明的撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完成工程师基本技能训练。

二、设计正文
1、对象特性分析:
汽包锅炉给水自动控制的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定的范围内。

汽包水位是锅炉运行中一个重要的监控参数，它间接反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系，维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条
件。

汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽水分过多而使过热器管壁结垢，容易烧坏过热器。

汽包出口蒸汽中水分过多，也会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的安全性和经济性。

汽包水位过低，则可能破坏锅炉水循环，造成水冷壁管烧坏而破裂。

汽包水位控制的任务就是使给水流量适应锅炉蒸发量，以维持汽包水位在允许范围内。

汽包水位被控对象的扰动有四个来源:一是给水方面的扰动，二是蒸汽负荷的扰动，三是燃料量的变化，四是汽包压力的的变化。

1)给水量扰动下水位变化的动态特性:
给水量扰动是来自控制侧的扰动，由称内扰。

给水量刚刚加入时，由于给水的过冷度影响，水位H变化慢，经过一段时间之后其变化速度才逐渐增加，最后变为按一定速度直线上升，这时就是物质不平衡在起主要作用了，如果给水量和蒸汽量不能平衡，水位将不能稳定。

H H1 W
H
,W
, 0 t t 0
,H
H2 ,
2)蒸汽量扰动下水位变化的动态特性:
蒸汽量主要来自汽轮机发电机组的负荷变化，属于外部扰动。

当负荷增加时，虽然汽包的进水量小于蒸发量，但在一开始水位不仅不下降，反而迅速上升，这种现象称为虚假水位，这时由于符合增加是水面下气泡的容积增加得很快。

当气泡的容积已与符合相适应而达到稳定后，水位就主要随物质不平衡的关系的变化而下降。

H TD 2
H2
,D,D,K 2 0 t 0 t ,
H1 H ,D
3)燃料量扰动下水位变化的动态特性:
燃料量的扰动必引起蒸汽量的变化，也同样有“虚假水位“现象，但蒸汽量增加时燃料量只能缓慢增大，使汽泡体积减小，因此虚假水位比负荷扰动时缓和的多。

由以上分析可知，给水量扰动下水为响应过程具有纯迟延;负荷扰动下的水位响应过程
具有假水位现象;燃料量扰动下也会出现假水位现象。

这些特性使控制汽包水位的任务变得比较困难和复杂。

2、根据对象特性设计系统自动控制方案
从以上分析可知，汽包水位的调节应根据汽包水位H，蒸汽流量D，和给水量W 三个信号变化快的量进行调节。

因为燃料量对水位变化影响较弱且变换缓慢故暂不考虑。

其中给水量是来自控制侧的扰动，是内扰;蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电
机组的负荷变换，属于外部扰动。

从控制原理知识可知，克服内扰用串级控制系统;克服外扰用前馈控制系统。

而H是主信号，用一般的反馈调节系统。

因此汽包水位的控制应用串级三冲量控制系统。

系统原理图:
D K γD
(s) GHD
W H SP (s) (s) GGK K G(s) c1c2zpHW
——γ w
γ H
工艺流程图:
系统SAMA图:
3、对所选对象进行仿真
使用MATLAB搭建系统模型内回路整定如下:
内回路组态图内回路是一个比例环节，仿真图如下
外回路整定:
系统组态图系统为串级控制，外回路调节器参数P=0.45，I=0.0035 系统仿真曲线如下:
有内扰的情况下:
有外扰的情况下:
系统满足无扰调节，超调量小于20%。

满足要求
三、设计总结
通过本次课程设计，学习并认识了过程控制在实际生产中的应用，对于给水控制系统的设计和整定也有了深入的理解，对于串级控制、反馈控制、前馈控制系统的知识有了进一步的理解，同时巩固了对matlab的应用操作，将平时学习内容系统地联系在一起，为将来将所学知识运用到工程实际打下了基础。

在与同学的共同讨论研究中，培养了团队精神和协作能力。

四、参考资料
[1]《MATLAB实用教程》郑阿奇主编曹弋赵阳编著电子工业出版社
[2]《过程控制》金以慧主编方崇智审校清华大学出版社。