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蒸锅炉炉PID温度限度体系安排

  蒸汽锅炉PID温度控制系统设计_能源/化工_工程科技_专业资料。对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行分析和设计,本设计采用串级控制系统,这样可以极大地消除控制系统工作中的各种干扰因素,使系统能在一个较为良好的状态下工作,同时锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化,并保护过热器管壁温度不超过允许的工作温度。 在本设计用到串级控制系统中,主对象为送入负荷设备的出口温度,副对象为减温器和过热器之间的蒸汽温度,通过控制减温水的流量来实现控制过热蒸汽温度的目的.

  蒸汽锅炉PID温度控制系统设计 目的: ? ? 对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行分析和设计,而对 锅炉过热蒸汽的良好控制是保证系统输出蒸汽温度稳 定的前提。所以本设计采用串级控制系统,这样可以 极大地消除控制系统工作中的各种干扰因素,使系统 能在一个较为良好的状态下工作,同时锅炉过热器出 口蒸汽温度在允许的范围内变化,并保护过热器管壁 温度不超过允许的工作温度。 在本设计用到串级控制系统中,主对象为送入负荷设 备的出口温度,副对象为减温器和过热器之间的蒸汽 温度,通过控制减温水的流量来实现控制过热蒸汽温 度的目的。 蒸汽锅炉工艺流程及控制要求 ? 蒸汽锅炉工艺流程及控制要求 锅炉是一个具有多输入、多输出且变量之间相互关联 的被控对象。 过热蒸汽温度控制系统:主要使过热器出口温度保持 在允许范围内,并保证管壁温度不超过工艺允许范围; 过热蒸汽温度控制对象的动态特性 ? 过热汽温调节对象 的扰动主要来自三 个方面:①蒸汽流 量变化(负荷变化); ②加热烟气的热量 变化;③减温水流 量变化(过热器入口 汽温变化)。通过对 过热汽温调节对象 作阶跃扰动试验, 可得到在不同扰动 作用下的对象动态 特性。 被控对象建模 在单回路控制系统中,控制减温水流量,实际上是改变过热器 出口蒸汽的热能,也就控制了出口蒸汽温度 调节器接受过热器出口蒸汽温度t变化后,调节器才开始动作, 去控制减温水流量W ,W的变化又要经过一段时间才能影响到蒸 汽温度t,这样既不能及早发现扰动,又不能及时反映控制的效 果,将使蒸汽温度t发生很大的动态偏差,影响锅炉生产的安全 和经济运行。 燃烧工况 温度设定值 控制信号 喷水流量 控制器 执行器 过热器 温度变送器 被控对象建模 ? 根据在减温水量扰动时,过热蒸汽温度有较大的容积迟延, 而减温器出口蒸汽温度却有明显的导前作用,完全可以构成 以减温器出口蒸汽温度为副参数,过热蒸汽温度为主参数的 串级控制系统 温度设定值 ? ? 温度主调节器 ? 副调节器 ? 阀 门 ? ? 减温水流量 扰动 减温器 ?2 ? ? 蒸汽流量或者烟 气热量扰动 过热器 ?1 过热蒸汽温度 温度变送器 温度变送器 传递函数的模型建立 ? 汽温控制对象的数学模型建立,采用工程整定的方法,即给喷水阀一个阶 跃扰动信号,然后多次记录减温器出口温度 和过热蒸汽出口温度 ,得到 两条阶跃响应曲线。 仿线( S ) 为 PID 调节器,其传递函数为: WT 1( S ) ? KP1 ? 1 S ? TdS ; Ti WT 2( S ) 为 P 调节器,其传递函数为: WT 2(S ) ? KP 2 ; 调节阀以及温度测量变换单元的传递函数: Kf =1; Wm1(S ) ? Wm2(S ) ? 1 ; f (t )、g(t ) 分别为减温水流量扰动以及蒸汽流量扰动; 仿真分析 ? Simulink仿真图 控制系统参数的整定 ? ? ? ? ? (1)先整定副调节器(p) 当副回路受到阶跃扰动时,在较短时间内副回路控制过程就告结束。在此 期间,主回路基本上不参加动作,可按单回路系统的整定方法整定副调节 器 采用逐次逼近法 副回路属于二阶模型采用Ziegler-Nichols,主回路采用临界比例法整定 首先对副回路: 控制系统参数的整定 ? 按照S曲线大致可以求出延时时间L=0.65、放 大系数K=0.53和时间常数T=51.114 控制系统参数的整定 ? 控制器类型 P PI PID 比例度 T/(K*L) 0.9T/(K*L) 1.2T/(K*L) 无穷 L/0.3 2.2L 采用Ziegler-Nichols法,根据下表得到: 积分时间 微分时间 0 0 0.5L 求得:Kp=148.37,将副回路的p参数置为148.37,副回路就作为随动作用再接着 调主回路,主回路采用临界比例法求PID参数。下图为副回路整定( Kp=148.37 ) 阶跃响应图 控制系统参数的整定 ? 此时副回路就作为随动作用再接着调主回路,主回路采用临界比例法求PID 参数,副回路整定不变,先调P得到等幅震荡,测得Tk=205.882 控制系统参数的整定 ? 根据临界比例法计算:(此时Kp=3.23、Tk=205.882) 调节器参数 调节器名称 P PI PID δ(%)s 2δs 2.26δs 1.7δs Ts/1.2 0.5Ts 0.125Ts T1(S) TD(S) 求出PID的Kp=1.9 Ti=102.54 Td=25.73 在系统中将配置求得参数得到阶跃响应: 控制系统参数的整定 ? 再次循环以上做法:副回路的p参数Kp=200,求出主回路PID的Kp=1.9 Ti=100 Td=60得到下图阶跃响应: ? 性能分析 ? 可以得到性能指标: 减温器处加入阶跃扰动后的系统响应 ? 超调量增加,但是调节时间减少 过热器处加入阶跃扰动后的系统响应 ? 超调量减少,调节时间也比单扰动下减少为244