利用DCS的过热汽温系统控制系统设计
一、集散控制系统分析
集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散控制系统。自70年代中期第一套集散控制系统问世以来，集散控制系统己经在工业控制领域得到广泛的应用，越来越多的仪表和控制工程师已经认识到集散控制系统必将成为过程工业自动控制的主流。集散控制系统的主要特性是它的集中管理和分散控制，而且，随着计算机技术的发展，网络技术己经使集散控制系统不仅主要用于分散控制，而且向着集成管理的方向发展。系统的开放不仅使不同制造厂商的集散控制系统产品可以互相连接，而且使得它们可以方便地进行数据交换。
DCS集散式温度控制系统图
二、DCS系统主要技术指标调研
（1）操作员站及工程师站：
CPU PⅢ850以上
内存128M以上
硬盘40G以上
软驱 1.44M
以太网卡INTEL 100M×2块
加密锁组态王加密锁
鼠标轨迹球
键盘工业薄膜键盘
显示器21寸
显示器分辨率1280×1024
过程控制站：
CPU PⅢ850以上
内存128M以上
硬盘40G以上
电子盘8M以上
软驱 1.44M
以太网卡INTEL 100M×1块
串行通讯卡485卡×1块（可选）
（2）I/O站技术指标
1）EF4000网络
EF-4000网络是多主站、双冗余高速网络，通信波特率为312.5K和1.25M可编程；EF4000网络配合EF4000系列测控站（前端），可以完成工业现场各类信号的采集、处理和各类现场对象的控制任务。
EF4000网络的主要技术指标如下：
挂网主站数≤31
挂网模块数≤100（不带网络中继器），最多240
通讯速率 1.25MBPS和312.5KBPS可编程
基本传输距离 1.2MBPS时≥500m，312.5KBPS时≥1600m
允许中继级数≤4级
双网冗余具备两个通信口互为冗余的功能
网络通讯方式半双工同步
传输介质聚乙稀双绞线
网络隔离度≥500Vrms
通信物理层全隔离、全浮空、平衡差动传输方式
有效传输字节不小于34K字节/S（1.25MBPS通讯速率）
2）通讯网卡主要技术参数
型号EF-4000网络─ EF4001
安装方式计算机PC总线扩展插槽插卡安装
尺寸160×75mm
宿主计算机具有AT插槽的IBM-PC及其兼容机
I/O地址硬件任选100、120、140、160、180、1A0、1C0七种
中断向量软件任意设定IRQ3、5、7、10、11、12、15或不使用耗电不大于1W
工作方式连续
可靠性指标MTBF80000Hr
运行环境温度0～60C°，相对湿度≤80%
3）模拟量输入前端
模块型号EF4101
输入通道数16路
通道隔离电压400V（峰—峰值）
网络隔离度≥500Vrms
通道采样时间80mS
A/D分辨率17位
测量精度〈0.2%
被测信号类型T/C、RTD、mV、mA
4）模拟量输出前端
模块型号EF4601
输出通道数6路（全隔离）
通道隔离电压500V
网络隔离度≥500Vrms
电压输出范围-10V ~ +10V
电流输出范围0 ~ 20 mA
控制精度0.2级
5）数字量输入前端
模块型号EF4201
输入通道数28路
通道隔离电压350V
网络隔离度≥500Vrms
计数速率≤500次/秒（低频通道）
计数速率≤8000次/秒（高频通道）
事件分辨率1mS（低频通道）
计数长度24位（三字节）
测频范围0 Hz ~ 8000 Hz（高频通道）
6）数字量输出前端
模块型号EF4203
输出通道数16路（EF4203）
通道隔离电压350V
网络隔离度≥500Vrms
结点开关电流≤100 mA
结点开关电压≤350 V
结点隔离电压≤350 V
结点闭合时间≤0.6 mS
结点断开时间≤0.15 ms
7）执行器脉冲控制单元
输出结点电压≤380 V
输出结点电流≤5A
系统网络采用国际上通用的Ethernet 网，通信速率为100Mbps，遵循IEEE 802.3协议。系统网络可直接与其他Ethernet网通信系统连接，也可挂接PC机作为网关连入厂级信息管理系统，加上管理功能，可方便地构成CIMS系统。
系统的可靠性：
过程控制站冗余配置、自动检测和自动进行无扰动切换；
网络服务器冗余配置、自动检测和自动进行无扰动切换；
现场总线层通讯网络冗余配置、自动检测和自动进行无扰动切换；
系统通讯网络冗余配置、自动检测和自动进行无扰动切换；
系统供电电源冗余配置、自动检测和自动进行无扰动切换；
直流供电电源冗余配置、自动检测和自动进行无扰动切换；
系统的平均无故障时间MTBF ＞100000小时。
三、主气温控制方案
1、主气温是单元机组的安全经济参数，主气温控制的目的就是要通过适当的调节而手段，使主气温度按照给定规律变化。
图为采用喷水调节的串级控制系统原理结构。
2、除了减温水量以外，影响过热器出口温度的其他主要因素还有蒸汽量扰动和烟气量扰动，统称为外部扰动。为了提高控制系统抵御外部干扰的能了，一般使用前馈的方法。右图为实际温度控制系统的结构图（SAMA图），图中同时还给出了控制回路的基本结构及调节器跟踪、手动和自动切换逻辑。
四、锅炉主蒸汽温度控制系统画面设计
1、主蒸汽温度控制系统的DCS实现
（1）用DCS实现上述温度控制系统式，需要从输入输出信号连接、控制回路组态、数据库组态及画面组态等几方面进行。
A、输入/输出信号连接
输入信号：主汽温度、喷水后温度、蒸汽流量、送风量及阀位信号
B、输出信号：阀位指令
C、DCS系统：I/O信号要分配I/O模件与端子单元，端子单元与I/O模件相对应。
（2）DCS中，操作员站上的所有显示操作画面均可通过工程师站上的图形组态软件来制作。下图为一个简单的操作画面
简单操作画面
2、根据锅炉汽水系统设备和运行要求，设计锅炉蒸汽控制系统监控画面。本文采用的控制减温喷水量来控制出口蒸汽的温度，即控制减温水阀门来控制。定义变量出口蒸汽温度、压力、流量，给水温度、压力、流量，减温喷水量，汽包水位，并设置相应的变量类型。锅炉汽温控制如下图所示。
运行系统图
自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计 专业电气工程及其自动化 姓名 班级 学号 指引教师 机电工程学院 12月
目录一课程设计设计目 二设计任务 三设计思想 四设计过程 五应用simulink进行动态仿真六设计总结 七参照文献
一、课程设计目： 通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、普通电学系统自动控制办法基本上，用MATLAB实现系统仿真与调试。 二、设计任务： 速度伺服控制系统设计。 控制系统如图所示，规定运用根轨迹法拟定测速反馈系数' k，以 t 使系统阻尼比等于0.5，并估算校正后系统性能指标。 三、设计思想： 反馈校正： 在控制工程实践中，为改进控制系统性能，除可选用串联校正方式外，经常采用反馈校正方式。常用有被控量速度，加速度反馈，执行机构输出及其速度反馈，以及复杂系统中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中一某些环节以实现校正，。从控制观点来看，采用反馈校正不但可以得到与串联校正同样校正效果，并且尚有许多串联校正不具备突出长处：第一，反馈校正能有效地变化
被包围环节动态构造和参数；第二，在一定条件下，反馈校正装置特性可以完全取代被包围环节特性，反馈校正系数方框图从而可大大削弱这某些环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统不利影响。 该设计应用是微分负反馈校正： 如下图所示，微分负反馈校正包围振荡环节。其闭环传递函数为 B G s （）=00t G s 1G (s)K s +（）=22t 1T s T K s ζ+（2+）+1 =22'1T s 21Ts ζ++ 试中，'ζ=ζ+t K 2T ，表白微分负反馈不变化被包围环节性质，但由于阻尼比增大，使得系统动态响应超调量减小，振荡次数减小，改进了系统平稳性。 微分负反馈校正系统方框图
第一部分 多容对象动态特性的求取 控制对象是指各种具体热工设备，例如热工过程中的各种热交换器，加热炉、锅炉、贮 液罐及流体输送设备等。尽管它们的结构和生产过程的物理性质很不相同，从控制的观点来 看它们在本质上有许多相似之处。控制对象是自动控制系统中的一个重要组成部分。它的输 出信号通常是生产过程中要求控制的被调量；它的输入信号是引起被调量变化的各种因素 (扰动作用和控制作用)。 对象的动态特性取决于它的内部过程的物理性质，设备的结构参数和运行条件等，原则 上可以用分析方法写出它的动态方程式。但是由于一般热工对象内部过程的物理性质比较复 杂，加之运行过程中的一些实际条件很难全面予以考虑，因此用分析方法并不容易得到动态 特性的精确数学表达式。比较常用的方法是在运行条件下通过实验来获得对象的动态特性。 根据测定到的对象阶跃响应曲线，可以把它拟合成近似的传递函数，根据阶跃响应曲线 求近似传递函数有很多方法，采用的传递函数在形式上也是各式各样 有自平衡能力的高阶对象的阶跃响应曲线如图所示: 无迟延一阶对象阶跃响应曲线 选定的传递函数的形式为 ()() 1N K W S TS = + 即采用一个n 阶等容惯性环节来近似表征。 上式中有三个待定的参数：放大系数K ，时间常数T 和阶数n ，传递函数的放大系数K 的求取方法按前面求取公式确定。 (1)作稳态值的渐近线y(∞)，则 ()() 0Y Y K μ ∞-= ? 在试验获得的阶跃响应曲线上，求得y(t 1)＝0.4y(∞)及y(t 2)＝0.8y(∞)时对应的时间 t 1、t 2 后，利用下式求阶数n ： 利用两点法公式可知（见《热工控制系统》谷俊杰，课本62 页公式）：由曲线可知放大
目录 概述 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1 中英文摘要 - - - - - - - - - - - - - - - - - -3第一章绪论 - - - - - - - - - - - - - - - - -5 1.1控制系统基本原理及组成 1.2汽温控制系统的被控对象 1.3本课程设计的题目及任务 第二章过热汽温控制 - - - - - - - - - - - - - -8 2.1 过热汽温控制的任务 2.2 过热汽温控制的难点及设计原则 2.3 过热汽温对象模型的建立及其特性 第三章过热汽温控制系统的设计 - - - - - - - - -15 3.1 过热汽温系统的串级控制方案 3.2 具体设计方案 3.3 设计的论证 3.4 控制系统的切换 第四章课程设计总结及体会 - - - - - - - - - - -28 4.1课程设计总结 4.2体会 结束语 - - - - - - - - - - - -- - - - - - - -31 参考文献 - - - - - - - - - - - - - - - - - -32
概述 单元机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群。由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操纵或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性，因此，目前，采用以分散微机为基础的集散型控制系统（TDCS）组成一个完整的控制、保护、监视、操作及计算等多功能自动化系统。 在现代火力发电厂热工控制中，锅炉过热蒸汽温度是影响锅炉生产过程安全性和经济性的重要参数,也是整个汽水行程中工质的最高温度，对电厂的安全经济运行有重大影响。由于过热器正常运行时的温度已接近材料允许的极限温度，因此，必须相当严格地将过热汽温控制在给定值附近。过热汽温偏高会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀变形而损坏，威胁机组的安全运行。过热汽温偏低则会降低机组的热效率，增加燃料消耗量，浪费能源，同时会使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片的水蚀，从而缩短汽轮机叶片的使用寿命，所以过热蒸汽温度过高或过低都是生产过程所不允许的。 过热蒸汽温度一般可以看作多容分布参数受控对象，其动态特性描述可用多容惯性环节表示，该对象具有明显的滞后特性。现代锅炉机组大多采用那些大容量、高参数、高效率的大型锅炉，其过热器管道加长，结构也更复杂。在锅炉运行中，影响过热器出口蒸汽温度的因素很多，有蒸汽流量、燃烧状况、锅炉给水温度、流经过热器的烟气温度、流量、流速等等。在这些因素的共同作用下，过热汽温对象除了具有多容、大惯性、大延迟特性之外，往往表现出一定的非线性和时变特性，因此，过热汽温控制是锅炉各项控制中较为困难的任务之一。针对上述情况设计的过热汽温控制系统，既要求对烟气侧扰动及负荷扰动等较大外扰具有足够快的校正速度，同时又要求对减温水内扰有较强的抑制能力，从而使系统具有足够的稳定性和良好的控制品质，并能保证系统运行的安全性。因此，能否对过热汽温进行有效的控制，研究如何改善过热汽温系统的控制品质，对电厂能否安全稳定运行来说是至关重要的，在经济性上也有十分重要的意义。
目录 1引言 (3) 1.1编写目的 (3) 1.2背景 (3) 1.3技术简介 (4) https://www.doczj.com/doc/492061528.html,简介 (4) 1.3.2SQL Server2008简介 (5) 1.3.3Visual Studio2010简介 (5) 1.4参考资料 (6) 2总体设计 (8) 2.1需求规定 (8) 2.2运行环境 (8) 2.3数据库设计 (8) 2.3.1数据库的需求分析 (9) 2.3.2数据流图的设计 (9) 2.3.3数据库连接机制 (10) 2.4结构 (11) 2.5功能需求与程序的关系 (11) 3接口设计 (12) 3.1用户接口 (12) 3.2外部接口............................................................................................错误！未定义书签。 3.3内部接口............................................................................................错误！未定义书签。4运行设计.....................................错误！未定义书签。 4.1运行模块组合....................................................................................错误！未定义书签。 4.2运行控制............................................................................................错误！未定义书签。 4.3运行时间............................................................................................错误！未定义书签。5测试 (13)
概述 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1 中英文摘要 - - - - - - - - - - - - - - - - - -3第一章绪论 - - - - - - - - - - - - - - - - -5 1.1控制系统基本原理及组成 1.2汽温控制系统的被控对象 1.3本课程设计的题目及任务 第二章过热汽温控制 - - - - - - - - - - - - - -8 2.1 过热汽温控制的任务 2.2 过热汽温控制的难点及设计原则 2.3 过热汽温对象模型的建立及其特性 第三章过热汽温控制系统的设计 - - - - - - - - -15 3.1 过热汽温系统的串级控制方案 3.2 具体设计方案 3.3 设计的论证 3.4 控制系统的切换 第四章课程设计总结及体会 - - - - - - - - - - -28 4.1课程设计总结 4.2体会 结束语 - - - - - - - - - - - -- - - - - - - -31 参考文献 - - - - - - - - - - - - - - - - - -32
单元机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群。由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操纵或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性，因此，目前，采用以分散微机为基础的集散型控制系统（TDCS）组成一个完整的控制、保护、监视、操作及计算等多功能自动化系统。 在现代火力发电厂热工控制中，锅炉过热蒸汽温度是影响锅炉生产过程安全性和经济性的重要参数,也是整个汽水行程中工质的最高温度，对电厂的安全经济运行有重大影响。由于过热器正常运行时的温度已接近材料允许的极限温度，因此，必须相当严格地将过热汽温控制在给定值附近。过热汽温偏高会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀变形而损坏，威胁机组的安全运行。过热汽温偏低则会降低机组的热效率，增加燃料消耗量，浪费能源，同时会使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片的水蚀，从而缩短汽轮机叶片的使用寿命，所以过热蒸汽温度过高或过低都是生产过程所不允许的。 过热蒸汽温度一般可以看作多容分布参数受控对象，其动态特性描述可用多容惯性环节表示，该对象具有明显的滞后特性。现代锅炉机组大多采用那些大容量、高参数、高效率的大型锅炉，其过热器管道加长，结构也更复杂。在锅炉运行中，影响过热器出口蒸汽温度的因素很多，有蒸汽流量、燃烧状况、锅炉给水温度、流经过热器的烟气温度、流量、流速等等。在这些因素的共同作用下，过热汽温对象除了具有多容、大惯性、大延迟特性之外，往往表现出一定的非线性和时变特性，因此，过热汽温控制是锅炉各项控制中较为困难的任务之一。针对上述情况设计的过热汽温控制系统，既要求对烟气侧扰动及负荷扰动等较大外扰具有足够快的校正速度，同时又要求对减温水内扰有较强的抑制能力，从而使系统具有足够的稳定性和良好的控制品质，并能保证系统运行的安全性。因此，能否对过热汽温进行有效的控制，研究如何改善过热汽温系统的控制品质，对电厂能否安全稳定运行来说是至关重要的，在经济性上也有十分重要的意义。
作者简介: 李学明(1965),襄樊发电有限责任公司高级工程师,华北电力大学(北京)在读博士研究生。过热蒸汽温度控制系统优化 李学明1,刘吉臻1,李志军1,朱广华2,李 军2 (11华北电力大学,北京 102206;21襄樊发电有限责任公司,湖北襄樊 441141) [摘 要] 针对300MW 火电机组锅炉过热汽温系统二级减温器后两侧温度的差异情况,确定了过热汽 温控制系统的优化方案:增加1个副调节器,使每个二级喷水阀单独由1个串级回路的副调节器输出进行 控制。优化后的系统可以对温度高的一侧增加喷水量,对温度低的一侧减少喷水量,保证二级喷水总量不变。该方案经仿真实验后应用于实际,取得了明显效果。该优化方案适用于采用分散控制系统且有分隔屏过热器的锅炉。 [关键词] 火电机组;过热蒸汽;温度控制;控制系统优化;调节[中图分类号]T K323 [文献标识码]A [文章编号]1002 3364(2004)05 0042 03 目前,世界各国制造的大容量高参数锅炉过热蒸汽温度多数控制在540℃ 以上。为保证汽轮机的安全经济运行,在规定负荷下,对过热蒸汽温度提出了较高的要求,即要将其控制在额定值的+5℃～-10℃范围内。但过热蒸汽系统是一个有迟延、有惯性的复杂热力系统,实际运行中经常出现超温和温度过低的情况。本文介绍襄樊电厂在3号锅炉上对过热蒸汽温度控制系统所做的试验、分析及优化工作。 1 过热汽温热力系统结构 襄樊电厂3号炉是上海锅炉厂生产的SG 1025/17.53M842亚临界自然循环汽包炉,过热蒸汽压力和温度分别是17.53MPa 和540℃。过热汽温热力系统结构如图1所示,从锅炉汽包的汽水分离器分离出来的蒸汽经低温过热器加热后,由一级减温器减温后,分别进入左右(A 、B )侧分隔屏过热器加热。二级减温器控制分隔屏过热器出口过热蒸汽温度。过热蒸汽经二级减温器后进入联箱中混合,再进入高温过热器,在高温过热器中加热后,经过热蒸汽管道进入汽轮机高压缸。 图1 过热汽温热力系统结构 2 过热蒸汽温度控制 过热蒸汽温度设计采用喷水减温,即通过改变减温水阀门开度来改变减温水量,控制蒸汽温度。一级喷水阀控制采用典型的串级控制系统,系统中有主副2个调节器,分隔屏过热器出口温度测量值作为主信 号,一级喷水阀出口温度信号是导前信号,主调节器输出作为副调节器的定值。汽机第一级压力信号经函数修正后作为主调节器的定值。二级喷水阀控制与一级喷水阀控制相似,不同之处在于导前信号取的是二级喷水阀后温度的平均值。图2是二级喷水阀串级控制 技术交流 42 热力发电?2004(05)
液位自动控制系统设计 与调试 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
课程设计 2016年6月17日
电气信息学院 课程设计任务书 课题名称液位自动控制系统设计与调试 姓名专业班级学号 指导老师沈细群 课程设计时间2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周） 教研室意见同意开题。审核人：汪超林国汉 一.课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。
2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
实验一 串级过热汽温控制系统的设计与参数整定 一、实验目的 1) 熟悉串级控制系统的组成和工作原理。 2) 掌握串级回路理论整定方法，获得理想整定参数。 3) 掌握Matlab 设计系统框图的方法。 二、实验设备 计算机 三、实验原理 过热汽温控制对象导前区的迟延和惯性比惰性区要小，而且副调节器又选用P 或PD 控制规律，在这种情况下，内回路的控制过程要比外回路的控制过程快得多。此时，串级汽温控制系统可以采取内、外回路分别整定的方法进行整定。控制系统原理如图1所示 图1 串级过热汽温控制系统原理框图 其中各环节的传递函数为： 2 212110 1223 22 0111 1 (); ()(1) 9()()()(/)(115)(125) 8()(/)(115)0.1(/) 1 T T i O O O O Z W s W s T S W s W s W s C V S S W s C V S V C K K θθμδδγγ?= = + ==++=+=== 当ψ＝0·75时，主、副调节器的理论整定参数为，10.5δ=，20.04δ=，174()i T s =。 四、实验内容和步骤 1) 打开Matlab ，然后单击 图标或者在命令行键入simulink ，启动simulink 程序。 2) 新建一个文件，按照图2设计系统框图。
3)系统设计完毕后，此处调节为1000，点击左边箭头启动， 双击示波器观察波形。 4)对上图中PID模块进行调试，使超调量为45%左右，调节时间500以内，衰减比4：1 左右。根据下表所给范围选择7组数据，进行调试。 A.先整定主调节器，然后整定副调节器。 B.对于每个调节器，先整定P值，将比例控制作用由小变到大，观察各次响应，直至得 到反应快、超调小的响应曲线。 C.然后整定I值，减小积分时间加大积分作用，并相应调整比例系数，反复试凑至得到 满意的相应，确定比例和积分的参数。 注意：调节PID模块时，将调节器传递函数展开，公式P+I/s+Ds对应P，I，D三个参数。 五、实验报告要求 1)记录下ψ＝0·75，0.9时最后整定值。 2)绘制出整定后的波形，并求出相应的超调量，调节时间，衰减比。 3)分析P和I参数对输出的影响。
引言 近年来，随着电力工业的飞速发展，大容量火电机组已成为各电厂中的主要机组，它对系统运行的安全性、经济性和系统的自动化程度提出了更高的要求。与此同时，对过热汽温控制系统的要求也越来越高。 火电厂锅炉汽温控制系统具有大迟延、大惯性的特点，且影响汽温变化的扰动因素很多，如蒸汽负荷、烟气温度和流速、火焰中心位置、减温水量、给水温度等等，这些扰动会极大影响机组的安全、经济运行。正常运行时的锅炉燃烧系统须使出口的过热汽温维持在一定范围内，该参数的控制质量直接影响着机组运行的安全性和经济性。过热蒸汽温度过高，可能造成过热器、蒸汽管道及汽轮机的高压部分金属损坏；过热蒸汽温度过低，会降低汽轮机的效率，加剧对叶片的侵蚀。 针对过热汽温调节对象调节通道惯性迟延大、被调量信号反馈慢的特点，应该从对象的调节通道中找出一个比被调量反应快的中间点信号作为调节器的补充反馈信号，以改善对象调节通道的动态特性，提高调节系统的质量。 目前采用的过热蒸汽温度调节系统主要有两种方案: 一种是串级控制, 另一种是导前汽温微分信号控制。本设计所采用的汽温控制方案为导前汽温微分控制。这种控制系统的结构特点是：只用了一个调节器，调节器的输入取了两个信号。一个信号是主汽温经变送器直接进入调节器的信号，另一个信号则是减温器后的温度经微分器后送入调节器的信号。 本设计通过理论计算与仿真研究相结合的方法，将导前微分控制应用于过热汽温控制方案中，改善了控制对象的动态特性和控制品质。该方案的可行性和该控制系统的优点，为进一步研究和设计这种控制系统提供了理论基础。
第一章过热汽温控制系统概述 1.1 过热蒸汽温度控制的任务 现代锅炉的过热器是在高温、高压条件下工作的，锅炉出口的过热蒸汽温度是整个汽水行程中共质的最高温度，对于电厂的安全经济运行有重大影响。 锅炉过热器是由辐射过热器、对流过热器和减温器等组成。其任务是将汽包出来的饱和蒸汽加热到一定数值，然后送往汽机去作功。通常称减温器前的过热器为前级过热器，减温器后的过热器为后级过热器。由于过热器承受高温高压，它的材料采用耐高温、高压的合金钢。过热器正常运行的温度已接近钢材允许的极限温度，强度方面的安全系数也很小，因此，必须相当严格地将过热汽温控制在给定值附近。中、高压锅炉过热汽温的暂时偏差不允许超过±10℃，长期偏差不允许超过±5℃，这个要求对于汽温控制系统来说是非常高的。汽温过高会使过热器和汽机高压缸承受过高的热应力而损坏，汽温偏低会降低机组热效率，影响经济运行。 图1-1所示为锅炉过热蒸汽温度控制系统的结构图。 图1-1 过热汽温控制系统
北方民族大学学士学位论文论文题目:温度自动控制系统的设计 北方民族大学教务处制
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
课程设计任务书 题目: 锅炉过热蒸汽温度控制系统设计 摘要 本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计。控制系统采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。 关键字：过热蒸汽控制串级控制系统自动控制主控-串级切换 目录 1 生产工艺介绍 .................................................. 错误！未定义书签。 1.1 锅炉设备介绍............................................................................ ３ 1.2 蒸汽过热系统的控制................................................................ ５2控制原理简介 ..................................................................................... ６ 2.1控制方案选择............................................................................. ６ 2.1.1单回路控制方案................................................................. ６
实验三 过热汽温串级控制系统仿真实验 一、实验目的 1、了解过热汽温串级控制系统的结构组成。 2、掌握过热汽温串级控制系统的性能特点。 3、掌握串级控制系统调节器参数的实验整定方法。 4、分析不同负荷下被控对象参数变化对控制系统控制品质的影响。 二、实验原理 本实验以某300MW 机组配套锅炉的过热汽温串级控制系统为例，其原理结构图如下图所示： 过热器 过热器 喷水 减温器 图3－1 过热汽温串级控制系统原理结构图 由上图，可得过热汽温串级控制系统的方框图如下： 扰动 图3－2 过热汽温串级控制系统方框图
● 主调节器 在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中主调节器()1T W s 采用比例积分微分（PID ） 调节器，其传递函数为： ()1111111111 1T d p i d i W s T s K K K s T s s δ??= ++=++ ??? 式中：1p K ——主调节器比例系数(111p K δ=)； 1i K ——主调节器积分系数(1111i i K δ=)； 1d K ——主调节器微分系数(111d d K T δ=)。 ● 副调节器 在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中副调节器()2T W s 采用比例（P ）调节器， 其传递函数为： ()222 1 T p W s K δ= = 式中：2p K ——副调节器比例系数(221p K =)。 ● 导前区对象 在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中导前区对象()2W s 在50％和100％负荷下 的传递函数分别为： （1）50％负荷下导前区对象传递函数： ()3.076 251s -+ （2）100％负荷下导前区对象传递函数：() 0.815 181s -+ ● 惰性区对象 在图3－2所示的过热汽温串级控制系统中惰性区对象()1W s 在50％和100％负荷下 的传递函数分别为： （1）50％负荷下惰性区对象传递函数： () 3 1.119 421s + （2）100％负荷下惰性区对象传递函数： () 3 1.276 181s +
《计算机控制技术》 课程设计 学生姓名： 学号： 专业班级：电气工程及其自动化（1）班 指导教师： 二○一二年十月二十九日
目录 1.课程设计目的 (3) 2.课程设计题目和要求 (3) 3.设计内容 (3) 4.设计总结 (10) 4.参考书目 (11) 5.附录
1.课程设计目的 通过本课程设计, 主要训练和培养学生的以下能力: (1).查阅资料：搜集与本设计有关部门的资料(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； (2).方案的选择：树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性,并注意提高分析和解决实际问题的能力； (3).迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力； (4).用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 2.课程设计题目和要求 题目：PWM温度自动控制系统的设计 要求： 1.要求设计温度控制系统，设定温度为230度，采用电阻丝作为加热器件，要求无余差，超调小，加热速度快。 2.硬件采用51系列单片机，采用固态继电器作为控制元件。 3采用keil c作为编程语言，采用结构化的设计方法。 4.要求用protel设计出硬件电路图。 5画出系统控制框图。 6 画出软件流程图。 3.设计内容 3.1 PID控制原理 将偏差的比例，积分和微分通过线性组合构成控制量，用这一控制对被控对象进行控制，这一样的控制器称PID控制器
3.1.1．模拟PID控制原理 在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。为了说明控制器 (t)与实际输出信号n(t)进行比的原理，以图1.1的例子说明。给定输入信号n (t)-n(t),经过PID控制器调整输出控制信号u(t),u(t)对目较，其差值e(t)=n 标进行作用，使其按照期望运行。 常规的模拟PID控制系统原理框图如同1.2所示。该系统有模拟PID和被控对象组成。图中r(t)是给定的期望值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值，给定值与实际值构成控制偏差e(t): e(t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制的输出和被控对象的输入。构成PID和被控对象的输入。构成PID控制的规律为： 其中：Kp为控制器的比例系数 Ti为控制器的积分时间，也称积分系数 Td为控制器的未分时间，也称微分系数
课程实验总结报告 实验名称:过热汽温控制系统实践 课程名称:专业综合实践：大型火电机组热控系统设计及实现（3）
1 概述 (2) 2 一级过热减温控制 (2) 2.1 相关图纸 (2) 2.2 控制系统原理 (2) 2.3 控制系统结构 (3) 2.4 控制逻辑与分析 (3) 3 实验过程 (7) 3.1 对象特性实验 (7) 3.2 对象传递函数 (7) 3.3 参数整定 (8) 3.3.1 正反作用确定 (8) 3.3.2 实验步骤 (8) 3.3.3 原PID参数 (8) 4 总结 (10) 4.1 正反作用分析 (10) 4.2 串级控制优点 (10)
1 概述 过热汽温(过热蒸汽的温度)的控制就是维持过热出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度控制系统是单元机组不可缺少的重要组成部分，其性能和可靠性已成为保证单元机组安全性和经济性的重要因素。过热蒸汽温度较高时，机组热效率则相对较高，但过高时，汽机的金属材料又无法承受，气温过低则影响机组效率。过热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行非常重要，所以对其控制有较高的要求。但是由于过热蒸汽温度是一个典型的大迟延、大惯性、非线性和时变性的复杂系统，本次实验我们设计采用串级控制以提高系统的控制性能。在双鸭山600MW超临界机组的过热蒸汽系统中，采用了二级喷水减温来控制主汽温，使用的控制策略均为串级控制。 2 一级过热减温控制 2.1 相关图纸 SPCS-3000控制策略管理-8号站-145页、146页 2.2 控制系统原理 过热减温A侧控制系统是串级PID控制系统。通过调节一级减温喷水调节阀，改变一级减温器喷水流量，控制一级减温器出口温度。然后主蒸汽经过过热器，进而达到调节二级减温器入口侧蒸汽温度。两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵电动门，从而对主被控变量具有更好的控制效果。在减温水串级控制系统中，副回路具有快速控制作用，当蒸汽温度发生变化时能快速实现调节作用，同时它能有效地克服进入副回路的扰动的影响，改善了对象的动态特性。
目录 摘要…………………………………………………………………第1章任务要求和方案设计…………………………………… 1.1 任务要求……………………………………………………… 2.1 总体方案确定及元件选择…………………………………….. 2.1.1 总体设计框图……………………………………………… 2.1.2 控制方案确定………………………………...…………… 2.1.3 系统组成……………………………………………… 2.1.4 单片机系统……………………………………….. 2.1.15 D/A转换........................................................................... 2.1.5 晶闸管控制………………………………………... 2.1.6 传感器……………………………………………… 2.1.7 信号放大电路………………………………………. 2.1.8 A/D转换……………………………………………. 2.1.9 设定温度及显示……………………………………. 第2章系统硬件设计……………………….…………………2.1 系统硬件框图……………………………………………2.2 系统组成部分之间接线分析…………………………… 第3章系统软件设计…………………………………………. 3.1程序流程图..…………………………………..…………… 第4章参数计算……………………………..………………... 4.1 系统各模块设计及参数计算 4.1.1、温度采集部分及转换部分
4.1.2、传感器输出信号放大电路部分:........................... 4.1.3、模数转换电路部分:............................ 4.1.4、ADC0804芯片外围电路的设计：....................... 4.1.5、数值处理部分及显示部分:............................. 4.1.6、PID算法的介绍....................................: 4.1.7、A/D转换模块.......................................... 4.1.7、A/D转换模块................................... 4.1.8 单片机基本系统调试............................... 4 .1. 9 注意事项：................................................................ 第5章测试方法和测试结果 5.1 系统测试仪器及设备 5.2 测试方法 5.3 测试结果 结束语........................................... 参考文献.…………………………………….……….……………
利用DCS的过热汽温系统控制系统设计 一、集散控制系统分析 集散控制系统是以微处理器为基础的集中分散控制系统。自70年代中期第一套集散控制系统问世以来，集散控制系统己经在工业控制领域得到广泛的应用，越来越多的仪表和控制工程师已经认识到集散控制系统必将成为过程工业自动控制的主流。集散控制系统的主要特性是它的集中管理和分散控制，而且，随着计算机技术的发展，网络技术己经使集散控制系统不仅主要用于分散控制，而且向着集成管理的方向发展。系统的开放不仅使不同制造厂商的集散控制系统产品可以互相连接，而且使得它们可以方便地进行数据交换。 DCS集散式温度控制系统图 二、DCS系统主要技术指标调研 （1）操作员站及工程师站： CPU PⅢ850以上 内存128M以上 硬盘40G以上 软驱 1.44M 以太网卡INTEL 100M×2块 加密锁组态王加密锁 鼠标轨迹球 键盘工业薄膜键盘 显示器21寸 显示器分辨率1280×1024 过程控制站： CPU PⅢ850以上 内存128M以上 硬盘40G以上 电子盘8M以上 软驱 1.44M 以太网卡INTEL 100M×1块 串行通讯卡485卡×1块（可选） （2）I/O站技术指标 1）EF4000网络 EF-4000网络是多主站、双冗余高速网络，通信波特率为312.5K和1.25M可编程；EF4000网络配合EF4000系列测控站（前端），可以完成工业现场各类信号的采集、处理和各类现场对象的控制任务。 EF4000网络的主要技术指标如下： 挂网主站数≤31 挂网模块数≤100（不带网络中继器），最多240 通讯速率 1.25MBPS和312.5KBPS可编程 基本传输距离 1.2MBPS时≥500m，312.5KBPS时≥1600m 允许中继级数≤4级 双网冗余具备两个通信口互为冗余的功能 网络通讯方式半双工同步 传输介质聚乙稀双绞线 网络隔离度≥500Vrms
" 目录 概述 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1中英文摘要 - - - - - - - - - - - - - - - - - -3第一章绪论 - - - - - - - - - - - - - - - - -5控制系统基本原理及组成 汽温控制系统的被控对象 本课程设计的题目及任务 … 第二章过热汽温控制 - - - - - - - - - - - - - -8过热汽温控制的任务 过热汽温控制的难点及设计原则 过热汽温对象模型的建立及其特性 第三章过热汽温控制系统的设计 - - - - - - - - -15过热汽温系统的串级控制方案 具体设计方案 设计的论证 】 控制系统的切换 第四章课程设计总结及体会 - - - - - - - - - - -28课程设计总结 体会 结束语 - - - - - - - - - - - -- - - - - - - -31 参考文献 - - - - - - - - - - - - - - - - - -32
& 概述 单元机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群。由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操纵或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性，因此，目前，采用以分散微机为基础的集散型控制系统（TDCS）组成一个完整的控制、保护、监视、操作及计算等多功能自动化系统。 在现代火力发电厂热工控制中，锅炉过热蒸汽温度是影响锅炉生产过程安全性和经济性的重要参数,也是整个汽水行程中工质的最高温度，对电厂的安全经济运行有重大影响。由于过热器正常运行时的温度已接近材料允许的极限温度，因此，必须相当严格地将过热汽温控制在给定值附近。过热汽温偏高会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀变形而损坏，威胁机组的安全运行。过热汽温偏低则会降低机组的热效率，增加燃料消耗量，浪费能源，同时会使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片的水蚀，从而缩短汽轮机叶片的使用寿命，所以过热蒸汽温度过高或过低都是生产过程所不允许的。 过热蒸汽温度一般可以看作多容分布参数受控对象，其动态特性描述可用多容惯性环节表示，该对象具有明显的滞后特性。现代锅炉机组大多采用那些大容量、高参数、高效率的大型锅炉，其过热器管道加长，结构也更复杂。在锅炉运行中，影响过热器出口蒸汽温度的因素很多，有蒸汽流量、燃烧状况、锅炉给水温度、流经过热器的烟气温度、流量、流速等等。在这些因素的共同作用下，过热汽温对象除了具有多容、大惯性、大延迟特性之外，往往表现出一定的非线性和时变特性，因此，过热汽温控制是锅炉各项控制中较为困难的任务之一。针对上述情况设计的过热汽温控制系统，既要求对烟气侧扰动及负荷扰动等较大外扰具有足够快的校正速度，同时又要求对减温水内扰有较强的抑制能力，从而使系统具有足够的稳定性和良好的控制品质，并能保证系统运行的安全性。因此，能否对过热汽温进行有效的控制，研究如何改善
锅炉过热蒸汽温度控制系统 在燃煤锅炉运行中，过热蒸汽温度是一个很重要的控制参数。过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度较高，可能造成过热器蒸汽管道损坏；过热蒸汽温度过低，会降低内功率。所以在锅炉运行中，必须保持过热蒸汽温度稳定在规定值附近。 本文介绍模糊控制在中小型燃煤锅炉过热蒸汽温度中的应用，采用模糊控制系统的思路，并用此方法控制燃煤锅炉的过热蒸汽温度，使得锅炉过热蒸汽温度即使在扰动幅度较大的情况下仍能保持平稳。模糊控制的控制算法不依赖于对象的数学模型,算法简单,易于实现,且对干扰和对象模型时变具有较强的适应性，它能根据输出偏差的大小进行自动调节，使输出达到给定值。能提高国内锅炉的燃烧效率、燃料适应性、负荷调节性能、污染、灰渣等众多独特优点而受到越来越广泛的重视，在电力、供热、工厂蒸汽生产中得到越来越广泛的应用。 以某600MW汽轮发电机组的汽包锅炉为例，其过热蒸汽生产流程简图和流程图如下图所示： 过热蒸汽流程图
1． 1 过热蒸汽温度控制的任务 过热蒸汽温度控制的主要任务是维持过热器出口温度在允许的范围之内，并保护过热器，使其管壁温度不超过允许的工作温度。过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点，蒸汽温度过高会使过热器管壁金属强度下降，以至烧坏过热器的高温段，严重影响安全；过热蒸汽温度偏低，则会降低发电机组能量转换效率。据分析，气温每降低5℃，热经济性将下降 1 ％；且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽湿度增大,甚至使之带水，严重影响汽轮机的安全运行。该机组要求控制过热蒸汽温在5 3 8～ 5 4 8℃的范围内。 2 ．2 影响过热蒸汽温度的主要因素 2 ．2． 1 燃料、给水比(煤水比) 只要燃料、给水比的值不变，过热汽温就不变。只要保持适当的煤水比，在任何负荷和工况下，直流锅炉都能维持一定的过热汽温。 2．2． 2 给水温度 正常情况下，给水温度一般不会有大的变动；但当高压加热器因故障退出运行时，给水温度就会降低。对于直流锅炉，若燃料不变，由于给水温度降低时，加热段会加长、过热段缩短，因而过热汽温会随之降低，负荷也会降低。 2．2． 3 过剩空气系数 过剩空气系数的变化直接影响锅炉的排烟损失。影响对流受热面与辐射受热面的吸热比例。当过剩空气系数增大时，除排烟损失增加、锅炉效率降低外炉膛水冷壁吸热减少，造成过热器进口温度降低、屏式过热器出口温度降低；虽然对流过热器吸热量有所增加，但在煤水比不变的情况下，末级过热器出口汽温会有所下降。过剩空气系数减小时的结果与增加时的相反。若要保持过热汽温不变，则需重新调整煤水比。 2．2． 4 火焰中心高度 火焰中心高度变化造成的影响与过剩空气系数变化的影响相似。在煤水比不变的情况下，火焰中心上移类似于过剩空气系数增加，过热汽温略有下降；反之，过热汽温略有上升。若要保持过热温不变，亦需重新调整煤水比。 2．2． 5 受热面结渣 煤水比不变的调节下，炉膛水冷壁结渣时，过热汽温会有所降低；过热器结渣或积灰时，过热汽温下降较明显。前者情况发生时，调整煤水比就可；后者情况发生时，不可随便调整煤水比，必须在保证水冷壁温度不超限的前提下调整煤水比。对于直流锅炉，在水冷壁温度不超限的条件下，后四种影响过热汽温因素都可以通过调整煤水比来消除；所以，只要控制、调节好煤水比，在相当大的负荷范围内，直流锅炉的过热汽温可保持在额定值。此优点是汽包锅炉无法比拟的；但煤水比的调整，只有自动控制才能可靠完成。