目录
1系统整体控制方案 (1)
1.1炉膛负压概述 (1)
1.2控制过程简述 (1)
1.3控制系统选择 (2)
1.4 系统流程图 (3)
2 仪表的选型 (3)
2.1 压力计选型 (3)
2.2 引风机选型 (4)
2.3 炉膛压力测量 (4)
3 系统方框图 (5)
4 被控对象特性 (5)
4.1 炉膛动态特性 (5)
4.2 控制算法的选择 (5)
5 系统仿真 (6)
5.1 各环节传递函数 (6)
5.2 matlab仿真 (7)
课程设计总结 (8)
参考文献 (8)
（燃煤锅炉）炉膛负压单回路控制系统
一，系统整体控制方案（燃煤锅炉）
1，炉膛负压概述
炉膛压力是指送入炉膛内的空气、煤粉及烟气和引风机吸走的烟气量之间的平衡关系，即指炉膛顶部的烟气压力。
炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。
炉膛负压的大小受引风量、鼓风量与压力三者的影响。锅炉正常运行时，炉膛通常保持负压-40 ~ -60Pa。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加。
2，控制过程简述
使用压力表检测出炉内压力,把压力信号转换为电流4-20 mA信号,用转换来的电信号控制引风机变频器的频率.通过频率的改变使引风机的引风量得到控制。
炉膛负压是一个快过程，只要PI参数整定合适，一般采用单回路闭环负反馈，控制量为引风机的变频器即可达到目的。
炉膛负压的控制对象是引风机挡板所控制的引风量，炉膛负压的动态特性是引风量阶跃变化时，炉膛负压随时间变化的特性，如下图1所示。由于炉膛负压反应很快，可做比例特性来处理。
G
Pf
G
t
t
图1 炉膛负压比例特性
炉膛负压给定由仪表调节器面板设定，同炉内负压检测和变送器检测到的负压实际值比较，经仪表调节器 PI 运算后输出 4 ～ 20 mA 电信号，作为变频器频率给定信号，用于变频器控制电机转速，达到自动控制风量的目的。
3，控制系统的选择
系统采用单回路控制系统，即一个调节器，一个执行器，一个检测变送器，只有一个闭环。控制对象为锅炉炉膛，测量元件采用压差变送器，执行器是炉膛引风机变频器。
被控变量是炉膛顶部烟气出口压力。
给定值为系统需要的合适的炉膛压力值，测量值由炉膛顶端压力计测量得到。
操控变量是引风机变频器频率。
干扰为炉膛内引风量落后于燃料量和鼓风量的控制，可能引起系统大的波动，造成不稳定因素压力变化等。
控制信号为调节器根据偏差信号计算出得到的用以控制引风机变频器的4-20 mA电流信号。
4，系统流程图：
PT
PC
锅炉
风机变频器
图2 系统流程图
二，仪器仪表的选型
1，压力计
由于炉膛温度高，压力小，且一般是负压，所以选用压力传感器，可采用炉膛负压传感器。
图3 PTP802 供应炉膛负压传感器
压力传感器PTP802差压变送器采用OEM硅压阻式差压芯体组装而成，外壳为铝合金结构。两个压力接口为M10螺纹和旋塞结构，可直接安装在测量管道上或通过引压管连接。广泛应用于锅炉送风、井下通风等电力、煤炭行业压力过程控制领域。
主要技术参数: 量程: -50Pa~0～50Pa~200Pa～1KPa～1MPa 综合精度: 0.5%FS、1.0%FS 输出信号: 1.0mV/V、2.0mV/V(四线制)，4～20mA(二线制)、0～5V、1～5V、0～10V(三线制) 供电电压: 24DCV(9～36DCV) 介质温度:
-20～85℃环境温度: 常温(-20～85℃) 负载电阻: 电流输出型：最大800Ω；电压输出型：大于50KΩ绝缘电阻: 大于2000MΩ (100VDC 密封等级: IP65 长期稳定性能: 0.1%FS/年振动影响: 在机械振动频率20Hz～1000Hz内，输出变化小于0.1%FS 电气接口(信号接口): 引出导线机械连接(螺纹接口): M10×1。
2，引风机
将锅炉燃烧产物（烟气）从锅炉尾部吸出，并经烟囱排入大气的风机。安装在锅炉除尘器之后，亦称吸风机。由于燃煤锅炉烟气中还有较多粉尘，对引风机磨损作用较大，因此引风机转速不宜大于1000r/min，一般取500-750r/min。其电机选用变频电机，用来接收调节器发出的控制信号，并控制引风机的转速从而调节引风机的风速，从而对炉膛压力进行控制。
具体过程为：通过炉膛上的负压变送器将炉膛压力标准电信号送入引风变频器PID控制器的反馈通道,经处理后与设定炉膛负压力比较,经过PID控制器产生运算信号,此信号控制引风变频器调节电机转速,使炉内负压稳定在设定值,从而达到自动跟踪鼓风保持炉膛负压恒定目的。引风电机速度随着炉膛负压值的变化而变化。即保证锅炉燃烧部分的自动运行。
可选用三晶变频器，引风变频功率:SAJ8000（18~5KW) ，主要技术参数： (1)主回路电源：三相五线制。380V+10%。 (2)控制回路电压：220V
引风机型号
表1离心引风机性能表
3，炉膛压力的测量
炉膛压力的测量采用3个差压变送器，3个差压变送器的输出分别送到3个小值选择器，3个小值选择器的输出再送到大值选择器，大值选择器的输出为3个差压变送器的输出（测量）值的中间值。采用3个差压变送器的目的是为了防止因变送器故障或信号管路堵塞而影响测量值的可靠性，从而影响炉膛压力控制的可靠性。测量的中间值与差压变送器的输出（测量）值进行比较，如果偏差超出一定范围，则将发出报警信号。
三，系统方框图
f
+
- PID K G(s)
图4 炉膛负压单回路控制系统方框图
控制器采用PID 控制规律，变频器可看作是一个比例控制环节K 。
四，被控对象特性
1，炉膛动态特性
炉膛负压的控制对象是引风机挡板所控制的引风量，炉膛负压的动态特性是引风量阶跃变化时，炉膛负压随时间变化的特性，当送风量或引风量单独改变时，炉膛负压变化的惯性很小，故可将炉膛负压对象近似看成是一个时间常数很小的一阶惯性环节。
即其数学模型为：G(s)=
s e T K τ-+1s ，时间常数T 很小。 静态放大系数为：K=u
y ?∞)( 可利用切线法或者两点法求得时间常数T 和滞后时间τ。
2，控制算法的选择
炉膛负压是一个快过程，只要PID 控制规律参数整定合适，一般采用单回路闭环负反馈 即可达到目的。其表达式如下:
Δu(t)=K P [e(t)+T 1?t
0)()(t d t e +T D dt
t e )(d ] 工业上其实际传递函数为：
G C (s)=K *P s K T s T K s T T D D I I D I ++++
11s 11** ,其中K *
P =FK P T *I =FT I T *D =T D /F 控制器 引风机变频器 炉膛 压差变送器
带*的量为调节器参数的实际值，不带*的值为各参数的刻度值，F 为相互干扰系数；K I 为积分增益。
五，系统仿真
1，各环节传递函数
炉膛压力变化可以看做是时间常数很小的一阶惯性环节，
即G(s)=
1
s T K ，可取K=0.5，T=10，滞后时间短。 2，matlab 仿真 对调解器进行参数整定，即对PID 控制规律中调节器的比例度，积分时间，微分时间三个参数的大小进行确定，可以利用经验试凑法，临界比例法，衰减曲线法等办法对调解器参数进行整定。在本系统中为压力控制系统，为快速系统，对象容量滞后较小，被控变量有波动因此，微分调节规律的作用很小，可忽略，系统比例度要大，积分时间可小，因此，可取P=50，I=100，D=20，进行仿真实验：如下图
图5 simlink 连接图
图6 Kp,Ki,Kd设定值
其仿真图如下：
图6 系统仿真震荡曲线
通过仿真，可以得到整定之后P=50，I=100，D=20最为合适。
由仿真可以看到，系统经过5s左右的震荡时间可以恢复到系统设定值，基本满足控制要求！
六，课程设计总结
通过这次课程设计，我看到了过程装备与控制工程这门专业的精髓，我认真学习了过程控制仪表与技术这门课本，收获了很多，我基本了解了炉膛负压原
理与控制，差压变送器的基本原理，以及整个成套设备的流程运行情况，最关键的是我明白了调节器的调节规律，PID的参数整定，感觉书上说的那些经验法和比例法等等的数据有时不可靠，需要按照实际控制系统特性，再用matlab仿真软件调节PID的数值，我学会了用Simlink仿真系统的稳定性，在王老师的指导下，我实现了各种环节的的各种调节，清楚的认识了PID调节规律的特性。
该系统气压的PID调节控制最好的效果是用PD控制,而且系统比较敏感,PD 参数不好确定,在多次实验后,才最终确定PID值,因为系统是单冲量单回路,没有前馈和串级控制系统稳定性好。
通过课程设计，我对以前书本上所学的知识有了更深的理解，也为将来知识的学习打下了坚实的基础。
七，结束语
这次课程设计增长了我把知识运用到实际的能力，加深了对课本知识的理解。另外，感谢刘广璞、姚竹亭、高强老师的辛勤指导，让我的课程设计得以顺利地完成。
八、参考文献
[1]《过程装备控制技术及其应用》王毅主编化学工业出版社
2007: 35--37 244--251
[2]《过程自动化及仪表》俞金寿主编化学工业出版社2008: 83--88
[3]《工业过程控制工程》王树青主编化学工业出版社2002: 340--366
[4]《控制仪表及装置》吴勤勤主编化学工业出版社2009: 30--79
[5]《过程控制仪表》徐春山主编冶金工业出版社2008: 193--197
[6]《过程装备成套技术设计指南工程》黄振仁主编化学工业出版社2007: 58--65
[7]《过程控制装置》张永德主编化学工业出版社2009: 82--86
[8]《化工单元过程及设备课程设计》匡国柱主编化学工业出版社2007: 30--44
[9]《化工设备设计设计手册》（上、下）朱有庭主编化学工业出版社
2009: 82--91
[10]《工业过程检测与控制》孟华主编化学工业出版社
课程实验总结报告 实验名称:炉膛负压与氧量校正控制 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 引言 (2) 1.1 炉膛负压概述 (2) 2 控制逻辑 (2) 2.1 炉膛压力控制 (2) 2.1.1 相关图纸 (2) 2.1.2 控制原理 (2) 2.1.3 控制逻辑 (3) 2.2 氧量校正 (3) 2.2.1 相关图纸 (3) 2.2.2 控制原理 (3) 2.2.3 控制结构 (4) 2.2.4 氧量校正控制逻辑 (4) 2.2.5 二次风控制逻辑 (5) 3 被控对象特性 (6) 3.1 静态特性 (6) 3.2 动态特性 (8) 3.2.1 炉膛压力 (8) 3.2.2 含氧量 (8) 4 PID整定 (9) 4.1 炉膛负压控制器 (9) 4.2 氧量校正 (11) 5 总结 (12)
1 引言 1.1 炉膛负压概述 炉膛压力是指送入炉膛内的空气、煤粉及烟气和引风机吸走的烟气量之间的平衡关系，即指炉膛顶部的烟气压力。 炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。 炉膛负压的大小受引风量、鼓风量与压力三者的影响。锅炉正常运行时，炉膛通常保持负压 -40 ~ -60Pa 。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加。 2 控制逻辑 2.1 炉膛压力控制 2.1.1 相关图纸 SPCS-3000 控制策略管理5号站132~133页。 2.1.2 控制原理 炉膛压力调节系统通过调节两台引风机的静叶来调节炉膛压力。当引风机入口静叶开度开大，引风作用加强，炉膛压力减小；开度减小，引风作用减弱，炉膛压力增大。因此该控制系统为负对象。 被控量：炉膛压力 被控对象：引风机入口静叶 控制量：引风机入口静叶开度 图2-1 炉膛负压控制框图
. '. 炉膛压力异常分析和调整 对于负压燃烧锅炉，如果炉膛正压运行，则炉烟往外冒出，既 浪费能源又影响设备和工作人员的安全；反之，如果炉膛负压太大，又会使大量的冷空气漏入炉膛内，降低炉膛温度，增大了引风机负荷和排烟带走的热量损失。所以保持炉膛压力在合适范围内运行是非常重要的，引起炉膛压力波动的原因很多，下面进行详细分析。 1、锅炉脱硫系统故障，脱硫烟气挡板脱落造成炉膛正压。 处理：1）如果炉膛负压自动调节跟踪不好，应解除送引风机自动，手动调节。 2）如果经调整后，炉膛正压仍上升迅速并达到保护动作值，锅炉灭火保护应动作，如果没有正确动作应手动MFT，防止炉 膛正压损坏设备。 3）如果炉膛正压未达到保护动作值，应立即解除锅炉燃料自动停运一台磨煤机，此时机组会在机跟炉方式运行，随锅炉燃 料量的减少机组负荷将相应下降，视汽包水位及炉膛压力上 升情况投入油枪后可每隔10秒停运一台磨煤机，直至炉膛负 压达到微负压为止，期间注意调整一次风压，防止一次风机 喘振。 4）在停运磨煤机降负荷时，注意监视汽包水位自动跟踪情况，如果水位变化较大，降负荷速度就要缓慢，防止汽包水位高
低保护动作 5）如果在此期间发生引风机喘振，应解除引风机自动逐渐关小引风机静叶直到引风机喘振消失 6）机组降负荷的过程中，机组长根据负荷情况及时将锅炉给水调节切旁路调节，以维持其前后压差满足减温水要求，防止 造成主、再热汽温度异常 7）待炉膛负压恢复后，立即对锅炉本体进行全面检查，特别注意对锅炉各油层及炉底水封进行详细检查，防止因高温烟 气造成着火，如果已造成着火的立即进行紧急灭火并通知 消防队。 2、锅炉冷态点火爆燃造成炉膛压力突然变正。 预防措施：1）下层磨煤机尽量上好煤，保证高挥发分。 2）等离子拉弧正常。 3）等离子磨煤机暖风器运行正常。 4）保证空预器出口热一二次风温大于150-200度。 5）等离子磨煤机无油点火启动后180秒没有火检，且就地看火燃烧状况不良，立即停运等离子磨煤机，投入油枪点火，待条件满足后重新启动等离子磨煤机。 6）若无油点火，严格按照锅炉启动第一台磨的措施，待炉膛温度达到一定温度后再投入制粉系统。 7）点火前炉膛进行充分吹扫，彻底将可燃物吹出炉膛。
单回路控制系统整定实验报告 一、实验目的 (1)掌握动态模型的创建方法.。 （2）掌握单回路控制系统的理论整定方法和工程整定方法。 （3）了解调节器参数对控制品质的影响。 二、实验仪器 计算机一台 三、实验步骤 （1）启动计算机，运行MATLAB应用程序。 （2）在MATLAB命令窗口输入Smulink,启动Simulink。 （3）在Simulink库浏览窗口中，单击工具栏中的新建窗口快捷按钮或在Simulink库窗口中选择菜单命令File→New→Modeel,打开一个标题为“Untitled”的空白模型编辑窗口。 （4）用鼠标双击信号源模块库（Source）图标，打开信号源模块库，将光标移动到阶跃信号模块（Step）的图标上，按住鼠标左键，将其拖放到空白模型编辑窗口中。用鼠标双击附加模块库（Simulink Extra）图标，打开A到底提哦哪里Liner模块库，将光标移到PID Controller 图标上，按住鼠标左键，将其拖放到空白模块编辑窗口中。 （5）用同样的方法从连续系统模块库(Continuous)、接受模块库(Sinks)和数学运算模块库(Math Operations)中把传递函数模块(Transfer Fcn)、示波器模块(Scope)和加法器模块（Sum）拖放到空白模型编辑
窗口中。 （6）用鼠标单击一个模块的输出端口并用鼠标拖放到另一模块的输入端口，完成模块间的连接，如图1，图二。 图1 图二 （7）构造图1所示的单回路反馈系统的仿真模型。其中控制对象由子系统创建，如图2。 （8）设调节器为比例调节器，对象传递函数为： 0(1) n K T s （其中：0K =1，0T =10，n=4） ，用广义频率特性法按衰减率0.75计算调节器的参数；
1.1.1单回路控制系统设计 第一节过程控制系统设计概述 ?单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个 检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控 制的单回路反馈闭环控制系统。 ?单回路反馈控制系统组成方框图： ?简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。 ?过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。 ?过程控制系统设计的一般要求： ●过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。 ●系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。 ?过程控制系统设计的基本方法： 设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。 ?过程控制系统统设计步骤： ●建立被控过程的数学模型 ●选择控制方案 ●建立系统方框图 ●进行系统静态、动态特性分析计算 ●实验和仿真 ?过程控制系统设计的主要内容： ●控制方案的设计：核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取 和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。 ●工程设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、 信号及联锁保护系统设计等。 ●工程安装和仪表调校 ●调节器参数工程整定：保证系统运行在最佳状态。
第二节单回路控制系统方案设计 1.被控参数的选择 ?选取被控参数的一般原则为： ●选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作 用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。 ●当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数 关系的间接参数作为被控参数。 ●被控参数必须具有足够大的灵敏度。 ●被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。 2.控制参数的选择 ?需要正确选择控制参数、调节器调节规律和调节阀的特性。 ?当工艺上允许有几种控制参数可供选择时，可根据被控过程扰动通道和控制通道特性，对控制质量的影响作出合理的选择。所队正确选择控制参数就是正确选择控制通道的问题。 ?扰动作用-----由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏 离给定性 ?控制作用-----由控制通道对过程的被控参数起主导影响，抵消扰动影响， 以使被控参数尽力维持在给定值。 ?在生产过程有几个控制参数可供选择时，一般希望控制通道克服扰动的校正能力要强，动态响应要比扰动通道快。 ?可由过程静态特性的分析（扰动通道静态放大倍数K f、控制通道静态放大倍数K o）、过程扰动通道动态特性的分析（时间常数T f、时延τf、扰动作用点位置）、过程控制通道动态特性的分析（时间常数T o、时延τ（包括纯时延τ0、容量时延τc）、时间常数匹配）确定各参数选择原则。 ?根据过程特性选择控制参数的一般原则： ●控制通道参数选择：选择过程控制通道的放大系数K o要适当大一些，时间 常数T o要适当小一些。纯时延τ0愈小愈好，在有纯时延τ0的情况下，τ0 与T o之比应小—些（小于1），若其比值过大，则不利于控制。 ●扰动通道参数选择：选择过程扰动通道的放大系数K f应尽可能小。时间常 数T f要大。扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠近调节阀）。容量 时延τc愈大则有利于控制。 ●时间常数匹配：广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成， 在选择控制参数时，应尽量设法把几个时间常数错开，使其中一个时间常 数比其他时间常数大得多，同时注意减小第二、第三个时间常数。 ●注意工艺操作的合理性、经济性。 3.系统设计中的测量变送问题 ?被控参数的测量和变送必须迅速正确地反映其实际变化情况，为系统设计提供准确的控制依据。 ?测量和变送环节的描述：
科技学院 课程设计报告 ( 2013-- 2014年度第一学期) 名称：控制装置与仪表 题目：炉膛压力系统死区控制系统设计院系：科技学院 班级：自动化 学号： 学生姓名： 指导教师：平玉环 设计周数：一周 成绩： 日期：2014年7 月3 日
一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1.1 目的与要求 （1）认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。 （2）了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。 （3）掌握数字调节器KMM的组态方法，熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。 （4）初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。 1.2设计实验设备 KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1 1.3 主要内容 1. 按选题的控制要求，进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图表示出来。 2 . 组态设计 2．1 KMM组态设计 以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图，由组态图填写 KMM的各组态数据表。 2．2 组态实现 在程序写入器输入数据，将输入程序写入EPROM芯片中。 3. 控制对象模拟及过程信号的采集 根据控制对象特性，以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路，模拟控制对 象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中，以便进行观察和记录。 4. 系统调试 设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产 过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改 时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设 备故障。动态调试一般包括以下内容： 1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常； 2)检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行； 3）对控制回路进行在线整定； 4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，要重新组态下装。 二题目分析设计： 系统整体控制方案（燃煤锅炉） 1，炉膛负压概述 炉膛压力是指送入炉膛内的空气、煤粉及烟气和引风机吸走的烟气量之间的平衡关系，
第五章单回路控制系统设计 ?本章提要 1.过程控制系统设计概述 2.单回路控制系统方案设计 3.单回路控制系统整定 4.单回路控制系统投运 5.单回路控制系统设计原则应用举例 ?授课内容 第一节过程控制系统设计概述 ?单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个 检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控 制的单回路反馈闭环控制系统。 ?单回路反馈控制系统组成方框图： ?简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。 ?过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。 ?过程控制系统设计的一般要求： ●过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。 ●系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。 ?过程控制系统设计的基本方法： 设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。 ?过程控制系统统设计步骤： ●建立被控过程的数学模型 ●选择控制方案
●建立系统方框图 ●进行系统静态、动态特性分析计算 ●实验和仿真 ?过程控制系统设计的主要内容： ●控制方案的设计：核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取 和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。 ●工程设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、 信号及联锁保护系统设计等。 ●工程安装和仪表调校 ●调节器参数工程整定：保证系统运行在最佳状态。 第二节单回路控制系统方案设计 1.被控参数的选择 ?选取被控参数的一般原则为： ●选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作 用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。 ●当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数 关系的间接参数作为被控参数。 ●被控参数必须具有足够大的灵敏度。 ●被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。 2.控制参数的选择 ?需要正确选择控制参数、调节器调节规律和调节阀的特性。 ?当工艺上允许有几种控制参数可供选择时，可根据被控过程扰动通道和控制通道特性，对控制质量的影响作出合理的选择。所队正确选择控制参数就是正确选择控制通道的问题。 ?扰动作用-----由扰动通道对过程的被控参数产生影响，力图使被控参数偏 离给定性 ?控制作用-----由控制通道对过程的被控参数起主导影响，抵消扰动影响， 以使被控参数尽力维持在给定值。 ?在生产过程有几个控制参数可供选择时，一般希望控制通道克服扰动的校正能力要强，动态响应要比扰动通道快。 ?可由过程静态特性的分析（扰动通道静态放大倍数K f、控制通道静态放大倍数K o）、过程扰动通道动态特性的分析（时间常数T f、时延τf、扰动作用点位置）、过程控制通道动态特性的分析（时间常数T o、时延τ（包括纯时延τ0、容量时延τc）、时间常数匹配）确定各参数选择原则。 ?根据过程特性选择控制参数的一般原则： ●控制通道参数选择：选择过程控制通道的放大系数K o要适当大一些，时间 常数T o要适当小一些。纯时延τ0愈小愈好，在有纯时延τ0的情况下，τ0 与T o之比应小—些（小于1），若其比值过大，则不利于控制。 ●扰动通道参数选择：选择过程扰动通道的放大系数K f应尽可能小。时间常 数T f要大。扰动引入系统的位置要远离控制过程（即靠近调节阀）。容量 时延τc愈大则有利于控制。 ●时间常数匹配：广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成，
单回路控制器的设计 学院：电子工程学院 年级：2012级 专业：自动化 姓名：、 学号：20125229 指导教师：
摘要 介绍了以89C51单片机实现的单回路智能控制器的设计思想，由于软件功能丰富，因此这可完成模拟仪表难以或无法完成的复杂调节功能，运算功能的显示功能，它可适用于工业过程中控制诸多领域。并且分析了51单片机与8255的连接方法，可以用它制成多路扩展的IO口控制器。该系统将单片机应用到单回路控制系统，实现一个比较简单的单回路PID控制。 。 关键词 单片机单回路智能控制器软件设计 IO扩展 PID控制
目录 摘要 (2) 第1章前言 (1) 1.1当前单片机系统的介绍及在单回路控制过程中的应用与前景错误！未定义书签 第2章单片机外部设备扩展 (2) 2.1单片机最小系统设计 (2) 2.1.1 单片机外部存储器的扩展 (2) 2.12 看门狗电路、复位电路的设计 (2) 2.2I/O接口的扩展 (3) 2.2.1.1 I/O扩展概述 (3) 2.2.2 89c51与可编程RAM/IO芯片8255的接口 (4) 2.3键盘的设计 (4) 2.4 LED显示器设计 (5) 2.5 数字量模拟量转换 (5) 2.5.1 信号采样及转换电路设计 (7) 2.6开关量的输入输设计 (8) 2.7 单片机串行口扩展设计。（MAX232与单片机接口设计） (10) 结论 (11) 参考文献 (12) 致谢 (12)
第1章前言 1．1单回路控制系统的介绍及单片机在单回路控制系统中的应用及前景 89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器， VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
内蒙古科技大学 过程控制课程设计论文 题目：锅炉炉膛负压控制系统 学生姓名：严合 学号：0867112335 专业：测控技术与仪器 班级：测控2008-3 指导教师：左鸿飞 2011 年08 月31 日
目录 一、概述 (Ⅲ) 二系统要求及组成 (Ⅴ) 2.1系统的要求 (Ⅴ) 2.2炉膛负压的动态特性 (Ⅴ) 2.3引风控制系统的工况 (Ⅴ) 2.4系统的组成 (Ⅵ) 三应注意的问题 (Ⅷ) 3.1抗积分饱和及外反馈法 (Ⅷ) 3.2 采用死区非线性环节 (Ⅸ) 3.3 引风机1和2的双速调节 (Ⅸ) 3.4 炉膛压力的测量 (Ⅹ) 3.5 内爆保护 (Ⅹ) 四、仪表选型及参数整定 (Ⅺ) 4.1 前馈-反馈控制系统 (Ⅺ) 4.3 传感器的选择 (Ⅺ) 4.4 选择控制系统设计 (Ⅺ) 五课程设计体会 (Ⅻ) 六参考文献 (ⅩⅢ)
一概述 锅炉是指利用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数（2.45Mpa- 27MPa ，400℃-570℃），并对外输出热能的特种设备。锅炉控制的主要目的是调节锅炉出口的蒸汽压力、流量和温度，使其达到所希望的数值。为此，需要对燃料、空气和水三者的量进行调节。锅炉是一个复杂的系统，对锅炉工况造成影响的因素之一是来自外部和内部的扰动，如燃料发热量的变化或热力系统工况的变化等。控制器或控制系统根据锅炉出口蒸汽参数实际值偏离其设定值的大小和方向，调节燃料量、空气量和水量，使锅炉出口参数与其所希望的值相一致。 锅炉除配有相应的仪表系统外，主要有以下控制系统：汽包液位控制系统；燃料控制系统；过热器和再热器出口蒸汽温度的控制系统；燃烧器程序控制系统等等。不同类型的锅炉，尽管其控制系统不尽相同，但是它们的工作原理大体是相同的。 而其中最重要的系统是燃烧控制系统。其主要功能是控制炉膛的燃料的空气的输入量，或控制燃烧率，以适应锅炉负荷的变化。对锅炉运行和控制系统来说，锅炉出口蒸汽压力的变化经常作为燃料量的输入和蒸汽量的输出之间不平衡的一个标志。引起蒸汽压力变化的因素很多，其中主要的扰动量是燃料量（内扰）和蒸汽量的变化（外扰）。燃烧控制系统的基本要求是：迅速适应外界负荷需求的变化；及时消除锅炉燃料侧的自发扰动；维持调节过程中各被调量在允许的范围内；保证锅炉运行的安全性和经济性。燃料控制系统一般包括燃料控制、引风控制和鼓风控制三个子系统。 燃料控制子系统中，蒸汽压力的实际值相对于其设定值的偏差输入到蒸汽压力控制器，经控制运算后输出调整锅炉燃烧率的指令信号；燃烧控制器根据锅炉燃烧率的指令信号的变化调整入炉燃料量。 同时，锅炉燃烧率的指令信号也加入到鼓风控制子系统中，对鼓风量进行调整。为保证燃烧的过程的经济性，即保证燃烧过程合适的燃料和风量的比值，常采用具有烟气氧量校正调节的鼓风控制系统，形成有燃料量前馈调节的串级控制系统，在保证送风量与燃料量基本成比例的粗调的基础上，进一步通过氧量校
1锅炉系统控制要求1.1主要监测参数
1.2控制部分 根据锅炉出口热水温度、热水流量、热水压力、炉膛压力、烟气含氧量自动调节锅炉给煤量、鼓/引风机风量，以保证锅炉处于最佳的燃烧状态，最佳热效率，控制调节系统采用西门子PCS7控制系统，并备有手动和自动操作模式。 1.3联锁控制部分 此项目涉及到锅炉电机起停保护，原则为启动电机顺序一次是引
风机、一次风机、二次风机、炉排电机、给煤机。停止电机顺序一次是炉排电机、给煤机、一次风机、二次风机、引风机。如果引风机停，必须停一次风机和二次风机，如果一次风机停，必须停二次风机和炉排电机和给煤机。 当锅炉运行中出现下列情况时，设置自动切断鼓、引风机的装置： ●锅炉压力降低至0.4MPa时； ●锅炉水温升高至140℃时； ●锅炉出口流量低于420t/h； ●循环水泵突然停止运行时； 锅炉的引风机与鼓风机之间设置联锁： ●启动：引风机－鼓风机－炉排 ●停止：炉排－鼓风机－引风机 锅炉的炉排与除渣机之间设置联锁： ●启动：除渣机－炉排 停止：炉排－除渣机 2锅炉自动控制特点 锅炉的燃烧控制主要解决的是锅炉的热平衡问题。当外网的负荷变化时，相应的一、二次风量分配也会变化。因此，锅炉的燃烧控制即要控制给煤量，也要控制一、二次风的给风量。也就是要根据外网的负荷变化情况来控制锅炉的给煤量。根据锅炉燃料的供给速度来控制锅炉的一、二次风量，再根据锅炉的出口的烟气的含氧量对风/煤
比进行自动调整。 锅炉自动控制系统将整个锅炉控制分成如下几个部分：燃烧过程控制、给水母管压力控制，除氧器控制。燃烧过程控制又可以分成送风控制、炉排转速控制、炉膛负压控制，此三部分相互关联。 燃烧系统自动调节的第一个任务是维持锅炉出口热水温度保持稳定，克服自身燃料方面的扰动，保证负荷与出力的协调；第二个任务是使燃料量与空气量相协调（风煤比），保证燃烧的经济性；第三个任务是使引风量与送风量相适应，维持炉膛压在一定范围内。 由于锅炉在运行过程中负荷经常发生变化，这样必须随负荷变化及时调整燃料量，锅炉中，进出热量的平衡体现在锅炉出口热水温度，负荷调节即温度调节，温度调节通过燃料量的调节即炉排转速的改变来实现。因此在具体的控制设计中基本上应根据负荷来设定炉排转速——粗调，根据锅炉出口热水流量来细调炉排转速；根据炉排转速来设定送风——粗调，由烟气含氧量来细调送风量，再根据送风来调整引风以维持负压。 细调过程在规则控制中实现，粗调在大的负荷变动中采用。粗调要求有比较准确的炉排转速与负荷的对应表、鼓风与引风的对应表。细调要求有准确的专家经验。对应表及规则表可写入程序并可在界面中修改。
单回路控制系统原理 一、过程控制的特点 与其它自动控制系统相比, 过程控制的主要特点是: 1、系统由工业上系列生产的过程检测控制仪表组成。一个简单的过程控制系统是由控制对象和过程检测控制仪表( 包括测量元件, 变送器、调节器和调节阀) 两部分组成。 如图1: 液位控制系统 Q2 K C: 调节器的静态放大系数 K V: 调节阀的静态放大系数 K0: 被控对象的静态放大系数
K m: 变送器的静态放大系数 2、被控对象的设备是已知的, 对象的型式很多, 它们的动态特性是未知的或者是不十分清楚的, 但一般具有惯性大, 滞后大, 而且多数具有非线性特性。 3、控制方案的多样性。有单变量控制系统、多变量控制系统; 有线性系统、有非线性系统、; 有模拟量控制系统、有数字量控制系统, 等等。这是其它自动控制系统所不能比拟的。 4、控制过程属慢过程, 多半属参量控制。即需对表征生产过程的温度、流量、压力、液位、成分、PH等进行控制。 5、在过程控制系统中, 其给定值是恒定的( 定值控制) , 或是已知时间的函数( 程序控制) 。控制的主要目的是在于如何减少或消除外界扰动对被控量的影响。 工业生产要实现生产过程自动化, 首先必须熟悉生产过程, 掌握对象特点; 同时要熟悉过程参数的主要测量方法, 了解仪表性能、特点, 根据生产工艺要求和反馈控制理论的分析方法, 合理正确地构建过程控制系统; 而且经过改变调节仪表的PID特性参数, 使系统运行在最佳状态。 过程控制系统的品质是由组成系统的对象和过程检测仪表各环节的特性和系统的结构所决定的。 二、单回路控制系统原理 如图1所示单回路控制系统由对象、测量变送器、调节器、调节阀等环节组成。由于系统结构简单, 投资少, 易于调整、投运, 又
炉膛负压控制系统总结 炉膛负压一般采用两台引风机静叶或动叶、或者液偶执行机构来控制。控制方案采用单回路、平衡算法控制。引风控制看似简单，实际需要注意很多方面，具体如下： 1、信号处理 1）炉膛负压控制被调量一般采用三取中选择块，需要注意的是测点的选择必须包含炉膛两侧，不能取在同一侧；另外三取中选择块设置需要注意坏点、偏差大、变化速率设置等切除情况。 2）最后是由于炉膛负压本身具有小幅波动特点，所以为了保证系统稳定性和执行机构的使用，一般我们对三取中后的信号进行滤波处理，并对SP和PV 偏差量增加调节死区功能，需要注意的是滤波时间不能太长，死区不能太大，因为太长会影响事故工况调节反应时间。最好根据炉膛燃烧特点来确定。 2、参数设置 1）对于运行人员手动设定的SP需要加上下限来防止操作失误问题。 2）由于炉膛燃烧特性决定PID参数设置不能太强，在作定值扰动时达到模拟量验收规程中要求即可，不能片面的追求定值扰动曲线的调节时间、衰减率等。 3）执行机构动作速率，以及上限设置需要根据锅炉单侧辅机出力试验确定，防止引风机出现过流保护。 3、前馈、超迟、闭锁 1）负压控制前馈可以根据对其影响因素来设置，除了常规的送风机执行机构前馈外，可增加一次风机执行机构输出、启停磨影响、RB影响等。 2）事故工况下超迟主要包括：RB、MFT。RB尤其是一次风RB对于炉膛负压影响尤为明显，所以一般采取一次风RB触发时，引风机执行机构超迟关一定量，防止负压过低引起保护动作；MFT发生时炉膛负压肯定大幅下降，所以有必要超迟关一定量，即防内爆功能。 3）引风控制增加闭锁功能很有必要，直接用负压高低来闭锁减加引风执行机构，保证升降负荷以及事故工况下机组避免超更危险的方向发展。一般我们也用负压高低报警闭锁送风机加减。
目录 1系统整体控制方案 (1) 1.1炉膛负压概述 (1) 1.2控制过程简述 (1) 1.3控制系统选择 (2) 1.4 系统流程图 (3) 2 仪表的选型 (3) 2.1 压力计选型 (3) 2.2 引风机选型 (4) 2.3 炉膛压力测量 (4) 3 系统方框图 (5) 4 被控对象特性 (5) 4.1 炉膛动态特性 (5) 4.2 控制算法的选择 (5) 5 系统仿真 (6) 5.1 各环节传递函数 (6) 5.2 matlab仿真 (7) 课程设计总结 (8) 参考文献 (8)
（燃煤锅炉）炉膛负压单回路控制系统 一，系统整体控制方案（燃煤锅炉） 1，炉膛负压概述 炉膛压力是指送入炉膛内的空气、煤粉及烟气和引风机吸走的烟气量之间的平衡关系，即指炉膛顶部的烟气压力。 炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。 炉膛负压的大小受引风量、鼓风量与压力三者的影响。锅炉正常运行时，炉膛通常保持负压-40 ~ -60Pa。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加。 2，控制过程简述 使用压力表检测出炉内压力,把压力信号转换为电流4-20 mA信号,用转换来的电信号控制引风机变频器的频率.通过频率的改变使引风机的引风量得到控制。 炉膛负压是一个快过程，只要PI参数整定合适，一般采用单回路闭环负反馈，控制量为引风机的变频器即可达到目的。 炉膛负压的控制对象是引风机挡板所控制的引风量，炉膛负压的动态特性是引风量阶跃变化时，炉膛负压随时间变化的特性，如下图1所示。由于炉膛负压反应很快，可做比例特性来处理。
锅炉自动燃烧控制系统 1、实时数据采集 能够对锅炉本体和辅助设备各种运行数据(包括总供回水温度、压力、流量、省煤器进出口水温度﹑压力烟气温度、除尘器进出口烟气温度压力、鼓引风压力、炉膛温度压力含氧量、煤层厚度、室外温度、鼓引风炉排电机频率速度电流状态、除渣除尘状态) 等信号通过总线进行动态采集，控制中心能够实时监控到锅炉本体﹑锅炉上煤﹑除渣等辅助设备的运行情况。 2、完整的报警机制 当锅炉调节系统发生异常情况时或报警时，上位机人机界面自动接受控制系统器发送报警信号，将报警状态及异常点在上位机上进行显示，并诊断提出相应问题大概原因，提供相应的处理办法提示，系统自动能把报警分为高中低三种报警级别，低级别的报警只做提示用，当发生低级别报警时不影响燃烧自动调节，中级别报警发生时需要做相应处理，高级别报警发生时系统能立即连锁停炉，并发出尖锐声光报警和相关提示信息，等待工程师处理后再次投入运行，所有报警系统会自动的写入永久数据库备份，供以后随时查询和故障诊断和决策处理。 报警内容有： 系统报警 包括DCS控制器自诊断硬件或致命软件命令错误
自动启动燃烧失败 通讯建立连接失败 数据报警 炉膛温度超高低报警 炉膛负压超高低报警 锅炉出口温度超高低报警 锅炉出口压力超高低报警锅炉回水温度﹑压力超高低报警 引风机风压高低报警 鼓风机风压高低报警 高级别报警 引风机变频器（电流﹑电压﹑故障）超速等报警 连锁控制保护报警 鼓风机变频器（电流﹑电压﹑故障）超速等报警 上煤系统综合保护报警 炉排机变频器（电流﹑电压﹑故障）超速等报警 除渣系统综合保护报警 3、循环水控制系统 循环水是锅炉系统与外界交互的接口，循环系统通过泵不断的把热水源源不断的输送给用户或热站，把经过热释放后的二次低温水循环到锅炉系统再加热。我们采用保持循环水进、出口温差恒定，通过改变循环流量来控制热负荷的方式，是一种新方式。
一、单回路控制系统 1. 画出图示系统的方框图： 2. 一个简单控制系统总的开环增益（放大系数）应是正值还是负值？仪表行业定义的控制器增益与控制系统中定义的控制器的增益在符号上有什么关系？为什么？ 3. 试确定习题1中控制器的正反作用。若加热变成冷却，且控制阀由气开变为气关，控制器的正反作用是否需要 4. 什么是对象的控制通道和扰动通道？若它们可用一阶加时滞环节来近似，试述K P 、K f 、τp 、τf 对控制系统质量的影响。 5. 已知广义对象的传递函数为1) S (T e K P S τP P +-，若P P T τ的比值一定时，T P 大小对控制质量有什么影响？为什么？ 6. 一个简单控制系统的变送器量程变化后，对控制质量有什么影响？举例说明。 7. 试述控制阀流量特性的选择原则，并举例加以说明。 8. 对图示控制系统采用线性控制阀。当负荷G 增加后，系统的响应趋于 非周期函数，而G 减少时，系统响应震 9. 一个简单控制系统中，控制阀口 径变化后，对系统质量有何影响？ 10. 已知蒸汽加热器如图所示，该系 统热量平衡式为：G 1C 1(θ0-θi )=G 2λ(λ 为蒸汽的冷凝潜热)。 （1）主要扰动为θi 时，选择控制阀的流量特性。 （2）主要扰动为G 1时，量特性。 （3特性。 11.
作用后，对系统质量有什么影响？为了保持同样的衰减比，比例度δ要增加，为什么？ 12. 试写出正微分和反微分单元的传递函数和微分方程；画出它们的阶跃响应，并简述它们的应用场合。 13. 什么叫积分饱和？产生积分饱和的条件是什么？ 14. 采用响应曲线法整定控制器参数，选用单比例控制时，δ=K P τP /T P ×100%,即δ∝K P ，δ∝τP /T P ,为什么？而选择比例积分控制时，δ=1.44K P τP /T P ×100%，即比例度增加，为什么？ 15. 采用临界比例度法整定控制器参数，在单比例控制时，δ=2δK (临界比例度)，为什么？ 16. 在一个简单控制系统中，若对象的传递函数为 ) 1T )(1S 1)(T S (T K W P V P +-+S ，进行控制器参数整定时，应注意什么？ 17. 已知广义对象的传递函数为1) S (T e K P S τP P +-，采用比例控制，当系统达到稳定边缘时，K C =K CK ，临界周期为T K 。问： (1)T K /τP 在什么数值范围内(即上、下界)，τP /T P 增加时，这一比值是上升还是下降？ (2)K CK 在什么数值范围内(即上、下界)，τP /T P 增加时，K CK 是上升还是下降？ 18. 一个过程控制系统的对象有较大的容量滞后，而另一系统由于测量点位置造成纯滞后。若对两个系统均采用微分控制，试问效果如何？ 19. 某一温度控制系统，采用4:1衰减曲线法进行整定，测得系统的衰减比例度 δs=25%，衰减振荡周期Ts=10min ，当控制器采用P 和PI 控制作用时，试求其整定参数值。 20. 有一个过程控制系统(采用DDZ-Ⅲ型仪表)，当广义对象的输入电流（即控制器的输出电流）为14mA 时，其被控温度的测量值为70℃。当输入电流突然从14mA 增至15mA ，并待被控温度达到稳定时，其测量值为74℃。设测温仪表的量程为50-100℃。同时由实验测得广义对象的时间常数T P =3min ，滞后时间τP =1.2min ，试求衰减比为4:1时PI 控制器的整定参数值。 21. 某一个过程控制系统，利用临界比例度法进行控制器的参数整定。当比例度为12%时，系统出现等幅振荡，其临界振荡周期为180s ，试求采用PID 控制器时的整定参数值。 22. 已知控制系统方块图如下： 求：(1)X 作单位跃阶变化时，随动控制系统的余差。
水箱液位单回路控制系统 一、控制目的 根据设定的控制对象和管道配置，运用计算机和INTOUCH组态软件，设计一套监控系统，并通过调试使得水箱液位维持恒定或保持在一定的误差范围内。 二、性能要求 1、要求水箱液位恒定，液位设定值SP自行给定。 2、无扰动时，水压基本恒定，由变频器控制水泵实现。 3、扰动因数：水箱出水流量允许波动。 4、预期性能：响应曲线为衰减震荡；允许存在一定误差。调整时间尽可能短。 三、方案设计、控制规律选择 简单控制系统一般是单回路控制系统。由于其结构简单并且能够满足大多数控制质量的要求，因此在生产过程控制中得到了广泛的应用，是生产过程控制中最基本的一种控制系统。一个单回路反馈系统是由测量变送器装置、控制器、和被控对象所组成，按其被控变量类型的不同可以分为温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统、液位控制系统等。 控制系统设计时针对某一特定生产对象进行的，当系统安装完成之后，控制效果主要取决于控制器的参数设定整定。选择合适的比例度、积分时间、微分时间是保证和提高系统控制质量的主要途径。 单回路水箱的原理，系统地输入变量为进水阀门、出水阀门的开度，输出变量为水箱液位。单回路PID控制的被控制量是水位，控制量是进水门、出水门开度。通过调节PID控制器的比例增益、积分时间、微分时间三个参数得到比较好的控制效果。 PID 调节器构成的闭环控制回路一般原理如图1 所示
图1 控制系统方框图 控制系统草稿图如图2 图2 控制规律选择：目前工业上常用的控制规律主要有：比例控制、比例积分控制和比例积分微分控制等。本方案采用比例积分微分控制。 比例控制——克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。是最基本的控制规律。但在终了时会存在余差，负荷变化越大余差越大。使用于滞后较小、负荷变化不大、允许被控变量存在余差的场合。 比例积分控制——在比例作用下引用积分作用，虽然会使系统的稳定性降低，但没有余差。适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、不允许被控变量存在余差的场合。 比例微分控制——引入了微分作用，具有超前控制作用，在被控对象具有较大滞后时，会有效的改善控制质量。但对于滞后小干扰作用频繁，含有高频噪声的系统，将可能使系统产生振荡，甚至失控。 比例积分微分控制——综合了比例、积分、微分控制规律的优点。适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。 该方案的控制目标是使水位达到平衡状态，通过控制电动调节阀改变阀门开度，来控制流量的大小，从而来控制水位。选择阀门开度为控制量，水位为被控量。控制规律选择PID控制规律。 四、测要求试：
课程设计报告 ( 2015-- 2016年度第2学期) 名称：过程控制系统 题目：单回路控制系统参数整定院系： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数：第十七周 成绩： 日期：2016年6月23日
《过程控制系统》课程设计 任务书 一、目的与要求 1．掌握单回路控制系统整定方法； 2．掌握PID参数对控制品质影响规律； 3．运用相应软件开发单回路控制系统整定程序。 二、主要内容 1．学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 2．开发单回路控制系统PID参数整定程序； 3．寻找不同PID参数对控制品质影响规律。 三、进度计划 四、设计成果要求 1．阐明基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法的基本原理； 2．完整的、可运行的单回路控制系统PID参数整定程序； 3．验证整定的PID参数下的控制效果，给出控制曲线图，同时给出其它PID参数下的控制曲线图，总结不同PID参数对控制品质影响规律。 五、考核方式 1．设计报告； 2．设计答辩。
二、设计（实验）正文 1.学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 1）经验法 内容： 经验法实际是一种试凑法，是在生产实践中总结出来的参数整定法，该法在现场中得到了广泛的应用。利用经验法对系统的参数进行整定时，首先根据经验设置一组调节器参数，然后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程；若调节过程不满足要求，则修改调节器参数，再作阶跃扰动试验，观察调节过程；反复上述试验，直到调节过程满意为止。 实验步骤： (1) 首先将调节器的积分时间Ti置最大，微分时间Td置最小，根据经验设置比例带δ的数值，完成后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程，若过渡过程有希望的衰减率则可，否则改变比例带δ的值，重复上述试验，直到满意为止； (2) 将调节器的积分时间Ti由最大调整到某一值，由于积分作用的引入导致系统的稳定性下降，因而应将比例带适当增大，一般为纯比例作用的1.2倍。系统投入闭环运行，待系统稳定后，作阶跃扰动试验，观察调节过程，若过渡过程有希望的衰减率则可，否则改变积分时间Ti的值，重复上述试验，直到满意为止； (3) 将调节器的微分时间由小到大调整到某一数值，系统投入闭环运行，待系统稳定后，作阶跃扰动试验，观察调节过程，修改微分时间重复试验，直到满意为止； 2）临界比例带法 内容： 临界比例带法又称边界稳定法，首先将调节器设置成纯比例调节器，然后系统闭环投入运行，将比例带由大到小改变，观察系统输出，直到系统产生等幅振荡为止。记下此状态下的比例带数值（即为临界比例带δk）和振荡周期Tk，然后根据经验公式计算调节器的其它参数。 实验步骤： (1) 将调节器的积分时间Ti置于最大，微分时间Td置最小，即Ti→∞，Td＝0；置比例带δ为一个较大的值； (2) 系统闭环投入运行，待系统稳定后调整比例带δ的数值直到出现等幅振荡。记录并计算临界状态下临界比例带δcr和振荡周期Tcr，根据表2－1计算调节器的参数； (3)根据δcr和Tcr,由计算公式求得控制器的各个参数。 (4) 将调节器按计算出的参数设置好，系统闭环投入运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察系统的调节过程，适当修改参数，直到满意为止。
目录 一、概述 (Ⅲ) 二系统要求及组成 (Ⅴ) 2.1系统的要求 (Ⅴ) 2.2炉膛负压的动态特性 (Ⅴ) 2.3引风控制系统的工况 (Ⅴ) 2.4系统的组成 (Ⅵ) 三应注意的问题 (Ⅷ) 3.1抗积分饱和及外反馈法 (Ⅷ) 3.2 采用死区非线性环节 (Ⅸ) 3.3 引风机1和2的双速调节 (Ⅸ) 3.4 炉膛压力的测量 (Ⅹ) 3.5 内爆保护 (Ⅹ) 四、仪表选型及参数整定 (Ⅺ) 4.1 前馈-反馈控制系统 (Ⅺ) 4.3 传感器的选择 (Ⅺ) 4.4 选择控制系统设计 (Ⅺ) 五课程设计体会 (Ⅻ) 六参考文献 (ⅩⅢ)
一概述 锅炉是指利用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数（2.45Mpa- 27MPa ，400℃-570℃），并对外输出热能的特种设备。锅炉控制的主要目的是调节锅炉出口的蒸汽压力、流量和温度，使其达到所希望的数值。为此，需要对燃料、空气和水三者的量进行调节。锅炉是一个复杂的系统，对锅炉工况造成影响的因素之一是来自外部和内部的扰动，如燃料发热量的变化或热力系统工况的变化等。控制器或控制系统根据锅炉出口蒸汽参数实际值偏离其设定值的大小和方向，调节燃料量、空气量和水量，使锅炉出口参数与其所希望的值相一致。 锅炉除配有相应的仪表系统外，主要有以下控制系统：汽包液位控制系统；燃料控制系统；过热器和再热器出口蒸汽温度的控制系统；燃烧器程序控制系统等等。不同类型的锅炉，尽管其控制系统不尽相同，但是它们的工作原理大体是相同的。 而其中最重要的系统是燃烧控制系统。其主要功能是控制炉膛的燃料的空气的输入量，或控制燃烧率，以适应锅炉负荷的变化。对锅炉运行和控制系统来说，锅炉出口蒸汽压力的变化经常作为燃料量的输入和蒸汽量的输出之间不平衡的一个标志。引起蒸汽压力变化的因素很多，其中主要的扰动量是燃料量（内扰）和蒸汽量的变化（外扰）。燃烧控制系统的基本要求是：迅速适应外界负荷需求的变化；及时消除锅炉燃料侧的自发扰动；维持调节过程中各被调量在允许的范围内；保证锅炉运行的安全性和经济性。燃料控制系统一般包括燃料控制、引风控制和鼓风控制三个子系统。 燃料控制子系统中，蒸汽压力的实际值相对于其设定值的偏差输入到蒸汽压力控制器，经控制运算后输出调整锅炉燃烧率的指令信号；燃烧控制器根据锅炉燃烧率的指令信号的变化调整入炉燃料量。 同时，锅炉燃烧率的指令信号也加入到鼓风控制子系统中，对鼓风量进行调整。为保证燃烧的过程的经济性，即保证燃烧过程合适的燃料和风量的比值，常采用具有烟气氧量校正调节的鼓风控制系统，形成有燃料量前馈调节的串级控制系统，在保证送风量与燃料量基本成比例的粗调的基础上，进一步通过氧量校正