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中南大学自动化项目工程训练报告-燃烧炉控制系统

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A'中南大学自动化工程训练报告姓名:*******班级：自动化08*指导老师：徐德刚董密日期：2011-09-07学号:********目录前言 (3)第一章燃烧过程控制系统概述 (4)1.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统 (4)1.2炉膛负压控制系统 (6)第二章系统辨识 (8)2.1燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制 (8)2.2炉膛负压控制 (8)第三章系统稳定性分析 (9)3.1燃料控制系统 (9)3.2空气流量控制系统 (9)3.3负压控制系统 (10)第四章控制系统参数整定 (11)4.1燃料控制系统 (11)4.1.1利用PID Tunner设计燃料控制系统PID控制器 (11)4..1.2利用稳定边界法整定PID参数 (13)4.2蒸汽压力控制系统 (15)4.3空气流量控制系统 (15)4.4负压控制系统前馈补偿整定 (16)第五章控制系统Simulink仿真 (18)第六章工程训练感想 (19)、八、,刖言过程控制系统是工业中控制系统的主要表现形式，一般指工业生产过程中自动控制系统的被控变量为温度、压力、流量、液位、成分等变量的系统。

由于被控过程的多样性，因此过程控制系统的形式也多样，相应的控制方案也丰富多彩。

在实际工程中，控制系统的结构往往很复杂，如果不借助专用的系统建模软件，很难准确地把一个控制系统的复杂模型输入计算机，对其进行进一步的分析与仿真，Simulink的出现给控制系统分析与设计带来了福音。

它有两个主要功能：Simu (仿真)和Link (连接)，即该软件可以利用鼠标在模型窗口上搭建出所需要的控制系统模型，然后对系统进行仿真和分析。

Simulink仿真的模型是具体的函数模型，因此，过程的建模就显的十分的重要。

过程建模方法主要有这么几种：1. 机理法用机理法建模就是根据过程的内在机理，写出各种有关的平衡方程，例如物质平衡方程、能量平衡方程、动量平衡方程、相平衡方程，以及反映流体流动、传热、传质、化学反应等基本规律的运动方程、物性参数方程和某些设备的特性方程等，从中获得所需的数学模型。

2. 测试法测试法建模通常只用于建立输入输出模型。

它是根据过程的输入和输出的实测数据进行某种数学运算后得到的模型，其主要特点是把被研究的过程视为一个黑匣子，完全从外特性上描述它的动态性质，也称为“黑箱模型”。

复杂过程一般都采用测试法建模。

测试建模法又可分为经典辨识法和系统辨识法两大类：(1)经典辨识法不考虑测试数据中偶然性误差的影响，只需对少量的测试数据进行比较简单的数学处理，计算工作量一般较小。

经典辨识法包括时域法、频域法和相关分析法。

(2)系统辨识法其特点是可以清除测试数据中的偶然性误差即噪声的影响，为此就需要处理大量的测试数据，计算机是不可缺少的工具。

我们针对工程训练任务书中给出的系统辨识函数，搭建了仿真框图，调整PID参数，最终使系统在较好的指标内达到稳定。

本报告主要分为以下几章：第一章燃烧过程控制系统概述第二章系统辨识第三章系统稳定性分析第四章控制系统参数整定第五章控制系统Simulink仿真第六章工程训练感想第一章燃烧过程控制系统概述燃烧蒸汽锅炉的燃烧过程主要有三个子系统构成: 制系统和炉膛负压控制系统。

燃烧过程控制系统图1.1燃烧过程控制系统示意图1.1蒸汽压力控制系统和燃料空气比值系统燃油蒸汽锅炉燃烧的目的是为后续的生产环节提供稳定的压力。

一般生产过程中蒸汽的控制是通过调节压力实现的，随着后续环节的蒸汽用量不同，会造成燃油蒸汽压力的波动， 蒸汽压力的波动会给后续的生产造成不良的影响， 因此，维持蒸汽压力恒定是保证生产正常进行的首要条件。

保证蒸汽压力恒定的主要手段是随着蒸汽压力波动及时调节燃料产生的热量， 而燃烧产生热量的调节是通过控制所供应的燃料量以及适当比例的助燃空气实现的。

因此，各个控制环节的关系如下：蒸汽压力是最终被控量，根据生成量确定； 燃料量根据蒸汽压力确定；空气供应量根据空气量与燃料量的比值确定。

蒸汽生成量确定蒸汽压力确定燃料量确定蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控燃料空气 比值控制 系统—M —蒸汽压力 控制系统炉膛负压 控制系统空气供应量图1.2控制量示意图(a)燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统结构简图埶弋压力踣定"（b）燃烧炉蒸汽压力控制系统和燃料空气比值控制系统框图图1.3燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制系统方案1.2炉膛负压控制系统所谓炉膛负压：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。

大多数锅炉采用平衡通风方式，使炉内烟气压力低于外界大气压力，即炉内烟气负压，炉膛内烟气压力最高的部位是炉堂顶部。

当炉负压过大时，漏风量增大，吸风机电耗，不完全燃烧损失、排烟热损失均增大。

甚至使燃烧不稳定甚至灭火炉负压小甚至变为正压，火焰及飞灰将炉膛不严处冒出，恶化工作燃烧造成危及人身及设备安全。

故应保持炉膛负压在正常范围内。

保证炉膛负压的措施是引风量和送风量的平衡。

如果负压波动不大，调节引风量即可以实现负压控制；当蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量波动也会很大，此时，经常采用的控制方法为动态前馈-反馈控制，如图1.4所示。

前馈控制的基本概念是测取进入控制过程的干扰信号，在炉膛负压控制系统中，由于蒸汽压力波动较大时，燃料用量和送风量的波动会较大，所以通过测取引风量，就可以的到干扰信号，利用反应较快的动态前馈控制，就可以很好的减小干扰信号对系统的影响。

将前馈与反馈有效的结合，运用前馈控制在扰动发生后，及时抑制由主要扰动引起的被控量所产生的偏差，同时运用反馈控制消除其余的扰动对负压的影响。

前馈控制系统主要特点如下：（1）属于开环控制只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定。

但若系统中有一个环节不稳定，或局部不稳定，系统就不稳定。

另外，系统的控制精度取决于构成控制系统的每一部分的精度，所以对系统各环节精度要求较高。

（2）很强的补偿局限性前馈控制实际是利用同一干扰源经过干扰通道和前馈通道对系统的作用的叠加来消除干扰的影响。

因此，固定的前馈控制只对相应的干扰源起作用，而对其他干扰没有影响。

而且，在工程实际中，影响生产过程的原因多种多样，系统随时间、工作状态、环境等情况的变化，也会发生变化甚至表现出非线性，这些都导致不可能精确确定某一干扰对系统影响的程度或数学描述关系式。

因此，前馈控制即使对单一干扰也难以完全补偿。

（3）前馈控制反应迅速在前馈控制系统中，信息流只向前运行，没有反馈问题，因此相应提高了系统反应的速度。

当扰动发生后，前馈控制器及时动作，对抑制被控制量由于扰动引起的动静态偏差比较有效。

这非常有利于大迟滞系统的控制。

（4）只能用于可测的干扰对不可测干扰，由于无法构造前馈控制器而不能使用。

该方案中以负压为控制目标，用引风量做成控制闭环，利用前馈控制消除送风量变动对负压的影响。

送＞:潼（b）炉膛负压控制系统框图图1.4炉膛负压控制系统方案第二章系统辨识2.1燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制燃料流量被控对象为:G(S)=燃料流量至蒸汽压力关系为：蒸汽压力至燃料流量关系为：蒸汽压力检测变换系统数学模型为: 燃料流量检测变换系统数学模型为: 燃料流量与控制流量比值为：空气流量被控对象为：G(S)=6G(s)=1/6G(s)=2G(s)=6G(s)=1/5G(s)=411s+ 1-3s2.2炉膛负压控制引风量与负压关系：送风量与负压关系：G(s)=68s + 1-2sG(s)=7s + 1第三章系统稳定性分析3.1燃料控制系统燃料流量被控对象为:G(S)=MATLAB 程序:G_Fuel =tf(1,[14 1],' in putdelay',4); margin( G_Fuel);[Gm,Pm,Wg,Wp]=margi n( G_Fuel)MATLAB 程序:G_Air =tf(4,[11 1],' in putdelay',3); margi n( G_Air); [Gm,Pm,Wg,Wp]=margi n( G_Air)1415.8dB,相位稳定裕量为3.2空气流量控制系统空气流量被控对象为: G(s)=4 11s + 1-3sQode Duigr^niGm = 15.S d£f i Bt 0.4K rttise: {. Pm = --1&13』 ・* a 懵m忡图3.1燃料被控对象 Bode 图 由图可知，无调节器时，燃料控制系统开环稳定，幅值稳定裕量为 180?，对应增益为 6.1512。

-z 尊IB 10 10 Id图3.2空气流量被控对象Bode图由图可知，无调节器时，空气流量控制系统开环稳定，幅值稳定裕量为 4.1dB,相位稳定裕量为44?,对应增益为 1.60313.3负压控制系统引风量与负压关系:G(s)=MATLAB 程序:□m - 1 2E dE atO B5E nuHec;, Ftn- 14^ deg n F4 r»ysei:：iFreren即图3.3引风量与负压关系Bode图由图可知，无调节器时，负压控制系统开环稳定，幅值稳定裕量为 1.26dB,相位稳定裕量为14.9?，对应增益为 1.1558。

第四章控制系统参数整定4.1燃料控制系统4.1.1利用PID Tunner设计燃料控制系统PID控制器图4.1 PID模块PID模块位于MATLAB SIMULINK的coutinuous库中，如图4.1，利用此模块，可以方便的安自己的要求整定PID的各种参数。

首先连接仿真模型，如图 4.2图4.2燃料流量闭环控制系统添加PID模块双击打开PID 模块的设置界面如图 4.3图4.3 PID 模块设置页面在Controller 下拉菜单中选择 PI 结构模式，Time-domain 选项选择连续域模式。

选择好模式之后，单击 Apply ，然后单击Tune 按钮，PID Tuner 会自动在系统默认的工作点 处对模型进行线性化处理，设计出控制器的参数。

在界面的下方，有用来调节系统响应时间的滚动条工具， 通过滚动条可以调节系统的响应时间。

图4.4 PID自动调节模块界面亠 Cicsed■ loap ijstem with ccnAndle & denned in tJie RED b -jckd u 「:E I J M and netdri^ter^d.C^rwr^la saii-nec±f5Turapd ■^*trfirig tinw ll«f J O*er!»iwiM [HJ PM Iti 斗汕 EMSjdd 科 * r*dk*<l Cios^d-hop 5Uthll^r曲3.55i.m z 0 a 和 W«4K127 StiUe&dl Id• —1• Dwwgr* imadtc Bdsic ■ fee P H I«4I 号p ・丸~un»d得到满意的响应曲线之后，单击Apply按钮，PID Tuner自动设计的参数就已经写入到了参数设置框中，如图4.5所示。

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自动控制在热风炉燃烧系统中的应用研究

自动控制在热风炉燃烧系统中的应用研究

自动控制在热风炉燃烧系统中的应用研究摘要]：高温热风热量是高炉生产的主要热源之一。

因此提高风温对于强化冶炼，降低焦比有着十分重要的意义。

而满足其高风温条件下实现热风炉系统的全部自动化则尤为关键。

为了达到这个目的，需要设置各种必要的自动化仪表检测和控制系统。

结合这几年的钢厂高炉热风炉的施工经验，短浅研究分析一下自动化控制在高炉热风炉燃烧系统的应用。

[关键词]：高温热风炉自动控制监测一般高炉的热风炉系统由三座内燃式热风炉组成，燃料为高炉煤气和焦炉煤气混合后的混合煤气，助燃空气由两台助燃风机（一备一用）集中提供。

为节能和提高送风温度，采用了烟气余热回收装置，对助燃空气和混合煤气分别进行预热。

热风炉系统的主要工艺阀门采用液压驱动。

高温热风热量是高炉生产的主要热源之一。

因此提高风温对于强化冶炼，降低焦比有着十分重要的意义。

而满足其高风温条件下实现热风炉系统的全部自动化则尤为关键。

为了达到这个目的，需要设置各种必要的自动化仪表检测和控制系统。

一、系统硬件配置热风炉控制系统设有1套具有冗余功能的PLC控制系统和2台服务器操作站。

控制系统采用西门子公司容错可编程逻辑控制器S7-400H系列PLC, 该系统能满足对最先进可编程逻辑控制器在有效性，智能度和分布式方面的高要求，系统提供了在采集以及准备过程数据所需的所有功能。

当前，对应用越来越广泛的故障安全可编程逻辑控制器的需求日益突出，只有采用高度自动化，才能使所有工业部门实现经济、节省资源和低污染的生产活动。

同时，西门子的冗余可编程逻辑控制器已经在实践中证明了其有效性。

二、系统监控软件系统监控软件采用citect软件，该监控系统具有人机交互、通讯、显示及存储、打印等功能，主要用于数据、图形显示，机组状态监控，机组数据输入，信息存储等各种有关操作的功能画面。

操作的功能画面主要有两类，一是显示操作画面:本画面一方面显示数据，显示方式为数字、曲线、棒图、历史趋势等。

另一方面，具有功能软开关、软按钮等供操作人员进行操作。

过程控制工程课程设计---室式加热炉燃烧控制系统设计

过程控制工程课程设计---室式加热炉燃烧控制系统设计

过程控制工程课程设计说明书题目：室式加热炉燃烧控制系统设计目录前言 (1)1 工艺过程概述 (2)2室式加热炉燃烧控制系统设计 (3)2.1 加热炉空燃比控制方法 (3)2.2 室式加热炉燃烧控制系统结构 (3)2.3 控制系统工艺流程 (4)2.4 控制系统的设计 (4)2.4.1 被控参数与控制参数的选择 (4)2.4.2 主、副流量的确定 (4)2.4.3 调节器控制规律及其正反作用方式的确定 (5)2.5控制仪表的选型 (5)2.5.1 温度传感器选型 (5)2.5.2 温度变送器 (6)2.5.3 流量变送器 (6)2.5.4 阀门的选型 (6)2.5.5 电气转换器 (6)2.5.6 氧传感器 (6)2.5.7 调节器选型 (6)3总结 (8)参考文献 (9)前言加热炉是轧钢生产的主要耗能设备, 节能降耗是加热炉的一个重要课题。

轧钢加热炉的主要任务是保证出炉钢坯的温度, 在满足工艺要求的前提下,实现加热炉生产的优质、高产、低耗。

在一定的炉温制度下, 空气燃料比的优化设定, 对提高加热炉的加热品质, 降低煤气消耗起着至关重要的作用[1]。

合理的空燃比不但可以提高燃烧效率, 减少排烟热损,而且还可以控制炉内气氛的含氧量, 减少钢坯氧化烧损, 提高钢坯成材率[2]。

室式加热炉是生产中常见的加热炉，用于单件、小批量工件的金属锻造和钎焊。

对物料加热时，物料不移动[3]。

炉内不分段，要求各处炉温均匀。

对于大钢锭加热采用周期性的温度制度（即炉温按时间分为预热期、加热期、均热期等）[4]。

为建设节约型社会，现在热加工也越来越自动化、节能化。

燃烧过程的被控量主要是燃气量和空气量，空气系数过大，将会引起火焰温度的降低，热损失的增减，不但增加燃料消耗，而且会造成对坯料的氧化烧损；空气系数过小，则会导致燃料不完全燃烧，很可能达不到燃烧工艺要求，同时造成了能源的浪费，还会污染环境，并且腐蚀设备。

空燃比控制是整个燃烧过程控制的核心。

燃烧控制系统课程设计SAMA

燃烧控制系统课程设计SAMA

燃烧控制系统课程设计SAMA一、教学目标本课程的目标是让学生掌握燃烧控制系统的基本原理、组成和调控方法。

通过本课程的学习，学生将能够：1.描述燃烧的基本过程和燃烧控制系统的功能。

2.识别和分析燃烧控制系统中的关键参数和调控手段。

3.设计和优化简单的燃烧控制系统。

4.评估燃烧控制系统的性能和安全。

二、教学内容教学内容将按照以下大纲进行和安排：1.燃烧基础：介绍燃烧的基本过程、燃烧类型和燃烧特性。

2.燃烧控制系统概述：讲解燃烧控制系统的基本组成、工作原理和分类。

3.燃烧调控技术：探讨燃烧调控的基本方法、技术和应用。

4.燃烧控制系统设计和优化：学习燃烧控制系统的设计原则、方法和步骤。

5.燃烧控制系统性能评估和安全：分析燃烧控制系统的性能指标、评估方法和安全隐患及处理。

三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，将采用多种教学方法进行教学：1.讲授法：讲解燃烧控制系统的理论知识，引导学生掌握基本概念。

2.讨论法：学生针对燃烧控制系统的实际案例进行讨论，提高学生的分析能力。

3.案例分析法：分析燃烧控制系统的典型应用案例，让学生了解燃烧控制系统的实际应用。

4.实验法：安排学生进行燃烧控制系统的实验操作，培养学生的动手能力和实际操作技能。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，将选择和准备以下教学资源：1.教材：《燃烧控制系统》及相关参考书籍，提供理论知识的学习和巩固。

2.多媒体资料：制作课件、教学视频等，以图文并茂的形式展示燃烧控制系统的原理和应用。

3.实验设备：准备燃烧控制系统的实验装置，让学生进行实际操作和验证。

4.在线资源：提供相关学术文献、技术资料等，便于学生自主学习和拓展知识。

五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，将采用以下评估方式：1.平时表现：通过课堂参与、提问、讨论等环节，评估学生的学习态度和课堂表现。

2.作业：布置燃烧控制系统的相关作业，评估学生的理解和应用能力。

3.考试：定期进行燃烧控制系统知识的考试，检验学生的掌握程度。

(完整word版)燃烧控制系统(中英对照翻译)

(完整word版)燃烧控制系统(中英对照翻译)

燃烧控制系统Combustion Control System1．燃烧控制系统的结构1. Combustion control system structure燃烧控制系统为了满足机组负荷变化的需求和保证锅炉安全经济运行，按照协调控制的原则，燃料、送风和引风等子控制系统应根据燃料主控信号(来自燃料主控制系统)进行协调控制。

其总体结构如图4—2所示。

The combustion control system is intended to meet the changing needs of unit load and ensure safe and economic operation of the boiler. In accordance with the principle of coordinated control, sub-control systems for fuel, air supply and induced air should be subject to coordination and control according to the fuel master signal (from the fuel master control system). The overall structure is as shown in Figure 4-2.图4—3燃烧控制系统的总体示意图Figure 4-3 Overall Schematic Map of Combustion Control System 机炉主控制器将送出锅炉主控信号(燃烧率信号)，再分别下达到燃料、送风、引风子系统中去。

对于直吹式制粉方式，通过调节给煤机转速和一次风流量来改变锅炉的燃料量，通过调节送风量和引风量来保证锅安全和经济燃烧。

The boiler master controller will issue a boiler master control signal (combustion rate signal) and send it to the fuel, air supply and induced air sub-systems. In view of the direct-fired pulverizing method, the boiler fuel flow is changed by adjusting the coal feeder speed and the primary air flow, while the boiler safety and economic combustion is ensured by adjusting the air output and air input.由图4—3可见，当机组负荷变化需要改变燃料量时，由负荷控制系统中的燃料主控系统根据锅炉负荷指令产生燃煤负荷指令和风量指令，其中燃煤负荷指令送往燃料控制系统(包括磨煤机料位/给煤机转速控制、燃油控制、一次风压力控制、携带风控制和旁路风控制系统等)、送风控制系统(包括送风机压力控制、燃烧风控制系统等)和引风控制系统，使燃料、送风、引风等共同适应负荷变化，保证锅炉安全经济运行。