电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计

一、题目

电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计

二、指导思想和目的要求

通过文档设计使学生对所学自动化基本知识和专业理论加深理解，掌握工业生产过程控制系统设计和仿真的基本方法，培养独立开展设计工作的能力。

要求在文档设计中： 

分析研究火力发电厂锅炉蒸汽温度控制要求，特点及控制系统设计方法，设计电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统，达到要求的主要技术指标；

开展控制系统方案论证，建立系统数学模型，进行温度控制系统分析；

设计串级控制系统控制规律，进行参数整定；

进行数学仿真，验证设计； 

撰写文档设计范文。

三、主要技术指标

350MW机组锅炉过热蒸汽温度保持在；

在减温水流量变化时，锅炉过热蒸汽温度控制系统能稳定运行，衰减系数；

过程动态性能指标为：

温度波动最大偏差不超过；

过渡过程时间不大于；

3. 锅炉稳定运行时，过热蒸汽温度应在给定值的范围内

四、进度和要求

1-3周：收集查阅资料；

4-6周：完成总体方案设计和建模；

7-8周：完成系统分析和控制规律设计；

9-11周：完成仿真验证及修改；

12-13周：完成文档设计范文. 

五、主要参考书及参考资料

⑴   金以慧等，《过程控制》，清华大学出版社，2000年；

⑵   张栾英，孙万云，《火电厂过程控制》，中国电力出版社，2004年；

⑶   于希宁，刘红军，《火电场自动控制理论》，中国电力出版社，2004年.

电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计

摘 要

本文是针对锅炉蒸汽温度控制系统进行的分析和设计，而对锅炉蒸汽的良好控制是保证系统输出蒸汽温度稳定的前提，所以本系统采用串级控制系统，这样可以极大的消除控制系统工作中的各种干扰因素，是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。

蒸汽温度是锅炉安全、高效、经济运行的重要参数，因此对蒸汽温度控制要求严格，过高的蒸汽温度会造成过热器，蒸汽管道及汽轮机因过大的热应力变形而毁坏；蒸汽温度过低，又会引起热效率降低影响经济运行。

本次设计主要考虑的部分是锅炉温度蒸汽控制系统设计，蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器，锅炉气温控制系统主要包括过热器和再热蒸汽温度的调节。主要蒸汽温度与再热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行是非常重要的。

本设计针对锅炉温度控制问题，综合应用过程控制理论以及近年来兴起的仿真技术、计算机远程控制、组态软件，设计了锅炉温度串级控制系统。首先，通过实验法建立锅炉的数学模型，得到锅炉温度的传递函数，通过对理论设计的控制方案进行仿真，得到较好的响应曲线，为实际控制系统的实现提供先决条件。其次，使用智能仪表作为控制器，组建现场仪表过程控制系统，通过参数整定，得到较好现场控制效果。再次，实现积分分离的PID控制算法。

关键词：蒸汽温度；串级控制系统；PID控制

电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计

Abstract

      This article is the analysis and design for boiler steam temperature control system , and a good control of the steam boiler system is to ensure the stability of the output steam temperature , so the system uses the cascade control system , which can greatly eliminate the control system work various confounding factors , the system can work in a relatively good condition , while the boiler superheater outlet steam temperature within the allowable range , and to protect the superheater tube wall temperature does not exceed the allowable operating temperature.

Steam boiler temperature is safe, efficient and economic operation of important parameters , and therefore require strict temperature control of steam , high temperature steam can cause overheating , steam pipes and steam turbine thermal stress due to excessive deformation and destruction ; steam temperature is too low , would reduce the impact caused by the thermal efficiency of the economy .

The main part of this design consideration is the temperature of the steam boiler control system design , steam superheater system includes primary superheater desuperheater secondary superheater , boiler temperature control system includes superheater and reheat steam temperature regulation . The main steam temperature and reheat steam temperature stability for safe and economic operation of the unit is very important.

The design for the boiler temperature control problem , a comprehensive application process control theory and the recent rise of simulation technology, computer remote control, configuration software, designed the boiler temperature cascade control system . First, create a mathematical model through experimentation boilers , boiler temperature to obtain the transfer function of the control scheme of the theoretical design through simulation, get a better response curve, providing prerequisite for the realization of the actual control system. Secondly , the use of smart meters as a controller, field instrumentation process control system established by parameter tuning, get a better scene control. Again, the integral PID control algorithm to achieve separation .

KEY WORDS:  Steam temperature；Cascade Control System；PID control

 

电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计

目 录

                    

摘 要 3

Abstract 4

第一章 绪论 9

  1.1 文档设计的选题意义 9

  1.2  文档设计的任务和要求 10

  1.3主要技术指标 10

第二章 生产工艺概述 11

  2.1 锅炉生产工艺简介 11

  2.2 过热器的介绍 12

  2.3过热蒸汽温度控制对象的动态特性 13

    2.3.1 蒸汽流量扰动下过热汽温对象的动态特性 13

    2.3.2 烟气热量扰动下过热汽温对象的动态特性 14

第三章 过热蒸汽温度控制原理及方案设计 18

  3.1简单蒸汽温度控制系统 18

    3.1.1简单回路控制蒸汽温度系统主要由调节器和控制对象组成 18

    3.1.2 过热蒸汽控制系统的控制策略的设计 19

  3.2复杂蒸汽温度控制系统 20

  3.3串级控制系统的特点 20

  3.4采用串级调节系统的条件 21

    3.4.1串级调节系统需满足如下两个条件： 21

    3.4.2．串级调节系统的分析 21

    3.4.3过热蒸汽控制系统的控制策略的设计 22

  3.5  串级控制系统主副回路确定 23

  3.6 导前微分控制系统 24

    3.6.1  导前微分控制系统的组成及原理 24

    3.6.2  导前微分控制系统的分析 25

    3.6.3  导前微分控制系统的整定 27

  3.7 两种汽温自动控制系统的比较 30

第四章 过热蒸汽温度控制系统的设计 32

  4.1系统控制参数的确定 32

    4.1.1主变量的选择 32

    4.1.2副变量的选择 32

    4.1.3操纵变量的选择 32

  4.2执行器的选择 33

  4.3控制仪表的选择   33

  4.4串级控制系统主副回路和主副调节器选择 34

  4.5控制器选择 36

第五章 基于MATLAB的系统仿真 37

  5.1电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统的建模 37

    5.1.1机理法 37

    5.1.2测试法 37

    5.1.3阶跃响应法 38

  5.2 PID控制器原理 38

    5.2.1 PID控制器简介 38

    5.2.2 PID控制系统 40

  5.3 PID控制参数的整定及方法 40

    5.3.1 PID控制参数的整定简介 40

    5.3.2 PID控制参数整定方法 41

5.4电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统的MATLAB仿真 44

    5.4.1 被控对象的仿真模型 44

    5.4.2 串级控制系统的仿真 45

致 谢 51

参考文献 52