项目四锅炉温度串级控制系统集成与调试

项目四、锅炉温度串级控制系统集成与调试2009年5月9日星期六2009年5月9日星期六技能目标串级控制系统及其他复杂控制系统的认知搭建以上系统时，能选择合适变量C3900无纸记录仪（控制器）的设置方法知识目标实战知识（电、设备、仪表）等说明书内容情感目标建立系统思考问题的意识独立思考、解决问题的意识教学目标2009年5月9日星期六情境1温度仪表的选用、安装项目四、锅炉温度串级控制系统集成与调试2009年5月9日星期六情境2串级控制系统的认知项目四、锅炉温度串级控制系统集成与调试2009年5月9日星期六1串级控制系统变量选择3用C3900搭建温度串级控制2被控对象的分析，控制参数确定主副控制器正负作用确定，控制规律确定，PID参数整定，系统投运主副回路确定，主副变量确定情景一串级控制系统变量选择带着以下任务，学习主副回路核心角色、任务主副回路确定，主副变量确定2009年5月9日星期六2009年5月9日星期六物料出口温度单回路控制？滞后？油路干扰？怎么办？原油燃料T2C出口烟道情境的引入2009年5月9日星期六炉壁温度单回路控制？难以满足出口温度精确地控制要求？怎么办？原油燃料T2C出口烟道情境的引入2009年5月9日星期六出口温度单回路控制+炉壁温度单回路控制=好的控制方案？原油燃料T1CT2C出口烟道情境的引入如此做的好处2009年5月9日星期六14管式加热炉出口温度串级控制系统副回路：燃料油流量引起T2变化，控制器T2C及时进行控制，使其很快稳定下来；如果干扰量小，经过副回路控制后，燃料油流量一般影响不到温度T1；主回路：如果干扰量大，其大部分影响为副回路所克服，波及到被控变量温度T1再由主回路进一步控制，彻底消除干扰的影响，使被控变量回复到给定值。副回路主回路2009年5月9日星期六在干扰作用下，主、副变量的变化方向相同。回复设定值副控制器的输出给定值测量值主控制器的输出原料油出口温度炉膛温度112TTT19主、副变量的变化方向相反，一个增加，另一个减小。副控制器输出不变，偏差为零时副控制器的测定值主控制器的输出原料油出口温度,炉膛温度212TTT主控制器（主变量）副控制器（副变量）结论2009年5月9日星期六1、这样，当干扰来自燃料—管路—燃烧---壁炉（分段）之间时，副回路能及时加以克服，以大大减少这种干扰对主变量的影响，使出口温度的控制质量得以提高。2、此例中，选择的副变量就是与主变量有关的变量。管式加热炉出口温度串级控制系统副回路主回路组成：串级控制系统中有两个测量、变送器，两个控制器，两个对象，一个控制阀。主调节器副调节器调节阀副过程主过程主检测变送器设定+1f2f副检测变送器2Y1Y串级控制系统常用术语（一）：主变量——工艺最终要求控制的被控变量副变量——为稳定主变量而引入的辅助变量主对象——表征主变量的生产设备副对象——表征副变量的生产设备主控制器——按主变量与工艺设定值的偏差工作，其输出作为副控制器的外设定值，在系统中起主导作用副控制器——按副变量与主控制器来的外设定值的偏差工作，其输出直接操纵控制阀常用术语（二）：主测量变送器——对主变量进行测量及信号转换的变送器副测量变送器——对副变量进行测量及信号转换的变送器主回路——是指由主测量变送器，主、副控制器，执行器和主、副对象构成的外回路，又叫主环或外环；副回路——是指由副测量变送器，副控制器，执行器和副对象构成的内回路，又称副环或内环。2009年5月9日星期六12串级控制系统有两个闭合回路。主回路（主环）是个定值控制系统,副回路（副环）是个随动系统。串级控制系统的特点主控制器执行器对象1、2变送器、检测元件+设定值+e（t）比较机构测量值x（t）y1（t）y2（t）干扰f（t）z1主环副控制器+变送器+-z2副环-2009年5月9日星期六第一类：选择与主变量有一定关系的某一中间变量作为副变量;第二类：选择的副变量就是操纵变量本身,这样能及时克服它的波动,减小对主变量的影响。在串级控制系统中,主变量是反映产品质量或生产过程运行情况的主要工艺参数。副变量的引入往往是为了提高主变量的控制质量,它是基于主,副变量之间具有一定的内在关系而工作的。串级控制系统的变量选择副变量的类别2009年5月9日星期六中间变量本身为副变量原油燃料T1CT2C出口烟道2009年5月9日星期六原油燃料TTTC出口烟道操纵变量本身为副变量FT2009年5月9日星期六原油燃料TCPC出口烟道PT操纵变量本身为副变量2009年5月9日星期六串级控制方案物料出口蒸气冷凝水调节阀TTFCTCFT物料入口设定操纵变量本身为副变量2009年5月9日星期六14通过这套串级控制系统，能够在塔釜温度稳定不变时，蒸汽流量能保持恒定值，而当温度在外来干扰作用下偏离给定值时，又要求蒸汽流量能作相应的变化，以使能量的需要与供给之间得到平衡，从而保持釜温在要求的数值上。精馏塔塔釜温度串级控制系统1—精馏塔；2—再沸器变量选择实例此例中，选择的副变量就是操纵变量（加热蒸汽量）本身。这样，当干扰来自蒸汽压力或流量的波动时，副回路能及时加以克服，以大大减少这种干扰对主变量的影响，使塔釜温度的控制质量得以提高。2009年5月9日星期六副回路要求控制通道短，时间常数小，所以当干扰进入回路时，可以获得比单回路控制系统超前的控制作用，从而大大提高了控制质量。一般要求副环要比主环至少快三倍。在确定副回路时，除了要考虑它的快速性外，还应该使副回路包括主要干扰，可能条件下应力求包括较多的次要干扰，尤其是主要扰动。所选择的副变量一定是影响主变量的直接因素。13副回路及副变量的选择•副回路具有先调、粗调、快调的特点；•主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。结论2009年5月9日星期六13串级控制的特点：结论（1）主回路为定值控制系统，而副回路是随动控制系统。（2）结构上是主、副控制器串联，主控制器的输出作为副控制器的外设定，形成主、副两个回路，系统通过副控制器操纵执行器。（3）抗扰动能力强，对进入副回路的扰动的抑制力更强，控制精度高，控制滞后小。因此，它特别适用于温度对象等滞后大的场合。（4）副回路具有先调、粗调、快调的特点；主回路具有后调、细调、慢调的特点，并对于副回路没有完全克服掉的干扰影响能彻底加以克服。2009年5月9日星期六情境3均匀控制系统的认知项目四、锅炉温度串级控制系统集成与调试（二）均匀控制系统目的：均匀控制系统是非定值系统，使两个变量在允许的范围内变化，以达到工艺要求的液位与流量的平衡。特点：不是使被控变量保持不变（不是定值控制），而是使两个互相联系的变量都在允许的范围内缓慢变化。控制器1流量对象液位对象变送器2+设定值+e（t）比较机构测量值x（t）L（t）z（t）干扰2f2（t）-调节阀变送器1干扰1f1（t）加法器F（t）L（t）均匀控制方案（1）简单均匀控制系统简单均匀控制系统在结构上与一般的单回路定值控制系统是完全一样的，只是在控制器的参数设置上有区别。（2）串级均匀控制系统简单均匀控制系统结构非常简单，操作方便。但存在着控制滞后，所以，最好的办法就是构成串级均匀控制系统。（二）均匀控制系统简单均匀控制系统串级均匀控制系统2009年5月9日星期六情境4其他控制系统的认知项目四、锅炉温度串级控制系统集成与调试1．比值控制系统2．分程控制系统3．前馈控制系统4．选择性控制系统（三）其他控制系统1．比值控制系统（1）目的：就是实现两种或两种以上物料的比例关系。（2）方案：开环比值控制单闭环比值控制双闭环比值控制变比值控制（3）单闭环比值控制特点：构成较简单、仪表使用较少、实施较方便，因此应用十分广泛，尤其适用于主物料在工艺上不允许控制的场合。1．比值控制系统TF2TF1KFC1Q2Q•单闭环比值控制系统的原理如图所示，系统中主流量Q1处于开环，副流量Q2构成了闭环。•主流量Q1的测量信号经比值运算器乘以K作为副流量调节器F2C的设定，副流量系统作为一个随动控制系统，使副流量能依一定的比值关系跟随主流量而变化2．分程控制系统（1）特点：一个控制器的输出，带动两个及以上工作范围不同的控制阀进行工作。（2）控制阀简介：多为气动薄膜控制阀，分气开和气关两种形式它的工作信号是20~100kPa的气信号气开阀，阀的开度随外来信号的增加而增加气关阀，阀的开度随外来信号的增加而减小2．分程控制系统四种形式：图（d）A为气开阀，B为气关阀。图（a）两阀均为气开阀；图（b）两阀均为气关阀；图（c）A为气关阀，B为气开阀；3.前馈控制系统（1）按扰动变化的大小实施控制的系统。控制作用产生在扰动发生的同时，而不是等到扰动引起被控制变量发生波动之后。在进料流量变化（如增加）的同时，就使蒸汽阀门开大，靠加大蒸汽量来抵制变化的冷物料的影响，将扰动克服在对出口温度产生影响之前。3.前馈控制系统前馈只能克服一种扰动，而且控制的效果得不到检验。常常将前馈与反馈结合起来构成前馈-反馈控制系统，它可以用前馈来克服主要扰动，而用反馈来克服其他扰动，并检验控制效果。4.选择性控制系统生产异常有两种处理方法：一是利用联锁保护系统自动报警后停车；二是转为人工操作，使生产逐步恢复正常。但最好选择软保护——选择性控制（1）选择性控制系统：就是有两套控制系统可供选择。（2）特点：两套控制系统。正常工况时，选择一套，而生产短期内处于不正常状态时，则选择另一套。这样既不停车又达到了自动保护的目的。故选择性控制又叫取代控制和超驰控制。当物料出口温度偏高时，该控制系统可使控制阀开大，以增加液氨进入量，以便有更多的液氨蒸发使物料出口温度降低。如果氨冷器中的液位太高，使蒸发空间减小，影响氨蒸发，温度反倒降不下来。甚至使得气氨带液，引起后面的氨压缩机发生事故。所以要求氨冷器中的液位不能超过某一限度。一个液位控制器LC，控制阀构成液位控制系统。何时让哪一个控制系统工作，则由一台低值选择器LS在两个控制器之间按工况进行选择。2009年5月9日星期六2009年5月9日星期六251.副控制器作用方向的选择主、副控制器正反作用的选择2.主控制器作用方向的选择串级控制系统中的副控制器作用方向的选择，根据工艺安全等要求，选定执行器的气开、气关形式后，按照使副控制回路成为一个负反馈系统的原则来确定。当主、副变量增加（减小）时，如果由工艺分析得出，为使主、副变量减小（增加），要求控制阀的动作方向是一致的时候，主控制器应选“反”作用；反之，则应选“正”作用。2009年5月9日星期六23为了高精度地稳定主变量。主控制器通常都选用比例积分控制规律，以实现主变量的无差控制。副变量的给定值是随主控制器的输出变化而变化的。副控制器一般采用比例控制规律。主、副控制器控制规律的选择选择方法序号对变量的要求应选控制规律备注主变量副变量主控副控1234重要指标,要求很高主要指标,要求较高允许变化,要求不高要求不高,互相协调允许变化,要求不严主要指标,要求较高要求较高,变化较快要求不高,互相协调PIPIPPPPIPIP主控必要时引入微分工程上很少采用主、副变量不同时应选用的控制规律2009年5月9日星期六271.两步整定法先整定副控制器，后整定主控制器的方法。控制器参数整定与系统投运（1）在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用运行的条件下，将主控制器的比例度先固定在100％的刻度上，逐渐减小副控制器的比例度，求取副回路在满足某种衰减比（如4∶1）过渡过程下的副控制器比例度和操作周期，分别用δ2s和T2s表示。（2）在副控制器比例度等于δ2s的条件下，逐步减小主控制器的比例度，直至得到同样衰减比下的过渡过程，记下此时主控制器的比例度δ1s和操作周期T1s。（3）根据上面得到的δ1s、T1s、δ2s、T2s，按表12-3（或表12-4）的规定关系计算主、副控制器的比例度、积分