鍋爐除氧器過程控制課程設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　熱力除氧是用蒸汽將給水加熱到飽和溫度，將水中溶解的氧氣和二氧化碳放出。除氧的目的是防止鍋爐給水中溶解有氧氣和二氧化碳，對鍋爐造成腐蝕，因此對除氧器進(jìn)行控制具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義。本文論述了除氧器液位、出口流量、除氧器壓力三個被控變量的實驗，詳細(xì)論述了實驗內(nèi)容及過程中遇到的相關(guān)問題。著重論述了PID控制方法在除氧器控制上的應(yīng)用，對相

2、應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行了整定，以及對實驗結(jié)果進(jìn)行了分析。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　1 引言- 1 -</p><p>　　1.1 控制系統(tǒng)的的目的- 1 -</p><p>　　1.2 控制系

3、統(tǒng)的意義- 2 -</p><p>　　1.3 實驗內(nèi)容- 2 -</p><p>　　1.4 主要任務(wù)- 2 -</p><p>　　2 正文- 4 -</p><p>　　2.1除氧器液位控制- 4 -</p><p>　　2.1.1 實驗?zāi)康募肮に嚤尘? 4 -</p><p>

4、;　　2.1.2 實驗過程- 4 -</p><p>　　2.1.2 控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)整定- 8 -</p><p>　　2.2 除氧器出口流量控制- 12 -</p><p>　　2.2.1 控制系統(tǒng)組態(tài)- 12 -</p><p>　　2.2.2 控制系統(tǒng)投運(yùn)及參數(shù)整定- 13 -</p><p>

5、;　　2.2.3 施加擾動測試控制器性能- 15 -</p><p>　　2.2.4 實驗結(jié)果分析- 16 -</p><p>　　2.3 除氧器壓力控制- 17 -</p><p>　　2.3.1 PI控制器特點- 17 -</p><p>　　2.3.2 為什么要控制除氧器的壓力- 17 -</p><p&

6、gt;　　2.3.3 控制系統(tǒng)組態(tài)- 18 -</p><p>　　2.3.4 控制系統(tǒng)投運(yùn)及參數(shù)整定- 19 -</p><p>　　2.3.5 實驗結(jié)果分析- 20 -</p><p>　　3 結(jié)論- 21 -</p><p>　　4 收獲、體驗和建議- 22 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 2

7、3 -</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 控制系統(tǒng)的的目的</p><p>　　在我們的設(shè)計中，我們主要是以除氧器作為被控對象，由于除氧器是整個工藝過程的開始部分，從公用的工程來的鍋爐給水到除氧器，除氧器使用蒸汽把給水加熱到飽和的溫度，把里面的溶解的氧和二氧化碳逼出來，以免鍋爐結(jié)垢，除氧器的液位的高低會影

8、響整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，液位過低，會使的工作水供應(yīng)不足，導(dǎo)致后續(xù)工藝產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象，甚至可能照成巨大的經(jīng)濟(jì)損失以及人員安全問題，故必須使得除氧器的液位保持在一定的高度；除氧器的壓力和出水閥的流量也均會對除氧器的液位造成影響，從而影響整個系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，除氧器的壓力過高會使得除氧器爆炸，產(chǎn)生不安全的事故，并且壓力過大，會使得除氧器中的水被快速的經(jīng)出水閥被壓到除氧器外，供給水的不穩(wěn)定會使得后續(xù)的工藝目的很難實現(xiàn)；除氧器出口的除氧水是去往鍋

9、爐汽包的，汽包是產(chǎn)生蒸汽的地方，它的液位非常重要，液位過低就可能造成汽包被燒壞的危險，如果汽包液位過高，產(chǎn)生過熱蒸汽的質(zhì)量就會受到一定的影響，所以汽包液位要控制在一定的范圍內(nèi)，在燃燒系統(tǒng)供應(yīng)的熱量一定，也就是單位時間內(nèi)蒸發(fā)出去的水量一定時，要想使氣泡液位穩(wěn)定下來，就要保證汽包上水流量穩(wěn)定，所以要對上水流量，也就是除氧器出口流量進(jìn)行控</p><p>　　綜合上述問題，我們需要去設(shè)計一個控制系統(tǒng)達(dá)到如下目的：<

10、;/p><p>　　1）保持除氧器液位的穩(wěn)定，并且使其穩(wěn)定在某個設(shè)定值上，如此防止出現(xiàn)后續(xù)工藝的水供給不足和除氧器爆炸等事件的發(fā)生。</p><p>　　2）保持出口流量的穩(wěn)定，并且穩(wěn)定于某個設(shè)定值，使其工藝能夠穩(wěn)定的工作，如此為后續(xù)工藝的穩(wěn)定工作鋪平道路。</p><p>　　3）保持除氧器壓力的穩(wěn)定于某個設(shè)定值，使得除氧器能夠安全工作。</p><

11、;p>　　1.2 控制系統(tǒng)的意義</p><p>　　針對上述的三個目的，我們很容易知道控制系統(tǒng)的意義主要有哪些。首先我們對除氧器的液位進(jìn)行控制，使其達(dá)到一個穩(wěn)定值，如此建立物料或能量的平衡，以便在穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)的流入量和流出量相等；要求液位必須維持在設(shè)定值上，這個設(shè)定值代表了一個重要的操作點；緩沖容器的液位控制。其次，我們對出口閥的出口流量進(jìn)行控制，使得出口流量達(dá)到一個穩(wěn)定值，使得后續(xù)汽包液位能夠達(dá)到穩(wěn)定。最

12、后我們對除氧器的壓力進(jìn)行控制，這是為了使得除氧器不要出現(xiàn)憋壓的情況，防止氧化水無法正常蒸發(fā)，并且防止出現(xiàn)除氧不充分，造成鍋爐腐蝕。</p><p><b>　　1.3 實驗內(nèi)容</b></p><p>　　為了實現(xiàn)上述的控制目的，我們主要需要完成以下的內(nèi)容：首先我們需要設(shè)計一個控制器去控制除氧器的液位，在這個控制系統(tǒng)中，我們把除氧器作為控制對象，除氧器液位作為控制變量

13、，給定一個設(shè)定值，利用控制器使其達(dá)到這個設(shè)定值。其次，我們還需設(shè)計一個控制器去控制出口閥的流量，在此控制系統(tǒng)中，控制器為出口流量閥，被控變量為出口流量，我們利用控制器給定一個設(shè)定值，使得流量能夠穩(wěn)定在此設(shè)定值處，使得工藝過程能夠穩(wěn)定工作。最后，一個控制除氧器壓力的控制系統(tǒng)還需要被設(shè)計，我們利用此控制系統(tǒng)，使得被控對象達(dá)到一個很穩(wěn)定的壓力值，最終到達(dá)很好的控制效果。</p><p><b>　　1.4 主

14、要任務(wù)</b></p><p>　　在此次設(shè)計中我們主要要設(shè)計三個控制系統(tǒng)，第一個是控制除氧器的液位，第二個是控制出口流量閥的流量，第三個是控制除氧器的壓力，雖然從表面上，這三個控制器的控制變量不一樣，但是，實際上，他們都是互相影響的，除氧器壓力的大小，會影響出口流量，從而影響除氧器的液位；出口閥的流量的大小會影響除氧器的液位，從而影響除氧器內(nèi)壓力的變化。從這里我們能發(fā)現(xiàn)這幾個控制器都很重要。<

15、/p><p>　　在此主要任務(wù)是確定被控對象，被控變量，執(zhí)行器，檢測元件，然后根據(jù)要構(gòu)建的系統(tǒng)的性能以及被控對象的特性去選擇控制器的正反作用以及是用P控制還是PI控制，還是PID控制，合理的選擇工作方式，使其能夠達(dá)到預(yù)先要求的目的，這是很重要的工作。其后，我們選擇信號源、控制器去構(gòu)建控制系統(tǒng)，然后用先調(diào)節(jié)P，再調(diào)節(jié)I，最后調(diào)節(jié)D的原則去整定合適的PID參數(shù)值，如此選定合適的控制器，最后通過加入擾動去測試控制系統(tǒng)的性能

16、，考慮控制系統(tǒng)的魯棒性是否達(dá)到要求。</p><p><b>　　2 正文</b></p><p>　　2.1除氧器液位控制</p><p>　　2.1.1 實驗?zāi)康募肮に嚤尘?lt;/p><p><b>　?。?）實驗的目的</b></p><p>　　通過這個實驗，我們能夠掌

17、握比例作用的控制規(guī)律、P控制器的使用，體會余差；其次，我們可以熟悉單回路系統(tǒng)的組態(tài)及投運(yùn)過程；另外，我們可以了解液位對象的特性及控制方法。</p><p>　　（2）除氧器液位控制的工藝背景</p><p>　　用于除氧器的過熱蒸汽源源不斷地流入除氧器中，對除氧器內(nèi)的軟化水進(jìn)行加熱，軟化水被加熱到沸騰后，水中的氧氣會被蒸發(fā)出來，通過除氧器頂部的氣孔排放到大氣中達(dá)到脫氧的目的。因此，除氧器氧

18、化水液位的高低，對軟化水沸騰的時間、除氧效果的好壞有直接的影響。另外，除氧器還起著中間儲罐的作用。一旦公用工程出現(xiàn)故障，不能及時給除氧器供水，除氧器中儲藏的軟化水可以在一定時間內(nèi)維持生產(chǎn)設(shè)備正常運(yùn)行，在不影響生產(chǎn)的前提下為搶修贏得時間。除氧器液位過高則會造成軟化水的浪費(fèi)，液位過低則會造成其下游上水泵的腐壞，還會造成因原料供應(yīng)不足而停產(chǎn)。綜上，對除氧器液位控制有很大的實際價值，因此我們設(shè)計了除氧器液位控制系統(tǒng)。</p>&l

19、t;p>　　2.1.2 實驗過程</p><p>　　（1）操作變量的選擇</p><p>　　對除氧器液位最主要的影響就是除氧器入口流量和除氧器出口流量。其中除氧器入口是公用工程來的鍋爐給水（軟化水），如果除氧器入口流量經(jīng)常波動，會造成除氧器液位的不穩(wěn)定。除氧器出口則去往下游的鍋爐汽包，出口流量的波動會對汽包水位的高低產(chǎn)生直接影響。如果用入口流量控制除氧器液位，出口流量波動對液位的

20、影響可以通過調(diào)節(jié)入口流量來消除，也就是改變軟化水的來料量。</p><p>　　如果用出口流量控制除氧器液位，入口流量波動對液位的影響則要通過調(diào)節(jié)出口流量來消除，而出口流量的變化會作用到下游生產(chǎn)單元，可能影響整個生產(chǎn)單元的平穩(wěn)運(yùn)行。因此，這里我們選擇用除氧器入口流量控制除氧器液位。</p><p>　?。?）除氧器液位控制單回路系統(tǒng)框圖</p><p>　　圖2-1

21、 除氧器液位控制系統(tǒng)框圖</p><p><b>　?。?）實驗步驟</b></p><p>　?、?在沒有打開任何工程的前提下，在 SMPT-1000 監(jiān)控環(huán)境中打開除氧器工程 050607_Dearator Control。</p><p>　?、?打開閥門/擋板控制配置對話框，將閥門 FV1106 設(shè)為內(nèi)控狀態(tài)。</p>&

22、lt;p>　　③ 將當(dāng)前窗口切換到控制組態(tài)畫面，進(jìn)行控制系統(tǒng)組態(tài)。</p><p>　　設(shè)置數(shù)據(jù)源，采集除氧器液位實際測量值作為控制器輸入。</p><p>　　在 SMPTLab 左側(cè)浮動工具盒中，已經(jīng)打開基本模板目錄，目錄中包括了組成控制回路常用的控制器輸入模塊、控制器輸出模塊和 PID 控制器模塊，如圖2-2。</p><p><b>　　圖2

23、-2 工具盒</b></p><p>　　用鼠標(biāo)左鍵選中“控制器輸入”不放，拖動至控制組態(tài)窗口中放開，即在控制組態(tài)窗口中生成了一個“數(shù)據(jù)源”模塊，如下圖2-3。</p><p><b>　　圖2-3 數(shù)據(jù)源</b></p><p>　　雙擊該模塊符號，彈出數(shù)據(jù)采集點配置對話框。如圖，在選擇位號下拉框中，選擇 LI1101，即表示當(dāng)前

24、數(shù)據(jù)源模塊將從現(xiàn)場獲取 LI1101 位號對應(yīng)的實時數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖2-4 數(shù)據(jù)采集點配置</p><p>　　點擊【確定】按鈕，完成對除氧器液位信號的配置。</p><p>　　PID 控制器組態(tài)。</p><p>　　在基本模板目錄中，選中“PID 控制器”圖標(biāo)，并將它拖放至控制組態(tài)窗口，生成PID 控制器圖標(biāo)。雙擊該圖標(biāo)，

25、彈出 PID 控制器配置對話框，</p><p>　　在基本設(shè)置欄中，將控制器取名為 LIC1101，填入位號框中。</p><p>　　在控制器投用之前，先將控制狀態(tài)設(shè)為手動。</p><p>　　選擇控制器為反作用。</p><p>　　配置完成后，點擊【確定】按鈕，當(dāng)前 PID 控制器的圖標(biāo)將更新。</p><p&g

26、t;　　圖2-5 配置后的PID圖標(biāo)</p><p>　　設(shè)置執(zhí)行單元。為了讓控制器的輸出信號，能夠送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如調(diào)節(jié)閥），需要在控制組態(tài)窗口中引入“控制器輸出”模塊。該模塊負(fù)責(zé)接收控制器的 OP 輸出，并將該輸出信號送至流程盤臺上的某一個調(diào)節(jié)閥以控制其開度，達(dá)到對流程實施控制的目的。</p><p>　　在基本模板目錄中，選中“控制器輸出”圖標(biāo)，并將該圖標(biāo)拖動至控制組態(tài)窗口中，生成一個

27、新的“控制輸出點”模塊。</p><p>　　圖2-6 控制輸出模塊圖標(biāo)</p><p>　　雙擊該圖標(biāo)，彈出數(shù)據(jù)輸出點配置對話框。在該對話框的位號下拉框中，選擇要輸出的調(diào)節(jié)閥位號，如下圖所示的為 FV1106。數(shù)值范圍欄中的上、下限框自動根據(jù)數(shù)據(jù)點定義中 FV1106 的儀表上下限進(jìn)行填寫。</p><p>　　在數(shù)據(jù)輸出類型欄中，需要設(shè)置接收控制器 OP 輸出的

28、數(shù)據(jù)類型為絕對量還是增量。缺省情況下，模塊使用絕對量，即代表接收控制器的 OP 輸出值，即為調(diào)節(jié)閥的目標(biāo)開度 MV。</p><p><b>　　圖2-7 配置圖</b></p><p>　　配置完成后，點擊【確定】按鈕，當(dāng)前 PID 控制器的圖標(biāo)將更新。</p><p>　　圖2-8 控制輸出點圖標(biāo)</p><p>&

29、lt;b>　　信號連接。</b></p><p>　　完成上述步驟后，控制組態(tài)窗口如下圖所示。</p><p><b>　　圖2-9 控制組態(tài)</b></p><p>　　為了將“數(shù)據(jù)源”模塊檢測到的實時數(shù)據(jù) LI1101 輸入“PID 控制器”模塊，并將控制器模塊的輸出通過“控制輸出點”模塊調(diào)節(jié)流程盤臺上的 FV1106 調(diào)

30、節(jié)閥開度，需要在上圖所示的圖中添加信號線，以連接三個模塊。液位 LI1101 的單回路 PID 控制系統(tǒng)組態(tài)結(jié)果如圖所示。</p><p>　　圖2-10 控制系統(tǒng)組態(tài)圖</p><p>　　在趨勢曲線畫面中添加 LI1101、FV1106、FV1101 的實時曲線。</p><p>　　確認(rèn)閥門 FV1101 開度為 32。</p><p>

31、;　　將當(dāng)前窗口切換到控制組態(tài)畫面，雙擊 LIC1101 控制器模塊，將輸出 OP 的值設(shè)置為 30。</p><p>　　讓除氧器工程運(yùn)行起來。</p><p>　　2.1.2 控制系統(tǒng)投運(yùn)和控制器參數(shù)整定</p><p>　　(1) 控制器狀態(tài)為手動，可進(jìn)行手動控制。不斷修改 OP 值，也就是不斷改變閥門 FV1106開度，觀察 SP 和 PV 的值。你會發(fā)現(xiàn)

32、PV 和 SP 的值將不斷變化，當(dāng)其值達(dá)到 50%左右時，將控制器狀態(tài)設(shè)置為自動，將控制器投自動。</p><p>　　(2) 點擊 LIC1101 控制器操作面板的【配置】按鈕，打開 LIC1101 控制器配置窗口。目前比例增益設(shè)置為 1，將 SP 由原來的 50%變?yōu)?60%，待液位穩(wěn)定后，將 SP 由 60%再調(diào)回 50%，觀察并記錄除氧器液位的趨勢曲線。待液位穩(wěn)定后，將比例增益設(shè)置為 2，再將 SP 由原

33、來的 50%變?yōu)?60%，待液位穩(wěn)定后，將 SP 由 60%再調(diào)回 50%，觀察并記錄除氧器液位的趨勢曲線。根據(jù)比例增益的特點，不斷修改 Kc 的值，每修改一次都要通過雙向修改 SP 值來加入階躍干擾，直到除氧器液位的變化曲線達(dá)到 4:1 衰減比。其趨勢曲線如下圖所示：</p><p><b>　　圖2-11 K為1</b></p><p>　　圖2-12 K為2和3

34、</p><p>　　圖2-13 K為4、5和10</p><p>　　(3) 擾動性能測試</p><p>　　令 LIC1101 的比例增益 Kc=3，將 LI1101 設(shè)定值從 50 變?yōu)?60，記錄 LI1101 的響應(yīng)曲線。待 LI1101 穩(wěn)定后，將 LI1101 設(shè)定值從 60 再變?yōu)?50，記錄 LI1101 的響應(yīng)曲線。待系統(tǒng)穩(wěn)定之后，點擊工具欄中

35、的 按鈕，將當(dāng)前窗口切換到流程圖畫面。雙擊閥門 FV1101，在打開的閥門/擋板類設(shè)備屬性對話框中，將 FV1101 開度設(shè)置為 50，觀察 LI1101 曲線的變化趨勢。當(dāng) LI1101 穩(wěn)定后，再將 FV1101 開度調(diào)回到 32，等待液位穩(wěn)定。</p><p>　　圖2-14 擾動實驗圖</p><p>　　我們最后將液位控制器 LIC1101 的比例增益取為 Kc=3，因為在 Kc

36、=3 時液位趨勢曲線的響應(yīng)速度較快，且穩(wěn)態(tài)余差最小。但是由于比例作用不能消除余差的特點，可以看到在增加 FV1101 開度施加干擾時，LIC1101控制器不能將液位調(diào)節(jié)回設(shè)定值 50%，而是穩(wěn)定在比 50%低的位置。</p><p>　　這是由于 FV1101 的開度增加導(dǎo)致除氧器出口流量 FI1101 增加，因此液位會降低。但是由于控制器的作用，除氧器液位并沒有由于自身的非自衡的特性而不斷下降，而是達(dá)到了一個新

37、的穩(wěn)態(tài)值。當(dāng)將 FV1101 的開度調(diào)整回 32 之后，由于除氧器出口流量 FI1101 又回到原先的值，因此在控制器 LIC1101 的作用下，液位重新回到 50%。</p><p>　　2.2 除氧器出口流量控制</p><p>　　除氧器的汽包是產(chǎn)生蒸汽的地方，它的液位非常重要，如果液位過低就有可能燒壞汽包，如果液位過高，那么產(chǎn)生的過熱蒸汽的質(zhì)量就會受到影響，所以說汽包的液位必須要控

38、制在一定的范圍。</p><p>　　假設(shè)燃燒系統(tǒng)供應(yīng)的熱量一定，也就是單位時間內(nèi)蒸發(fā)出去的水量一定，要使七寶也為穩(wěn)定下來，就要保證汽包上水流量穩(wěn)定，所以要對上水流量也就是除氧器出口流量進(jìn)行控制。我們之所以不用出口流量控制汽包液位是因為除氧器出口除氧水是鍋爐汽包上水的主要來源，為了保證鍋爐汽包上水穩(wěn)定，必須保證鍋爐汽包上水流量穩(wěn)定。鍋爐上水流量也就是除氧器出口流量更應(yīng)該用來控制汽包水位。</p>&

39、lt;p>　　2.2.1 控制系統(tǒng)組態(tài)</p><p>　　（1）設(shè)置數(shù)據(jù)源，將除氧器出口流量FI1101作為控制器輸入。</p><p>　?。?）添加PID控制器模塊，取名為FIC1101配置如下表：</p><p>　　表2.1 FIC1101配置表</p><p>　?。?）添加執(zhí)行單元FV1101。</p>&l

40、t;p>　　（4）連接各部分組態(tài)，完成后如下圖所示：</p><p>　　圖2-15 除氧器壓力控制器組態(tài)</p><p>　　2.2.2 控制系統(tǒng)投運(yùn)及參數(shù)整定</p><p>　?。?）打開FIC1101控制器面板，將控制器狀態(tài)設(shè)為手動不斷修改OP值，觀察SP和PV值，當(dāng)其值達(dá)到11kg/s左右時，將控制器投自動。</p><p>

41、　?。?）將Kc改為10將除氧器出口流量SP由11改為15，觀察除氧器出口流量響應(yīng)曲線，當(dāng)FI1101達(dá)到穩(wěn)定后將SP由15改為11，觀察除氧器出口流量響應(yīng)曲線。</p><p>　　（3）當(dāng)FI1101達(dá)到穩(wěn)定后將Kc改為11、12、13、14、15、16后分別重復(fù)第二步操作。</p><p>　　當(dāng)全部操作完成后得到的各變量的響應(yīng)曲線如下圖所示：</p><p>

42、;　　圖2-16 Kc由10到16變化時的響應(yīng)曲線</p><p>　?。?）確定了Kc為13之后，將Ti值改為10，將SP值由11修改為15觀察各變量的響應(yīng)曲線，當(dāng)FI1101穩(wěn)定后再將SP值由15修改為11，觀察各變量的響應(yīng)曲線。</p><p>　?。?）當(dāng)FI1101穩(wěn)定后將Ti值分別修改為5、3、2、1、0.8并重復(fù)第一步操作，觀察響應(yīng)曲線。</p><p&g

43、t;　　當(dāng)全部操作完成后得到的各變量的響應(yīng)曲線如下圖所示：</p><p>　　圖2-17 Kc為13時Ti由10到0.8變化時的響應(yīng)曲線</p><p>　　2.2.3 施加擾動測試控制器性能</p><p>　?。?）在FIC配置對話框中將控制器狀態(tài)設(shè)為手動。</p><p>　?。?）將控制器輸出OP值改為50，也就是將FV1101的開

44、度突變?yōu)?0.</p><p>　?。?）在經(jīng)過10秒左右之后將控制器投入自動，觀察在FV101自身受擾動的情況下除氧器出口流量曲線的變化趨勢。</p><p>　　操作完成后得到了如下的趨勢圖：</p><p>　　圖2-18 擾動測試控制器FIC性能</p><p>　　2.2.4 實驗結(jié)果分析</p><p>　

45、　在使Kc由10到16變化的實驗中，由于流量參數(shù)的之后非常小，因此FV1101變化時FI1101馬上會跟著變化，隨著Kc增大可以看到FI1101的余差逐漸變小，同時隨著Kc的增大，F(xiàn)I1101逐漸出現(xiàn)衰減振蕩。由于FI1101的值一直大于FI1106，導(dǎo)致除氧器液位LI1101一直降低，因此在圖中可以看到LI1101一直是下降的，但是由于控制器LIC1101的作用，F(xiàn)V1106的開度變大試圖將LI1101調(diào)整回設(shè)定值，所以可以看到LI1

46、101的下降趨勢在減弱。</p><p>　　在Kc為13時Ti由10到0.8變化的試驗中，可以看到隨著Ti的減小FI1101的響應(yīng)曲線向設(shè)定值靠攏的速度越來越快，消除余差的作用非常明顯，響應(yīng)曲線也會出現(xiàn)明顯的衰減振蕩。同時由于積分作用的存在控制器的輸出變化很明顯FV1101的響應(yīng)曲線有明顯的振蕩也就是說，F(xiàn)V1101的變化很劇烈。另外，現(xiàn)在FIC控制器現(xiàn)在是無差調(diào)節(jié)，所以在FI1101的SP從15將為11時，

47、會有FI1101小于FI1106的時候，所以可以看到除氧器液位LI1101不再持續(xù)下降，而是在波動，而對LI1101起調(diào)節(jié)作用的FV1106也在波動中。</p><p>　　在用擾動測試控制器FIC性能的實驗中可以看到在FV1101的開度突變?yōu)?0時，F(xiàn)I1101迅速上升，偏離了11的設(shè)定值，由于FI1101突然增加，LI1101開始下降LIC1101增大FV1106的開度力圖將LI1101調(diào)回原來的穩(wěn)定值，當(dāng)F

48、IC1101重新投自動后，由于FI1101的設(shè)定值沒有變所以FI1101的OV大于SP，LIC1101輸出令FV1101關(guān)小，可以看到FI1101關(guān)小的趨勢。在FIC1101的作用下，F(xiàn)I1101快速回到了設(shè)定值并達(dá)到穩(wěn)定。由于LIC1101是純比例控制的有差調(diào)節(jié)，可以看到在FI1101重新達(dá)到穩(wěn)定后，LI1101沒有回到原來的穩(wěn)定值FV1106的開度也與干擾之前不同。</p><p>　　2.3 除氧器壓力控制

49、</p><p>　　上面說了除氧器的出口流量控制，接下來分析除氧器壓力控制。</p><p>　　許多生產(chǎn)過程都是在不同壓力下進(jìn)行的，有些需要很高的壓力，如，鍋爐氣泡，有的需要很高的真空度，如，鍋爐爐膛。在工業(yè)生產(chǎn)中，熱量傳遞是重要的操作和控制手段，可以利用系統(tǒng)的壓力保持過程的熱量平衡，此種情況下，壓力的動態(tài)特性和溫度類似。</p><p>　　壓力對象有兩種，一

50、類是具有一定容量的容器體積較大，表征動態(tài)特性的時間常數(shù)較大，即慣性較大。另外一類是管道壓力，時間常數(shù)較小，控制比較靈敏。無論是具有一定容量的氣罐的壓力，還是管道的壓力，與溫度對象相比都是較快的過程，時間常數(shù)不大，大都呈現(xiàn)單容特性，在控制中一般不用微分作用。</p><p>　　2.3.1 PI控制器特點</p><p>　　表2.2 PI控制器</p><p>　

51、　2.3.2 為什么要控制除氧器的壓力</p><p>　　這里通入蒸汽的主要目的是為了除去除氧器進(jìn)料軟化水中的氧氣，以防送入鍋爐的水中含有氧氣，腐蝕設(shè)備。除氧器對壓力的要求比較高，因為除氧器壓力過高，會造成除氧器憋壓，軟化水無法正常蒸發(fā)，如果除氧器壓力過低會造成氧不充分，而過多的氧氣會在加熱的過程中分解出來腐蝕鍋爐。</p><p>　　2.3.3 控制系統(tǒng)組態(tài)</p>&

52、lt;p>　?。?）設(shè)置數(shù)據(jù)源，將除氧器閥門PI1106實測值作為控制器輸入。</p><p>　?。?）添加PID控制器模塊，其配置如下表所示：</p><p>　　表2.3 PI1106配置表</p><p>　　設(shè)置執(zhí)行單元，閥門位號PV1101，數(shù)據(jù)輸出類型為絕對量。</p><p>　　進(jìn)行信號連接。配置完成后，控制組態(tài)窗口如

53、下圖所示。</p><p>　　圖2-19 除氧器壓力控制器組態(tài)</p><p>　　至此，針對除氧器壓力PI1106的單回路PID控制系統(tǒng)組態(tài)完成。</p><p>　　2.3.4 控制系統(tǒng)投運(yùn)及參數(shù)整定</p><p>　?。?）在控制器組態(tài)畫面，選中PIC1106控制器圖標(biāo)，打開PIC1106控制器的操作面板。</p>&

54、lt;p>　?。?）控制器狀態(tài)為手動，進(jìn)行手動控制，不斷修改OP值，也就是不斷改變閥門PV1101開度，觀察SP和PV的值，當(dāng)其值達(dá)到0.149MPa左右時，將控制器投自動。</p><p>　　（3）將比例增益Kc由1修改為10000時，改變除氧器壓力PI1106的SP，觀察除氧器壓力的響應(yīng)曲線。</p><p>　?。?）根據(jù)比例控制器的特點，不斷修改Kc的值，每修改一次都要通過

55、改變SP來加入階躍擾動，直到除氧器壓力曲線達(dá)到4:1衰減，記錄下此時的Kc值。</p><p>　?。?）確定Kc的值之后，根據(jù)積分控制器的特點，不斷修改Ti的值，每修改一次都要通過改變SP來加入階躍擾動，觀察除氧器壓力的響應(yīng)曲線。</p><p>　　當(dāng)全部操作完成后得到的各變量的響應(yīng)曲線如下圖所示：</p><p>　　圖2-20 各變量響應(yīng)曲線</p&g

56、t;<p>　　圖2-21 Kc增大時各變量響應(yīng)曲線</p><p>　　2.3.5 實驗結(jié)果分析</p><p>　　在純比例作用時，除氧器壓力PI1106的響應(yīng)曲線也沒有出現(xiàn)4:1衰減。這是因為除氧器體積比較大，在Kc=50000之后，PV1101在PI1106的SP改變的瞬間，開度都能達(dá)到全開，即使這樣，所提供的蒸汽量都不足以引起除氧器壓力的波動。Kc=20000時響

57、應(yīng)曲線比較好，但為了讓響應(yīng)快一點，最后采用Kc=10000。不過加入積分作用后，控制的效果倒是非常明顯。無論Ti取什么值，PV1101都能在最大開度維持一段時間，確保PI1106盡快上升到SP切無余差。由于PI1106的變化，除氧器內(nèi)水的蒸發(fā)量會不斷發(fā)生變化，因此除氧器液位LI1101會隨之變化?？梢钥吹剑琇I1101和FV1106的響應(yīng)曲線始終處在波動當(dāng)中，這是除氧器液位控制器LI1101在起作用。</p><p&

58、gt;<b>　　3 結(jié)論</b></p><p>　　對于控制液位的控制器我們選用了純比例控制，對于出口閥流量的控制我們主要使用PI控制，對于控制除氧器的壓力我們主要使用了PI控制，并且我們讓這三個控制器同時工作，從結(jié)果中，我們能發(fā)現(xiàn)，液位、流量、壓力這三個被控變量都能得到很好的控制，并且能夠使得整個工藝過程變得很穩(wěn)定。</p><p>　　比例控制規(guī)律P：采用P

59、控制規(guī)律能較快地克服擾動的影響，它的作用于輸出值較快，但不能很好穩(wěn)定在一個理想的數(shù)值，不良的結(jié)果是雖較能有效的克服擾動的影響，但有余差出現(xiàn)。它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、控制要求不高、被控參數(shù)允許在一定范圍內(nèi)有余差的場合。</p><p>　　比例積分控制規(guī)律(PI)：在工程中比例積分控制規(guī)律是應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律。積分能在比例的基礎(chǔ)上消除余差，它適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、被控參數(shù)不允許

60、有余差的場合。</p><p>　　比例微分控制規(guī)律(PD)：微分具有超前作用，對于具有容量滯后的控制通道，引入微分參與控制，在微分項設(shè)置得當(dāng)?shù)那闆r下，對于提高系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)，有著顯著效果。因此，對于控制通道的時間常數(shù)或容量滯后較大的場合，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小動態(tài)偏差等可選用比例微分控制規(guī)律。</p><p>　　例積分微分控制規(guī)律(PID)：PID控制規(guī)律是一種較理想的控制規(guī)律

61、，它在比例的基礎(chǔ)上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它適用于控制通道時間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場合。</p><p>　　通過實驗的設(shè)計我們能夠知道，在整定PID參數(shù)的時候，我們需要按照先P后I最后D的順序去整定各個參數(shù)，并且在整定P的時候，取消I和D的作用，這樣才能很好地找到合適的參數(shù)。</p><p>　　4 收獲、體驗和建議</p>

62、;<p>　　通過控制系統(tǒng)設(shè)計這門課程，我詳細(xì)地了解了鍋爐系統(tǒng)各部分的工藝流程。尤其是通過對除氧器設(shè)計并動手的各個實驗，從實踐中更深刻地體會了過程控制理論知識在實踐中的應(yīng)用。過程控制這門學(xué)科與我們實際生活中的工業(yè)過程有著緊密的聯(lián)系，是工業(yè)大家庭中一個不可分割的分支。學(xué)好過程控制，是對一個控制工程研究生的挑戰(zhàn)，同時也是一個將理論運(yùn)用到實踐的一個契機(jī)。</p><p>　　實驗設(shè)備非常先進(jìn)，很好地模擬了

63、實際鍋爐系統(tǒng)的生產(chǎn)過程。實驗的老師也很負(fù)責(zé)，對我們進(jìn)行一些鼓勵，對我們的想法非常支持，很好地引導(dǎo)我們完成了所有試驗。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 鄭輯光. 過程控制系統(tǒng)[M]．清華大學(xué)出版社，2012,12</p><p>　　[2] 王再英. 過程控制系統(tǒng)與儀表[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2006,