计算机控制技术与系统 课件 11 计算机控制系统实例 .pptx

1第11章

计算机控制系统实例

ExampleofComputerControlSystems

2工业锅炉计算机控制系统硫化机计算机群控系统焊接机器人控制系统本章主要内容

311.1工业锅炉计算机控制系统工业锅炉简介锅炉计算机控制系统组成与实现

11.1.1工业锅炉介绍按燃料种类分，在各个工业部门中，应用最多的有燃油锅炉、燃气锅炉和燃煤锅炉。在石油化工、炼油的生产过程中，往往产生各种不同的残油、残渣、释放气和炼厂气，为充分利用这些燃料，所以出现了油、气混合燃烧锅炉和油、气、煤混合燃烧锅炉。所有这些锅炉，燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。

5图11.1锅炉设备主要工艺流程图

6燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds。然后经过热器，形成一定温度的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Pm的过热蒸汽，经负荷设备控制供给负荷设备用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变为过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱，排入大气。锅炉设备主要的工艺流程

7锅炉设备是一个复杂的控制对象，输入变量是负荷、锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等。输出变量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气（烟气含氧量）等。这些变量之间相互关联。如果蒸汽负压发生变化，必将会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度等的变化；燃料量变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、过剩空气和炉膛负压；给水量的变化不仅影响汽包水位，而且对蒸汽压力、过热蒸汽温度等亦有影响。图11.2输入变量与输出变量关系图

8锅炉是一个典型的多变量对象，要进行自动控制，对多变量对象可按自治的原则和协调跟踪的原则加以处理。目前，锅炉控制系统大致可划分为三个控制系统：锅炉燃烧控制系统锅炉给水控制系统过热蒸汽温度控制系统

911.1.2锅炉计算机控制系统组成燃烧过程控制系统：燃烧过程控制任务：使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要（常以蒸汽压力为被控变量）；使燃料与空气量之间保持一定的比值，以保证最佳经济效益的燃烧（常以烟气成分为被控变量），提高锅炉的燃烧效率；使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压在一定的范围内。燃烧过程控制系统设计方案：根据自治原则简化锅炉燃烧控制系统，可将其大致分为三个单变量控制系统：燃料量—汽压子系统、送风量—过量空气系数子系统以及引风量—炉膛负压子系统。

1011.1.2锅炉计算机控制系统组成锅炉燃烧过程的上述三个子系统间使彼此仍有关联。首先考虑到燃料量与送风量子系统间应满足以下两点:锅炉燃烧过程中燃料量与空气(送风)量之间应保持一定比例，实际空气(送风)量大于燃料需要空气量，他们之间存在一个最佳空燃比(最佳过剩空气系数)α，即为了保持在任何时刻都有足够的空气以实现完全燃烧，当热负荷增大时，应先增加送风量，后增加燃料量；若热负荷减少时，应先减少燃料量，再减少送风量。

11其中，Wm1(s)和Wm2(s)是燃料量和送风量测量变送器的传递函数，假设它们都是比例环节，则Wm1(s)=K1，Wm2(s)=K2。由此可得到最佳空燃比α与空气量、燃料量测量信号IV和IB之间的关系如下：设，则

12假设机组所需负荷的信号为IQ，当系统处于稳态时，则有设定值。即。，，表明系统的燃料量适合系统的要求，而且达到最佳空燃比。假如负荷突然增加，对于送风量控制系统而言，高选器的两个输入信号中，突然增大，则＞，所以，增大的信号通过高选器，在乘以β后作为设定值送入调节器WC2，显然该调节器将使u2增加，空气阀门开大，送风量增大。对于燃料量控制系统来说，尽管增大，但在此瞬间还来不及改变，所以低选器的输入信号＞，低选器输出不变，不变，此时燃料量B维持不变。只有在送风量开始增加以后，即变大，低选器的输出才随着的增大而增加，这时燃料阀门才开大，燃料量增多。反之，在负荷信号减少时，则通过低选器先减少燃料量，待减少后，空气量才开始随高选器的输出减小而减小，满足上述第二点要求，始终保持完全燃烧。

13送风子控制系统的最终目的是达到最高的锅炉热效率。通常将送风控制系统设计为带有氧量校正的空燃比控制系统，经过燃料量与送风量回路的交叉限制，组成串级比值的送风系统。结构上是一个有前馈的串级控制系统，如图11.4所示。

14锅炉给水控制系统：控制任务：考虑汽包内部的物料平衡，使给水量