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角管式蒸汽锅炉的自动控制研究与应用

作　者: 赵伟
导　师: 王再英
学　校: 西安科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 动态特性 三冲量 变比值控制 专家PID 交叉限幅
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 50次
引　用: 1次
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内容摘要


随着我国工业生产逐步壮大,能源消耗、环境恶化日益严重。如何在工业生产各环节最大限度的降低能源消耗及污染排放已经成为各工业企业实现可持续发展战略的一个首要任务。在目前工业生产中,锅炉作为重要的能源转换设备,其应用普遍、耗能巨大、排放较高。优化锅炉自动控制系统,保证使其在安全运行前提之下,提高锅炉燃烧效率,降低有害气体排放量,不仅有着一定的经济意义,也有重要的社会意义。本文以某卷烟企业35T/h角管式蒸汽锅炉自动控制系统易地改造项目为实践背景,其生产蒸汽主要用于制丝线烟丝烘烤。在整个角管式蒸汽锅炉自动控制系统中,要求对其汽包水位、炉膛负压、烟气含氧量以及汽包压力等参数进行控制。由于在后续制丝线生产环节中,蒸汽用量极不稳定,而且蒸汽流量在每次变化过程中幅度较大,给角管式蒸汽锅炉的正常运行过程造成较为频繁的扰动,使得控制工况略显复杂。本文首先通过对角管式蒸汽锅炉在蒸汽流量扰动下的汽包水位动态特性、给水流量扰动下的汽包水位动态特性以及燃烧率扰动下汽包压力动态特性等分别进行深入分析。针对这一系列被控对象动态特性,先后对汽包水位控制、炉膛负压控制、烟气含氧量控制及汽包压力控制,分别提出了基于专家PID控制的给水三冲量控制方案、炉膛负压前馈反馈复合控制方案、燃料与送风的交叉限幅的燃烧控制方案及相应控制算法。在实际工程实践过程中,由于工程选取西门子S7-300系列PLC实现。故采用西门子STEP7软件对其相应的下位控制程序进行编写,以及现场调试,目前已正式投运生产,应用效果较为理想。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-11
  1.1 课题的选题意义及背景  7-8
  1.2 国内外的研究动态及发展趋势  8-9
    1.2.1 国内外研究概况  8-9
    1.2.2 锅炉自控发展趋势  9
  1.3 本文完成的工作  9-10
  1.4 本章小结  10-11
2 角管式蒸汽锅炉工艺流程、工艺过程、特性及控制要求  11-17
  2.1 角管式蒸汽锅炉工艺流程概述  11-14
  2.2 工艺过程简介  14-15
  2.3 具体控制要求  15-16
  2.4 本章小结  16-17
3 控制方案设计  17-34
  3.1 汽包水位控制方案设计  17-21
    3.1.1 汽包水位动态特性分析  17-19
    3.1.2 给水单冲量控制方案设计  19-20
    3.1.3 给水三冲量控制方案设计  20-21
  3.2 汽包压力与燃烧控制方案设计  21-33
    3.2.1 炉膛负压控制  21-22
    3.2.2 送风量与燃料量的变比值控制方案  22-23
    3.2.3 汽包压力控制  23-31
    3.2.4 燃料与送风量的交叉限幅控制  31-32
    3.2.5 汽包压力控制与燃烧控制系统方案总体框图  32-33
  3.3 本章小结  33-34
4 控制算法研究  34-43
  4.1 常规的PID 控制  34-35
    4.1.1 常规PID 控制原理  34
    4.1.2 PID 参数对控制品质影响分析  34-35
  4.2 专家PID 控制  35-39
    4.2.1 专家PID 控制原理  35-37
    4.2.2 基于专家PID 控制系统的给水三冲量控制  37-38
    4.2.3 专家控制器规则库建模  38-39
  4.3 控制系统参数整定  39-42
    4.3.1 单回路控制系统参数整定  39-40
    4.3.2 串级控制系统的参数整定  40-42
  4.4 本章小结  42-43
5 控制软件设计及现场调试结果  43-53
  5.1 PLC 程序控制软件设计  43-50
    5.1.1 STEP7 编程软件介绍  43-44
    5.1.2 PLC 系统的硬件组态  44-45
    5.1.3 汽包水位控制程序设计  45-48
    5.1.4 燃烧控制程序设计  48-50
  5.2 现场调试结果  50-52
  5.3 本章小结  52-53
6 结论  53-54
  6.1 本文总结  53
  6.2 今后展望  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-58
附录  58-64
攻读学位期间发表的论文  64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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