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1、工程师培训资料 标题 锅炉过热蒸汽出口压力串级控制培训 高 端培训 培训人 xx 内部工程师培训 资料 基基 础础 知知 识识 1 串级控制系统的方块图 2 2 串级控制系统的组成 3 3 副被控变量的选择副被控变量的选择 4 4 主 副控制器控制规律的选择主 副控制器控制规律的选择 5 5 主 副控制器正反作用的判定主 副控制器正反作用的判定 3 基基 础础 知知 识识 v 串级控制系统的方块图 4 基基 础础 知知 识识 v 串级控制系统的组成 v串级控制系统有两个环路 一个内环和一个外环 习惯 上称内环为副环 外环为主环 处于副环上的控制器 对象和变送器分别称为副控制器 副对象和副变送器
2、 副对象的输出称为副被控变量 简 称副变量 处于主环上的控制器 对象和变送器分别称为主控制器 主对象和主变送器 主对象的输出称为主被控变量 简 称主变量 5 v串级控制系统有两个控制器 主控制器和副控制器 而只有一个调节阀 v主环是一个定值控制系统 而副环是一个随动系统 主控制器的给定值是由工艺决定的 它是一个定值 副控制器的给定值是由主控制的输出提供的 它随着 主控制输出的变化而变化 所以副环是一个随动系统 v在串级控制系统中 对主对象的控制质量要求比较高 而对副对象控制质量要求没有主对象高 6 基基 础础 知知 识识 基基 础础 知知 识识 串级控制系统副被控变量的选择 使系统中的主要干扰
3、包含在副环内 使副环包含更多的干扰 使副环尽量少包括或不包括纯滞后 副回路的设计还要考虑到方案的经济性和工艺的合 理性 7 基基 础础 知知 识识 串级控制系统中主 副控制器规律的选择 主控制器一般选择比例 积分控制器 如果滞后比较 大 例如温度对象和成分对象 就需要选用比例 积 分 微分控制器 副控制器一般选用比例控制器 8 基基 础础 知知 识识 v串级控制系统主 副控制器正 反作用的确定 v串级控制系统控制器正 反作用的判定顺序 先副后主 v 确定副控制器的正 反作用 与主环无关 判定方法 与单回路控制系统相同 判断过程如下 9 10 基基 础础 知知 识识 确定主控制器的正 反作用 主
4、控制的正反作用只与 主对象的符号以及偏差的符号有关 与调节阀的符号没 有关系 v在判断主控制器正 反作用时 将副环看成一个符号 为 正 的环节 v因为副环是一个随动控制系统 即当副环的输入增加 时 副环的输出也将增加 反之输入减小 输出也将 减小 所以副环的符号为 正 11 基基 础础 知知 识识 主对象的输入是副对象的输出 这从串级控 制系统的方块图中可以看出 认识实验 认识过热蒸汽出口压力 12 认识实验 流程说明 经处理的软化水在除氧器V1101中热力除氧后 经由上水 泵P1101泵入汽包V1102 再经过对流管束和下降管进入 锅炉水冷壁 吸收炉膛辐射热变成汽水混合物 然后返 回汽包进行
5、汽水分离 分离出的饱和蒸汽再次进入炉膛 F1101进行汽相升温 成为过热蒸汽 出炉膛的过热蒸汽 进入减温器E1101壳程 进行温度微调后 以工艺所要求 的过热蒸汽压力 过热蒸汽温度输送给下一生产单元 如蒸发器 最终过热蒸汽压力为PI1104 温度为TI1104 流量为 FI1105 过热蒸汽出口管道上设调节阀FV1105 13 认识实验 流程说明 燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器 空气经 由变频鼓风机K1101送入燃烧器 燃料流量为FI1103 燃 料压力为PT1101 燃料流量管线设调节阀FV1104 燃料 与空气在燃烧器混合燃烧 产生热量使锅炉水汽化 检测仪表说明 14
6、位号检测检测 点说说明单单位 FI1103燃料流量kg s FI1105过热蒸汽流量kg s PT1101燃料压力MPa PI1104过热蒸汽压力MPa 认识实验 流程说明 执行机构说明 开关阀说明 15 位号执执行机构说说明 FV1104燃料管线调节阀 FV1105过热 蒸汽管线调节阀 位号执执行机构说说明 XV1105过热 蒸汽管线开关阀 认识实验 压力自衡过程 1 在没有打开任何工程的前提下 在 SMPT 1000监控环境中打开锅炉工程 08 BoilerPI1104 SingleControl 2 点击工具栏中的 按钮 打开阀门 挡板 控制配置对话框 确认阀门FV1104为手操 状态
7、3 在趋势画面中添加PI1104 FI1103和 FV1104的实时曲线 4 特性测试 点击工具栏中的运行按钮 让锅炉工 程运行起来 16 认识实验 压力自衡过程 将阀门FV1104固定到一个开度 待过热蒸 汽出口压力稳定之后记录下流量FI1103和 压力PI1104的值 然后将阀门FV1104调整到一个新开度 待 压力稳定后 记录流量和压力新的稳态 值 本实验可以继续下去 对应FV1104任何一 种开度 蒸汽压力PI1104都能达到平衡 17 完全自衡过程 无论扰动如何变化 过程自身都能在不 加控制的条件下 在变量实际允许的量程范围内达到平 衡 过热蒸汽出口压力单回路控制系统 设计 v过热蒸
8、汽出口压力控制目的 为了保证过热蒸汽出口 压力稳定 过热蒸汽出口压力是蒸汽供需平衡的标志 而蒸汽压力通常随着需求的变化而变化 v 选择操纵变量 过热蒸汽出口压力主要受过燃料流量和过热蒸汽出口 流量的影响 其中燃料流量对过热蒸汽出口压力的影响 尤其显著 因此选择燃料流量作为操纵变量 18 过热蒸汽出口压力单回路控制系统 设计 v 确定控制器正反作用 根据系统必须构成负反馈 即构成系统的各个环节的 放大倍数为负 而阀门的符号为正 过热蒸汽出口压力 对象的符号为正 燃油流量增加时 过热蒸汽压力升高 测量变送器的符号为正 偏差为PV SP 符号为正 由此得知 控制器的符号为负 v 控制规律选择 压力对
9、象滞后较小 因此使用比例积分控制作用即可 19 过热蒸汽出口压力单回路控制系统 实验步骤 1 确保在SMPT 1000监控环境中打开锅炉 工程08 BoilerPI1104SingleControl 2 点击工具栏中的 按钮 打开阀门 挡板 控制配置对话框 将阀门FV1104设为内控 状态 3 点击工具栏中的 按钮 将当前窗口切 换到控制组态画面 进行控制系统组态 1 设置数据采集点 采集过热蒸汽出口 压力PI1104实测值作为控制器输入 2 控制器组态 从控制模块库拖入一个 PID控制器模块 具体配置如下表所示 20 过热蒸汽出口压力单回路控制系统 实验步骤 模块参数取值值说说明 PID控制
10、器 位号PIC1104过热 蒸汽出口压力控制器 状态手动 正反作用反作用 参数Kc200提供的参考值 参数Ti60提供的参考值 参数Td0不使用此参数 21 3 设置执行单元 阀门位号FV1104 数据输 出类型为绝对量 4 进行信号连接 配置完成后 控制组态窗口 如下图所示 过热蒸汽出口压力单回路控制系统 实验步骤 4 在趋势曲线画面中添加FV1105曲线 5 将阀门FV1105固定开度为30 点击工具 栏中的运行按钮 让锅炉工程运行起来 6 控制系统投运 在控制器组态画面 选中PIC1104控制器图 标 点击工具栏中的 按钮 打开PIC1104控 制器的操作面板 控制器状态为手动 可进行手
11、动控制 不 断修改OP值 也就是不断改变阀门FV1104 开度 观察SP和PV的值 当其值达到 3 8MPa左右时 将控制器投自动 22 过热蒸汽出口压力单回路控制系统 实验步骤 7 施加扰动测试控制器性能 将PI1104设定值从3 8MPa变为3 9MPa 记 录PI1104的响应曲线 待PI1104稳定后 将PI1104设定值从 3 9MPa再变为3 8MPa 记录PI1104的响应 曲线 在PIC1104控制器配置对话框中 将控制器 设为手动状态 将控制器输出OP值修改为 50 也就是将FV1104的开度突变为50 经 过10s左右后 将控制器状态设置为自动状 态 观察在FV1104自身
12、受扰动的情况下 PI1104曲线的变化趋势 23 过热蒸汽出口压力单回路控制系统 实验步骤 待系统稳定之后 手工将FV1105开度设置 为40 观察PI1104曲线的变化趋势 当PI1104稳定后 再将FV1105开度调回到 30 等待PI1104稳定 24 过热蒸汽出口压力单回路控制系统 从上图中可以看出 染料流量很容易受波 动 如果增加一个燃料流量单回路控制 那么它会和过热蒸汽出口压力单回路控制 相互干扰 影响控制效果 解决办法 设计过热蒸汽出口压力 燃料流 量串级控制系统 25 过热蒸汽出口压力过热蒸汽出口压力 燃料流量串级控制燃料流量串级控制系统系统设计设计 1 确定控制器正 反作用
13、2 控制规律选择 3 串级控制系统 控制器参数整定 串级控制系统的 控 制器参数工程 整定方法有逐步 逼近法 一步法 和两步法 26 过热蒸汽出口压力串级控制系统的 P ID 其中常用的是一 步法和两步法 过热蒸汽出口压力过热蒸汽出口压力 燃料流量串级控制系统燃料流量串级控制系统设计设计 一步整定法一步整定法 v 根据经验先将副控制器一次放好 不再变动 然后按一般单回路控 制系统的整定方法直接整定主控制器参数 v 具体的步骤如下 1根据副变量的类型 按经验值选好副控制器参数 并将其放在副控 制器上 副控制器只用比例 27 副变量类型副控制器比例放大倍数KC2 温度5 1 7 压压力3 1 4
14、流量2 5 1 25 液位5 1 25 过热蒸汽出口压力过热蒸汽出口压力 燃料流量串级控制系统燃料流量串级控制系统设计设计 2按单回路控制系统参数整定方法直接整定主控制器参数 3观察主变量响应过程 适当调节主控制器的参数 使主 变量达到要求 一步法整定的依据是 在串级控制系统中 主变量是主要 的工艺操作指标 直接关系到产品的质量 因此对它要求 比较严格 而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制 质量 对副变量本身没有很高的要求或要求不严 允许它 在一定范围内变化 因此在控制器参数整定时不必将过多 的精力放在副环上 只要主变量达到规定的质量指标要求 即可 28 过热蒸汽出口压力过热蒸汽出口压力
15、燃料流量串级控制系统燃料流量串级控制系统设计设计 两步整定两步整定法法 v 控制器参数整定分两步进行 先整定副环 再整定主环 v 具体的步骤如下 将主 副控制器比例增益放在1 积分时间放最大 微分 时间放最小 将副环投入自动 将主控制器置手动 手 动调整主控制器输出 改变副控制的给定 按照单回 路控制系统控制器参数整定方法整定副环 将副控制器参数放置好 将主控制器切入自动 用同样 的方法整定主控制器参数 29 过热蒸汽出口压力过热蒸汽出口压力 燃料流量串级控制系统燃料流量串级控制系统设计设计 按上述计算所得设置控制器 观察主 副 变量的响应曲线 如不够满意 可适当地 进一步微调 两步法寻求两个
16、4 1的衰减过程较为费时 30 过热蒸汽出口压力 燃料流量串级控制系统实验 1 在没有打开任何工程的前提下 在SMPT 1000监控环境中打开锅 炉工程08 BoilerPI1104 CascadeControl 2 点击工具栏中的 按钮 打开阀门 挡板控制配置对话框 将阀门 FV1104设为内控状态 3 点击工具栏中的 按钮 将当前窗口切换到控制系统组态窗口 进 行控制系统组态 31 对于过热蒸汽出口压力串级控制系统而言 两个控制器输入 分别为过热蒸汽出口压力PI1104和燃料流量FI1103 两个控制 器分别为过热蒸汽出口压力控制器PIC1104和燃料流量控制器 FIC1103 控制器输出为燃料流量调节阀FV1104 过热蒸汽出口压力 燃料流量串级控制系统实验 1 从控制模块库中拖入两个控制器输入模块 分别配置 位号PI1104和FI1103 2 从控制模块库中拖入两个PID控制器模块 具体配置如 下表所示 32 模块参数取值值说说明 PID控制器 位号FIC1103副控制器 燃料流量控制器 状态手动 正反作用反作用 参数Kc1 参数Ti99999 参数Td0不使用此参数 模块参数
