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1、 本科毕业设计论文题 目 电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统设计 专业名称 学生姓名 指导教师 毕业时间 2电厂锅炉温度串级控制系统设计摘 要本文是针对锅炉蒸汽温度控制系统进行的分析和设计，而对锅炉蒸汽的良好控制是保证系统输出蒸汽温度稳定的前提，所以本系统采用串级控制系统，这样可以极大的消除控制系统工作中的各种干扰因素，是系统能在一个较为良好的状态下工作，同时锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器管壁温度不超过允许的工作温度。蒸汽温度是锅炉安全、高效、经济运行的重要参数，因此对蒸汽温度控制要求严格，过高的蒸汽温度会造成过热器，蒸汽管道及汽轮机因过大的热应力变形而毁坏；蒸汽温度过低，又
2、会引起热效率降低影响经济运行。本次设计主要考虑的部分是锅炉温度蒸汽控制系统设计，蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器，锅炉气温控制系统主要包括过热器和再热蒸汽温度的调节。主要蒸汽温度与再热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行是非常重要的。本设计针对锅炉温度控制问题，综合应用过程控制理论以及近年来兴起的仿真技术、计算机远程控制、组态软件，设计了锅炉温度串级控制系统。首先，通过实验法建立锅炉的数学模型，得到锅炉温度的传递函数，通过对理论设计的控制方案进行仿真，得到较好的响应曲线，为实际控制系统的实现提供先决条件。其次，使用智能仪表作为控制器，组建现场仪表过程控制系统，通过参数整定，得到较好
3、现场控制效果。再次，实现积分分离的PID控制算法。关键词：蒸汽温度；串级控制系统；PID控制Abstract This article is the analysis and design for boiler steam temperature control system , and a good control of the steam boiler system is to ensure the stability of the output steam temperature , so the system uses the cascade control system , whic
4、h can greatly eliminate the control system work various confounding factors , the system can work in a relatively good condition , while the boiler superheater outlet steam temperature within the allowable range , and to protect the superheater tube wall temperature does not exceed the allowable ope
5、rating temperature.Steam boiler temperature is safe, efficient and economic operation of important parameters , and therefore require strict temperature control of steam , high temperature steam can cause overheating , steam pipes and steam turbine thermal stress due to excessive deformation and des
6、truction ; steam temperature is too low , would reduce the impact caused by the thermal efficiency of the economy .The main part of this design consideration is the temperature of the steam boiler control system design , steam superheater system includes primary superheater desuperheater secondary s
7、uperheater , boiler temperature control system includes superheater and reheat steam temperature regulation . The main steam temperature and reheat steam temperature stability for safe and economic operation of the unit is very important.The design for the boiler temperature control problem , a comp
8、rehensive application process control theory and the recent rise of simulation technology, computer remote control, configuration software, designed the boiler temperature cascade control system . First, create a mathematical model through experimentation boilers , boiler temperature to obtain the t
9、ransfer function of the control scheme of the theoretical design through simulation, get a better response curve, providing prerequisite for the realization of the actual control system. Secondly , the use of smart meters as a controller, field instrumentation process control system established by p
10、arameter tuning, get a better scene control. Again, the integral PID control algorithm to achieve separation .KEY WORDS: Steam temperature；Cascade Control System；PID control目 录 摘 要1Abstract4第一章 绪论6 1.1 毕业设计的选题意义9 1.2 毕业设计的任务和要求8 1.3主要技术指标8第二章 生产工艺概述11 2.1 锅炉生产工艺简介9 2.2 过热器的介绍10 2.3过热蒸汽温度控制对象的动态特性11
11、2.3.1 蒸汽流量扰动下过热汽温对象的动态特性11 2.3.2 烟气热量扰动下过热汽温对象的动态特性12第三章过热蒸汽温度控制原理及方案设计16 3.1简单蒸汽温度控制系统16 3.1.1简单回路控制蒸汽温度系统主要由调节器和控制对象组成16 3.1.2过热蒸汽控制系统的控制策略的设计17 3.2复杂蒸汽温度控制系统18 3.3串级控制系统的特点18 3.4采用串级调节系统的条件19 3.4.1串级调节系统需满足如下两个条件：19 3.4.2串级调节系统的分析19 3.4.3过热蒸汽控制系统的控制策略的设计20 3.5串级控制系统主副回路确定21 3.6 导前微分控制系统22 3.6.1 导
12、前微分控制系统的组成及原理22 3.6.2 导前微分控制系统的分析23 3.6.3 导前微分控制系统的整定25 3.7 两种汽温自动控制系统的比较28第四章 过热蒸汽温度控制系统的设计30 4.1系统控制参数的确定30 4.1.1主变量的选择30 4.1.2副变量的选择30 4.1.3操纵变量的选择30 4.2执行器的选择31 4.3控制仪表的选择31 4.4串级控制系统主副回路和主副调节器选择32 4.5控制器选择34第五章 基于MATLAB的系统仿真35 5.1电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统的建模35 5.1.1机理法35 5.1.2测试法35 5.1.3阶跃响应法36 5.2 PID控制器
13、原理36 5.2.1 PID控制器简介36 5.2.2 PID控制系统38 5.3 PID控制参数的整定及方法38 5.3.1 PID控制参数的整定简介38 5.3.2 PID控制参数整定方法395.4电厂锅炉蒸汽温度串级控制系统的MATLAB仿真42 5.4.1 被控对象的仿真模型42 5.4.2 串级控制系统的仿真43致 谢47参考文献49毕业小结46绪论1.1 毕业设计的选题意义 蒸汽温度是锅炉安全、高效、经济运行的主要参数，因此对蒸汽温度控制要求严格。过高的蒸汽温度会造成过热器，蒸汽管道及汽轮机因过大的热应力变形而毁坏；蒸汽温度过低，又会引起热效率降低，影响经济运行。锅炉控制现场环境恶
14、劣，采用传统的基于模拟技术的控制器、仪器仪表或单片机，不仅结构比较复杂，效率比较低，而且可靠性也不高。本次课设设计的主要考虑部分是锅炉蒸汽温度控制系统的设计。蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器。锅炉汽温控制系统主要包括过热汽和再热蒸汽温度的的调节。主要蒸汽温度与再热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行时非常重要的。过热蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口温度在允许的范围之内，并保护过热器，使其管壁温度不超允许的工作温度。过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度的最高点，过热蒸汽温度过高或是过低，对锅炉运行及蒸汽设备是不利的。蒸汽温度过高会使过热器管壁金属强度下降，以至烧坏过热器的高温段，严重影响安全。一般规定过热器的温度与规定值的暂时偏差不超过+-10摄氏度，长期偏差不超过+-5摄氏度。如果过热蒸汽温度偏低，则会降低电厂的工作效率，同时使汽轮机后几级的蒸汽湿度增加，引起叶片磨损。据估计，温度每降低5摄氏度，热经济性将下降约1%；且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽温度升高，甚至使之
