,单击此处编辑母版标题样式,*,学习情境三、汽包锅炉给水全程控制,任务1、认识汽包锅炉给水调节对象,任务2、启动及低负荷阶段的给水控制,任务3、高负荷阶段的给水控制,学习情境三、汽包锅炉给水全程控制任务1、认识汽包锅炉给水调节,1,任务1、认识汽包锅炉给水调节对象,教学目标：,1、熟悉汽包锅炉给水调节对象现场设备；,2、详细了解运行参数指标要求及控制任务；,3、掌握汽包锅炉给水调节对象动态特性仿真及其对调节过程的影响；,重点：汽包锅炉给水调节对象动态特性,难点：动态特性对调节过程的影响,任务1、认识汽包锅炉给水调节对象教学目标：,2,一、认识给水自动调节对象,1、认识给水自动调节对象现场设备及生产流程,一、认识给水自动调节对象1、认识给水自动调节对象现场设备及生,3,一、认识给水自动调节对象,一、认识给水自动调节对象,4,2、调节任务,1）使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在规定的范围之内波动；,2）保持给水量的相对稳定。,3、运行参数,汽包水位：汽包压力下饱和水的水位被调量,反映了给水量和蒸发量之间的物料平衡关系，直接影响锅炉的安全运行和蒸汽的品质。,要求：正常水位一般规定在汽包中心线以下100200mm处，允许波动范围为50mm。,一、认识给水自动调节对象,2、调节任务一、认识给水自动调节对象,5,二、汽包水位变化的运行分析,1、蒸汽流量扰动下水位变化,1）只从物料守恒考虑：,当蒸汽流量突然阶跃增加时，此时锅炉蒸发量大于给水量，水位按积分规律下降,2）从能量守恒看：,燃料量能及时跟上，由于燃烧强度增加，锅炉的蒸发强度增强，汽水混合物中的汽泡数量增加，水容积也迅速增大，使得汽水混合物体积膨胀，水位升高。,燃料量来不及增加，由于蒸汽量的增加，使汽包内的汽压下降，相应地降低了汽水混合物的饱和温度，汽化加快，同样使汽水混合物体积膨胀，水位升高。,二、汽包水位变化的运行分析1、蒸汽流量扰动下水位变化,6,2、给水流量扰动下的水位变化,1）考虑物料不平衡,当给水流量增加后，进入锅炉汽包的给水量增加大于蒸发量，水位上升。,2）汽泡体积变化,使温度较低的给水进入省煤器、汽包及水循环系统，吸收了原有饱和水中的一部分热量，致使水面下汽泡体积减小，水位下降。,3、炉膛热负荷扰动下的水位变化,当燃料量扰动时，蒸汽流量也会有所增加，与蒸汽量扰动系统相同。,二、汽包水位变化的运行分析,2、给水流量扰动下的水位变化 二、汽包水位变化的运行分析,7,三、控制对象的数学描述,指被控对象在指被控对象在各输入量（包括控制量和扰动量）作用下，其相应输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。,如：微分方程、传递函数,输入量-引起输出量变化的原因。,输出量-在输入量的影响及被控对象本身特性作用下产生的结果。,案例：汽包对象,qi-流入量，由调节阀开度来控制,qo-流出量，由用户根据负载阀来改变水流出量，,-水位，被调量，反映了流入量和流出量之间的平衡关系,三、控制对象的数学描述指被控对象在指被控对象在各输入量（包括,8,求：调节阀开度扰动下的动态特性,流出量,输入量,流入量,输入量,被调量,输出量,求：调节阀开度扰动下的动态特性流出量流入量被调量,9,求：调节阀开度扰动下的动态特性,起始平衡点：,某时刻，流入量突然开大，使流入量阶跃增加qi，,则物料平衡方程：其中,联立得：近似处理，可得微分方程,传递函数：,求：调节阀开度扰动下的动态特性起始平衡点：,10,MATLAB仿真：,对象参数对动态特性的影响,阻力对对象特性的影响：容量对对象特性的影响：,过程2比过程1的阻力减小 过程2比过程1的容量加大,MATLAB仿真：,11,四、给水调节对象的动态特性仿真,使用MATLAB软件仿真动态特性曲线,蒸汽量扰动：,给水量扰动：,四、给水调节对象的动态特性仿真 使用MATLAB软件仿真动态,12,五、总结给水调节对象的动态特性特点：,（学生汇报）,1、蒸汽量扰动下出现“虚假水位”现象：,在负荷突然增加时，虽然锅炉的给水流量小于蒸发流量，但开始阶段的水位不仅不下降，反而迅速上升，过一段时间后再下降。反之，锅炉负荷下降时，水位反而先下降。,特点：虚假水位的变化幅值与锅炉负荷的大小有关，根据100230 t/h中高压锅炉的资料，当负荷阶跃扰动10%时，虚假水位的变化幅值可达30-40mm。,2、给水流量扰动时，水位调节对象的动态特性表现为有惯性的无自平衡能力特征。,3、炉膛热负荷扰动下，也会出现“虚假水位”现象。,五、总结给水调节对象的动态特性特点：（学生汇报）,13,五、对给水调节的要求：,1、克服蒸汽量扰动下虚假水位造成的误动作,2、克服给水量扰动下的迟延,五、对给水调节的要求：,14,任务2、启动及低负荷阶段的给水控制,教学目标：,1、能正确构成单冲量调节系统；,2、能根据对象特性正确选择P、I、D控制规律，并设置调节器参数；,3、正确评价单冲量调节系统性能；,4、正确进行启动及低负荷阶段给水控制仿真操作。,重点：完成单冲量调节系统设置及调试,难点：单冲量调节系统性能分析,任务2、启动及低负荷阶段的给水控制 教学目标：,15,一、构成单冲量调节系统,被调量：汽包水位H,调节机构：给水调节阀节流调节方式,调节量：给水量,扰动：给水流量、蒸汽流量、燃料量的阶跃变化,一、构成单冲量调节系统被调量：汽包水位H,16,一、构成单冲量调节系统,单回路控制系统的方框图：,由被控对象、测量变送单元、控制器和执行器按一定信号连接构成单回路控制系统（反馈控制）。,一、构成单冲量调节系统单回路控制系统的方框图：,17,二、调节器的动作规律及仿真,调节器的动作规律：,调节器的输出信号与输入信号之间的函数关系。,输入信号：被控量与给定值的偏差信号。,输出信号：调节阀的开度信号,二、调节器的动作规律及仿真调节器的动作规律：,18,（一）比例调节规律,1定义：调节器的输出和输入成比例关系,2表示方式：,动态方程：,传递函数：,Kp：比例增益：比例带,3比例调节的特点,（1）动作迅速、方向正确,（2）有差调节,4比例带对调节过程的影响,KP：Kp越大，系统越不稳定，但静态偏差会越小。,衰减率稳态误差动态偏差,（一）比例调节规律 1定义：调节器的输出和输入成比例关系,19,（二）积分调节规律,1定义：调节器的输出与偏差信号随时间的积分成比例关系,2表示方式：,传递函数：,Ti 积分时间，Ti调节作用增强,3积分调节的特点：（1）无差调节,（2）调节作用不及时,（3）积分作用使系统稳定性变差。,4积分时间对调节过程的影响,Ti衰减率稳态误差=0动态偏差调节时间,（二）积分调节规律1定义：调节器的输出与偏差信号随时间的积,20,（三）P与 I调节规律的比较：,静态：I调节优于 P调节,动态：P调节优于 I调节,结论,积分调节虽然可消除稳态误差，但调节缓慢，动态超调量加大，而且使系统的稳定性变差。工业上不单独使用积分调节作用。,（三）P与 I调节规律的比较：,21,（四）微分调节规律,1定义：调节器的输出与偏差信号的微分成比例关系,2表示方式：,动态方程：TD：微分调节器的微分时间,传递函数：3微分调节的特点,(1)具有导前性和预见性；,(2)不能单独作为调节器，只能起辅助作用(如构成 PD或 PID),（四）微分调节规律1定义：调节器的输出与偏差信号的微分成比,22,（五）PID调节器,1动作规律,动态方程：,传递函数：,2特点：,（1）快速、敏捷；,（2）平稳准确；,（3）三项需适当配合；,（4）三种作用在任何时候都协调工作。,（五）PID调节器1动作规律,23,小结：,1、虽然 PID的调节效果最好，并不意味着所有的系统都是合理的，因为它有三个参数要整定，如果整定不合适，则可能导致系统不稳定，适得其反。,2、使用何种调节规律一般可按：先比例，再积分，然后才把微分加。,3、对象时间常数大或迟延时间长，应引入 D作用，若系统允许有残差，则可选 PD调节；系统要求无差，则选 PID规律。,4、对象的时间常数较小，受扰动影响不大，系统要求无差，则使用 PI调节。（如锅炉水位控制等）。对象的时间常数较小，受扰动影响不大，系统不要求无差，则使用 P调节。（如锅炉高加水位控制等）。,5、对象时间常数或迟延时间很长，受扰动影响也很大，简单控制系统已不能满足要求，应设计复杂控制系统（如汽温控制系统）。,小结：1、虽然 PID的调节效果最好，并不意味着所有的系统都,24,三、低负荷阶段给水控制过程分析,（1）平衡状态（稳定状态）,物质平衡：能量相等（D=W）参数稳定：H=H0,（2）扰动分析：,扰动出现引起被控量发生了变化后，系统的控制过程,三、低负荷阶段给水控制过程分析（1）平衡状态（稳定状态）,25,四、控制系统时域分析及仿真,1、控制系统品质指标,调节过程曲线：（考察单回路控制系统的品质）,稳定性：衰减率（越大越稳定）,快速性：调节时间（越小越快）,准确性：动态偏差（越小越好），,静态偏差（与目标的要求是否一致）。,四、控制系统时域分析及仿真1、控制系统品质指标,26,四、控制系统时域分析及仿真,2、调节过程曲线：,四、控制系统时域分析及仿真2、调节过程曲线：,27,五、给水系统投入仿真运行,1、联系电气给除循泵、电动给水泵送电，调出SCS中电动给水泵画面。,2、启动电动给水泵辅助油泵（OIS-SCS-43），投油泵联锁。,3、电动给水泵（OIS-SCS-41）启动除循泵。就地开启除循泵出口门，除氧器排空气门，4、电泵前置泵入口隔离门。,5、开启除氧器辅汽进汽电动隔离门，（OIS-MCCS-16-A）调整除氧器压力O.147MPa。,6、SCS启动电动给水泵，设置给水泵最小流量再循环为160T/h。C转速控制自动，I压差控制自动。,7、开启电动给水泵出口旁路调整门的电动及手动隔离门，高压加热器投入旁路运行。8、8、开启省煤器入口门，炉水再循环门。,9、用旁路调整门（OIS-MCCS-14-H）给锅炉上水。,五、给水系统投入仿真运行1、联系电气给除循泵、电动给水泵送电,28,任务3、高负荷阶段的给水控制,教学目标：,1、能正确构成三冲量调节系统；,2、准确评价单级、串级三冲量调节系统性能；,3、分析实现全程给水控制应解决的问题；,4、正确进行高负荷阶段给水控制的仿真操作。,重点：完成三冲量调节系统设置及调试,难点：全程给水控制应解决的问题,任务3、高负荷阶段的给水控制 教学目标：,29,一、单级三冲量给水调节系统,（1）系统的组成,三个冲量：一个调节器,汽包水位H：是被调量，所以水位信号称为主信号，,蒸汽流量D：前馈信号,给水流量W：反馈信号。,一、单级三冲量给水调节系统（1）系统的组成,30,一、单级三冲量给水调节系统,（2）调节对象的静态特性,1、蒸汽流量信号定为“+”号：,调节器输出控制信号与蒸汽流量信号的变化方向相同。,2、给水流量信号定为“-”号：,是反馈信号，它是为稳定给水流量而引入调节系统的。,3、汽包水位H定为正号：,调节器操作给水流量的方向与水位信号的变化方向相反。且水位测量装置平衡容器本身具有反号的特性。,注：I=I,H,-I,H0,+I,D,-I,W,一、单级三冲量给水调节系统（2）调节对象的静态特性,31,一、单级三冲量给水调节系统,（3）单级三冲量给水调节系统的分析,水位变化 HIHI=IH-IH0+ID-IWITWH,蒸汽量扰动 DH（虚假水位）IH,IDI=IH-IH0+ID-IWI 基本不变不变W不变,虚假水位过后，HIHIITWH,克服蒸汽量扰动下虚假水位造成的误动作,给水量扰动WH（有迟延）,IWIITW在水位还未变化前已克服了扰动,一、单级三冲量给水调节系统（3）单级三冲量给水调节系统的分析,32,一、单级三冲量给水调节系统,特点：,1、克服蒸汽量扰动下虚假水位造成的误动作,2、克服给水量扰动下的迟延,3、能进行水位调节,改进：串级三冲量控制,一、单级三冲量给水调节系统特点：,33,二、给水全程调节系统应考虑问题（讨论）,1、控制内容：,（1）测量信号的校正,水位信