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文檔簡介

火力發電廠自動控制講座一引言1.1電廠控制對象·鍋爐汽輪機發電機·燃燒過程水汽過程發電過程·燃料(源)汽水(媒)電(果)1.2電廠目標·保質高產安全增效1.3電廠自控內容·自動監測自動監測反映生產過程進行情況的各種參數及生產設備的工作狀態,以監視生產進行情況和趨勢·順序控制根據預先擬定的程序和條件,自動地對設備進行一系列操作。電廠中主要針對主機和輔機的啟動和停止過程自動保護發生事故時,自動采取保護措施,以防止事故進一步擴大或保護生產設備不受嚴重破壞自動調節自動維持生產過程按工藝規定的要求運行1.4電廠實現自動控制系統模擬儀表控制系統上世紀六、七十年代占主導地位,電動單元組合儀表DDZ-Ⅱ等集中數字控制系統上世紀七、八十年代DDC(DirectDigitalControl)它采用單片機、PLC和順序邏輯控制器SLC(SequenceLogicalControl)或微機做控制器,控制器內傳遞數字信號,一般為單回路,用PID算法,采用集中控制,用一臺微機集中監控和管理過程,系統可靠性差,目前在底層應用集散控制系統DCS(DistributedControlSystem)上世紀八、九十年代占主導地位,其核心思想是集中管理,分散控制。上位機用于集中監視管理,若干臺下位機用預現場實現分布式控制,上下位機間用控制網絡互聯以實現信息傳輸。優點是可靠性高于DDC,處理能力高于DDC,但不同廠家的DCS產品協議不開放,不能互操作。DCS產品造價高,目前電廠廣泛應用現場總線控制系統FCS(FieldbusControlSystem)用現場總線這一開放、具有互連性的網絡將現場各控制器和儀表設備互連,將控制功能徹底下放底層,降低成本和安裝維護費用。是開放、互操作、全分布、全數字化的控制系統,將成21世紀控制系統的主流產品,將來也在電廠推廣應用1.5電廠控制所采用的控制理論經典反饋控制理論上世紀40~50年代現代控制理論上世紀60~70年代智能控制理論上世紀80年代~至今二、DDC(經典反饋控制理論為基礎)2.1單回路控制系統2.1.1單回路反饋系統構成單回路系統是復雜控制系統的基礎g-給定f-反饋e-偏差c-控制B-被控其中控制器單回路一般采用PID,執行器一般為調節閥,對象是被控制備或過程2.1.2熱工過程對象特點電廠過程屬熱工過程,如被控量溫度、壓力、液位、流量等有自衡對象階躍響應曲線傳遞函數N和T可根據有關圖表求取

無自衡對象傳遞函數(n>6)n值根據比值查表定,而T0即可取2.1.3自動調節器的調節作用比例(P作用)比例作用加快動態作用,增大P減少穩態誤差,但震蕩加快,甚至不穩定,當偏差為0,比例不起作用積分(I作用)對穩態可消除靜差,偏差為零時,仍然有輸出,對動態有不利影響,甚至不穩定微分(D作用)有預見作用,提前作用,加快動態調節作用,改善動態,不能單獨使用PI、PD、PID混合使用,各發揮長處2.1.4整定調節系統的指標指標、對象、控制器是系統整定三要素,即被控對象,控制器,和指標要求,求一般叫系統綜合,對過程控制求PID的參數叫整定一般要求它的階躍響應被調量偏差較小,調節時間短和調節量超調量不大。但這些指標不適于作調節器參數的整定,整定中的指標有兩類積分準則式中y(t)為被調量,此時y(∞)=0e(t)=y(t)-y(∞)=y(t)I1中y(t)不發生波動時應用,否則振蕩I2中避免I1缺點,是較好的指標,但計算難I3中比I2計算方便,但有調節量超調,調節時間長等缺點還有其他復合積分準則

穩定性裕量系統必須穩定,穩定裕量適當,則調節系統有好的品質衰減率Ψ:Ψ=0震蕩,Ψ<0發散,0<Ψ<1衰減震蕩,Ψ=1衰減,Ψ=0.75~0.9為整定用指標其應用可按主導極點概念,按Ψ和tgβ對應關系,Ψ=0.75,m=0.221Ψ=0.9,m=0.368諧振比Mω:對二階系統Mω與ξ有一定關系,ξ與Ψ有關,(對于)增益裕量和相位裕量:分貝以上三種相對穩定裕量指標均與一定整定方法對應

2.2單回路反饋控制系統整定法2.2.1按特征方程主導根的整定特征方程特征方程主導根 帶入特征方程,得如下關系:或解出調節器參數和,但獨立解有2個,需多于2個,例如PID加有4個,再引入兩個條件可求得2.2.2按根軌跡法的整定根據繪制根軌跡條件,即式中Wk(s)為開環,W0(s)為對象,Wc(s)為調節器用根軌跡整定:W0(s)已知,Wc(s)的形式(結構)已知,閉環零極點(按ψ或ω)已定 根據繪制根軌跡的條件,并結合熱工對象或的特點,通過做圖可求出待定PID的參數2.2.3頻率法整定2.2.4調節系統的工程特性根據開環階躍響應曲線的近似計算法臨界比例帶法使調節僅有比例作用施于廣義對象,比例由小到大,直至出現不衰減振蕩為止,記下臨界比例K1和振蕩周期T1,則調節參數可按下面經驗公式比例調節器;

比例積分

比例積分微分2.3數字PID的控制算法2.3.1基本PID算法2.3.2改進PID積分分離PID不完全微分PID算法微分先行PID控制微分先行PID控制,僅對輸出微分,而對給定值不微分,而當給定值變化時,控制量不變。而被控量的變化總是比較緩和,這種方案適于給定值頻繁變化的情況。帶死區的PID控制算法為了消除頻繁動作引起的震蕩,可采用待死區的PID控制算法2.3.3常用的數字PID控制系統

單回路控制系統系統中只有一個PID控制器c(n)串級控制系統系統中有兩個PID控制器串級回路整定是先主后副前饋反饋控制(復合控制)擾動通過前饋補償,跟蹤通過反饋補償校正純滯后補償控制系統2.3.4數字PID參數整定采樣周期的確定理論:采樣(香濃)定理fs>2fmax,信號可不失真恢復,fs是采樣頻率,fmax

被采樣信號頻譜帶寬。實際經驗:流量1-5s,壓力6-8s,液位6-8s,溫度15-20s,成分15-20s擴充臨界比例度法1)選擇足夠小的采樣周期,如取純滯后時間的1/102)求臨界比例和振蕩周期3)4)由整定參數表查表求PID參數控制度控制規律擴充響應曲線法1)給一階躍響應曲線2)求和及3)由,,及控制度表查表確定PID參數簡化擴充臨界比例帶法2.3.5控制算法的計算機實現2.4先進的控制算法基于現代控制理論,智能控制理論和計算機技術2.4.1最優控制 基于狀態空間模型,二次型性能指標,變分法,最大值原理,動態規劃法設計控制系統,使某種性能達到最優。也可通過自尋最優,如鍋爐燃燒節能控制。2.4.2自適應控制 通過辨識和最優控制結合。如自校正控制、模型參自適應控制。鍋爐燃燒可應用自校正控制。2.4.3預測控制 通過預測模型,滾動優化和誤差校正,給出一個計算機控制算法,適應時滯時變隨機對象,以提高系統跟蹤抗擾及保證魯棒性。2.4.4解耦控制對于多變量系統,如果系統有強耦合,可通過解耦設計法變成多個獨立的單變量系

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