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锅炉过热蒸汽出口压力串级 控制
《深入浅出过程控制-小锅带你学过控》
实验目的
❖ 掌握串级控制系统的结构和设计过程 ❖ 掌握串级控制系统的组态、投运和控制器参数整定
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基础知识
1. 串级控制系统的方块图 2.串级控制系统的组成 3. 副被控变量的选择
4. 主、副控制器控制规律的选择 5.主、副控制器正反作用的判定
位号
执行机构说明
XV1105
过热蒸汽管线开关阀
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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。
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基 础知识
❖ 串级控制系统主、副控制器正、反作用的确定 ❖ 串级控制系统控制器正、反作用的判定顺序：先副后主 ❖ ①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
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基础 知 识
②确定主控制器的正、反作用：主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。 ❖ 在判断主控制器正、反作用时，将副环看成一个符号为
❖ 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。
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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。
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基础 知 识
❖ 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。
❖ 主环是一个定值控制系统，而副环是一个随动系统。 ①主控制器的给定值是由工艺决定的，它是一个定值； ②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 ❖ 在串级控制系统中，对主对象的控制质量要求比较高，
❖ 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。
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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。
❖ 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。
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过热蒸汽出口压力单回路控制系统——设计
❖ 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 ❖ 控制规律选择
而对副对象控制质量要求没有主对象高。
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基础知识
❖ 串级控制系统副被控变量的选择 ▪ 使系统中的主要干扰包含在副环内； ▪ 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。
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基础知识
❖ 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。
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基础知识
❖ 串级控制系统的方块图
主控制器
副控制器
调节阀
副对象
副变送器
主变送器
主对象
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基础知识
❖ 串级控制系统的组成： ❖ 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。 ①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。副对象的输出称为副被控变量，简称副 变量。 ②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。
➢ 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。
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
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过热蒸汽出口压力单回路控制系统——设计
❖ 过热蒸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）。
压力对象滞后较小，因此使用比例积分控制作用即可。
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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。
“正”的环节。 ❖ 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”。
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基础 知 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。
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认识实验——认识过热蒸汽出口压力
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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）。
❖ 检测仪表说明：
位号 FI1103 FI1105 PT1101 PI1104
检测点说明 燃料流量
过热蒸汽流量 燃料压力
过热蒸汽压力
单位 kg/s kg/s MPa MPa
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认识实验——流程说明
❖ 执行机构说明
位号
执行机构说明
FV1104
燃料管线调节阀
FV1105
❖ 开关阀说明
过热蒸汽管线调节阀