工業(yè)鍋爐的控制系統(tǒng)開(kāi)題報(bào)告.doc

《工業(yè)鍋爐的控制系統(tǒng)開(kāi)題報(bào)告.doc》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《工業(yè)鍋爐的控制系統(tǒng)開(kāi)題報(bào)告.doc（10頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告 題 目： 工業(yè)鍋爐的溫度控制系統(tǒng) 學(xué)生姓名： 朱立君 學(xué) 號(hào)： 11L0851134 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 楊國(guó)福（副教授） 2015年 3 月 23 日 1.文獻(xiàn)綜述： 鍋爐汽包燃燒系統(tǒng)是工業(yè)蒸汽鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，溫度過(guò)高，會(huì)使蒸汽帶水過(guò)多，汽水分離差，使后續(xù)的過(guò)熱器管壁結(jié)垢，傳熱效率下降，過(guò)熱蒸汽溫度下降，嚴(yán)重時(shí)將引起蒸汽品質(zhì)下降，影響生產(chǎn)和安全；溫度過(guò)低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)不能滿足工藝要求，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生鍋爐爆炸。尤其是大型鍋爐，一旦控制不當(dāng)，容易使汽包滿水或汽包內(nèi)的水全部汽化，造成重大事故。因此，在鍋爐運(yùn)行中，保證溫度在正常范圍是非常重要的。由于鍋爐的溫度控制系統(tǒng)很難用數(shù)學(xué)的方式建立模型，所以對(duì)鍋爐溫度控制技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用至關(guān)重要。因而設(shè)計(jì)一種較為理想的溫度控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。下面對(duì)幾種常用的溫度控制技術(shù)做簡(jiǎn)單的分析。 （1）基于PID的鍋爐溫度控制系統(tǒng) PID控制是迄今為止最通用的控制方法之一。因?yàn)槠淇煽啃愿?、算法?jiǎn)單、魯棒性好，所以被廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制中,尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)。PID控制的效果完全取決于其四個(gè)參數(shù),即采樣周期ts、比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki、微分系數(shù)Kd。因而,PID參數(shù)的整定與優(yōu)化一直是自動(dòng)控制領(lǐng)域研究的重要課題。PID在工業(yè)過(guò)程控制中的應(yīng)用已有近百年的歷史，在此期間雖然有許多控制算法問(wèn)世,但由于PID算法以它自身的特點(diǎn)，再加上人們?cè)陂L(zhǎng)期使用中積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，使之在工業(yè)控制中得到廣泛應(yīng)用。在PID算法中，針對(duì)P、I、D三個(gè)參數(shù)的整定和優(yōu)化的問(wèn)題成為關(guān)鍵問(wèn)題。 該系統(tǒng)首先通過(guò)熱電偶傳感器監(jiān)測(cè)鍋爐的溫度，收集的信息經(jīng)過(guò)A/D電路送給PLC控制器，PLC因此做出計(jì)算，并判斷鍋爐的溫度，當(dāng)溫度處于上升狀態(tài)時(shí)，就會(huì)繼續(xù)加熱，當(dāng)溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)PID會(huì)計(jì)算并輸出控制信號(hào)，PLC傳送信號(hào)給PC機(jī)，系統(tǒng)因此做出高溫顯示并發(fā)出警報(bào)。 PID控制是工業(yè)過(guò)程控制中最常用的一種控制方法,但常規(guī)的PID控制在被控對(duì)象具有復(fù)雜的非線性時(shí),如鍋爐的溫度控制,不僅具有較大的純延遲,而且模型也不確定時(shí),對(duì)于這種對(duì)象往往難以達(dá)到滿意的控制效果.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制具有逼近任意非線性函數(shù)的能力,通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自身的學(xué)習(xí),找到最佳組合的PID控制參數(shù),以滿足控制系統(tǒng)的要求. （2）基于DDC的鍋爐的溫度控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制DDC系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中用得做廣泛的一種系統(tǒng)應(yīng)用形式。這類系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)除了經(jīng)過(guò)輸入通道對(duì)多個(gè)工業(yè)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)采集外，它不容代替模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的模擬調(diào)節(jié)器，按預(yù)定的調(diào)節(jié)規(guī)定進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果通過(guò)過(guò)程輸出通道輸出并作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)多回路調(diào)節(jié)的目的。系統(tǒng)中除了輸入和輸出通道外,一般還有一個(gè)功能較強(qiáng)的控制操縱臺(tái),在操縱臺(tái)上可調(diào)整被控參數(shù)的給定值、顯示或打印采樣值、聲光報(bào)警裝置也在操縱臺(tái)上。DDC系統(tǒng)不僅可對(duì)一個(gè)回路進(jìn)行控制，而且通過(guò)采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)回路的控制。另外，DDC系統(tǒng)只要改變程序，還能實(shí)現(xiàn)串級(jí)，前饋等復(fù)雜的控制，直接數(shù)字控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的PLD(比例、積分、微分)調(diào)節(jié),也可實(shí)現(xiàn)其它復(fù)雜或先進(jìn)的調(diào)節(jié)規(guī)律,調(diào)節(jié)規(guī)律的改變只需控制軟件。不同的是硬件部分除按需適當(dāng)增減通道的數(shù)量外,一般不需作大的變動(dòng)，所以使用比較靈活，DDC系統(tǒng)是一個(gè)“在線”的半環(huán)控制系統(tǒng)。 微機(jī)DDC系統(tǒng)結(jié)生產(chǎn)過(guò)程的有關(guān)參量進(jìn)行控制時(shí),是以定時(shí)采樣和階段控制來(lái)代替常規(guī)儀表的連續(xù)則是和連續(xù)控制的。因此,確定合適的采樣周和A/D、D/A、轉(zhuǎn) 換 器 的 字 長(zhǎng) 是 提 高系統(tǒng)控制精確,減少轉(zhuǎn)換誤差的關(guān)鍵。 微機(jī)DDC系統(tǒng)的分時(shí)控制方式一臺(tái)微機(jī)DDC系統(tǒng)要控制多個(gè)回路。在每一個(gè)回路，微機(jī)要完成采樣和A／D轉(zhuǎn) 換 ,運(yùn) 算 ,輸出控制信號(hào)3個(gè)部分的工作。為此，微機(jī)DDC采用了分時(shí)控制的方法。 控制規(guī)律是一個(gè)控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵根據(jù)控制規(guī)律制定的控制算法,是微機(jī)DDC系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)對(duì)象實(shí)行控制的運(yùn)算依據(jù)。隨著控制理論和微機(jī)技術(shù)的飛躍發(fā)展，傳統(tǒng)的DDC系統(tǒng)功能也不斷擴(kuò)大,應(yīng)的控制規(guī)律和控制算式不斷出現(xiàn).根據(jù)控制對(duì)象的不同,目前的微機(jī)DDC控制方式,有簡(jiǎn)單,有復(fù)雜,從單參數(shù)的定值控制到多參數(shù)的相關(guān)控制,以至最優(yōu)最佳控制等等，其控制功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了早期的PID控制范圍,盡管如此,PID控制的一些基本理論仍然是分析DDC系統(tǒng)控制規(guī)律的基礎(chǔ),PID控制規(guī)律仍然在相當(dāng)多生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用并能得到較為滿意的效果,所以直到現(xiàn)在,PID仍是一中最基本的控制規(guī)律.隨著生產(chǎn)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化的提高,較簡(jiǎn)單的單回路參量的PID閉環(huán)已不能滿足更高要求系統(tǒng)需要，所以，在微機(jī)DDC系統(tǒng)中常用到多參量控制如串級(jí)控制、比值控制、選擇性控制、前饋控制等控制方式?，F(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成0-10mA.DC或4-20Ma.DC或0-5V.DC的模擬量信號(hào)，通過(guò)有關(guān)端子輸入計(jì)算機(jī)A/D板，或電阻信號(hào)通過(guò)電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換板與其它現(xiàn)場(chǎng)毫伏信號(hào)進(jìn)入信號(hào)調(diào)理板，再輸入A/D板，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后以實(shí)際工程量屏幕顯示氣包水位、蒸汽壓力等影響工業(yè)鍋爐運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性的主要參數(shù)以及給水調(diào)節(jié)閥位、給煤機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置信號(hào)，這些信號(hào)用來(lái)控制、打印制表、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、經(jīng)濟(jì)量累積核算等。對(duì)工業(yè)鍋爐主要參數(shù)進(jìn)行直接控制是微機(jī)DDC控制的主要功能之一。 參考文獻(xiàn) [1].楊國(guó)強(qiáng).基于模糊自適應(yīng)控制的鍋爐溫度控制[J].輕工機(jī)械.2013(02) [2].周天沛,孫偉.基于粒子群模糊規(guī)則優(yōu)化的水煤漿氣化爐溫度控制系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制.2013(04) [3]. Ajay Pratap Singh, Samrat Mukherjee, Michael Nikolaou.Debottlenecking level control for tanks in series[J].Journal of Process Control, 2014, 24(3).. [4] Christopher Basting, Dmitri Kuzmin.Optimal control for mass conservative level set methods[J].Journal of Computational and Applied Mathematics, 2013. [5].殷建華,張國(guó)斌,杜榮華,李民.基于規(guī)則的模糊專家控制在火電廠過(guò)程控制中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù).2014(06) [6].張敏.基于PLC技術(shù)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng).2014(11) [7]. 王本琪.基于組態(tài)王的PLC鍋爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]. 中國(guó)海洋大學(xué) 2012 [8].劉志.基于PLC的電阻爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī).2015(01) [9].段江霞.模糊PID控制在大慣量時(shí)滯溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].蘭州大學(xué)2013 [10].高小鳳.電阻爐溫度控制算法的研究與應(yīng)用[D]. 太原科技大學(xué) 2013 ２．本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段及途徑： （1） 研究或解決的問(wèn)題 a 了解工業(yè)鍋爐溫度控制系統(tǒng)的控制流程，對(duì)系統(tǒng)各個(gè)部分進(jìn)行分析，完成對(duì)方案的整體設(shè)計(jì)。 b 根據(jù)分析及實(shí)際情況設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件部分，包括單片機(jī)、溫度采集電路、鍵盤和顯示電路、電源模塊、驅(qū)動(dòng)電路、報(bào)警電路。 c 在硬件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出軟件部分，包括主程序模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、按鍵掃描及處理模塊、LED顯示模塊、加熱執(zhí)行模塊和PID算法模塊等。 （2）擬采用的研究手段及途徑 a 收集資料，研究并設(shè)計(jì)出總體方案。 b 根據(jù)方案和設(shè)計(jì)要求完成工業(yè)鍋爐溫度控制系統(tǒng)的模型并確定各部分參數(shù)。 c 根據(jù)方案和設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)硬件電路的各個(gè)模塊。 d 根據(jù)流程圖進(jìn)行程序編寫(xiě)，并對(duì)各模塊進(jìn)行編程、調(diào)試，再對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。 （3）硬件系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件主要包括單片機(jī)、溫度采集電路、鍵盤和顯示電路、電源模塊、驅(qū)動(dòng)電路、報(bào)警電路、升降溫裝置等。 a 單片機(jī) 采用ATMEL89C51單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)是一種低功耗、低電壓、高性能的片內(nèi)含有4KB快閃可編程/擦除只讀存儲(chǔ)器的八位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲(chǔ)編程器對(duì)程序存儲(chǔ)器重復(fù)編程。 b I／0通道的硬件電路的設(shè)計(jì) 就本系統(tǒng)來(lái)說(shuō),需要實(shí)時(shí)采集鍋爐溫度數(shù)據(jù),然后經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),送入單片機(jī)中的特定單元,然后一部分送去顯示;另一部分與設(shè)定值進(jìn)行比較,通過(guò)PID算法得到控制量并經(jīng)由單片機(jī)輸出去控制電熱鍋爐加熱或降溫。 c 溫度采集電路和控制電路 為了達(dá)到測(cè)量高精度的要求，AD轉(zhuǎn)換器選用高精度的12位AD574A。溫度傳感器選用AD590,AD590具有較高精度和重復(fù)性(重復(fù)性優(yōu)于0.1℃,其良好的非線形可以保證優(yōu)于0.1℃ 的測(cè)量精度,利用其重復(fù)性較好的特點(diǎn),通過(guò)非線形補(bǔ)償,可以達(dá)到0.1℃測(cè)量精度.)超低溫漂移高精度運(yùn)算放大器0P07將溫度一電壓信號(hào)進(jìn)行放大,便于A／D進(jìn)行轉(zhuǎn)換,以提高溫度采集電路的可靠性。 控制電路部分采用PWM控制可控硅的通斷以實(shí)行對(duì)鍋爐溫度的連續(xù)控制。由 PID 輸出調(diào)節(jié)PWM脈沖的占空比，PWM脈沖作為單片機(jī)輸出控制固態(tài)繼電器的開(kāi)通或關(guān)斷，以調(diào)節(jié)電阻絲的加熱程度，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制。 d 顯示模塊 本系統(tǒng)顯示電路是由三個(gè)譯碼驅(qū)動(dòng)芯片CD4511和三個(gè)LED（數(shù)碼管）顯示器構(gòu)成。 e 電源模塊 電源模塊由220V交流電源經(jīng)電磁干擾濾波器、電源變壓器、整流濾波器和三端集成穩(wěn)壓器7805，提供5V電壓給單片機(jī)和傳感器。 f 驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路采用繼電器驅(qū)動(dòng)方式，繼電器采用增強(qiáng)型固態(tài)繼電器H220D15，其內(nèi)部采用光電隔離方式。 g 報(bào)警設(shè)備 用無(wú)源揚(yáng)聲器作為系統(tǒng)異常工作時(shí)候的報(bào)警器使用。有晶體管和揚(yáng)聲器組成。 h 溫度升降裝置 設(shè)計(jì)復(fù)位鍵、運(yùn)行鍵、功能轉(zhuǎn)換鍵、加一鍵、減一鍵。 AT89C51 單 片 機(jī) 溫度采集 工業(yè)鍋爐 控制電路 溫度顯示 報(bào)警設(shè)備 鍵盤控制 傳感器 （4）軟件系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì)包括主程序、A/D轉(zhuǎn)換、按鍵掃描及處理模塊、LED顯示程序、加熱執(zhí)行模塊和輸出控制子程序等。 主程序設(shè)計(jì)包括初始化、初值設(shè)定程序、鍵盤掃描、溫度顯示等。 初值設(shè)定程序完成對(duì)溫度初值的設(shè)定，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換裝置將讀取到的數(shù)據(jù)通過(guò)LED顯示出來(lái)，輸出控制子程序通過(guò)判斷完成對(duì)輸出的控制。 開(kāi)始 初始化 啟動(dòng)溫度裝換并顯示 溫度值超過(guò) 預(yù)設(shè)值 繼電器斷開(kāi)發(fā)出警報(bào) 延遲 繼電器閉合并停止警報(bào) Y N 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日