控制系统设计

东北大学

研究生考试试卷

评

分

考试科目：控制系统设计

课程编号：y2014607202

阅卷人：王明顺

考试日期：2015.05.21

姓名：马文彬

学号：1470739

注意事项

1．考前研究生将上述项目填写清楚

2．字迹要清楚，保持卷面清洁

3．交卷时请将本试卷和题签一起上交

东北大学研究生院

目录

摘要......................................................................................................................................................I 第1章绪论 (1)

1.1SMPT-1000系统介绍 (1)

1.1.1立体流程设备盘台 (2)

1.1.2钢制盘台 (2)

1.2上位机软件 (3)

1.2.1上位机软件SMPTLAB (3)

1.2.2实时仿真引擎软件SMPTRuntime (4)

第2章加热炉工艺流程与燃烧因素分析 (4)

2.1加热炉工艺流程 (5)

2.2燃烧控制要求 (6)

第3章炉膛燃烧控制器系统设计 (7)

3.1设计原理 (7)

3.1.1比值控制系统 (7)

3.1.2开环定比值控制系统 (8)

3.1.3单闭环定比值控制系统 (9)

3.1.4双闭环比值控制系统 (10)

3.2随动控制系统的控制器参数整定 (11)

第4章控制系统的控制器参数整定 (12)

4.1控制系统的控制器参数整定设计实验设计 (12)

4.1.1准备工作 (12)

4.1.2实验步骤 (12)

4.2控制系统的控制器参数整定实验操作 (12)

4.2.1比值控制器K值的确定 (12)

4.2.2主物料控制器PID参数的整定 (14)

4.2.1副物料控制器PID参数的整定 (15)

结论 (17)

参考文献 (18)

摘要

本实验以高级多功能过程控制实训系统smpt-1000为基础，设计锅炉燃料-风量比值控制系统。本系统采用双闭环比值控制系统进行控制。经过对加热炉的工艺流程的研究，总结出对燃烧的主要影响因素为燃料的流量和风的流量。燃烧炉要求控制燃料量和送风量的稳定；保证燃料燃烧的经济性，使燃料消耗量最少，燃烧尽量完全，效率最高。如果进入炉膛的空气量少，会造成烟气或火焰外冒，影响设备和人身安全；如果冷空气进入炉膛太多，热能流失增加，热效率降低。所以燃料量与空气量（送风量）应该保持一个合适的比例。因为燃料量是主要被控量，所以我们要根据燃料量的多少，调整空气量。从而燃料流量与空气流量需要组成比值控制系统，使燃料与空气保持一定比例，保证燃料燃烧良好。

第1章绪论

SMPT-1000由硬件、软件两大部分构成，软、硬件之间通过小型实时数据库和实时数字通信机制协调运行，完成过程模拟。

1.1SMPT-1000系统介绍

SMPT-1000是一款将全数字仿真技术与实物外观模拟装置相结合，集多种实验功能于一体的仿真实验装置。SMPT-1000模拟由锅炉和蒸发器组成的水汽热能全流程，可拆分成非线性储罐与离心泵单元、动力除氧单元、高阶换热单元、加热炉单元、锅炉单元、蒸发器单元，提供由简到难的各个层次的过程控制被控对象。

图1.1SMPT-1000硬件组成

SMPT-1000硬件主要包括：设备盘台、数字式软仪表、接口硬件、嵌入式工控机、辅助操作台。

从外观上看，SMPT-1000可分成上下两部分：下面是钢制的盘台，上面是不锈钢制的立体流程设备盘台。

1.1.1立体流程设备盘台

为用户提供相关设备的实物外观以及动手操作的环境，可以直接对工艺流程进行操作。

SMPT-1000运用真实的立体管路和空间分布的设备外观设计，在钢结构的盘台上安装着由不锈钢制的比例缩小的流程设备模型，主设备包括1台卧式除氧器、1台盘管式省煤器、1台加热炉炉体、1台汽包、1台列管式换热器、1台蒸发器、2台离心泵、1台鼓风机、11个手操/自控双效阀（其中有2个旋钮位于辅助操作台上）、5个开关阀、1个炉膛着火指示灯以及若干管路系统。空间分布有9个流量（F）、3个液位（L）、5个压力（P）、4个温度（T）、1个组分的仿传感器（变送器）数字式软仪表。

立体流程设备盘台正面右上方安装一台17吋高分辨率彩色液晶触摸屏。该触摸屏与嵌入式工控机构成运行仿真引擎和监控软件的环境，通过该触摸屏可进行人机交互，完成实验项目管理、监控系统组态等。

立体流程设备盘台正面顶部两侧装有一绿一红两个指示灯，绿灯SMPT-1000运行指示灯，红灯为报警蜂鸣指示灯

1.1.2钢制盘台

在钢制的盘台内部，安装有接口硬件相关电气设备以及运行仿真软件的嵌入式工控机。嵌入式工控机内部运行着实时仿真引擎，完成动态仿真计算；同时运行着上位机软件，进行实验项目管理、监控系统组态，可以不借助外部控制系统（如PLC、DCS）进行控制系统设计与实施，完成控制系统实验。

钢制盘台正面右上方是辅助操作台。辅助操作台上包括4路报警灯、1路报警确认开关、3路电机启动开关、1路点火开关、1路风机调速旋钮、1路烟道挡板开度调节旋钮、3路联锁保护切换开关、1路紧急停车按钮以及1路蒸汽指示灯。

钢制盘台左侧面安装有SMPT-1000的标准I/O系统。I/O模块均采用工业级模块，能够以标准工业信号实现SMPT-1000与外部控制系统（如PLC、DCS）之间的数据交互，包括8路12位模拟量输入、8路12位模拟量输出、16路开关量干点输入、16路开关量干点输出。

同时，钢制盘台左侧面还提供ProfibusDP通信接口，可与支持ProfibusDP 总线通信的控制系统进行数据交互。

立体流程设备盘台上的大件设备，主要包括：卧式除氧器、盘管式省煤器、加热炉炉体、汽包、列管式换热器和蒸发器。

1、锅炉部分