项目三     电加热控制系统集成与调试
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项目三 电加热控制系统集成与调试. 模 块 二 电加热温度控制系统调试. 湖州职业技术学院机电工程分院. 一、 任务提出. 某小型热水锅炉,其工艺流程如图 1 所示,冷水从上部加入,经加热后由下部出水管供给用户。工艺要求供水温度应保持在 80℃±1℃ 的数值上,现采用电加热方式,要求采用位式控制和 PID 定值控制两种方法,实现对水温的自动控制。. 图 1 电加热锅炉工艺流程图. 二、实验内容. ( 1 )根据控制方案正确选用控制仪表,并组成合理的控制系统(位式和定值);

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项目三 电加热控制系统集成与调试

模 块 二

电加热温度控制系统调试

湖州职业技术学院机电工程分院

1


一、任务提出

某小型热水锅炉,其工艺流程如图1所示,冷水从上部加入,经加热后由下部出水管供给用户。工艺要求供水温度应保持在80℃±1℃的数值上,现采用电加热方式,要求采用位式控制和 PID 定值控制两种方法,实现对水温的自动控制。

图1 电加热锅炉工艺流程图

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二、实验内容

(1)根据控制方案正确选用控制仪表,并组成合理的控制系统(位式和定值);

(2)认真做好相关仪表和系统的运行前准备工作,并根据控制要求合理地设置好调节器的参数(位式和定值);

(3)根据控制系统的特点与工艺要求,科学地调试系统以达到一定的品质指标(位式和定值);

(4)运行计算机监控系统,及时记录下不同系统的输出响应曲线及相关数据(位式和定值);

(5)认真总结实验过程,并做好实验数据的整理与加工工作以完成实验报告。

三、课后作业

完成实验指导书中的相应实验报告内容,积极尝试思考题。

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实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统

一、实验目的

1、进一步熟悉单回路温度控制系统的组成与工作原理。

2、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。

3、掌握好PID参数自整定的方法。

二、实验设备

1、THJ-2型高级过程控制系统实验装置

2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根

3、万用表 1只

三、实验原理

图2为一个单回路锅炉内胆动态水温定值控制系统结构示意图。

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实验一

图2 单回路锅炉内胆动态水温定值控制系统结构示意图。

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实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统

图3 锅炉内胆动态水温控制系统的方框图

四、实验内容与步骤

1、按图2要求,完成实验系统的接线。

2、接通总电源和相关仪表的电源。

3、打开阀F1-1、 F1-2、 F1-5和 F1-13,关闭其它与本实验无关的阀。用变频器-磁力泵支路给锅炉内胆打满水。待实验投入运行以后,变频器-磁力泵再以固定的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。

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实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统

4、手动操作调节器输出,用计算机记录锅炉内胆中水温的响应曲线,并由该曲线求得K、T和τ值,据此查表确定PI调节器的参数δ和TI,并整定之。

5、设置好温度的给定值,先用手操作调节器的输出,通过三相移相调压模块给锅炉内胆加热,等锅炉水温趋于给定值且不变后,把调节器由手动切换为自动,使系统进入自动运行状态。

6、打开计算机,运行MCGS组态软件,并进行如下的实验:

当系统稳定运行后,突加阶跃扰动(将给定量增加5%~15%),观察并记录系统的输出响应曲线。

7、通过反复多次调节PI的参数,使系统具有较满意的动态性能指标。用计算机记录此时系统的动态响应曲线。

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实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统

五、实验报告

1、用实验方法整定PI调节器的参数。

2、作出比例P控制时,不同δ值下的阶跃响应曲线,并记下它们的余差ess。

3、比例积分调节器(PI)控制

1) 在比例调节控制实验的基础上,加上积分作用“I”,即把“I”(积分)设置为一参数,根据不同的情况,设置不同的大小。观察被控制量能否回到原设定值的位置,以验证系统在PI调节器控制下,系统的阶跃扰动无余差产生。

2) 固定比例P值(中等大小),然后改变调节器的积分时间常数TI值,观察加入阶跃扰动后被调量的输出波形和响应时间的快慢。

3) 固定TI于某一中等大小的值,然后改变比例度δ的大小,观察加阶跃扰动后被调量的动态波形和响应时间的快慢。

4、分析δ和TI值改变时,各给系统动态性能产生什么影响。

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实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统

六、思考题

1、消除系统的余差为什么采用PI调节器,而不采用纯积分器?

2、在温度控制系统中,为什么用PD和PID控制,系统的性能并不比用PI控制时有明显地改善?

3、内胆动态水的温度控制会比静态水时的温度控制更容易稳定、性能更好?能否通过实验验证一下?

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实验二 锅炉内胆水温位式控制系统

一、实验目的

1、了解位式温度控制系统的结构与组成。

2、掌握位式控制系统的工作原理及其调试方法。

二、实验设备

1、THJ-2型高级过程控制系统实验装置

2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根

3.万用表 1只

图4 锅炉位式控制方框图

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实验二 锅炉内胆水温位式控制系统

四、实验内容与步骤

1、按图5要求,完成实验系统的接线。

2、接通总电源和相关仪表的电源。

3、打开阀F1-1、 F1-2、F1-5和F1-13,关闭其它所有与本实验无关的阀,用电动调节阀支路给锅炉内胆打水至最大容量的三分之二左右时,停止打水。

图5 锅炉内胆水温位式控制结构示意图

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实验二 锅炉内胆水温位式控制系统

4、在调节器上设置好温度的给定值及控制范围(即仪表的回差值dF),让系统投入运行。

5、打开计算机,运行MCGS组态软件并进入本实验,观察并记录系统的输出响应曲线。

6、当系统进入等幅振荡后,突加阶跃扰动(将给定量增/减5%~15%),观察并记录系统的输出响应曲线。

五、实验报告

1、根据图5,画出本实验系统的方框图。

2、试评述温度位式控制的优缺点。

六、思考题

1、温度位式控制系统与连续的PID控制系统有什么区别?

2、本系统会不会产生发散振荡?

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三、小结,课后作业

1、小结

通过本次课学习,在能力应达到:

1)熟悉位式控制规律和系统结构,。

2)能用常用仪表组成合理的温度位式控制系统,并根据工艺要求调试好系统。

3) 掌握可控硅电力控制器的工作原理与使用方法,能用控制仪表组成温度定值控制系统,并用相关的参数整定方法调试好系统,使系统的品质指标最佳。

2、作业布置

完成实验指导书中的相应实验报告内容,尝试思考题。

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