PDF《第6章DDC系统的设计和应用》

第6章DDC系统的设计和应用 6.

4 DDC系统的应用设计 6.4.1 DDC系统的控制方案设计 6.4.2 DDC系统的工程设计 6.4.4 DDC系统的运行调试 6.4.3 DDC系统的应用实例√ 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4 DDC系统的应用设计 6.4.3 DDC系统的应用实例 应用实例: 某轧钢厂加热炉燃烧控制系统 加热炉参数: 四个加热段:均热段、上加热段 第一下加热段、第二下加热段 燃料:重油 表6.4.1 加热炉各段参数 轧辊 顶钢机 均热段 第一下加热段 第二下加热段 上加热段 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 表6.4.1 加热炉各段参数 段号 段名 剩余空气系数μ 重油量程l/h 空气量程nm3/h 均热段 第一下加热段 第二下加热段 上加热段

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3 4 0.85~1.05 0.90~1.20 1.00~1.30 1.00~1.30

300 800

800 800

3000 9000

9000 9000 6.4 DDC系统的应用设计 6.4.3 DDC系统的应用实例 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择 要求: 该推钢式加热炉负荷变化较大, 并要求系统的负荷响应速度快. 方案: 带氧量校正的单交叉限制燃烧控制方案, 如图6.48所示. 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 图6.48 加热炉单交叉限制燃烧控制系统(上加热段) 燃料 空气 炉温 TC

41 St Tt FFC

42 FAC

43 Sa Fa Sf Ff HS A45 *r A41 LS A46 -a2 A44 Ff ÷r A42 +a1 A43 Fa A B D MVt KOI A48 OC

51 So 烟气 O2 O2 TPC A47 ΔP T P 图6.48只画出了上加热段的控制回路, 其余三段相类似 氧量调节器OC51为四段共用, 按各段氧量参加率Koi 对各段的空燃比进行校正 1. 控制方案的选择 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 计算功能块的系数 ① 乘法模块(*r/A41)

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2 2

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1 ) ( ) ( A A x K A x K y ? ? ? ? ? (6.4.17) 乘法模块(*r/A41)的功能是 燃料量x1乘以空燃比 r,求得空气流量的给定值Sa x1作为乘法模块A41的第一输入 r 作为乘法模块A41的第二输入 ? ? ? ? r (6.4.3) max max

0 a f F F A ? ? (6.4.4) 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择 ① 乘法模块(*r/A41)

889 .

0 9000

800 10 max max

0 ? ? ? ?? a f F F A ? (6.4.19)

267 .

0 )

00 .

1 30 .

1 (

889 .

0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? r (6.4.20)

889 .

0 267 .

0 2 min

2 ? ? ? ? ? ? ? ? x x r r ? ? (6.4.21) 乘法模块A41算式为

0 )

889 .

0 267 .

0 ( )

0 (

2 1 ? ? ? ? ? x x y (6.4.22) 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择 ② 除法模块(÷r/A42)

3 2

2 2

1 1

1 A A x K A x K y ? ? ? ? (6.4.23) 除法模块(÷r/A42)的功能是 空气量x1除以空燃比r,求得燃料流量的给定值Sf x1作为除法模块A42的第一输入 r 作为除法模块A42的第二输入 仿照式(6.4.22)求得除法模块A42算式为

0 889 .

0 267 .

0 0

2 1 ? ? ? ? x x y (6.4.25) 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择 ③ 加法模块(+a1/A43)

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1 A x K x K y ? ? ? (6.4.26) 加法模决A43是燃烧系统的正偏置+a1%,运算式为

2 1

1 1

100 )

100 1 ( x a x r F a y a ? ? ? ? ? (6.4.27) 加法模块A43算式为

0 100

2 1

1 ? ? ? x a x y (6.4.28) 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择 ④ 减法模块(-a2/A44) 减法模块A44是燃烧系统的负偏置-a2%,运算式为

1 2

2 1

1 A x K x K y ? ? ? (6.4.26)

2 2

1 2

100 )

100 1 ( x a x F a y f ? ? ? ? ? (6.4.29) 减法模块A44算式为

0 100

2 2

1 ? ? ? x a x y (6.4.30) 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择 ⑤ 高值选择模块(HS/A45) ) , (

2 1 x x MAX y ? (6.4.31) x1为模块的第一输入(炉温调节模块TC41的输出) x2为模块的第二输入(减法模块A44的输出) ⑥ 低值选择模块(LS/A46) ) , (

2 1 x x MIN y ? (6.4.32) x1为模块的第一输入(炉温调节模块TC41的输出) x2为模块的第二输入(加法模块 A43的输出) 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择 ⑦ 温度压力补偿模块(TPC/A47)

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3 3

2 2

2 1 x A x K A x K K y ? ? ? ? (6.4.33) x1为测量热空气流量的孔板差压变送器的输出 x2为热空气管道压力变送器的输出 x3为热空气温度变送器的输出 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择

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1 0

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1 0

1 1

0 1 / / x T T P P K x P T P T K y ? ? ? ? (6.4.34) 空气流量温度压力补偿公式为 x1为差压信号 T

0、T1分别为设计孔板的空气的基准和实际绝对温度(K) P

0、P1分别为设计孔板的空气的基准和实际绝对压力 ⑦ 温度压力补偿模块(TPC/A47) 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择 上加热段空气流量: 设计孔板的空气的基准压力p0为12000Pa(表压), 空气的基准温度t0为200℃;

空气的压力量程为 0~16000Pa, 空气的温度量程为 0~400℃. 换算成绝对压力和绝对温度,即P0 = p0+103320=115320 Pa T0 = t0+273=473K 实际热空气的绝对压力和绝对温度分别为 P1 = 16000x2+103320 T1 = 400x3+273 ⑦ 温度压力补偿模块(TPC/A47) 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择 求得 P1/P0=0.139 x2+0.896 T1/T0=0.846 x3+0.577 温度压力补偿模块A47的算式为

1 3

2 1

577 .

0 846 .

0 896 .

0 139 .

0 x x x K y ? ? ? ? (6.4.35) ⑦ 温度压力补偿模块(TPC/A47) 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择 ⑧氧量参加率校正模块(KOI/A48)

1 x K y oi ? ? (6.4.36) x1为氧量调节器OC51的输出 ai ai oi F F K ? ? (6.4.16)

1 2

2 1

1 A x K x K y ? ? ? 加法模块的算式(6.4.26) 氧量参加率校正模块A48的算式为

0 0

2 1 ? ? ? x x K y oi (6.4.37) 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择 以上仅计算出上加热段 单交叉限制燃烧控制系统(图6.48) 中各运算模块的系数 采取类似的方法,同样可以求得 均热段、第一下加热段和第二下加热段 单交叉限制燃烧控制系统中各运算模块的系数 表6.4.1 加热炉各段参数 段号 段名 剩余空气系数μ 重油量程l/h 空气量程nm3/h 均热段 第一下加热段 第二下加热段 上加热段

1 2

3 4 0.85~1.05 0.90~1.20 1.00~1.30 1.00~1.30

300 800

800 800

3000 9000

9000 9000 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 1. 控制方案的选择 2. 硬件的选择 6.4.3 DDC系统的应用实例 图6.7 输入输出单元的模板式结构 BUS 板 输入输出单元 AI AO DI DO 主OI串行通信 或 网络通信 主控 单元 (b)分离式 图6.8 输入输出单元的模块式结构 主控单元 A I A O D O D I RS-485 输入输出单元 混合式结构机型: 主机板和 I/O模板 共用总线母板 图6.7(a) 分离式结构机型: 主控单元和输入输出 模板单元分离 图6.7(b) 分散式结构机型: 主控单元和输入输出 模块单元分散 图6.8 BUS 主机板输入输出单元 主控单元 总线母板AI AO DI DO (a)混合式 工业PC 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 3. 软件的选择 工业PC (IPC) 系统软件: Windows98/NT/2000操作系统及其配套软件 监控组态软件: Wonderware公司的Factory Suite InTouch和InControl Intellution公司的 iFIX 三维力控公司的 PC Auto 亚控公司的 组态王 用户自行开发应用软件或监控组态软件 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 4. 应用组态 ①输入输出组态: 将I/O信号点变成I/O功能块, 建立实时数据库 ②控制回路组态: 用输入功能块、运算功能块、 控制功能块和输出功能块, 将控制方案构成控制回路, 即生成回路运行文件 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.3 DDC系统的应用实例 4. 应用组态 ③操作监视画面组态: 绘制图文并茂、 形象直观的操作显示画面, 为操作员提供 友好的操作显示环境. ④打印报表组态: 绘制小时、班、日、月报表, 用数值、曲线、捧图和饼图等 形式建立报表. 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 第6章DDC系统的设计和应用 6.4 DDC系统的应用设计 6.4.1 DDC系统的控制方案设计 6.4.2 DDC系统的工程设计 6.4.3 DDC系统的应用实例 6.4.4 DDC系统的运行调试√ 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4 DDC系统的应用设计 6.4.4 DDC系统的运行调试 1. 硬件调试 硬件: 主控单元 输入输出单元 操作显示单元 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 1. 硬件调试 I/O信号调试: AI: 零点,量程, 信号点(上行、下行) 例如

4、

8、

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16、20mA DI: AO:零点,量程, 信号点(上行、下行) 例如

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25、

50、

75、100%

4、

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16、20mA DO: 6.4.4 DDC系统的运行调试 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.4 DDC系统的运行调试 2. 软件调试 系统软件 应用软件 开环调试 比例带 积分时间 微分时间 正、反作用 图6.49 PID控制块的开环特性调试框图 PID AO AI ∑ SV PV E U + D I V 图1.4 P I D 数字控制器的阶跃响应 (b)实际微分 P I D u nT

0 1

2 3

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8 9 积分项微分项比例项(a)理想微分 P I D nT u 积分项微分项012345678比例项计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.4 DDC系统的运行调试 应用软件 闭环调试 比例带 积分时间 微分时间 图6.50 PID控制块的闭环特性调试框图 PID AO AI ∑ SV PV E U + D F ∑ 对象 Y + + 闭环阶跃响应 Δy1 R Y t

0 t Tv Δy2

0 Δy1:Δy2=4 :

1 2. 软件调试 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.4 DDC系统的运行调试 3. 现场投运 配合: 控制系统设计人员 与工艺操作人员要密切配合 准备: 调试计划 实施方案 安全措施 分工合作细则 … … 等等 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 6.4.4 DDC系统的运行调试 3. 现场投运 过程: 从小到大 从易到难 从手动到自动, 从简单回路到复杂回路逐步过渡 冷静的情绪 科学的态度 协作的精神 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 DDC 第6章DDC系统的设计和应用 6.1 DDC系统的设计概述 6.2 DDC系统的硬件设计 6.3 DDC系统的软件设计 6.4 DDC系统的应用设计 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 结束 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 第1编 直接数字控制(DDC) 第0章DDC概述 第1章 计算机常规控制技术 第2章 计算机数字控制技术 第3章 计算机输入输出技术 第4章 计算机人机接口技术 第5章 计算机抗干扰技术 第6章DDC的设计和应用 计算机控制系统 结束 计算机控制系统 王锦标 编著 清华大学出版社 ........