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高压注汽燃煤锅炉状态监测与控制系统研究

作　者: 孙宇
导　师: 原培新
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 注汽锅炉锅炉控制模糊控制蒸汽压力前馈-反馈控制蒸汽干度
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

蒸汽驱采油是指重油开采时向重油层注入适当干度的高压蒸汽进行原油采集。以往生产高压蒸汽的注汽锅炉都是以原油或天然气为燃料,在我国实施“以煤代油”计划后,各油田开发了不同的燃煤注汽锅炉以降低燃料成本。由于燃烧方式的改变,在锅炉控制上出现了许多技术难题。本文以辽河油田某注汽站的燃煤注汽锅炉为背景,旨在提高自动化水平上进行了大量研究工作。由于锅炉燃烧具有滞后、非线性、没有精确数学模型的特性,从而导致锅炉燃烧过程控制困难,效率较低,造成很大的能源浪费。因此,提高锅炉燃烧效率问题一直被工程技术人员和学者们关注。针对燃煤注汽锅炉控制中的诸多不确定因素,采用传统的PID控制,效果不佳。寻求一种新的控制方法是十分必要的。本文依据所采集的实时数据,对蒸汽压力、蒸汽干度和燃烧控制环节进行了模糊控制器设计。对蒸汽干度控制提出了恒压力和恒流量两种控制策略。在蒸汽干度控制策略实施过程中,通过检测锅炉给水和炉水电导率测量蒸汽干度。在分析影响蒸汽干度的主要因素基础上,采用了工程实用的前馈-反馈控制复合控制技术,确保了蒸汽干度控制的精度和稳定性。对燃烧控制采用了模糊自整定PID的控制策略,用MATLAB对应用模糊自整定PID控制器的锅炉燃烧控制系统模型进行仿真研究。在分析注汽锅炉工艺流程和国内外研究现状的基础上,对新建的燃煤注汽锅炉控制系统进行了研究。系统采用上、下位机分层结构,分别完成数据采集、实时控制和过程监控。此外,构建了控制系统的全部硬件并编制了部分监控软件。本文所研究的控制系统,除了能保证燃烧的持续高效率外,采用了模糊控制和传统PID控制相结合的控制方案,在提高系统的鲁棒性的同时,还继承了PID控制稳态精度高等优点,得到较好的控制效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-16
  1.1 实现燃煤锅炉自动控制的意义  11
  1.2 本课题立项背景  11-12
  1.3 国内外发展现状  12-14
  1.4 本课题研究的主要内容  14-16
第2章燃煤注汽锅炉工艺流程及控制研究  16-29
  2.1 一般燃煤锅炉的工艺、工作流程及特点  16-18
    2.1.1 燃煤锅炉的工艺流程  16-17
    2.1.2 燃煤锅炉的工作流程  17-18
  2.2 热管式注汽锅炉的工作原理、组成及工作过程  18-20
  2.3 燃煤注汽锅炉控制系统分析  20-29
    2.3.1 注汽锅炉时序控制  20-21
    2.3.2 注汽锅炉运行参数控制  21-25
    2.3.3 燃烧控制系统  25-29
第3章控制算法研究  29-46
  3.1 模糊控制概述  29
  3.2 模糊控制的工作原理  29-31
  3.3 模糊控制器的设计方法  31-40
    3.3.1 模糊控制器的组成  31-32
    3.3.2 模糊控制器的结构设计  32-33
    3.3.3 确定控制规则  33-34
    3.3.4 精确输入量的模糊化  34-36
    3.3.5 模糊推理  36-37
    3.3.6 模糊量的判决方法(解模糊)  37-38
    3.3.7 模糊控制查询表  38-40
  3.4 PID控制算法研究  40-43
    3.4.1 PID控制原理  40-41
    3.4.2 数字PID控制算法  41-43
  3.5 模糊—PID复合控制  43-46
    3.5.1 PID参数Fuzzy自整定控制原理  43-44
    3.5.2 PID参数Fuzzy整定模型  44-46
第4章燃煤注汽锅炉模糊控制器设计  46-61
  4.1 蒸汽压力模糊控制器的设计  46-49
  4.2 蒸汽干度模糊控制器的设计  49-51
  4.3 锅炉燃烧系统模糊控制器的设计  51-53
    4.3.1 模糊自整定PID控制器的设计  51-53
  4.4 模糊自整定PID控制器在锅炉燃烧控制中的仿真  53-61
    4.4.1 仿真工具介绍  54
    4.4.2 SIMULINK构造的模糊自整定控制器模型  54-56
    4.4.3 锅炉燃烧控制系统仿真  56-61
第5章锅炉燃烧控制系统的软硬件设计  61-81
  5.1 硬件配置  61-67
    5.1.1 控制系统的总体结构  61
    5.1.2 PLC控制系统硬件配置  61-63
    5.1.3 信号调理和隔离设备  63-64
    5.1.4 仪表系统  64-66
    5.1.5 开关柜  66-67
    5.1.6 工控机及外围设备  67
  5.2 软件设计  67-81
    5.2.1 软件设计概述  67-68
    5.2.2 系统平台和编程软件的选择  68-70
    5.2.3 PLC和工控机通信的实现  70-71
    5.2.4 PLC软件编程  71-81
第6章监控系统的设计  81-86
  6.1 组态软件介绍  81-82
  6.2 系统监控软件设计  82-86
    6.2.1 监控软件组成与功能实现  82-86
第7章结论与展望  86-87
参考文献  87-90
致谢  90

高压注汽燃煤锅炉状态监测与控制系统研究

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