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LabVIEW開發(fā)鍋爐汽包水位的監(jiān)督控制和模擬
控制鍋爐汽包液位對于機械的安全和設(shè)備的保護至關(guān)重要。滾筒液位控制器的工作是將滾筒液位提高到指定的設(shè)定點,并保持在那里,同時保持一致的蒸汽負荷。鍋爐管可能會因該水平急劇下降而暴露,這會導(dǎo)致它們過熱并遭受損壞。此液位的升高可能會干擾汽包將水分與蒸汽分離的能力,從而降低鍋爐的效率并允許水分進入渦輪機。通常有兩種調(diào)節(jié)滾筒液位的方法。前面的控制方法在每種后續(xù)方法的基礎(chǔ)上都得到了改進??刂品椒ㄈQ于測量和控制設(shè)備對負載變化程度的需求。在大多數(shù)操作情況下,雙元件系統(tǒng)可以很好地運行。
最簡單的鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)是單元件控制。這是效率最低的滾筒液位控制類型,因為它需要測量滾筒和給水控制閥中的水位。它主要推薦用于更換必要性低且給水條件相當(dāng)穩(wěn)定的鍋爐。過程變量與由滾筒液位變送器提供的設(shè)定點之間的差值就是偏差值。控制器接收此信號并生成用于補救措施的輸出。然后,鍋爐給水閥接收輸出并修改進入鍋爐汽包的給水流量。
?雙元件滾筒液位控制,蒸汽流量作為雙元件控制系統(tǒng)中的前饋信號添加到給水閥中。大多數(shù)雙元件控制用于中型鍋爐,因為由于“膨脹”,蒸汽和水系統(tǒng)的體積和容量將使基本的總液位控制無效。當(dāng)由對密度變化不敏感的電導(dǎo)率型傳感器感測時,不需要總液位控制。從這個角度來看,位移和差壓類型的變送器傳感器受到青睞,因為它們對靜水壓力做出反應(yīng)。對于負載可能快速、頻繁或顯著波動的小型鍋爐,雙元件系統(tǒng)也是必要的。
將在不受控制的情況下模擬鍋爐汽包水位的控制策略,并在實施控制方法后,同時使用LABVIEW軟件模擬所有情況。
下圖是單元素鍋爐汽包水位控制策略的非受控模型仿真。
將單位步長應(yīng)用于不受控制的單元素策略時,觀察到水位響應(yīng)在很長一段時間內(nèi)為零,然后變?yōu)檎袷?。因?#xff0c;必須將控制方法應(yīng)用于系統(tǒng),以確保具有適當(dāng)規(guī)格的穩(wěn)定性。可以從LabVIEW導(dǎo)出響應(yīng)數(shù)據(jù),以確定響應(yīng)的規(guī)范。
帶PID控制器的單元策略:P和PI控制器最初用于單元素策略,但它們沒有產(chǎn)生預(yù)期的結(jié)果。P控制器無法改變建立時間,而PI控制器會產(chǎn)生過大的過沖。系統(tǒng)必須使用PID控制器,即使由于穩(wěn)態(tài)誤差、過沖和建立時間,它們也可以達到基本的性能標(biāo)準。
使用Imc控制器的單元素策略:當(dāng)用于控制典型流程時,內(nèi)部模型控制(IMC)調(diào)整規(guī)則已被證明是可靠的,并且可以產(chǎn)生可接受的性能。通常,近似過程模型和低維參考模型是匹配的,以便建立PI/PID補償器的分析IMC調(diào)諧規(guī)則。模型的復(fù)雜性和設(shè)計人員指定的性能要求決定了IMC控制器的結(jié)構(gòu)。
基于Imc的PID控制器的單元策略:通過更多階段,基于IMC的PID技術(shù)與IMC程序相同。一個重要的區(qū)別是,基于IMC的過程通常不需要控制器來適用。此外,為了創(chuàng)建類似的PID型控制器,粗略估計進程死區(qū)時間。
使用LabVIEW的電路設(shè)計工具包,開發(fā)了單元件和雙元件鍋爐汽桶的液位控制策略。雙元件鍋爐汽包液位控制策略的數(shù)據(jù)記錄和控制系統(tǒng)的前面板由基于IMC的PID控制器控制,其中液位元件的變化充當(dāng)反饋控制器,如IMC控制器,蒸汽流元件的變化充當(dāng)前饋控制器。IMC和基于IMC的PID控制器分別針對基于水位的單元素和雙元素策略的單位步進響應(yīng)顯示在上面的水位響應(yīng)圖中。它們具有非常短的建立時間、零穩(wěn)態(tài)誤差和基于IMC的PID控制器,非常耐干擾。因此,基于IMC和IMC的PID控制器具有極快的整體性能。
由于基于IMC的PID控制器具有比其他控制技術(shù)更好的響應(yīng)能力,由于其強大的跟蹤能力,最小的過沖,快速的建立時間和零的穩(wěn)態(tài)誤差,得出結(jié)論,它們是單元和雙元素控制策略中的最佳控制方法。
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