一．发电厂简介
发电厂是将各种一次能源转变成电能的工厂。按一次能源的不同发电厂可分为火力发电厂（以煤、石油和天然气为燃料）、水力发电厂（以水的位能作动力）、原子（核）能发电厂以及风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂、潮汐发电厂等。目前我国以火力发电厂为主，其发电量占全国总发电量的70％以上，多处大型水力发电厂正在加紧建设中，核电厂的建设也已取得了重大成绩。下面仅对在国民经济中占重要地位的火电厂和水电厂的基本状况进行概略地介绍
1.1火力发电厂
以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂统称为火电厂。
1.1.1火电厂的分类
⑴按燃料分类：燃煤发电厂、燃油发电厂、燃气发电厂、余热发电厂，此外还有利用垃圾及工业废料作燃料的发电厂。
⑵按原动机分类：凝汽式汽轮机发电厂、燃汽轮机发电厂、内燃机发电厂和蒸汽一燃汽轮机发电厂等。
⑶按供出能源分类：凝汽式发电厂、热电厂。
⑷按发电厂总装机容量的多少分类：小容量发电厂、中容量发电厂、大中容量发电厂、大容量发电厂、特大容量发电厂。
⑸按蒸汽压力和温度分类：中低压发电厂、高压发电厂、超高压发电厂、亚临界压力发电厂、超临界压力发电厂，目前尚处于试验阶段。
⑹按供电范围分类：区域性发电厂、孤立发电厂、自备发电厂。
1.1.2火电厂的生产流程及特点
火电厂的种类虽很多，但从能量转换的观点分析，其生产过程却是基本相同的，其基本生产流程为：燃料燃烧的热能→高温高压水蒸气→机械能→电能→电力系统。
与水电厂和其他类型的电厂相比，火电厂有如下特点：
⑴火电厂布局灵洁，装机容量的大小可按需要决定。
⑵火电厂建造工期短，一般为水电厂的一半甚至更短。一次性建造投资少，仅为水电厂的一半左右。
⑶火电厂耗煤量大，目前发电用煤约占全国煤碳总产量的25％左右，加上运煤费用和大量用水，其生产成本比水力发电要高出3～4倍。
⑷火电厂动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，厂用电量和运行人员都多于水电厂，运行费用高。
⑸汽轮机开、停机过程时间长，耗资大，不宜作为调峰电源用。
⑹火电厂对空气和环境的污染大。
1.1.3水力发电厂
⑴水电站的类型
水电站按取得水头的方式不同可分为堤坝式、引水式和混台式；按运行方式不同可分为无调节、有调节和抽水蓄能式。
⑵水力发电的生产流程及特点
水力发电的方式很多，但其基本生产流程是相同的，即拦河建坝集中落差的水能→机械能→电能→电力系统
二．锅炉控制系统概述
2.1锅炉
锅炉是火力发电厂中主要设备之一。它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，井将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。
锅炉炉膛是燃烧燃料的场所，燃料在炉膛内燃烧，燃烧所放出的热量通过辐射传热和对流传热，被水冷壁、过热器、再热器、省煤器等受热面中的工质（水或汽）吸收，工质（水或汽）在这些换热设备中被加热成过热蒸汽，过热蒸汽经管道送至汽轮机推动的汽轮机做功，从而带动发电机发电。因此锅炉是进行燃料燃烧、传热和使水汽化三种过程的综合装置。
锅炉中的锅是指在火上加热的撑汽水的压力容器，炉是燃料燃烧的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。通常把燃料的燃烧、放热、排渣称为炉内过程；把工质水的流动、传热、热化学等称为锅内过程。
锅炉本体是由汽包（或锅筒）、受热面及连接管道、烟道和风道、燃烧设备、构架（包括平台和扶梯）、炉墙和除渣设备等组成的整体。锅炉本体要能连续可
靠的运行，必须要有连接的烟、风管道以及各种辅助系统及附属设备，组成所谓的锅炉机组。锅炉机组中的辅助系统及附属设备包括：燃烧供应系统、煤粉制备系统、给水系统、通风系统、除灰除尘系统、水处理系统、测量及控制系统等。每个辅助系统中都配备有相应的机械设备和仪器仪表。
2.2过热器和再热器
蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽，并要求在锅炉负荷或其他工况变动时，保证过热气温的波动处在允许范围内。
提高蒸汽初压和初温可提高电厂循环热效率，但蒸汽初温的进一步提高受到金属材料耐热性能的限制。蒸汽初压的提高随可提高循环热效率，但过热蒸汽压力的进一步提高受到汽轮机排气湿度的限制，因此为了提高循环热效率及降低排气湿度，可采用再热器。通常，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相近。
过热器和再热器内流动的为高温蒸汽，其传热性能差，而且过热器和再热器又位于高烟温区，所以管壁温度较高。如何使过热器和再热器管能长期安全工作是过热器和再热器设计和运行中的重要问题。
在过热器和再热器的设计及运行中，应注意下列问题:
⑴运行中应保持汽温的稳定，汽温波动不应超过±（5～10）℃。
⑵过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的汽温。
⑶尽量防止和减少平行管子之间的偏差。
2.3省煤器和空气预热器
省煤器和空气预热器通常布置在锅炉对流烟道的尾部，进入这些受热面的烟气温度已较低，因此常把这两个受热面称为尾部受热面或低温受热面。
省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量来加热给水的一种热交换装置。它可以降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。在现代大型锅炉中，一般都利用汽轮机抽汽来加热给水，而且随着工质参数的提高，常采用多级给水加热器。
空气预热器不仅能吸收排烟中的热量，降低排烟温度，从而提高锅炉效率；而且由于空气中的预热，改善了燃料的着火条件，强化了燃烧过程，减少了不完
全燃烧热损失，这对于燃用难着火的无烟煤及劣质煤尤为重要。使用预热空气，可使炉膛温度提高，强化炉膛辐射热交换，使吸收同样辐射热的水冷壁受热面可以减少。较高温度的预热空气送到制粉系统作为干燥剂，在磨制高水分的劣质煤时更为重要。因此空气预热器也成为现代大型锅炉机组中必不可少的组成部件。综上所述，省煤器和空气预热器的应用，主要是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，节省燃料。同时，也为了减少价格较贵的蒸发受热面积改善燃烧与传热效果。锅炉控制系统流程图如图一所示
空气
原煤
图一锅炉控制系统流程图
三．汽包水位的控制与调整
维持锅炉汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的重要条件之一。
当汽包水位过高时，由于汽包蒸汽容积和空气高度减小，蒸汽携带锅水将增加，因而整齐品质恶化，容易造成过热器积盐垢，引起管子过热损坏；同时盐垢使热阻增大，引起传热恶化，过热气温降低。汽包严重满水时，除引起气温急剧下降外，还会造成蒸汽管道和汽轮机内的水冲击，甚至打坏汽轮机叶片。汽包水位过低，则可能破坏水循环，使水冷壁管的安全受到威胁。如果出现严重缺水而又处理不当，则可能造成水冷壁爆管。
自然循环锅炉的汽包水位，一般定在汽包中心线下50～150㎜范围内，容许变动范围为±50㎜。对于强制循环汽包锅炉，汽包的低水位限制取决于循环泵的工作，但一般来说其水位波动的幅度没有自然循环锅炉要求那样严格。自然循环锅炉汽包的最高、最低水位，应通过热化学实验和水循环试验确定。最高允许水位应当比临界水位稍低，以保证整齐品质；最低允许水位应不影响水循环安全。
3.1影响水位变化的主要因素
锅炉运行中，汽包水位是经常变动的。引起水位变化的原因一是锅炉外部扰动，如负荷变化；另一个是锅炉内部扰动，如燃烧工况的改变。出现外扰和内扰时，汽包物质平衡遭到破坏，即给水量与送气量的不平衡；或者工质状态发生变化（锅炉压力变化时，工质比体积和饱和温度随之改变），两者都能引起水位变化。水位变化的剧烈程度随扰动量增大、扰动速度加快而增强。
3.1.1锅炉负荷
汽包水位首先取决于锅炉负荷的变动量和变化速度。因为它不仅影响蒸发设备中水的耗量，而且还会造成压力变化，引起锅水状态改变。例如，当锅炉负荷突然增加，压力下降时，在给水量和燃烧调整尚未作相应调节之前，汽包水位H 的变化如图二所示。
时间
图二负荷突然增大时水位变化图
从图中可以可看出：汽包水位H开始先升高，然后再逐渐降低。此时，若不及时增加给水，汽包水位将会急剧下降到正常水位以下，甚至出现缺水事故。汽压下降的结果，一方面造成汽水比体积增大，水位上升；另一方面也使工质饱和温度相应降低，使蒸发管金属和锅水放出他们的蓄热量，产生所谓附加蒸发量，从而使锅水内的汽包（含汽率）数量增加，汽水混合物体积膨胀，促使水位很快上升。这种水位暂时上升的想象通常称为虚假水位。因为它并非表示锅炉贮水量的增加，相反，此时贮水量正在变少。随着锅水耗量的增加，在给水量未增加和蒸汽逸出水面后，水位也将随之下降。随着给水调整和燃烧调整的实施，汽包水位和蒸汽压力又很快恢复正常。
实际上虚假水位只有在锅炉工况变化较大，速度较快时才能明显察觉出来。
在锅炉出现熄火和安全阀起跳等情况下，虚假水位将达到很大的程度，如果处理不当就会发生水位事故。在负荷突然增加而出现虚假水位时，一般处理应是先增加风、煤，强化燃烧，恢复汽压。然后再适当加大给水量，以满足蒸发量的需要。如果虚假水位严重，不加限制就会造成满水事故。这时，可适当减少给水，待水位开始下降时，再加强给水，恢复正常水位。
3.1.2燃烧工况
在锅炉负荷和给水未变的情况下，炉内燃烧工况变动多数是由于燃烧不良，给粉不稳定引起的，燃烧工况变动不外乎燃烧加强或减弱两种情况。当燃烧增强时，锅水汽化加强，工质体积膨胀，使水位暂时升高。由于产汽增加，汽压升高，相应的饱和温度提高，锅水中的汽泡数量又有所减少，水位又下降。对于单元机组，如果这时汽压不能及时调整而继续升高，由于蒸汽做工能力提高而外界符合又不变，因此汽轮机调节汽门将关小，减少进汽量，保持功率平衡，由于给水量没变，所以汽包水位又要升高。
3.2汽包水位的监视与调整
汽包水位是通过水位计来监视的，在用水位计监视水位时，还需要时刻注意蒸汽量和给水量（以及减温水量）数值之差是否在正常范围内。此外对于可能引起水位变动的运行操作，如锅炉排污，投、停燃烧器，增开给水泵等，也需予以注意，以便根据这些工况的改变可能引起水位变化的趋势，将调整工作做在水位变化之前，从而保证运行中汽包水位的稳定。
串级控制系统适用于时间常数及纯滞后较大的对象。串级系统与单回路系统的区别在于前者可获得可测中间变量，并利用它构成副反馈回路，对影响中间变量的干扰进行预先调节，从而改善整个系统的动态品质，主要表现在：①对进入副回路的二次干扰有很强的克服能力；②提高了系统的工作频率；③减小了对象时间常数；④对负荷或操作条件的变化有较强的适应能力。串级控制系统的抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量都比单回路要好，显然锅炉汽包水位系统采用串级控制是比较理想的选择。
给水调整的任务是使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在允许的范围内变化。最简单的调节办法是根据汽包水位的偏差△H来调整给水阀开度实现，在自动控制中就是采用单冲量自动调节器，单冲量控制系统（冲量一词指的是变
量,单冲量即汽包液位）是采用汽包液位直接控制给水调节阀，如图三（a）所示。它是汽包液位自动控制中最简单、最基本的一种形式，是典型的单回路定值控制系统。该系统结构简单、投资少、容易实现，用于小型低压锅炉。因为这种锅炉的蒸汽负荷比较稳定，汽包的相对容积大，用户对蒸汽的要求往往不十分严格，该控制系统若再配上一些报警联锁装置,也可以满足生产要求。
（a） (b)
(c)
图三给水自动调节示意
（a）单冲量调节；（b）双冲量调节；（c）三冲量调节
1—调节系统；2—给水阀
在停留时间较短，负荷变化较大时，就不能采用单冲量液位控制系统，这是因为：（1）负荷变化时产生的“虚假水位”将使调节器反向错位动作，负荷增大时反而关小给水调节阀，当闪急汽化平息下来时，会使水位严重下降，产生剧烈波动，调节的动态品质很差。所谓闪急蒸发，简称闪蒸。在一密闭容器中把液体混合物加热，由于液相各组分的蒸发，汽相的压力不断上高，各组分在液相的分压总是接近于他们汽相中的分压，称为平衡汽化。若突然把容器的汽相与一低压的外界连通，汽相压力立刻降低，液体迅速沸腾，大量液体蒸发到汽相中去，便是闪急蒸发。（2）负荷变化时，从负荷变化到水位下降再到调节阀动作，滞后时间太长，如果水位过程时间常数很小，偏差必然很显著。（3）给水系统扰动时，例如给水泵压力变化，进水量立即变化，而到水位产生偏差时才使调节阀动作，同样不够及时。所以它只能用于水容量相对较大或负荷相当稳定的锅炉上。
在汽包的水位控制中，最主要的扰动是负荷的变化，那么引入蒸汽流量来校正，不仅可以补偿“虚假水位”所引起的误动作，而且使给水调节阀的动作及时，这就构成了双冲量控制系统。从本质上看，双冲量控制系统是一个前馈加单回路反馈控制系统构成的复合控制系统。如图三（b）所示。
如果高压蒸汽供给蒸汽透平压缩机,为保护设备，给水阀宜选用气开阀，当蒸汽流量加大时，给水流量亦要相应增加，此时选用气开阀，加法器的输出应增加。如果蒸汽作为工艺生产中的热源时，为保护设备，给水阀宜选用气关阀，当蒸汽流量加大时给水流量亦要相应增加，此时选用气关阀，加法器的输出应减小。
为了兼顾上述两种要求，宜选带保位装置的给水阀，即事故状态该阀停在原位。初始偏差设置的目的是：正常负荷下，调节器和加法器的输出都能有一个比较适中的数值，最好在正常负荷下初始偏差与前馈（蒸汽流量）项恰好抵消。
在双重量给水调节系统中，当锅炉负荷变化时，蒸汽流量信号D比水位信号H提前反应，以抵消虚假水位的不正确指挥，故双重量调节系统可用于负荷经常变动和大容量的锅炉上。但是这种调节系统还不能反应和纠正给水方面的扰动带来的影响，例如给水压力变化所引起的给水量变化带来的影响。
双冲量控制系统有两个缺点：（1）调节阀的工作特性不一定完全是线性，这样要做到静态补偿就比较困难；（2）对于给水系统的扰动不能直接补偿。并且由于锅炉汽包“虚假水位”现象的存在，为克服其造成的影响，为此将引入给水流
量信号，构成三冲量控制系统。所谓“三冲量”就是有3个参数，即水位信号、给水扰动、蒸汽扰动。完善的给水调节系统是三冲量的调节系统，如图三(c)所示。这种系统又增加了给水量G信号。此系统对给水量的调节，综合考虑了蒸发量与给水量相平衡的原则，又考虑了水位偏差大小的影响，所以既能够补偿虚假水位的反应，又能纠正给水量的扰动。
三冲量法具有迅速比较两个反应速度快的变量，调整其中之一即能改变汽包水位，而不要等待两个变化缓慢的变量出现偏差后才进行调整(汽包水位与其设定值之差)。
如图四所示，将蒸汽信号直接馈送到调节器，就能很好地克服“虚假水位”的影响，避免误操作。由于前馈信号抵消了“虚假水位”引起的降低水位的操作，所以能很好地控制“虚假水位”。图四实质是一个前馈加串级反馈的三冲量控制系统，给水流量为副回路。根据串级控制系统选择主、副调节器的正、反作用的原则，水位调节器LC选反作用，流量调节器FC为正作用，调节阀为气关阀。当水位由于扰动而升高时，因LC为反作用，它的输出下降，经加法器后，使FC的给定值下降而输出增加，调节阀开度减小，给水量减小，水位下降，保持在设定值上。当蒸汽流量增加时，FC的给定值增加而输出减小，调节阀开大，水量增加，保持水、蒸汽平衡，使水位不变。副回路克服给水自身扰动，更进一步的稳定了水位的自动控制。
图四 三冲量控制系统流程图
三冲量控制系统还有其他形式，图五所示的前馈—串级控制系统形式的三冲量控制系统，是一种比较新型的接法也是目前用得较多的汽包水位三冲量控制系统。除此之外，三冲量控制系统还有其他多种形式，如图五所示。
V-1
给水阀
V-1
V-1
图五 三冲量控制系统的其他形式
3.3仪表选型
3.3.1给水阀的选择问题
执行器分为气动执行器、电动执行器、液动执行器3大类。
气动执行器按其执行机构形式分为薄膜式、活塞式和长行程式。近年来还研制了增力型薄膜调节阀。
电动和液动执行器按执行机构的运动形式分为直行程和角行程两类。
调节机构又简称阀。阀的种类很多，根据阀的结构、用途来分、其基本形式是直通单座阀、直通双座阀、蝶阀、三通阀等。在此基础上根据特殊用途要求，派生出波纹管密封阀、低温阀、保温夹套阀、隔膜阀、角形阀以及阀体分离阀等。近年来，随着工业自动化装置项大型化、高性能发展，研制出许多新兴调节阀，
如高温蝶阀、高压蝶阀和超高压调节阀；再发的结构方面也发展很快，出现了偏心旋转阀、套筒阀、O形球阀、V形球阀。在特殊要求下使用的有卫生阀、低噪声阀、低压降比阀以及单座塑料阀和全钛钢调节阀等品种。
调节阀相对开度和通过阀的相对流量之间的关系称为阀的流量特性。阀前后压差一定时的流量特性称为理想流量特性或称固有流量特性。阀在调节系统使用时的流量特性称为阀的工作特性或安装特性。铭牌上发的特性是理想流量特新。调节阀的理想流量特心有快开、线性、抛物线和对数4种，如图六所示。但抛物线流量特性与对数流量特性较为接近，前者可用后者来代替，而快开特性有主要用于位式控制和顺序控制，因而所谓调节阀流量特性的选择，一般为线性特性和等百分比特性（对数特性）的选择。
Q/Q
MAX
/%
l/L/%
图六理想流量特性性
1—快开；2—直线；3—抛物线；4—等百分比；5—双曲线；6—修正抛物线
从负荷变化的情况考虑，线性特性调节阀在小开度时流量相对变化大，过于灵敏，容易引起振荡，阀芯、阀座易损坏，在S值小，负荷变化幅度达时不宜采用。等百分比特性调节阀的放大系数随阀门行程增大而增大，流量相对变化量恒定不变，因此，它对负荷波动有较强的适应性，无论在全负荷或半负荷生产时都能很好的调节，所以，在生产自动化中，等百分比特性是引用最广泛的一种。
给水阀应选择带弹簧的气动薄膜执行机构调节阀。阀应选直通单座阀，因其阀前后压降低，适用于要求泄漏量小的场合。关于给水调节阀的气开气关的选择，从安全角度考虑，当气源供气中断，或控制器出故障而无输出，或控制阀膜片破裂而漏气等时控制法无法正常工作，以致阀芯恢复到无能源的初始状态（气开阀恢复到全闭，气闭阀恢复到全开），应能确保生产工艺设备的安全，不致发生事故。对于锅炉供水控制阀，为保证发生上述情况时不致把锅炉烧坏，控制阀应选气闭式。调节阀的流量特性应选等百分比特性。
3.3.2控制器正反作用的选择
变送器为⊕，对于研究对象当控制信号增大
LC为⊕，为反作用。
变送器为⊕，当控制信号增大时给水流量将
3.3.3变送器的选择
串级控制系统在抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量方面有较好的性能,因此在复杂的工业过程
控制中得到了广泛的应用.
摘要 汽包水位是影响锅炉安全运行的一个重要参数，汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。PLC技术的快速发展使得PLC 广泛应用于过程控制领域并极提高了控制系统性能，PLC已经成为当今自动控制领域不可缺少的重要设备。 本文从分析影响汽包水位的各种因素出发，重点分析了锅炉汽包水位的“假水位现象”，提出了锅炉汽包水位控制系统的三冲量控制方案。按照工程整定的方法进行了PID参数整定，并进行了仿真研究。根据控制要求和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，利用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完成PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用。 关键词：汽包水位、三冲量控制、PLC、PID控制
ABSTRACT The steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both high and low steam drum water level may lead to extremely serious consequence; therefore it must be strictly to be controlled. With the rapid development of PLC technology, it can widely be applied to the process control domain and enhances the performance of control system enormously. PLC has already become the essential important equipment in automatic control domain. Based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unreal water level phenomenon”is analyzed specially, and three impulses control plan for steam drum water level control system is proposed. PID parameters are regulated by engineering regulation method, and simulation study is done. According to the needs of control, the selection of control requirements hardware and system hardware design as well as system software design are carried out. Finally the application of PLC in boiler steam drum water control system is completed. Key words:Steam drum water level、Three impulses control、PLC、PID control
过程控制系统实验报告 专业 xxxxxx 班级 xxxxxxxxx 学生 xxxxxx 学号 xxxxxxxx
锅炉汽包水位控制系统设计 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在90CM，稳态误差±0,5CM，以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据 4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要满足动态性能 指标 8.总结实验课程设计的经验和收获
过程控制系统实验报告............................... - 0 -第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理............ - 3 - 1.1概述............................................ - 3 - 1.2锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................ - 3 - 1.3锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 - ............... - 5 - 2.1 对被控对象进行特性分析 ............................ - 5 - 2.2汽包水位控制系统方框图和流程图..................... - 5 - 2.2.1液位控制系统的方框图.................................. - 5 - 2.2.2液位控制系统的方案图.................................. - 6 - 2.3选择被控参数和被控变量............................. - 6 - 2.4选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 ......... - 7 - 2.4.1传感器、变送器选择 ..................................... - 7 - 2.4.2执行器的选择........................................... - 8 - 2.4.3关于给水调节阀的气开气关的选择。 ....................... - 8 - 2.4.4 关于给水调节阀型号的选择。............................. - 8 - 2.4.5 给水流量蒸汽流量..................................... - 8 - 2.5 四个环节的工作形式对控制过程............................... - 8 - ................................... - 10 - 3.1对控制进行PID控制.......................................... - 10 - ........................................... - 11 -
西安建筑科技大学课程设计（论文）任务书 专业班级： 自动化1002 学生姓名： 马千云 指导教师（签名）： 一、课程设计（论文）题目 锅炉汽包液位控制 二、本次课程设计（论文）应达到的目的 本次课程设计是自动化专业学生在学习了《计算机控制技术与系统》和《过程控 制及仪表》两门专业必修课程及《单片机原理与应用》、《可编程控制器》等相关专业 选修课程之后进行的一次全面的综合训练，其主要目的是加深学生对计算机控制技术 相关理论和知识的理解，进一步熟悉计算机控制系统工程设计的基本理论、方法和技 能；掌握工程应用的基本内容和要求，整合各专业课程的理论知识和方法，做到理论 联系实际；培养学生分析问题、解决问题的能力和独立完成系统设计的能力，并按要 求编写相关的设计说明书、技术文档和总结报告等。 三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术 参数、设计要求等） 锅炉汽包液位的阶跃响应曲线数据如下表所示，控制量阶跃变化5u ?=。试根据 实验数据设计一个超调量 25%p δ≤的无差控制系统。 具体要求如下： （1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； （2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）； （3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；
对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 （4）撰写课程设计报告一份，要求字数3000～5000字。 四、应收集的资料及主要参考文献： 1．王再英等.过程控制系统与仪表.机械工业出版社,2006 2．潘新民,王燕芳.微型计算机控制技术.高等教育出版社,2001 3．王锦标.计算机控制系统.清华大学出版社,2008 五、审核批准意见 教研室主任（签字） 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。 锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格
目录 第1章绪论 (2) 1.1概述 (2) 1.2锅炉的工作过程简介 (2) 第2章锅炉汽包水位动态特性分析 (4) 2.1汽包水位在给水流量W作用下的动态特性 (4) 2.2汽包水位在蒸汽流量D扰动下的动态特性 (5) 第3章锅炉汽包水位的控制方案 (7) 3.1单冲量控制方式 (7) 3.2双冲量控制方式 (7) 3.3三冲量控制方式 (8) 3.4我选择的控制方式 (9) 第4章仪器仪表的选择与参数的整定 (10) 4.1液位变送器的选择 (10) 4.2控制器的选择 (11) 4.3执行器的选择 (12) 4.4控制器的作用方式 (13) 4.5阀的开闭选择形式 (13) 4.6工程整定 (14) 参考文献: (15)
第1章绪论 1.1 概述 汽包水位是锅炉运行的重要指标,是一个非常重要的被控变量。维持水位在一定范围内是保障锅炉安全运行的首要条件，液位过高, 会使蒸汽带水过多, 汽水分离差, 使后续的过热器管壁结垢, 传热效率下降, 过热蒸汽温度下降, 严重时将引起蒸汽品质下降, 影响生产和安全; 水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环, 引起水冷壁局部过热而损坏, 严重时会发生锅炉爆炸。因此, 在锅炉运行中, 保证汽包水位在正常范围是非本设计是锅炉汽包水位控制系统的设计，锅炉汽包水位的良好控制是保证系统输出蒸汽温度稳定的前提。经分析后采用三冲量的控制方式，。 1.2 锅炉的工作过程简介 锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备，锅炉的任务是根据外界负荷的变化，输送一定质量(汽压、汽温)和相应数量的蒸汽。它所产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥等过程提供热源，而且还可以作为风机、压缩机、泵类驱动透平的动力源。 锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。“锅”就是锅炉的汽水系统，如图所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、过热器5、上升管7、给水调节阀2、给水母管1及蒸汽母管6等组成。锅炉的给水用给水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收烟气的热量，使温度升高到本身压力下的沸点，成为饱和水然后引入汽包。汽包中的水经下降管进入锅炉底部的下联箱，又经炉膛四周的水冷壁进入上联箱，随即又回入汽包。水在水冷壁管中吸收炉内火焰直接辐射的热，在温度不变的情况下，一部分蒸发成蒸汽，成为汽水混合物。汽水混合物在汽包中分离成水和汽，水和给水一起再进入下降管参加循环，汽则由汽包顶部的管子引往过热器，蒸汽在过热器中吸热、升温达到规定温度，成为合格蒸汽送入蒸汽母管。“炉”就是锅炉的燃烧系统，由炉膜、烟道、喷燃器、空气预热器等组成。锅炉燃料燃烧所需的空气由送风机送入，通过空气预热器，在空气预热器中吸收烟气热量，成为热空气后，与燃料按一定的比例进入炉膛燃烧，生成的热量传递给
过程控制系统实验报告 专业****** 班级****** 学生姓名****** 学号******
锅炉汽包水位控制系统设计 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在120cm，稳态误差± 0.4cm，满足生产要求。G(s)=1/(s^3+10s^2+29s+20), σ%<20%,Ts<10s,Ess=0. 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据
4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要满足动 态性能指标 8.总结实验课程设计的经验和收获
目录 第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理 1了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-------------------------------------------3 1.1锅炉汽包水位自动控制的意义--------------------------------------------------3 1.2了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-----------------------------------------3 第二章锅炉汽包水位控制系统方案的设计 2.1液位控制系统的方框图------------------------------------------------------------5 2.2液位控制系统的方案图------------------------------------------------------------5 2.3检测变送器的选择------------------------------------------------------------------6 2.4调节阀的选择------------------------------------------------------------------------6 2.5仪器性能指标的计算---------------------------------------------------------------6 2.6调节器的选择------------------------------------------------------------------------8 2.7调节器作用方向的选择------------------------------------------------------------8 第三章PID控制 3.1控制规律的比较--------------------------------------------------------------------9 3.2 PID参数的整定--------------------------------------------------------------------10 第四章仿真 4.1 simulink 仿真 ---------------------------------------------------------------------11 4.2 系统参数整定--------------------------------------------------------------------13
锅炉汽包水位控制系统的设计
过程控制系统实验报告 专业 xxxxxx 班级 xxxxxxxxx 学生姓名 xxxxxx 学号 xxxxxxxx 锅炉汽包水位控制系统设计
一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在90CM，稳态误差±0,5CM，以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据 4.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性 能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要 满足动态性能指标 8.总结实验课程设计的经验和收获
过程控制系统实验报告................................................ 错误!未定义书签。第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理 ........ 错误!未定义书签。 1.1 概述.............................................................. 错误!未定义书签。 1.2 锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................... 错误!未定义书签。 1.3 锅炉生产蒸汽工作流程 ............................... 错误!未定义书签。第二章锅炉汽包水位控制系统的方案设计 ................. 错误!未定义书签。 2.1 对被控对象进行特性分析 ................................ 错误!未定义书签。 2.2汽包水位控制系统方框图和流程图................. 错误!未定义书签。 2.2.1 液位控制系统的方框图.......................... 错误!未定义书签。 2.2.2 液位控制系统的方案图.......................... 错误!未定义书签。 2.3选择被控参数和被控变量................................ 错误!未定义书签。 2.4选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标错误!未定义书 签。 2.4.1传感器、变送器选择 .............................. 错误!未定义书签。 2.4.2执行器的选择.......................................... 错误!未定义书签。
DRZT 01-2004 火力发电厂锅炉汽包水位测 量 系统技术规定 1适用范畴本标准规定了火力发电厂锅炉汽包水位测量系统的配置、补偿、安装和运行爱护的技术要求。 本标准适用于火力发电厂高压、超高压及亚临界压力的汽包锅炉。 2汽包水位测量系统的配置 2.1锅炉汽包水位测量系统的配置必须采纳两种或以上工作原理共存的配置方式。锅炉汽包至少应配置1 套就地水位计、3 套差压式水位测量装置和2 套电极式水位测量装置。 新建锅炉汽包应配置1 套就地水位计、3 套差压式水位测量装置和3 套电极式水位测量装置或1 套就地水位计、1套电极式水位测量装置和6套差压式水位测量装置。 2.2锅炉汽包水位操纵和爱护应分别设置独立的操纵器。在操纵室，除借助DCS 监视汽包水位外，至少还应当设置一个独立于DCS 及其电源的汽包水位后备显示外表(或装置)。 2.3锅炉汽包水位操纵应分别取自3 个独立的差压变送器进行逻辑判定后 的信号。3个独立的差压变送器信号应分别通过3个独立的输入/输出(I/O) 模件或3条独立的现场总线，引入分散操纵系统(DCS)的冗余操纵器。 2.4锅炉汽包水位爱护应分别取自3 个独立的电极式测量装置或差压式水位测量装置(当采纳6 套配置时)进行逻辑判定后的信号。当锅炉只配置2个电极式测量装置时，汽包水位爱护应取自2 个独立的电极式测量装置以及差压式水位测量装置进行逻辑判定后的信号。 3个独立的测量装置输出的信号应分别通过3 个独立的I/O 模件引入DCS 的冗余操纵器。 2.5每个汽包水位信号补偿用的汽包压力变送器应分别独立配置。 2.6水位测量的差压变送器信号间、电极式测量装置信号间，以及差压变送器和电
/ 过程控制系统实验报告（ 专业 xxxxxx 班级 xxxxxxxxx 学生姓名 xxxxxx < 学号 xxxxxxxx
锅炉汽包水位控制系统设计 < 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在90CM，稳态误差±0,5CM，以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据 4.】 5.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 6.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 7.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 8.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要满足动态性能 指标 9.总结实验课程设计的经验和收获 (
* 过程控制系统实验报告............................... - 0 -第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理............ - 3 -概述............................................ - 3 -！ 锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................ - 3 - 锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 - ............... - 5 -对被控对象进行特性分析 ............................... - 5 -汽包水位控制系统方框图和流程图......................... - 5 -液位控制系统的方框图.................................. - 5 - 液位控制系统的方案图.................................. - 6 -选择被控参数和被控变量 ................................ - 6 -; 选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标............. - 7 -传感器、变送器选择........................................... - 7 -执行器的选择................................................. - 8 -关于给水调节阀的气开气关的选择。............................. - 8 - 关于给水调节阀型号的选择。.................................. - 8 -
目录 目录 (1) 1绪论 (3) 1.1锅炉汽包水位测量的重要性 (3) 1.2 锅炉汽包水位测量 (3) 2 控制系统总体结构设计 (4) 2.1 控制对象的选择 (4) 2.1.1 给水任务 (4) 2.1.2给水自动调节系统被 (4) 2.1.3被调量Ｈ变化的主要原因 (5) 2.2 整体结构设计 (7) 2.2.1控制方案 (7) 2.2.2 300MW机组给水控制过程 (9) 3 测量仪表选型 (13) 3.1 给水控制系统测量任务 (13) 3.1.1汽包水位的修正 (13) 3.1.2给水流量的校正 (13) 3.1.3主蒸汽流量的校正 (14) 3.2测量仪表的选型 (15) 3.2.1汽包水位测量方面 (15) 3.2.2给水流量测量方面 (17)
3.2.3主蒸汽流量测量方面 (18) 4 数据采集系统选型 (20) 4.1数据采集基本知识 (20) 4.2数据采集卡的主要性能指标 (20) 4.3 数据采集系统选型 (21) 4.3.1数据采集卡的选型 (21) 4.3.2 NI PCI-6221数据采集卡相关配件 (21) 4.2.3数据采集系统结构图如下 (24) 第五章：数据采集程序设计 (25) 5.1 LabVIEW数据采集介绍 (25) 5.2 基于LabVIEW平台的虚拟仪器程序设计 (25) 5.3数据采集程序设计 (26) 5.3.1配置采集任务 (26) 5.3.2程序设计步骤 (26) 6控制系统界面设计 (31) 6.1LabVIEW界面设计介绍 (31) 6.2控制系统界面设计 (31) 6.2.1锅炉给水操作控制面板图如下 (31) 6.2.2界面总图如下 (32) 分组说明 (32) 参考文献 (34)
1.汽包水位的动态特性描述 (1) 1.1.汽包在给水流量作用下的动态特性 (1) 1.2.汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 (2) 2.汽包水位控制方案的选择及其原理 (4) 2.1.三冲量控制原理及各部分的作用 (4) 2.1.1.控制原理 (4) 2.1.2.各部分的作用 (5) 3.前馈-串级控制系统的特点和调节器作用方式判断 (7) 3.1.控制系统的特点 (7) 3.1.1.前馈控制系统的特点 (7) 3.1.2.串级控制系统特点 (7) 3.2.调节器作用方式判断 (7) 3.2.1.判断副调节器的作用方式 (7) 3.2.2.判断主调节的作用方式 (7) 4.控制仪表及技术参数 (8) 4.1.控制仪表的选定 (8) 4.2.各元器件的型号及参数 (8) 5.总结与体会 (10) 参考文献 (11)
在锅炉运行中，水位是一个很重要的参数。若水位过高，则会影响汽水分离的效果，使用气设备发生故障；而水位过低，则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉发生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡，维持汽包内水位在允许的范围内变化。 锅炉汽包水位是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统，讨论了目前通常采用的控制方法,分析了水位对象模型的动静特性。首先从锅炉汽包内水的热平衡、物质平衡原理出发,推导出了用来描述锅炉水位对象的通用机理控制模型,通过对几种控制方案的分析、研究与比较,选三冲量系统作为最佳控制方案,并着力研究三冲量系统的特点。 关键词：锅炉汽包水位控制三冲量控制系统
锅炉汽包液位课程 设计
天津城建大学 课程设计任务书 - 第 2学期 控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级电气12班姓名：学号： 课程设计名称：过程控制 设计题目：锅炉汽包液位控制 完成期限：自年 6 月 20 日至年 6 月 26 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 加热炉出口温度控制系统，测取温度对象的过程为：当系统稳定时，在温度调节阀上做3%变化，输出温度记录如下： 试根据实验数据设计一个超调量25% δ≤的无差控制系统。具体要 p 求如下： （1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）； （3）根据设计方案选择相应的控制仪表； （4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。
二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： （1）超调量 （2）峰值时间 （3）过渡过程时间 （4）余差 （5）第一个波峰值 （6）第二个波峰值 （7）衰减比 （8）衰减率 （9）振荡频率 （10）全部P、I、D的参数 （11）PID的模型 （12）设计思路 三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社， [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社
[3] 过程控制教材 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：年月日 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统，当前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安
天津城建大学 课程设计任务书 2013 -2014学年第2学期 控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级电气12班姓名：学号： 课程设计名称：过程控制 设计题目：锅炉汽包液位控制 完成期限：自 2014 年 6 月 20 日至 2014 年 6 月 26 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 加热炉出口温度控制系统，测取温度对象的过程为：当系统稳定时，在温度调节阀上做 t/min 0 2 4 6 8 10 12 θ270.0 270.0 267.0 264.7 262.7 261.0 259.5 /o C t/min 14 16 18 20 22 24 26 θ258.4 257.8 257.0 256.5 256.0 255.7 255.4 /o C t/min 28 30 32 34 36 38 40 θ255.2 255.1 255.0 255.0 255.0 255.0 255.0 /o C δ≤的无差控制系统。具体要求如下： 试根据实验数据设计一个超调量25% p （1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； （2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3）根据设计方案选择相应的控制仪表； （4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： （1）超调量 （2）峰值时间 （3）过渡过程时间 （4）余差 （5）第一个波峰值 （6）第二个波峰值 （7）衰减比 （8）衰减率 （9）振荡频率 （10）全部P、I、D的参数 （11）PID的模型
（12）设计思路 三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004 [2]邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000 [3]过程控制教材 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：年月日 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。 锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格控制水位在规定范围之内。 维持汽包水位在给定范围内是保证锅护和汽轮机安全运行的必要条件，也是锅炉正常运行的主要指标之一。水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽中含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。水位过低，则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节，以致局部水冷管壁被烧坏，严重时会造成爆炸事故。这些后果都是十分严重的。随着锅炉容量的增加，水位变化速度愈来愈快，人工操作愈来
以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。 摘要 汽包水位是影响锅炉安全运行的一个重要参数，汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。PLC技术的快速发展使得PLC广泛应用于过程控制领域并极大地提高了控制系统性能，PLC已经成为当今自动控制领域不可缺少的重要设备。 本文从分析影响汽包水位的各种因素出发，重点分析了锅炉汽包水位的“假水位现象”，提出了锅炉汽包水位控制系统的三冲量控制方案。按照工程整定的方法进行了PID参数整定，并进行了仿真研究。根据控制要求和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，利用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完成PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用。 关键词：汽包水位三冲量控制PLC PID控制
ABSTRACT The steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both widely be applied to the process control domain and enhances the performance of control system enormously. PLC automatic control domain. Based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unreal water level phenomenon”is analyzed specially, and three impulses control plan for steam drum water level control system is proposed. PID parameters are regulated by engineering regulation method, and simulation study is done. According to the needs of control, the selection of control requirements as well as system software design are carried out. Finally the application of PLC in boiler steam drum water control system is completed. Key words: Steam drum water level Three impulses control PLC PID control
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西安建筑科技大学课程设计（论文）任务书
专业班级： 自动化1002 学生姓名： 马千云 指导教师（签名）：
一、课程设计（论文）题目
锅炉汽包液位控制
二、本次课程设计（论文）应达到的目的
本次课程设计是自动化专业学生在学习了《计算机控制技术与系统》和《过程控
制及仪表》两门专业必修课程及《单片机原理与应用》、《可编程控制器》等相关专业
选修课程之后进行的一次全面的综合训练，其主要目的是加深学生对计算机控制技术
相关理论和知识的理解，进一步熟悉计算机控制系统工程设计的基本理论、方法和技
能；掌握工程应用的基本内容和要求，整合各专业课程的理论知识和方法，做到理论
联系实际；培养学生分析问题、解决问题的能力和独立完成系统设计的能力，并按要
求编写相关的设计说明书、技术文档和总结报告等。
三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术 参数、设计要求等）
锅炉汽包液位的阶跃响应曲线数据如下表所示，控制量阶跃变化 u 5。试根据
实验数据设计一个超调量 p 25% 的无差控制系统。
时间/min 被控量 时间/min 被控量 时间/min 被控量
0 0.650 30 0.881 60 1.262
5 0.651 35 0.979 65 1.311
10 0.652 40 1.075 70 1.329
15 0.668 45 1.151 75 1.338
具体要求如下：
20 0.735 50 1.213 80 1.350
25 0.817 55 1.239 85 1.351
（1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；
（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；
（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表；
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锅炉汽包水位控制系统设计 南华大学 过程控制仪表课程设计 设计题目锅炉汽包水位控制系统设计 学生姓名_________欧鹏___________ 专业班级_______自动化1201________ 学号________20124460140______ 指导老师__ ____刘冲______________ 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模及控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。 锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点
之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格控制水位在规定范围之内。 维持汽包水位在给定范围内是保证锅护和汽轮机安全运行的必要条件，也是锅炉正常运行的主要指标之一。水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽中含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。水位过低，则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节，以致局部水冷管壁被烧坏，严重时会造成爆炸事故。这些后果都是十分严重的。随着锅炉容量的增加，水位变化速度愈来愈快，人工操作愈来愈繁重，因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切的要求。 汽包水位的控制是锅炉控制的一个难点，目前，对汽包水位控制大多采用常规PID控制方式，传统的常规PID控制方式是根据控制对象的数学模型建立，由于锅炉水位系统存在非线性、不确定性时滞和负荷干扰、非最小相位特征等，其精确
第一章绪论 1.1课题的研究背景及意义 火力发电厂在我国电力工业中占有主要的地位，是我国的重点能源工业之一。大型火力发电具有效率高、投资省、自动化水平高等优点，在国内外发展快。随着电力需求的日益增长，以及能源和环保的要求，我国的火电建设开始向大容量、高参数的大型机组靠拢。但是，火电机组越大，其设备结构就越复杂，自动化程度也要求越高。 给水控制系统是火电厂非常重要的控制子系统。汽包水位是锅炉安全运行的重要参数，同时他还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志。 随着机组容量的增大，运行参数的不断提高，对汽包水位的的控制品质要求也会越高，为了机组的安全、经济运行，需要采用设计更合理、功能更完善的控制系统，给水自动控制系统可以大大减轻人员的劳动强度，汽包水位的稳定性也得到极大的提高，保障了几组的安全、稳定运行。 为了实现电能生产的“高效‘洁净、经济、可靠、安全”的要求，火电厂汽轮机的参数经历了低压、中压、高压、超高压、亚临界和超临界参数的发张阶段，目前正向超临界参数的方向发展。 1.2国内外的发展状况 我国自上世纪80年代引进亚临界火电机组技术以来，虽在改进、优化和发展取得一定的经验，并使300MW、600MW的亚临界火电机组成为我国火力发电的主力机组，但这种亚临界机组依然存在重大问题，这已成为制约我国电力工业发展的瓶颈。因此，借鉴国际上最先进的技术，研究并发展600MW~1000MW超临界火电机组，是提高电机机组的热效率，实现节能降耗和改善环保状况的有效途径。 随着火电机组的参数的提高，水的饱和温度相应提高，气化潜热减少；当压力提高倒22.115MPa时，气化潜热为零，气和水的密度差也等于零，该压力成为临界压力。在临界点时，饱和水与饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存在。当机组工作参数高于这一临界状态参数时，称之为超临界机组。对蒸汽动力装置
课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能 在工业生产中经常要对锅炉汽包的液位进行控制，为了能够精确控制液位高度，保证正常生产，要求设计液位闭环反馈控制系统，能抑制流量波动，且系统无余差。本设计要求设计一个锅炉汽包液位闭环反馈控制系统，采用适合的控制算法，输入设定水位值，并实时显示当前水位。 设计任务及要求 1、确定控制方案并绘制P&ID图、系统框图； 2、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数； 3、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式； 4、若设计由计算机实现的数字控制系统，应给出系统硬件电气连接图及程序流程图； 5、在实验室进行计算机软件仿真，并给出仿真结果； 6、按规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上 测量范围：20～100cm ；控制精度：±0.5cm ；控制液位：80cm； 最大偏差：1cm。 1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。（2天，分散完成） 2、确定系统的控制方案，绘制P&ID图、系统框图。（1天，实验室完成） 3、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数。（2天，分散完成） 4、确定控制器的控制规律、控制器正反作用方式以及保证系统无余差。（实验室1天） 5、仿真分析或实验测试、答辩。（3天，实验室完成） 6、撰写、打印设计说明书（1天，分散完成）
摘要关键词：
目录 第1章绪论 (1) 第2章课程设计的方案 (2) 2.1概述 (2) 2.2虚假水位的行程及对策 (2) 2.3汽泡水位的影响因素 (2) 2.4汽泡水位控制方案设计 (3) 第3章硬件设计 (7) 3.1液位传送器选型 (7) 3.2流量传送器选型 (7) 3.3执行器选型 (8) 3.4控制器器选型 (9) 第4章锅炉汽泡水位的模型及仿真 (11) 4.1仿真分析 (11) 4.2仿真分析 (12) 第5章课程设计总结 (15) 参考文献 (16)