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
锅炉汽包水位控制系统
1. 汽包水位的动态特性描述
1.1. 汽包在给水流量作用下的动态特性
为了在给水量扰动试验过程中保障机组运行的安全性和试验效果，选择某一负荷工况下试验，因为此时给水泵出力有较大的裕量，万一试验中汽包水位上升过快，运行人员可及时手操控制；另外，选择10%的扰动量不会影响机组的安全运行，且试验效果比较明显。
在某一负荷工况下，汽包水位控制由自由控制方式切换为手动控制方式；手操迅速改变气泵转速；使给水流量迅速增加10%；记录给水量扰动试验曲线如图2-1，相当于积分环节和惯性环节之和，其表达式如下，
则
()()()()
1212,,111w H H s
s
H S W s H H W S S S s s ε
ετ
τεετε
ττ=
=-
+==+=-=
++
从实验图2-1可以看出，在锅炉燃烧工况不变，即锅炉蒸发量不变时，减少给水量，汽包水位的虚假水位并不明显；另外，通过试验曲线能够求得汽包水位控制对象在给水量扰动下的滞后时间和响应速度，从而求得汽包水位对象在给水量扰动下的传递函数。传递函数表达式如下，
()()
(1)1H
W Ww s s s s s ε
τττ??==++
从物质平衡的观点来看，加大给谁流量W ，水位应立即上升，但试验情况实际并不如此，而水位经过一段时间的延迟，甚至先下降后上升，主要是由于给水温度远低于省煤器的温度，使省煤器内汽泡总容积减少，因此，进入省煤器内部的水首先用来填补省煤器中因汽泡破灭引起的容积减少而降低的水位，经过一段时间延迟甚至水位下降后，水位才能不断上升。
H2
t
t
图2-1 给水流量扰动曲线
1.2. 汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性
蒸汽的流量阶跃增大时，蒸汽流量扰动试验曲线，如图2-2所示。蒸汽流量扰动试验曲线相当于一阶惯性环节2和积分环节1传递函数差对应的试验曲线，表现为有虚假水位的无自平衡能力的对象，汽包水位控制对象传递函数如下，
2
1,2,12K H H s T s ε=-=
+ 则()()212()12H s K Ww s H H D s T s s
ε=
=+=-+
t
t
H1
H2
图2-2 蒸汽流量扰动曲线
蒸汽流量扰动时，蒸汽流量高于给水流量，汽包水位无自平衡能力，所以水位应该直线下降，但试验中实际水位先上升后下降，这种现象称为虚假水位现象。出现虚假水位的原因是符合增加时，燃料量来不及增加，使汽包压力下降，汽泡膨胀，体积增大而水位上升；一段时间后，汽泡容积与负荷相适应达到稳定，水位就要反应物质平衡关系而下降。
2.汽包水位控制方案的选择及其原理
因为单冲量汽包水位调节存在着一些缺点，即单冲量控制方案只根据水位信号控制给水量，在锅炉负荷变化大，也就是阶跃扰动很大时，会出现锅炉的假水位现象。所以目前现场采用的比较先进的方案一般是三冲量控制。
2.1.三冲量控制原理及各部分的作用
2.1.1.控制原理
考虑到给水流量的扰动影响及由于被控对象的非线性等因素，将给水流量引入到双冲量过程控制系统中，组成三冲量水位控制系统，三冲量水位控制系统中，出了汽包水位和蒸汽流量外，引入的第三个冲量是水流量。三冲量水位控制系统是将汽包水位作为主被控变量，给水流量作为副被控变量的串级控制系统与蒸汽流量作为前馈信号的前馈串级反馈控制系统。三冲量水位控制系统以锅炉水位为主控信号，给水流量为控制器的反馈信号来控制给水流量，它以物料平衡关系为依据，能适应负荷的快速变化，它不仅能克服“虚假水位”的影响，也能克服由于给水压力变化等因素引起给水流量变化的影响，从而使系统有更好的动态响应和静态特征。
三冲量水位控制系统方框图如下图3-1，
图3-1 三冲量水位控制系统方框图
三冲量水位控制系统原理图如下图3-2，
图3-2 三冲量水位控制系统原理图
在双冲量的基础上引入给水流量信号，构成三冲凉控制系统。三冲量控制根据汽包水位、蒸汽量、给水流量三个信号区控制给水流量稳定汽包水位，其中，汽包水位是主信号，蒸汽流量是前馈信号，给水量为副信号，三冲量控制对象为电泵和汽泵。
2.1.2.各部分的作用
控制模块PID参数调整：由于给水流量与蒸汽流量的变化使汽包水位发生变化需要一定的时间，因此，控制系统为串级回路控制，控制器为反作用，引入蒸汽量与给水流量信号，这样可以使给水泵提前动作，消除迟缓。
三冲量控制回路：当汽包水位上升或下降时，与设定值产生偏差，主控制器的输出将减小或增大，此值与前馈信号相加，即为副控制器的设定值。将设定值与给水流量进行比较，副控制的输出减小或增大，从而使电泵和汽泵的转速降低或升高，实现汽包水位的自动控制。
三冲量控制前馈回路：当蒸汽流量改变时，通过加法器和副控制器改变给水泵转速即给水流量。由于蒸汽流量代表负荷，所以当负荷改变时，相应改变给水流量，从而减少或抵消由于虚假水位现象而使给水流量向与负荷相反方向变化的趋势。
三冲量控制副回路：当给水流量发生变化时，副控制器立即动作，使给水流量恢复到原来的数值，给水流量信号能消除给水流量的自发性变化，因而当给水流量发生自发性变化时，汽包水位基本上不受影响。
3.前馈-串级控制系统的特点和调节器作用方式判断
3.1.控制系统的特点
3.1.1.前馈控制系统的特点
（1）前馈控制是基于原理工作的，比反馈控制及时有效；
（2）前馈控制是属于开环控制系统；
（3）前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器。又称前馈补偿装置
（4）一种前馈作用只能克服一种干扰。
3.1.2.串级控制系统特点
串级控制系统的特点有：按偏差进行调节；调节量小，失调量小，能随时了解被控量变化情况；输出影响输入(闭环)。
因此，将前馈控制和串级控制相结合起来，构成前馈-串级控制系统，是具有良好控制效果的控制方式，可以进一步提高系统前馈控制的精度。
3.2.调节器作用方式判断
3.2.1.判断副调节器的作用方式
系统原理方框图所示，当测量值W上升时，由于阀门为气开阀，调节器的输出减小，即当调节器的输入值增加时，调节器的输出减小，调节器的作用为反作用。
3.2.2.判断主调节的作用方式
系统原理方框图所示，当测量值H上升时，测量值W应该下降，副调节器的作用方式为反作用，则主调节器的输出应增大，即主调节器的输入上升时，其输出也上升，主调节器的作用为正作用。
4.控制仪表及技术参数
4.1.控制仪表的选定
在汽包水位控制系统设计中，所需要使用的仪表由主副调节器、主副变送器、电动执行器、电动操作器、显示仪表等。其选型如下：
在前馈-串级控制系统中，调节器的作用是准确保证被控量符合生产要求，工艺上对控制品质的要求不是很高，不允许被调量存在较大的偏差，因此，调节器都必须具有积分作用，一般都采用PI调节器，故采用实验室的智能仪表控制型号为才SA-11.前馈反馈系统的整定要比简单系统复杂些。对于调节器正反作用方式的选择，要使一个过程控制系统正常工作，系统必须采用负反馈。
本系统选择控制阀为气开式，因为要保证锅炉汽包的安全，在没有信号的时候是关闭的。Kv>0,变送环节Km>0，因为阀体的开度增大，流量增大从而被控对象也就是锅炉汽包的液位也会增加，所以，Kp>0，满足KvKmKpKc>0,所以Kc>0,即控制器选用反作用控制器。当水位变送器检出水位偏离设定值，控制器反作用，控制器输出就小，阀的开度变小，进水量变小。
4.2.各元器件的型号及参数
调节器选型：
主调节器选择的型号为CR-6031
CR-6031技术指标：
工作电压：最大：28V 最小：20V
电流环：两线制4mv~20mv
工作压力： 22MPa max
测量范围： 1500mm
测量周期： 0.5秒
环境温度： -40~65（摄氏度）
防护等级： IP65
变送器选型
变送器选择的型号为MS-121
MS-121技术指标：
输出信号：4-20mv，0-10v
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
浙江省火电厂锅炉汽包水位测量问题分析及改进 孙长生1，蒋健1，刘卫国2，丁俊宏1，王蕙1 （1.浙江省电力试验研究院，杭州市，310014；2.国华浙能发电有限公司，浙江省宁波 市，315612） 摘要：汽包水位是表征锅炉安全运行的重要参数。由于配置、安装、运行及维护不当等因素，导致汽包水位测量系统存在测量值与实际值不符的情况，影响机组安全、经济、稳定运行。本文对浙江省火电厂汽包水位测量、水位保护投入状况进行现场调查，总结存在的问题，分析问题产生的原因，探讨并提出消除或减少这些问题的技术改进措施，供同行参考。 关键词：汽包水位测量；偏差分析；技术措施；锅炉；水位保护；水位计 doi：10.3969/j.issn.1000-7229.2010.10.000 Analysis of Running Status and Research of T echnical Proposal to the Drum Water Level Measurement Systems of Zhejiang Fired Power Plant SUN Chang-sheng1，JIANG Jian1，LIU Wei-guo2，WANG Huo （1．Zhejiang Provincial Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China；2．Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co. Ltd.，Ningbo 315612，Zhejiang Province， China） ABSTRACT：Because of many reasons during installment, operation and maintenance, the drum water level measurement systems often have been found the difference between the observed value and the actual value, that seriously affectes unit's stable operation.This article has investigated many power plants in the Zhejiang Province closely, surveyed the situation of the drum water level measurement and the water level protection conditions of Zhejiang fired power plant, and has gived useful suggestion.of the reference water column. KEYWORDS：drum water level measurement；warp analysis；technical proposal；boiler；water level protection；water level meter 0 引言 汽包水位是表征锅炉安全运行的重要参数，其测量的准确性与其偏差问题（以下简称“水位测量问题”）的解决，是一直困扰火电机组热工测量与安全、经济运行的难题。针对水位测量问题，在浙江省内火电厂进行了专题调查，就存在的水位测量问题进行了深入的专题探讨，提出了提高汽包水位测量系统运行可靠性的改进意见，供同行参考。 1 存在的主要问题 1.1 模拟量测量信号系统存在的问题 目前浙江省蒸发量为400 t/h及以上的汽包炉共有57台，这些锅炉运行中模拟量测量信号系统存在的主要问题包括以下几方面： （1）测量显示偏差。不同测量变送器显示的示值不一致，两侧显示偏差高的超过100 mm，即使是同侧偏差，有时也高达几十mm，且随着机组负荷的变化而不同，难以找出其变化规律。 （2）逻辑故障判断功能不完善。一些机组不具备《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》（请核实是否修改正确）中的汽包水位信号故障后的逻辑判断自动转换功能、水位和补偿用的汽包压力信号坏信号判别功能。 （3）共用测量孔。由于汽包上给出的取样孔不足，因此存在共用取样孔和平衡容器情况，未能做到全程独立。
开题报告 电气工程及自动化 锅炉汽包水位智能系统设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 在没有工作人员直接参与的情况就是自动控制，它是用外加的装置、设备、让机器或者生产过程的某一个参数或者工作状态能够自动的按照先前设定的指标或者规则运行的系统设备。 20世纪40年代自从美国的科学家维纳创立控制理论以来。自动控制从最早的开环控制起步，然后经过反馈控制、最优控制、随即控制、自适应控制、自学习控制、自组织控制一直这样发展到智能控制这一最新阶段。 传统控制理论经过经典控制理论和现代控制理论两个具有里程碑意义的重要阶段。它们的共同特点就是都是基于被控对象的清晰数学模型，即干扰和控制对象都得用严格意义上的函数和数学方程表示，控制的目标和任务一般都比较直接和明确。外界的干扰和控制对象的不确定性只允许在很小的限度内发生。 对系统运动规律的数学描述就是一个系统的数学模型。传递函数、状态方程和微分方程是描述控制系统的三种最基本的数学模型，而作为两者的纽带是微分方程。经典控制理论的主要研究常系数单变量线性系统数学模型,经常使用传递函数为基础的频域分析方法。现在控制理论主要研究多输入-多输出线性系统的数学模型，经常使用状态方程和微分方程为基础的时域分析方法，传统的控制方法多是要去解决是不变，线性等相对简单的被控系统的控制问题。这类系统完全可以用常系数，集总参量以及线性的微分方程予以描述。 但另一个方面，许多实际的控制目标和工业对象并非常常如此理想的。特别是遇到系统的结构复杂、变量纵多、规模庞大、参数随即多变、系统存在大之后或参数间又存在强耦合等错综复杂的情况时。传统的控制理论的数学解析结构则很难表达和处理。由于实际系统和研究对象具有非线性，不确定性，不完全性，时变性，因而无法建立起表述他们的运动规律和特性的数学模型，于是就失去了传统数学模型的分析基础。也就无法设计出合理的经典控制器。而且，在建立数学模型时一般都得经过理想化的处理和假设，即使把分布参数化为集中参数，非线性化为线性，时变的化为定常
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
锅炉汽包水位补偿公式： 1、汽包水位补偿 水位补偿公式：H=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g 然后用H减去水位零点相对平衡容器下取样点的距离,得到的值就是修正后的汽包水位。 L为平衡容器两个取样管间高度（m） ρ1为凝结水密度（kg/m3） ρ2为饱和水密度（kg/m3） ρ3为饱和蒸汽密度（kg/m3） ΔP为变送器差压（Pa） H为水位高度（m） h0为汽包水位零点至下取样管高度（m），H为补偿后水位（m）。 补偿后水位：h=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g -h0. 再把单位从米转为毫米。 如果L、h0、h单位为毫米，ΔP单位为mmH2O, ρ1、ρ2、ρ2单位为kg/m3。则公式为h=[ L*(ρ1-ρ3)-ΔP*1000 ] / (ρ2-ρ3) -h0 汽包水位测量分析及补偿 [摘要]汽包水位的准确测量值是电厂重要的测量参数之一，其测量方式很多，目前常用的是静压式测量方法中的连通式液位计和压差式液位计。但当液位计与被测汽包中的液体温度有差异时，显示的液位不同于汽包中的液位，而且其误差还会随汽包压力的改变而改变。襄樊电厂300MW机组，应用汽包水位模拟量信号采用差压变送器测量，并进行汽包压力补偿的测量方法，结果表明，汽包水位运行正常，测量准确，满足运行要求。 [关键词]汽包水位测量差压变送器压力补偿 1 准确测量汽包水位的重要性 大型机组都设计全程给水控制系统，在机组启动到满负荷或停机减负荷及负荷波动中，汽包压力在不断地变化，汽包内的蒸汽和水的密度也随之变化，从而影响汽包水位测量的准确性和全程给水控制系统的投运，危及机组的安全。因为汽包水位过高可能造成蒸汽带水，使蒸汽品质恶化，轻则加重管道和汽轮机积垢，降低出力和效率，重则使汽轮机发生事故；汽包水位过低，则对水循环不利，可能导致水冷壁局部过热甚至爆管。因此汽包水位的准确测量值是电厂最重要的测量参数之一。 2 汽包水位的测量方式及存在问题 汽包水位测量方式很多，一般可分为：(1)静压式；(2)浮力式；(3)电气式；(4)超声波式；(5)核辐射式。目前电厂中最常用的是静压式测量方法中的连通式液位计和压差式液位计。连通式液位计包括云母水位计和电接点水位计，这类液位计直观，便于读数，但它们共同的缺点是：当液位计与被测汽包中的液温有差别时，其显示的液位不同于汽包中的液位，而且此误差还会随汽包压力的改变而改变。为了减小因温度差异而引起的误差，
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 -
影响汽包水位的因素主要有两个方面，一是给水流量的扰动导致的水位变化，另一个是蒸汽流量的变化导致的汽包水位变化。 在通常情况下，增加给水流量，水位应该是增加的，但是由于给水温度低于汽包内饱和水的温度，给水吸收了原有饱和水中的部分热量使水面下气泡容积减小，所以扰动初期水位不会立即升高。当水面下气泡容积的变化过程逐渐平衡，水位就反映出汽包中储水量的增加而逐渐上升的趋势，最后当水面下气泡容积不再变化时，由于进、出物质的不平衡，水位将以一定的速度直线上升。图1中曲线H1为不考虑水面下气泡容积变化，仅考虑物质不平衡时水位变化曲线，为积分环节的特性曲线；H3为不考虑物质不平衡关系，只考虑给水流量变化时，水面下气泡容积变化所引起的水位变化，可以认为是惯性环节的特性。在给水流量扰动下实际水位的变化曲线H2可以认为是H1和H3的合成。因此，水位控制对象的动态特性表现出有惯性的无自平衡能力的特点。 图1 给水流量对汽包水位的影响 图2 蒸汽流量对汽包水位的影响
蒸汽流量的扰动主要来自汽轮机发电机组的负荷变化。如图2所示，当蒸汽流量突然阶跃增大时，如果仅从物质平衡角度来看，这时蒸发量大于给水量，且汽包水位对象是无自平衡能力的，水位曲线如H1所示。但实际水位如H2所示，是先上升再下降，这种现象被称为“虚假水位”现象，当负荷突然减少时，水位反而先下降再升高。产生虚假水位的原因是当锅炉蒸发量突然增加时，汽包水下面的气泡容积也迅速增大，即锅炉的蒸发强度增加，从而使水位升高。但蒸发强度的增加是有一定限度的，其气泡容积增大而引起的水位变化如图中的H3，当气泡容积与负荷适应而不再变化时，水位的变化就仅由物质平衡关系来决定了，这时水位就随负荷的增大而降低。因此，实际水位的变化曲线H2是H1和H3的合成。虚假水位变化的幅度与锅炉的气压和蒸发量变化的大小有关。 图3 炉膛热负荷变化对汽包水位的影响 此外，炉膛热负荷扰动对汽包水位的影响也是很大的(见图3)。此处的热负荷主要指的是燃烧率的扰动，例如燃料量的增加使炉膛负荷增强，从而使锅炉蒸发强度增大。若此时汽轮机负荷尚未增加，锅炉出口压力提高，蒸汽流量也相应增加，这样蒸汽流量大于给水流量，水位应该下降，但是蒸发强度增大的同时也使得水面下气泡容积增大，因此也会出现虚假水位现象。在这种情况下，蒸汽流量增加的同时气压也增大了，因而气泡体积的增加比蒸气流量扰动时要小一些，但持续时间长。
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
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
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
锅炉汽包水位计标定的方法 一、锅炉水位测量原理： 差压式水位计的水位------差压转换原理如图一所示： 图一、差压转换原理 我们在不考虑温度变化而造成水的密度的变化和汽包压力的变化导致水密度的变化等情况，及不考虑补偿的情况下，公式（2）可以简化为： g H L g H g L P P P 水水水ρρρ)(-=-=-=?-+ (3) 式中：L 为平衡容器中参比水柱的高度；H 为汽包实际水位高度；水ρ水的密度， g 为重力加速度；（由式中可知：L 、水ρ、g 是固定的常数，只有H 是瞬时值， 在变化中）。 从公式和图一我们知道（当找零位和满位时，要关闭与汽包的链接的两个阀门）： （1）、当H=L 时，△P=0时；证明锅炉汽包处于满水状态，此时变送器输出为20mA;（可以这样理解，当冷凝罐和水侧引压管灌满水后，打开变送器中间阀时，H=L,L=L,P_=P + ,则说明汽包水位处于满水状态）
时；证明锅炉汽包处于缺水状态，此时变送（2）、当H=0时，△P=g L 水 器输出为4mA。（可以这样理解，当冷凝罐和水侧引压管灌满水后，关闭变送器中间阀时，H=0,L=L,则说明汽包水位处于缺水状态） 注：从满位和零位标定看，变化的只有H，且H的变化范围为0～L；L是一直处于满水状态，没有变化。 二、广西四合工贸锅炉水位计结构和变送器安装形式： 图二、锅炉水位计内部结构和变送器安装图 其中：A、B为水位计一次阀；C、D为入变送器的控制阀；E、F为引压管排污阀；P1、P2、P3为压差变送器自带阀门，P1为变送器正端入口切断阀；P2为变送器负端入口切断阀；P3为变送器正负端连通阀。 三、锅炉水位计标定步骤： 1、A、B两个一次阀首先关闭，切断与汽包之间的联系；然后关闭E、F、P3阀，打开C、D、P1、P2阀，准备好灌水工作； 2、把排气孔堵头打开，往单室平衡器内灌水，直到水从排气孔溢流；
防止汽包锅炉缺满水技术措施示范文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
防止汽包锅炉缺满水技术措施示范文本使用指引：此解决方案资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 汽包锅炉汽包是蒸发受热面与过热受热面的分界面， 汽包水位是锅炉汽水流量是否平衡的标志。水位高于正常 运行水位的上限为满水，低于下限为缺水。大容量电站锅 炉汽包容积相对较小（计算表明一台600MW机组的汽包 上下水位间的容积等于8.4s与额定蒸发量的乘积），在高 加故障跳停、锅炉出力或负荷突变以致汽压骤变时，给水 自动控制装置的性能难，以满足维持水位的基本功能，汽 包水位便发生大幅度波动。汽包锅炉严重满水使汽温急剧 下降，危及汽轮机安全；严重缺水时水冷壁得不到应有的 冷却，膨胀不畅导致水冷壁变形甚至过热爆管，特别是亚 临界参数汽包炉蒸发受热面的循环倍率一般只有3~4，水 冷壁管出口处介质含汽量相当高，在异常工况下有发生第
锅炉水位的自动控制 摘要:本文介绍了锅炉汽包水位的动态特性,单冲量、双冲量、三冲量控制方案的特点及工程中需注意的问 题,着重介绍了汽包三冲量控制方案。 关键词:汽包水位;动态特性;控制方案;单冲量;双冲量;三冲量 引言 汽包水位是锅炉运行的主要指标,是一个非常重要的被控变量,维持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件,这是因为: (1) 水位过高会影响汽包内汽水分离,饱和水蒸汽带水过多,同时过热蒸汽温度急剧下降。该过热蒸汽作为汽轮机动力的话,将会 损坏汽轮机叶片,影响运行的安全性与经济性。(2) 水位过低,说明汽包内的水量较少,而当负荷很大时,水的汽化速度加快,则汽包内的水位变化速度亦随之加快,如不及时调节,就会使汽包内的水全部汽化,导致炉管烧坏,甚至引起爆炸。因此,锅炉汽包水位必须严加控制。 1 汽包水位的动态特性 锅炉汽水系统结构如图1 所示。汽包水位不仅受汽包(包括循环水管) 中储水量的影响,亦受水位下汽泡容积的影响。而水位下汽泡容积与蒸汽负荷蒸汽压力炉膛热负荷等有关。因此,影响水位变化的因素很多,其中主要的因素是锅炉蒸发量(蒸汽流量S) 和给水流量W。 1. 1 汽包水位在给水流量作用下的动态特性,见图2 : 图1 锅炉的汽水系统
图2 给水流量作用下水位阶跃响应曲线 上图所示是给水流量W 作用下,水位L 的阶跃响应曲线。如果把汽包的给水看作单容量无自衡过程,水位阶跃响应曲线如上图L1 曲线。但由于给水温度比汽包内饱和水的温度低,所以给水流量W增加后,从原有饱和水中吸收部分热量,这使得水位下汽泡容积有所减少。当水位下汽泡容积的变化过程逐渐平衡时,水位就由于汽包中储水量的增加而逐渐上升,最后当水位下汽泡容积不再变化时,水位变化就完全反映了由于储水量的增加而逐渐上升。因此,实际水位曲线如图中L 线。即当给水量作阶跃变化后,汽包水位一开始不立即增加,而要呈现出一段起始惯性段。给水温度越低,时滞τ亦越大。 1. 2 汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性,见图3 :
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 -
YF-ED-J9455 可按资料类型定义编号 关于蒸汽锅炉汽包水位控制的建议实用版 Management Of Personal, Equipment And Product Safety In Daily Work, So The Labor Process Can Be Carried Out Under Material Conditions And Work Order That Meet Safety Requirements. （示范文稿） 二零XX年XX月XX日
关于蒸汽锅炉汽包水位控制的建 议实用版 提示：该安全管理文档适合使用于日常工作中人身安全、设备和产品安全，以及交通运输安全等方面的管理，使劳动过程在符合安全要求的物质条件和工作秩序下进行，防止伤亡事故、设备事故及各种灾害的发生。下载后可以对文件进行定制修改，请根据实际需要调整使用。 1997-12-16，1台SG-1025/18.3锅炉发生 了缺水干锅，汽包低水位保护拒动，导致水冷 壁大面积变形、多处爆管的事故。此后，国家 电力公司颁布的《防止电力生产重大事故的25 项重点要求》列出了防止锅炉缺、满水事故的 要求，又编写了辅导教材。《电力安全技术》 杂志相继发表了一些与之相关的文章，其中 《汽包全充水启动》一文提出全充水启动以解 决启动中汽包温差控制的建议，部分内容涉及 对《电站锅炉监察规程》的理解与执行。笔者
对锅炉汽包水位控制的建议如下。 1 水位控制的意义 蒸汽锅炉水位是锅炉运行控制的重要参数之一，稳定工况下，撇开假水位因素，汽包水位的升降标志锅炉给水(包括减温水)流量与蒸汽流量的平衡状况，给水流量偏大则水位升高，反之亦然。广义的水位控制可以包括直流炉中间点温度的控制以及超临界、超超临界锅炉相变点位置的控制，因为它们都标志着对给水与蒸汽流量平衡的控制，决定着省煤器、蒸发受热面(或高比热区)和过热器的分界线，只是直流炉不存在假水位问题，而以其界面的变动显示其动态不平衡。 从水转变为汽有一个过程，管内介质汽化的同时发生膨胀，贮水量减少，这种现象称为
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