辽宁工业大学
计算机控制技术课程设计（论文）题目：锅炉气泡水位控制系统设计
院（系）：电气工程学院
专业班级：自动化083
学号： 080302068
学生姓名：陈旭东
指导教师：（签字）
起止时间： 2011.12.14--2011.12.23
辽宁工业大学课程设计说明书（论文）
课程设计（论文）报告的内容及其文本格式
1、课程设计（论文）报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括：
①封面（包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、、起止时间等）
②设计(论文)任务及评语
③中文摘要（黑体小二，居中，不少于200字）
④目录
⑤正文（设计计算说明书、研究报告、研究论文等）
⑥参考文献
2、课程设计（论文）正文参考字数：2000字周数。
3、封面格式
4、设计（论文）任务及评语格式
5、目录格式
①标题“目录”（小二号、黑体、居中）
②章标题（四号字、黑体、居左）
③节标题（小四号字、宋体）
④页码（小四号字、宋体、居右）
6、正文格式
①页边距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2.5cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm，左侧装订；
②字体：一级标题，小二号字、黑体、居中；二级标题，黑体小三、居左；三级标题，黑体四号；正文文字，小四号字、宋体；
③行距：20磅行距；
④页码：底部居中，五号、黑体；
7、参考文献格式
①标题：“参考文献”，小二，黑体，居中。
②示例：（五号宋体）
期刊类：[序号]作者1,作者2,……作者n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:页次.
图书类：[序号]作者1,作者2,……作者n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次.
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电气工程学院教研室：自动化Array
注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要
本文主要设计了一种基于单片机的锅炉液位控制系统，它以89c51单片机作为核心控制器，通过89c51单片机，温度传感器、压力传感器和模数转换器，数码管显示等硬件系统和软件设计方法实现具有液位检测报警和控制双重功能.
本系统在设计中主要有水位检测、温度检测、压力检测、按键控制、水位控制、显示部分、故障报警等几部分组成来实现液位控制。主要用液位传感器检测液位，用89c51温度传感器来检测水温，用三个控制按键来实现按健控制，用三位7段LED显示器来完成显示部分，用MOC3041双向可控硅来控制水泵的开关，用压力传感器检测锅炉内部压力，并且通过模数转换把这些信号送入单片机中。把这些信号与单片机中内部设定的值相比，以判断单片机是否需要进行相应的操作，即是否需要开启水泵，来实现对液位的控制,从而实现单片机自动控制液位的目的。本设计用单片机控制易于实现锅炉液位、温度和压力的控制,而且有造价低、程序易于调试、一部分出现故障不会影响其他部分的工作、维修方便等优点。
关键词：89c51单片机；液位控制；显示；
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系统总体结构设计 (2)
第3章硬件设计 (3)
3.13.1最小系统设计 (3)
3.2控制器的选择 (3)
3.3A/D转换器和接口 (4)
3.4D/A转换器和接口 (5)
3.5键盘电路设计 (6)
3.6显示电路设计 (7)
第4章软件设计 (9)
4.1三冲量控制 (9)
4.2PID控制 (10)
4.3PID参数设定 (11)
4.4程序流程 (12)
第5章系统设计仿真 (14)
第6章课程设计总结 (15)
第1章绪论
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，其精确的数学模型往往无法获得而且常规PID控制的参数是固定不变的，难以适应各种扰动及对象变化，其控制效果往往难以满足要求，控制效果不理想。
第2章课程设计的方案
2.1概述
锅炉设备是一个多输入、多输出且相互关联的复杂控制对象，主要的控制系统包括锅炉汽包水位的控制、锅炉燃烧系统的控制、过热蒸汽系统的控制。水位高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热管中结垢，影响蒸汽质量及传热效率，严重的将引起过热管爆管；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爆管，汽包水位过高过低的后果非常严重，所以必须严格加以控制。，目前各种锅炉汽包水位绝大多数采用三冲量控制方案。由于锅炉系统的复杂性，很难精确描述其动态特性，可以利用模糊控制对模型的宽容性来提高控制性能，但模糊控制的不足之处是在蒸汽扰动下有静差。实际上，汽包水位控制的难点主要在于“虚假水位”现象，使得传统的控制策略参数整定比较困难，难以适应所有工况。
2.2系统总体结构设计
图2.1为单片机锅炉汽包水位控制系统的总体设计方案
图2.1 控制系统框图
第3章硬件设计
3.13.1最小系统设计
图3.1为系统的最小设计
图3.1 系统最小设计
3.2控制器的选择
单片机作为主控模块，使得在对单片机选型上有了较大的空间。单片机在30多年的发展历程中，形成了多公司、多系列、多型号“百家争鸣”的局面。因而，选择一个合适的单片机有时真的不太容易，要考虑的方面太多。大致总结出以下几点：
1) 单片机的基本参数。例如速度、程序存储器容量、I/O引脚数量等。
2) 单片机的增强功能。例如看门狗、双指针、双串口、RTC（实时时钟）、EEPROM、
扩展RAM、CAN接口、I2C接口、SPI接口、USB接口。
3) Flash和OTP（一次性可编程）。
4) 封装：DIP（双列直插）,PLCC（PLCC有对应插座）还是贴片。
5) 工作温度范围，工业级还是商业机。
6) 功耗。
7) 工作电压范围。例如设计电视机遥控器，2节干电池供电,至少应该能在
1.8~3.6V电压范围内工作。
8) 供货渠道畅通。
9) 价格。
10) 烧录器价格，能否ISP（在线系统编程）。
根据以上因素：系统的实时性要求不高，因而运算速度无需很快，且系统规模不大，采用分时复用的方式使用总线，对I/O口的数量可以要求进一步降低。使用4路8位I/O接口即可满足设计要求；系统中需要扩展外部存储器对数据进行存储，数据存储量为32KB已满足要求，因此采用16位或准16位地址总线的单片机即可满足设计需要；由于是实验阶段，采用DIP（双列直插）封装的芯片便于实验，暂不考虑实际工业控制中的对外界环境的具体要求；系统采用AC220V供电，且对功耗没有具体要求，使用DC5V为芯片供电，便于系统外围电路的设计；芯片支持ISP可节省仿真器的投入。
综上所述，采用MCS-51系列中的8051单片机满足设计需求。51单片机与AD和DA的接口连接如图3.2所示：
图3.2 89C51连接图
3.3A/D转换器和接口
本设计采用的A/D转换器为8位转换器ADC0809。ADC0809是与微处理器兼容的8通路8位A/D转换器。它主要由逐次逼近式A/D转换器和8路模拟开关组成。ADC0809的特点是：可直接与微处理器相连，不需另加接口逻辑；具有锁存控制的8路模拟开关，可以输入8个模拟信号。
AD转换结束后，EOC脚输出高电平，此时单片机接收EOC信号，读取AD转换的结果，将EOC脚经反相器与单片机的INT0脚相连。AD转换结果由P0口读入，
故将AD转换器的输出与单片机P0口相连，高低位依次相连。经以上分析，设计AD转换器的接口电路如图3.3所示：
图3.3 ADC0809的接口电路
3.4 D/A 转换器和接口
本设计的D/A转换器为DAC0832。我们知道模拟量输出通道不论采用哪一种结构形式，都要解决D/A转换器与微处理器的接口问题。
D/A转换器要求数字量并行输入，并且其输入应在一定时间范围内保持稳定，以实现模拟量输出。8位或少于8位的D/A转换器，只需通过相应位数的锁存器与8位的微处理器总线连接。
DA转换器选择DAC0832,DAC0832是具有两个输入数据寄存器的8位DAC,它能直接与51单片机相连。
DA转换器的电路设计：
选择DAC为单缓冲方式，即输入寄存器工作于受控状态，DAC寄存器处于直通状态，由DAC0832的引脚特性，将DAC0832的引脚接发如下：
CS：片选端，低电平有效，直接接低电平
ILE：数据锁存允许控制端，高电平有效，直接接高电平。
WR2：DAC寄存器写选通控制端，低电平有效，由于其处于直通状态，故直接接低。
XFER：数据传送控制，低电平有效，故直接接地。
WR1；第一级输入寄存器写选通控制，低电平有效。其输入为上升沿时，将输入数据锁存到DAC寄存器，故将该脚与单片机P2.2口相连，由程序控制。
经以上分析，设计DA转换器的接口电路如图3.4所示：
图3.4 DAC0832的接口电路
3.5键盘电路设计
为了便于实现各种的控制要求，智能调节器必须具备快速设置被控参数且操作方便，还必须增加键盘装置。键盘控制有矩阵式和独立式两中。
矩阵式键盘又有编码式和非编码式。单片机系统中普遍使用非编码式键盘，这类键盘应主要解决以下几个问题：键的识别如何消除键的抖动。
在以上几个问题中，最主要的是键的识别，对于键的识别，既可以采用程序扫描的方法，也可以采用专用的可编程键盘显示接口8279.
独立式按键就是各按键相互独立，每个按键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线的按键工作状态不会影响其他I/O口线上的工作状态。因此，通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键被按下了。它的优点是：电路配置灵活，硬件结构简单。缺点是：每个按键需占用一根I/O口线，在按键数量较多时，I/O口浪费大，电路结构显得复杂。因此，此键盘是用于按键较少或操作速度较高的场合。由于该设计中按键数量少，所以采用了独立式按键。按键电路如图3-5所示。
图3.5 系统键盘电路
3.6显示电路设计
可以提供单独锁存的I/O接口电路很多，且静态显示的软件设计比较容易。所以在设计中选择常用的串并转换电路87c51显示电路。87c51单片机串行口方式0为移位寄存器方式，外接3片87c51作为3位LED显示器的静态显示接口，把87c51的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。87c51为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。T （第8脚）为时钟输入端，可连接到串行口的TXD端。每一个时钟信号的上升沿加到T端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入87c51中。R（第9脚）为复位端，当R=0时，移位寄存器各位复0，只有当R=1时，时钟脉冲才起作用。Q1…Q8（第3-6和10-13引脚）并行输出端分别接LED显示器的hg···a各段对应的引脚上。在给出了8个脉冲后，最先进入87c51的第一个数据到达了最高位，再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出。该电路中3片87c51首尾相串，而时钟端则接在一起，这样，当输入8个脉冲时，从单片机RXD端输出的数据就进入到了第一片87c51中了，而当第二个8个脉冲到来后，这个数据就进入了第二片87c51，而新的数据则进入了第一片87c51，这样，当第3个8个脉冲完成后，首次送出的数据被送到了最低位的164中，其他数据依次出现在第一、二片87c51中。显示电路图如图3.6所示：
图3.6系统显示电路
第4章软件设计
4.1三冲量控制
图4.1中所示的三冲量系统,汽包液位是被控变量,是主冲量信号,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。系统将蒸汽流量和给水流量前馈到汽包液位调节系统中去,一旦蒸汽流量或给水流量发生波动,不是等到影响到液位才进行调节,而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正,故大大提高了液位这个被调参数的调节精度。
图4.1 锅炉汽包液位的三冲量控制图
在稳定状态下,液位测量信号等于给定值,液位调节器的输出,蒸汽流量及给水流量等三个信号,通过加法器得到的输出电流为:I0 = K1I1-K2I2+K3I3式中,I1为液位调节器的输出电流；I2为蒸汽流量变送器的电流；I3为给水流量变送器的电流；K1、K2、K3分别为加法器各通道的衰减系数。设计K2I2=K3I3此时I0正是调节阀处于正常开度时所需要的电流信号(为了安全调节阀必须用气关阀) 。假定在某一时刻,蒸汽负荷突然增加,蒸汽流量变送器的输出电流I2 相应增加,加法器的输出电流I0 就减少,从而开大给水调节阀。但是与此同时出现了假液位现象,液位调节器输出电流I1 将增大。由于进入加法器的两个信号相反, 蒸汽流量变送器的输出电流I2会抵消一部分假液位输出电流I1,所以,假液位所带来的影响将局部或全部被克服。待假液位过去,水位开始下降,液位调节器输出电流I1开始减小,此时,它与蒸汽流量信号变化的方向相反,因此加法器的输出电I0 减小,意味着要求增加给水量,以适应新的负荷需要并补充液位的不足。调节过程进行到液面
重新稳定在给定值,给水量和蒸发量达到新的平衡为止。当蒸汽负荷不变,给水量本身因压力波动而变化时,加法器的输出相应变化,去调节阀门开度,直至给水量恢复到所需的数值为止。由于引进了蒸汽流量和给水流量两个辅助冲量,起到了“超前信号”的作用,使给水阀一开始就向正确的方向移动, 因而大大减小了液位的波动幅度,抵消了虚假液位的影响,并缩短了过渡过程时间。图4.2为三冲量液位调节方案图
图4.2 三冲量液位调节方案图
从上面分析可以看出三冲量调节系统能及时克服负荷(蒸汽量)和给水流量的干扰作用,调节精度高,适用于汽包容积较小、负荷和给水干扰较大的场合。单冲量适合在汽包容积较大、负荷变化比较小的场合。双冲量调节适合于锅炉容积较小,给水压力波动不大的场合。锅炉汽包液位采用三冲量调节系统,证明效果良好。
4.2PID 控制
实际工业控制中，大多数被控对象通常都有储能元间存在，这就造成系统对输入作用的相应有一定的惯性。另外由于管道和传输等原因会引入一些时间上的滞后，往往会导致系统的响应变差，甚至不稳定。因此，通常在系统中引入偏差的比例调节，以保证系统的快速性。引入偏差的微分调节来消除系统惯性的影响，这就形成了按偏差PID调节的系统。其控制结构如图4.3所示：
图4.3 PID算法控制结构
图4.3 PID算法控制结构
（1）比例P 调节
在P 调节中，调节器的输出信号与偏差信号成比例，即 。 。 比例调节是有差调节，比例调节的残差随着比例带的加大而加大 d
称为比例带，其中KP 为比例系数。人们希望尽量减小比例带，然而，减小比例带就等于加大调节系统的开环增益，其后果是导致系统的激烈振荡甚至不稳定。稳定性是任何闭环系统的首要要求，比例带的设置必须保证系统具有一定的稳定裕度。比例带具有一个临界值，此时系统处于稳定边界的情况，进一步减小比例带系统就不稳定了。 （2）积分I 调节
在I 调节中，调节的输出信号的变化速度 与偏差信号e 成正比，即 称为积分速度，其中TI 为积分时间常数。 增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度，直至出现发散的振荡过程。I 调节是无差调节，只有当被调量偏差为零时，I 调节的输出才保持不变。I 调节的稳定作用比P 调节差,如果只采用I 调节不可能得到稳定的系统，且振荡频率较低。
（3）微分D 调节
D 调节中的输出与被调量或其偏差对于时间的导数成正比，即 。TD 为微分时间。微分的作用在于改善系统的动态特性。单纯的微分调节器是不能工作的。因此微分调节只能起辅助的调节作用，与P 结合PD 或与PI 构成PID 调节。
总之，PID 控制器中，比例环节主要减少偏差；积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度；微分调节能加快系统的动作速度，减少调节时间。 4.3 PID 参数设定
控制器的参数整定对系统的控制质量起到了决定性的作用。确定控制器最佳过渡过程中的比例带δ，积分时间TI 和微分时间TD 的数值称为控制器参数整定。
控制器参数整定的方法，在工程上常用的有以下几种工程整定法。
（1）经验法：其整定参数的顺序是，先整定比例带δ，待过渡过程稳定后再加入积分作用以消除余差，最后加入微分，以加快过渡过程，进一步提高控制质量。PID 控制器的经验法整定：先将TD 置为0，置TI 为∞，先整定比例带使之达到4：1衰减过程，然后将比例带放大（10%-20%），而积分时间TI 由大到小逐步加入，直至达到4：1的衰减过程，然后将比例带减小到比原值小（10%-20%）的位置，而积分时间也适当减小，再把TD 由小到大加入，观察曲线，直到满意的过
p u K e =du dt 0du S e dt =D de u T dt
=
程为止。
（2）稳定边界法：这是一种闭环的整定方法。具体步骤如下：置控制器积分时间逐渐减小比例带，直到系统出现等幅振荡，即临界振荡过程如图 4.1。录此时的临界比例带δK及两个波峰的时间TK利用δK和TK值，按稳定边界法计算表给出的相应公式求出控制器的稳定参数δ、TI、TD。
（3）衰减曲线法：它是在经验法和稳定边界潜藏顾虑，针对它们的不足，反复实验而得出的一种参数整方法。具体步骤如下：将控制器积分时间TI为最大值，微分时间为0，在纯比例作用下，系统试运行。待系统稳定后，作设定值阶跃扰动。若系统响应衰减太快，则减小比例带，反之，则增大比例带。直到系统出现4：1的衰减振荡过程，记下此时的比例带和TS的数值。利用4：1衰减整定参数表求得控制器的PID数值。将比例带放到比计算值大一些的数值上，然后把积分时间按计算值加入，再把微分时间加入，最后把比例带减小到计算值，观察过渡过程曲线，调整到满意的结果。
对于单冲量系统来说，只要调节器是比例积分动作的，那么，在控制过程结束以后被调量就没有静态偏差。对于三冲量系统则不然，即使采用比例积分调节器，也不一定能保证无差，还必须解决一个输入信号系统的静态配合问题。
4.4程序流程
系统的软件程序可分为主程序和定时器T0中断服务程序两大模块，其中，主程序模块包括89C51本身的初始化、液位差显示和键盘扫描等程序，其流程如图4.4（a）（b）所示：
(a)系统主程序
(b)系统子程序图4.4 程序流程
第5章系统设计仿真
根据图5.1的三冲量控制系统的方框图可以在MATLAB中仿真得到如图5.1的串级三冲量控制系统SIMULINK仿真模型：
图5.1串级三冲量控制系统SIMULINK仿真模型
由上面的仿真模型可以在MATLAB中得到的响应曲线如图5.2所示
图5.2 串级三冲量控制系统响应曲线
第6章课程设计总结
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，这是基于串前馈-串级复合控制系统，副回路调节器通过副回路快速消除给水环节的扰动对汽包水位的影响，主调节器通过副调节器对水位进行校正，使水位保持在设定值，使系统工作在良好的状态下，可满足系统的控制要求。接着分析了PID对系统的影响，及PID的参数整定，然后MATLAB中进行了仿真，能够更好分析锅炉汽包水位的情况。通过分析证明了汽包水位是工业锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于提高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有重要意义。
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
课程设计任务书 题目: 锅炉过热蒸汽温度控制系统设计 摘要 本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计。控制系统采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。 关键字：过热蒸汽控制串级控制系统自动控制主控-串级切换 目录 1 生产工艺介绍 .................................................. 错误！未定义书签。 1.1 锅炉设备介绍............................................................................ ３ 1.2 蒸汽过热系统的控制................................................................ ５2控制原理简介 ..................................................................................... ６ 2.1控制方案选择............................................................................. ６ 2.1.1单回路控制方案................................................................. ６
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 :
河南科技学院新科学院 单片机课程设计报告题目：基于单片机的锅炉水位控制器 专业班级：电气工程及其自动化104 姓名： _ 时间：2012.12.03～2012.12.21 指导教师：邵峰、徐君鹏、张素君 2012年12月20日
基于单片机控制的锅炉水位控制器设计任务书 一. 设计要求 (一) 基本功能 1.具有手动和自动两种操作模式 2.能够实现多点水位数据采集，并实时进行水位状态显示 3.具有多种连锁保护和报警功能 具体工作过程如下： 控制器上电后，首先处于自动工作模式，程序开始扫描当前锅炉的水位和压力状态，如果水位低于正常水位，发出报警信后，同时启动水泵上水，经过一定时间后，如水位到达正常水位，报警将自冻结除，同时如果压力为低压状态则马上启动鼓风机和引风机，否则控制器自动关闭鼓风机和引风机。如果水位达到最高水位和压力超过设定压力时自动报警，同时关闭水泵和风机。系统时刻跟踪显示水位和压力状态。如果你想手动操作，你可以通过手动/自动转换键把系统置为手动工作模式，此时可由人工控制水泵和风机的运行，水位和压力检测由控制器自动完成，且当水位过低时不能手动停止水泵，过高时不能启动水泵，压力过低不能停止风机，过高不能启动风机，从而实现安全联锁保护控制。 （二）扩展功能 1.系统具备一定的硬件抗干扰能力 2.系统增加软件看门狗功能 二．计划完成时间三周 1.第一周完成软件和硬件的整体设计，同时按要求上交设计报告一份。 2.第二周完成软件的具体设计和硬件的制作。 3.第三周完成软件和硬件的联合调试。
目录 1引言 (1) 2总体设计方案.............................................................................. 1 2.1设计思路.............................................................................. 2 2.2设计方框图 (2) 3设计组成及原理分析..................................................................... 3 3.1水位检测电路设计..................................................................... 3 3.2驱动电路设计 (4) 3.3报警电路设计 (4) 3.4复位电路 (5) 3.5振荡电路 (5) 3.6水位指示电路 (6) 3.7手动自动路 (6) 4总结与体会 (7) 参考文献…………………………………………………………………………… 8附录1 …………………………………………………………………………… 9附录 2 …………………………………………………………………………… 10附录 3 …………………………………………………………………………… 11附录 4 (12)
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
锅炉液位控制系统的设计 摘要：设计了一种数字式锅炉液位控制系统，并给出了硬件原理图和软件流程图。该控制系统主要由8051单片机、传感器、L E D显示、声光报警、电机驱动、键盘输入等相关硬件来实现,利用传感器(干簧管阵列)监测锅炉液位、ＣＰＵ循环检测传感器的输出状态,并用光柱和数码管L E D指示液位高度。当液位达到设定值时，系统自动关闭水泵停止上水。当水位处于危险高水位和危险低水位时，单片机发出信号，触发蜂鸣器报警装置，蜂鸣器发出响声。同时，和它并联的发光二极管发光，提醒工作人员采取相应措施，进而避免危险事故发生。该系统结构简单，性能可靠、具有很好的容错能力,简化了系统安装和维护，具有较高的性价比,能很好地完成锅炉液位控制的要求。 关键词;锅炉液位；单片机；传感器；干簧管；报警 0引言 锅炉的液位监控是锅炉运行过程中的一个重要环节。在锅炉运行中，要同时控制锅炉的液位、流量按一定规律变化，才能保证锅炉的正常运行。 目前常用的液位传感器有：旋转编码浮子式传感器(机械式和光电式)、非接触式超声波传感器、压力式传感器、磁浮子接点式传感器(连续式和液位开关式)等。其分辨率从毫米级到厘米级不等，测量范围从几十厘米到几十米。除磁浮子接点式传感器外，其余传感器均比较适合测量范较宽的应用场合。一般压力式和超声波传感器均带有变送部分，即将液位信号转换成标准电流信号(4~20mA)。旋转编码浮子式传感器分为机械式和光电式两种，光电式又分为绝对型和增量型。除智能型一体化传感器外(压力式或超声波)，其他传感器一般没有就地显示和数字通信功能，控制和使用都很不方便。 为此，设计了一种数字式锅炉液位控制系统,该系统采用干簧管阵列作为传感器，利用单片机循环检测其输出状态，从而控制锅炉液位达到用户预先设定的高度。当水位超过最高水位或低于最低水位时,系统报警，同时控制停炉。
锅炉水位PLC电气控制系统设计 发表时间：2019-05-05T15:21:28.417Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：章航伟 [导读] 摘要：在锅炉运行中，水位是一个很重要的参数。 杭州富尔顿热能设备有限公司浙江杭州 310018 摘要：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，使用电气设备发生故障；而水位过低，则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，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。 关键词：锅炉水位；PLC电气控制；系统设计 1锅炉的基本构成 1.1气锅 由上下锅炉和沸水管组成。水在管内受外部烟气加热，因而管簇内发生自然的循环流动，并逐渐汽化，产生的饱和蒸汽聚集在锅筒里面。下锅筒起着连接沸水管的作用，同时储水。 1.2 炉膛 是使燃料充分燃烧并放出热能的设备。燃料（煤，燃油或煤气）由传送设备直接送入炉内燃烧。所需的空气由鼓风机送入，燃尽的灰渣被炉排带到除灰口。落入灰斗中，得到的高温烟气依次经过各个受热面，将热量传递给水以后，由烟囱排到大气中。 1.3 过热器 是将锅炉所产生的饱和蒸汽继续加热为过热蒸汽的换热器。 1.4 省煤器 利用烟气余热加热锅炉给水，以降低排出烟气温度的换热器。 1.5 空气预热器 是继续利用离开省煤器后的烟气余热，加热燃料燃烧所需要的空气的换热器。通常，大、中型锅炉中均设有空气预热器。 2锅炉水位控制系统在锅炉生产控制系统中的重要性 锅炉是一种受压又直接受火的特种设备，是工业生产中的常用设备。对锅炉生产如果操作不合理，管理不善，处理不当，往往会引起事故，轻则停炉影响生产，重则造成爆炸，造成人身伤亡，损坏厂房、设备，后果十分严重。因此，锅炉的安全问题是一项非常重要的问题，必须引起高度重视。 工业锅炉中最常见的事故有：锅内缺水，锅炉超压，锅内满水，汽水共腾，炉管爆破，炉膛爆破，二次燃烧，锅炉灭火等。其中以锅炉缺水事故比例最高。这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。 3锅炉控制系统的设计 3.1 系统硬件设计 本系统PLC基本配置要求有9点开关量输入，10点开关量输出；3路模拟量输入，1路模拟量输出。其中SB0锅炉运行开关，SB1、SB2水位控制开关，SB3空气压力开关，SB4燃油压力开关，SB5鼓风压力开关，SB6、SB7蒸汽压力保护开关，SB8火焰检测器开关，KM1燃烧器鼓风机接触器，KM2油泵接触器，KM3空压机接触器，FM报警蜂鸣器，Kv1点火喷油电磁阀，TR点火线圈继电器，Kv2燃油电磁阀。 3.2 系统软件设计 锅炉控制系统全自动起动、停炉和故障事件处理，按照要求在PLC中编制用户程序，实现：给水、扫气、点火、燃烧等过程的全自动起、停控制。 锅炉水位自动控制，蒸汽压力自动控制，燃烧程序自动控制，保护与报警功能的实现。根据控制要求自动起停风机、开闭风门和控制风门的大小，完成扫气工序。 3.3 PLC输入输出控制系统 PLC具有可靠性高、抗干扰能力强，建造工作量小、维护方便，体积小、质量轻，能耗低等显著特点，运用PLC控制锅炉已越来越成为一种趋势。 （1）锅炉PLC控制过程 首先确定PLC输入、输出信号，确定哪些机床信号（如按钮、行程开关、继电器触点、无触点开关的信号等）需要输入给PLC，哪些信号（如继电器线圈、指示灯及其他的执行电路）需要从PLC输出给锅炉，从而计算出对PLC的输入、输出线数目以及IO地址分配。（2）PLC输入输出信号 PLC系统输入输出信号。利用系统输入输出IO分配，控制相应动作。输入信号包括刀具换刀、刀具夹紧、气压报警、坐标轴回零、坐标轴正负限位信号、主轴速度到达信号、外部运行允许信号等。根据程序控制输出信号，也可以按照控制需要对程序进行修改，改变输出信号或IO分配。输出信号包括刀具正反转、刀具换刀位、主轴使能、冷却开、伺服使能、伺服强电允许、主轴松紧等，输出信号也可以扩展。 4基于PLC的锅炉自动控制系统设计过程 实现锅炉自动控制系统设计，首先我们需要对锅炉的整体结构有一个大致的了解：锅炉，顾名思义，由锅和炉组成，简单来说，锅是用来加热水的，炉是用来燃烧燃料的；前者涉及的是蒸汽输送系统和送水系统，后者涉及的是送煤系统和燃料燃烧系统。 控制系统可以通过这一系列的控制信号和控制点对燃料供应系统、热水循环系统、燃烧系统以及热水锅炉机组控制系统进行及时有效的控制，从而保证系统能够对燃气是否泄漏做出判断，防止安全事故的发生、能够在水量不足的时候及时补充水、对锅炉水位进行监测，以保证锅炉不会因为水位过高或过低而发生事故、对锅炉压力进行监测，防止锅炉在超压时运行以及对炉水温度进行实时跟踪，防止炉水温度超过安全设定，保证机组安全运行。总而言之，用PLC实现的自动控制可以让锅炉更为安全、稳定并经济合理的运行。 5 PLC在系统中的应用 针对锅炉控制对象的特点，周边环境的特殊性及运行周期的连续性，选用SIEMENS公司的S7-200系列PLC控制锅炉汽包系统。S7-
/ 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 -
齐鲁理工学院 课程设计说明书 题目基于ＰＩＤ的锅炉温度控制系统的设计 课程名称过程控制系统与仪表 二级学院机电工程学院 专业自动化 班级２014级自动化二班 学生姓名金高翔 学号２014１0532019 指导教师黄丽丽 设计起止时间：２01６年12月5日至2０1６年12月18日
? 目录 摘要 .................................................... 错误!未定义书签。 1 绪论?错误!未定义书签。 1．1 课程设计的背景: ................................. 错误!未定义书签。 １．2 课程设计的任务：?错误!未定义书签。 1.3 课程设计的基本要求：?错误!未定义书签。 2 PLC和组态软件介绍?错误!未定义书签。 2．1 可编程控制器?错误!未定义书签。 2.1．1 可编程控制器的工作原理 .................. 错误!未定义书签。 2.2 组态软件?错误!未定义书签。 2．2．1 组态的定义 .............................. 错误!未定义书签。 2.2.２组态王软件的特点?错误!未定义书签。 ２．2.3组态王软件仿真的基本方法.................. 错误!未定义书签。 3 ＰＩD控制及参数整定?错误!未定义书签。 3．1．PIＤ控制器的组成?错误!未定义书签。 3.2.采样周期的分析................................... 错误!未定义书签。 4 被控对象的建模?错误!未定义书签。 5 PLC控制系统的软件设计................................. 错误!未定义书签。 ５.1.程序编写........................................ 错误!未定义书签。 ５.2用指令向导编写PＩＤ控制程序?错误!未定义书签。 6 组态的设计 ............................................ 错误!未定义书签。 7 系统测试?错误!未定义书签。 7.1 启动组态王...................................... 错误!未定义书签。 7.２实时曲线界面?错误!未定义书签。 7.3历史曲线界面 ..................................... 错误!未定义书签。８结论 ................................................. 错误!未定义书签。参考文献: ............................................... 错误!未定义书签。致谢: ................................................... 错误!未定义书签。
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
摘要 随着我国经济的发展，资源和环境矛盾日趋尖锐，使我国的现代化建设面临严峻挑战。作为供热系统重要能源转换设备的燃煤锅炉能耗巨大，占我国原煤产量的三分之一左右。然而，我国目前运行的很多锅炉控制系统的自动化水平不高、安全性低，工作效率和环境污染普遍低于国家标准，因此实现锅炉的计算机自动控制具有重要的意义。 锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工业锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于提高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有重要意义。 本文分析了汽包水位对象的动态特性，介绍传统的控制方式。由于锅炉水位控制系统的调节器输入端常加有三个输入量，极易引起水位控制偏差，本文提出了两种消除水位偏差的方法：（1）辅助信号自消方法（2）辅助信号对消方法。根据三冲量水位调节系统控制水位误差,设计采用了三冲量PID串级控制方式采用辅助信号蒸汽流量和给水流量对消方法消除水位偏差。 关键词：汽包水位；三冲量；串级系统；PID控制；
目录 摘要...................................................... I 第1章引言.............................. 错误！未定义书签。第2章工业锅炉的基础理论 2.1 锅炉工艺流程简介 (1) 2.2 课题背景及本文研究内容 (3) 第3章汽包水位特性 (4) 3.1 汽包水位在给水流量作用下的动态特性 (5) 3.2 汽包水位在蒸汽流量干扰下的动态特性 (8) 第4章汽包水位的控制 (12) 4.1单冲量水位控制系统 (12) 4.2 双冲量水位控制系统 (13) 4.3 三冲量水位控制系统 (16) 4.4.1 三冲量控制方案一 (17) 4.4.2 三冲量控制方案二 (18) 4.4.3 三冲量控制方案三 (19) 4.4 锅炉水位控制原理图 (21) 结论 (23) 致谢 (24) 参考文献 (25)
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
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............................... - 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 ............................ - 4 - 1.3 锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 - 第二章锅炉汽包水位控制系统的方案设计............... - 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..................... - 6 - 2.2.1 液位控制系统的方框图.................................. - 6 - 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............................. - 7 - 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 ..................................... - 8 - 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。............................. - 9 - 2.4.5 给水流量蒸汽流量..................................... - 9 - 2.5 四个环节的工作形式对控制过程............................... - 9 -第三章PID控制.................................... - 10 - 3.1对控制进行PID控制.......................................... - 10 - 3.2整定PID理论参数............................................ - 11 -
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
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)