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工业燃煤锅炉DCS控制系统设计
（子课题：控制方案的组态及监控画面的制作）
摘要：本文叙述了工业燃煤锅炉的工作原理，具体阐述了锅炉控制中对汽水控制系统方案和自动检测的设计，利用了Control Builder 软件、UMC800控制器和FIX软件进行35吨工业燃煤锅炉汽水系统的自动检测与控制回路的组态，并设计了友好的监控画面。
关键词：锅炉FIX UMC800 控制系统汽水系统蒸汽压力
Abstract: the paper introduce the principle of the boiler which is used in burning coal industrial, it describes the
scheme of the steam control system in boiler control
and the design of auto-detection. it use the Control
Builder software,UMC800 controller and FIX software
to auto-detect 35t steam system in burning coal
industrial and configuration the control loop, and
designed the friendly supervision appearance.
Keyword: boiler, FIX, UMC800, control system, steam system, steam pressure
引言
锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的13，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。
工业锅炉采用微机控制和原有的仪表控制方式相比具有以下明显优势：
1．直观而集中的显示锅炉各运行参数。能快速计算出机组在正常运行和启停过程中的有用数据，能在显示器上同时显示锅炉运行的水位、压力、炉膛负压、烟气含量、测点温度、燃煤量等数十个运行参量的瞬时值、累计值及给定值，并能按需要在锅炉的结构示意画面的相应位置上显示出参数值。给人直观形象，减少观察的疲劳和失误；
2．可以按需要随时打印或定时打印，能对运行状况进行准确地记录，便于事故追查和分析，防止事故的瞒报漏报现象；
3．在运行中可以随时方便的修改各种运行参数的控制值，并修改系统的控制参数；
4．减少了显示仪表，还可利用软件来代替许多复杂的仪表单元，（例如加法器、微分器、滤波器、限幅报警器等），从而减少了投资也减少了故障率；
5．提高锅炉的热效率。从已在运行的锅炉来看，采用计算机控制后热效率可比以前提高5-10%，据用户统计，一台20T的锅炉，全年平均负荷70%，以平均热效率提高5%计，全年节煤800吨，按每吨煤380元计算每年节约304000元；
6．锅炉系统中包含鼓风机，引风机，给水泵，等大功率电动机，由于锅炉本身特性和选型的因素，这些风机大部分时间里是不会满负荷输出的，原有方式采用阀门和挡板控制流量，浪费非常严重。通过对风机水泵进行变频控制可以平均节电达到30%-40%；
7．锅炉是一个多输入多输出、非线性动态对象，诸多调解量和被调量间存在着耦合通道。例如当锅炉的负荷变化时，所有的被调量都会发生变化。故而理想控制应该采用多变量解偶控制方案。而建立解偶模型和算法通过计算机实现比较方便；
8．锅炉微机控制系统经扩展后可构成分级控制系统，可与工厂内其他节点构成工业以太网。这是企业现代化管理不可缺少的；
9．作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。在采用计算机控制的锅炉控制系统中，有十分周到的安全机制，可以设置多点声光报警，和自动连锁停炉。杜绝由于人为疏忽造成的重大事故。
综合以上所述种种优点可以预见采用计算机控制锅炉系统是行业的大势所趋。
本书主要介绍了35吨燃煤锅炉的工艺过程，利用Lead-Line Control Builder软件实现工业燃煤锅炉汽水控制系统的组态，并用FIX上位机监控软件设计了汽水控制系统的人机界面。基于FIX与Honeywell UMC800控制器对35吨工业燃煤锅炉汽水系统的DCS控制系统的配置。
在本书的编写过程中，得到了付丽霞老师的大力支持，在此表示由衷的感谢。
由于时间仓促，加之作者的水平有限，书中错误和不妥之处在所难免，恳请读者批评指正，并提出宝贵的意见。
编者
2006年6月
第1章锅炉概述
1.1 锅炉的一般结构与特点
锅炉是一种生产蒸汽的换热设备。它通过煤、油或天然气等燃料的燃烧释放出化学能，并通过传热过程把能量传递给水，使水转变成蒸汽，蒸汽直接供给工业生产中所需的热能，或通过蒸汽动力机械转换为机械能，或通过汽轮发电机转换为电能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能最有效地转换为蒸汽的热能。因此，近代锅炉亦称作蒸汽发生器。
锅炉除了和所有动力机械产品一样，必须不断降低成本并提高效率和质量以外，由于锅炉本身的特性，它还具有以下特点。
1、可靠性要求高。锅炉一旦事故停炉，将使电厂临时对外供电，影响甚广，其直接、间接损失远远超过锅炉本身的价值。
2、综合性强。锅炉与汽轮机、发电机同为电厂三大主机，但锅炉除了一般性的产品内在矛盾外，还要能适应燃料性质，使整个电厂得到安全经济的运行，因而多了一个外在矛盾。此外，锅炉还和其他工业部门的发展有着十分密切的关系，如石油化工企业中的废热锅炉，蒸汽燃气联合动力装置中的压力燃烧锅炉及核反应堆工程中的蒸汽发生器等等。
3、金属耗量和体积大。以一台配30万千瓦机组的电站锅炉为例，金属耗量达四千多顿，体积达二万多立方米。
4、生产周期长。一台大容量锅炉从设计、制造、安装到投入运行，目前一般需时二到三年，今后即使采用设计新技术及制造安装新工艺，提高自动化水平，要想把上述全过程在更短时间内完成，还是比较困难的。
5、锅炉产品不能在制造厂内整装试运。除小容量工业锅炉外，不可能把锅炉在制造厂内全部组装好并投入试运行，这给鉴定和提高产品质量带来不少困难。
1.2 锅炉的工作原理
现在我们以一台35顿工业燃煤锅炉为例，来说明锅炉的工作过程及原理。如图1.1所示。
锅炉通过燃煤燃烧释放热量，使水变成蒸汽，以供生产需要。该锅炉通过链条炉排把煤送入炉膛中燃烧，锅炉的蒸发受热面都在炉子内壁上，组成水冷壁，充分利用炉膛中的高温烟气辐射出的热量，使燃烧产物在进入以后的对流受热面时，可
以达到必须的冷却，同时也起到了保护炉墙的作用。
后墙水冷壁（在水平烟道前方）拉稀成数列凝渣管束。拉稀的作用是防止结渣，同时对其后方的过热器也起了保护的作用。
过热器放在水平烟道中，位于凝渣管束的后方，过热器的作用是把从锅炉（汽包）出来的饱和蒸汽加热成过热蒸汽，目的是减少供热管道内的冷凝损失。
烟气经过过热器后温度降低，然后转弯至尾部受热面尾部受热面之一的省煤器（位于尾部竖井的上方）。省煤器的作用是使给水在进入锅筒之前，被预先加热到某一温度（低于饱和温度或达到饱和温度，甚至产生部分蒸汽）。另一尾部受热面，即空气预热器，它的作用是使空气在进入炉膛以前被加热到一定温度，以改善炉内燃烧过程、降低排烟温度、提高锅炉效率。
锅炉的工作情况如下：
给水在除氧器被高温蒸汽除氧并加热，由给水管道将水送至省煤器，在其中被加热到某一温度后，进入锅筒，然后沿下降管下行至水冷壁进口集箱。水在水冷壁内吸收炉膛内的辐射热而形成汽水混合物上升到锅筒中，蒸汽经过汽水分离装置，由锅筒上部离开，流到过热器中。在过热器内，饱和蒸汽继续吸热成为过热蒸汽，然后经汽水分离器送往储气罐。煤经链条炉排，进而入炉膛，在炉膛燃烧放出大量的热量。燃烧后的热烟气上升，经过凝流管束、过热器、省煤器和空气预热器后，
再经除尘装置清除其中的飞灰，最后才由风机送往烟囱排往大气。
第2章锅炉控制系统中各控制回路的介绍锅炉控制系统，一般有燃烧控制、汽水控制、气温控制三大任务，锅炉的燃烧控制实质上是能量平衡系统，它以蒸汽压力作为能量平衡指标，不断根据用汽量与压力的变化调整燃料量与送风量，同时保证燃料的充分燃烧及热量的充分利用；汽水控制主要就是对锅炉汽包的水位进行控制；气温控制则是对锅炉中蒸汽温度的调节及控制，下面就简单的介绍一下各控制系统的控制方法。
2.1 燃烧控制
2.1.1 锅炉汽压的调整
锅炉运行时主蒸汽压力的控制是通过锅炉出力与汽轮机蒸汽进汽量的平衡来实现的，当两者平衡时，对于定压运行的机组，便能稳定工况、变工况或各种扰动下均保持主蒸汽压力的稳定；对于变压运行的机组，便能始终保持主蒸汽压力按负荷对应的关系进行变化。
锅炉在运行时，汽压总是被作为被监视和控制的主要参数之一，汽压降低会减少蒸汽在汽轮机中膨胀作功的焓降，使蒸汽作功能力降低，在外界负荷不变情况下，汽耗量也随之增大，从而降低发电厂的经济性；同时汽轮机的轴向推力增加容易发生推力轴瓦烧坏等事故。如果蒸汽压力降低过多会使汽轮机被迫不能保持额定负荷。汽压过高，使汽轮机转子以及汽缸、锅炉承压管道那机械应力过大，将危及机炉和蒸汽管道的安全。锅炉汽压高低对于汽包水位、汽温等主要运行参数也有很大影响，当汽压降低由于对应的饱和温度降低，使部分炉水蒸发，会引起炉水体积膨胀，故汽包水位要上升，反之则炉水体积要收缩，汽包水位下降，引起虚假水位。汽压变化对汽温的影响，一般是汽压升高时，过热蒸汽的温度也升高，这是因为，当气压升高时对应的饱和温度的焓值增大，在燃料消耗量未改变时，锅炉的蒸发量要瞬间减小，在传热系数传热面积和传热温压基本不变的情况下，平均每公斤蒸汽的吸热量必然增大，导致过热蒸汽温度升高。
汽压变化的速度表明了锅炉保持及恢复汽压的能力，汽压的变化速度影响因素是：负荷的变化速度、锅炉的储热能力及燃烧设备的惯性等。负荷变化是主动也是影响最大的因素，负荷变化速度越快，引起汽压变化的速度也越快，对于单元制机
组而言，汽轮机负荷的变化幅度将直接影响锅炉主蒸汽压力的变化。锅炉储热能力是指当外界负荷变化而燃烧工况不变时，锅炉能够放出或者吸收热量的能力，锅炉的储热能力对汽压的变化是一个缓冲作用。燃烧设备的惯性是指从燃料量开始变化到炉内建立新的热负荷所需要的时间，在锅炉运行时，燃烧设备惯性越大，负荷变化时，汽压变化的速度就越慢。
汽压变化反应了锅炉蒸发量与外界负荷之间的平衡，由于外界负荷、炉内燃烧工况、换热情况以及锅炉内工作情况经常变化，引起锅炉蒸发量的不断变化，所以汽压的变化与波动是必然的，汽压稳定只是相对的。
引起锅炉汽压的变化原因很多，主要有两方面：一是锅炉内部因素，一是锅炉外部因素。外部因素是指非锅炉设备本身的原因造成的扰动，主要有外界负荷的变化；高压加热器因故障退出运行；给水压力变化。内部因素主要是指炉内燃烧工况的变动和锅炉内工作情况的异常。当外界负荷不变时，汽压的稳定主要取决于炉内燃烧工况，此外，锅炉换热状况的改变也会影响汽压的稳定。对于判断汽压变化的原因主要可以考虑：当蒸汽压力与蒸汽流量的变化方向相反时，是由外部因素造成的；若汽压与蒸汽流量的变化一致时，通常是由于内部扰动的影响。当汽压下降时蒸汽流量下降，说明燃料燃烧的供热量不足，当汽压上升的同时，蒸汽流量增加，说明燃烧供热量偏多。
2.1.2 锅炉燃烧的调整
炉内燃烧调节的具体任务归纳为四点：
（1）保证产汽量适应外界负荷的需要，汽压汽温和汽包水位稳定在正常范围内。
（2）着火稳定，燃烧中心适当，火焰分布均匀，不烧毁喷燃器过热器等设备，避免结渣。
（3）燃烧完全，使机组处于最佳经济状况。
（4）炉膛负压的参数调整。
负荷变化是锅炉运行中经常碰到的，此时必须及时调整送入炉膛的燃媒量和空气量，相应的改变燃烧工况。锅炉在高负荷下运行时，由于炉膛温度高，着火与混合条件较好，故燃烧一般是稳定的，此时可适当减少过量空气系数，这样既可以减少排烟，又可使炉内温度提高。锅炉在低负荷下运行时，燃烧弱，炉膛温度低，火
焰充满度差，燃烧不稳定，可以将炉膛负压适当减小，以减少漏风，提高炉膛温度。
燃烧的调节主要包括送引风量的调节。燃料量的调节和燃烧调节等。锅炉负荷发生改变而需要调节进入炉内的燃料量时，通过增加或者减少送煤量的多少来实现。锅炉负荷变化时，送入炉内的风量必须与送入炉内的燃料量相适应，同时也必须对引风量进行相应的调整，通常采用送引风机风量来进行炉内风量调节，目前大型锅炉多采用轴流式风机，通过调节送引风机动叶的角度来改变送引风量的大小。
2．2 汽水控制
2.2.1 汽包水位的调整及控制
当汽包水位过高时，由于汽包蒸汽容积和空间高度减小，蒸汽携带的水份会增加，从而蒸汽的品质恶化，容易造成过热器积盐垢，使管子过热损坏。同时，盐垢增加，传热热阻也增大，将引起传热恶化，过热汽温下降使经济性下降。汽包严重满水时，会造成蒸汽大量进水，除引起蒸汽温度急剧下降外，还会引起蒸汽管道和汽轮机内产生严重水冲击，甚至打坏汽机叶片。
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时，则可能造成水冷壁爆管。
汽包水位是否稳定首先取决于锅炉负荷的变动量及其变动速度，因为它不仅影响蒸发设备中水的消耗量，而且还会造成压力的变化，从而引起炉水状态发生变化，促使它的体积也发生变化。锅炉负荷突然增加时，在给水量和燃烧未做相应的调整之前，汽包水位先升高，而后再逐渐降低；而汽压则很快下降。汽压下降的结果，一方面造成汽水混合物比容增大，水位上升；另一方面使饱和温度降低，造成金属和炉水放出部分热量用来蒸发炉水，因此炉水内的蒸汽数量大大增加，汽水混合物体积膨胀，促使水位很快上升，形成虚假水位。因此，在负荷突然增加时，水位暂时很快上升，从物质不平衡的情况看，蒸发量大于给水量，炉水不是多了而是少了，水位会很快下降。
在锅炉负荷和给水量未发生变化的情况下，炉内燃烧工况发生变动多数是由于燃烧不良，给煤量的不稳定所引起。当燃烧加强时，炉内放热量增加，受热面吸热量也增加，炉水汽水加强，炉水中产生的蒸汽汽泡数量增多，体积膨胀，水位暂时提高，由于产生的蒸汽量不断增多，汽压上升，相应提高了饱和温度，使炉水中的
蒸汽汽泡数量有所减少，水位又会下降。对于单元机组，如果此时汽压不能恢复则汽轮机调节机构将要关小调速汽门，进汽量减少，因此水位又会上升。燃烧减弱时，情况与之相反。
给水压力升高则给水量增多，从而破坏了给水量与蒸发量的平衡，因此必然引起汽包水位的波动，在其他情况为改变的情况下，给水压力升高使给水量增大，水位升高，给水压力低使给水量减少时，水位下降。
2．3 汽温控制
2.3.1 过热器和再热器
蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是把从汽包出来的饱和蒸汽加热到具有一定过热度的合格蒸汽，并要求在锅炉变工况运行时，保证过热蒸汽温度在允许范围内。汽轮机高压缸的排汽先送到锅炉的再热器中，经过再一次加热升温到一定的温度后，返回到汽轮机的中低压缸和低压缸中继续膨胀做功。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。我国125MW 及以上机组都采用了中间再热系统。
随着蒸汽参数的提高，过热蒸汽和再热蒸汽的吸热量份额增加，在现代高参数大容量锅炉中，过热器和再热器的吸热量占工质总吸热量的50%以上，因此，过热器和再热气受热面在锅炉总受热面中占有很大比例。
再热器的进汽是汽轮机高压缸的排汽，它的压力约为主蒸汽压力的20%左右，温度稍高于相应的饱和温度，流量约为主蒸汽流量的80%，离开再热器后的蒸汽温度约等于主蒸汽温度。再热器与过热器相比，有以下几个特点。
（1）再热蒸汽压力低，蒸汽与管壁之间的对流放热系数小，再热蒸汽对管壁的冷却效果差；
（2）再热蒸汽压力低、温度高、比容大，再热蒸汽的容积流量比主蒸汽大的多，再热蒸汽连接管道直径比过热蒸汽大；
（3）再热蒸汽对汽温偏差较敏感；
（4）再热蒸汽出口气温受进口气温的影响；
（5）当汽轮机甩负荷或机组起停时，再热蒸汽无蒸汽冷却，可能烧坏，因此过热器和再热器之间装有高压旁路，将过热蒸汽通过高压旁路快速减温减压后引入再
热器，从而起到保护再热器的作用。
通常采用的汽温调节方法有：使用喷水减温器，喷水减温是将水直接喷入过热蒸汽中，水被加热、汽化和过热，吸收蒸汽中的热量，达到调节汽温的目的。汽－气热交换器；蒸汽旁通法；烟气再循环；分隔烟道挡板调温法，当再热器布置在锅炉尾部烟道内时，为了调节再热气温，有时把尾部烟道用隔墙分开，分别将再热器和低温过热器布置在两个并联的烟道中，在它们后面布置省煤器，在出口处设有可调烟气挡板，调节烟气挡板，可以改变流经两个烟道的烟气流量，从而调节再热汽温。
2.3.2 蒸汽温度的调整及控制
过热器出口汽温是蒸汽质量的重要指标之一，过热蒸汽汽温过高，会加快金属材料的蠕变，还会使过热器蒸汽管道汽轮机高压部分产生额外的热应力，从而缩短设备的使用寿命。汽温过低，会使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，对叶片的侵蚀作用加剧。严重时还会发生水冲击。当压力不变时汽温加大，蒸汽的热焓必然减少，蒸汽的做功能力将减少，汽耗必然增加，工厂经济性降低。
影响汽温变化的主要因素是多种多样的，这些因素还可以同时发生。烟气侧的主要影响有：
燃料性质的变化，挥发分降低，含炭量增加时，火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，将使得汽温升高，燃煤水份增加，炉膛出口烟温增加，烟气流速增加，这样使得对流过热器的传热系数增大，吸热增多汽温升高。
风量及其分配的变化，由于送风量或者漏风量增加而使炉内过量空气系数增加时，燃烧生成的烟气量增多，烟气流速提高，导致对流过热器汽温升高，但是，如果风量不足，燃烧不好而在烟道再燃烧时，会使烟气对流过热器的升高，而且可能造成过热器超温损坏。
蒸汽侧的主要影响有：锅炉负荷的变化，实际锅炉中，联合过热器的负荷特性通常是呈对流式的，即过热器出口汽温随锅炉负荷增加而升高；但是，当负荷突然增加燃烧工况来不及改变，在汽压未恢复前，由于过热器的加热条件没有改变而流经过热器的蒸汽流量变大了，因此这时的汽温降低。
给水温度变化时，为适应加热给水量的变化，导致汽温改变。例如，当给水温度降低时，加热给水所需要的热量增加，燃料消耗量必然要增加，进入到对流过热
器的烟温和烟速都要提高，过热器的吸热量增加，但此时流经过热器的蒸汽量并未改变，因此汽温必然升高。
由于汽温的变化是由蒸汽侧和烟气侧两方面共同影响的，因此对过热蒸汽汽温的调节也可以从这两方面来进行。
蒸汽侧调节过热蒸汽的温度的原理在现代电厂中是利用给水作为冷却工质去直接冷却蒸汽，改变蒸汽的焓增量。为此需要设置减温器，它是将给水之恶疾呈雾状喷射到过热蒸汽中去与之混合，吸收蒸汽的热量使本身加热蒸发过热，并成为过热蒸汽的一部分。
蒸汽侧调节汽温的特点是，它只能使蒸汽减温而不能升温。由于一般联合过热器的运行特性都偏向于对流特性，所以当锅炉负荷降低时，汽温也将下降，这时减温水就应关小，直至减温器解列为止，如果此后负荷再降低，由于过热蒸汽失去汽温调节手段，主汽温度就不能保持额定值，故锅炉一般不宜在这样低的负荷下运行。
上面我们对锅炉的三大任务进行了简单的介绍和认识，现在来具体谈谈锅炉的
汽水控制系统。
第3章锅炉汽水控制系统各控制回路
3.1 锅炉水处理系统
3.1.1 除氧的目的和原理
锅炉给水中含有大量的氧就会引起锅炉氧腐蚀。因此为了防止锅炉的氧腐蚀，必须控制给水中氧的含量。大型锅炉的给水除氧，大都以热力除氧为主。
热力除氧的原理是根据再恒温和平衡状态下，任何气体在水中的溶解度与该气体在水面上的分压力成正比。即水中的温度越高，水中气体的溶解度就越小。当水的温度上升到沸点时，它就不再具有溶解气体的能力，因此各种气体如O2和CO2便从水中解析出来，从而达到除去水中氧及其他气体的目的。
通过对原水进行过滤、离子交换、除氧就可以得到符合水质指标的给水。但仅仅是锅外水处理还不够，在锅外水处理的同时还需进行锅内水的处理。通常情况下向锅内投加药剂（如Na3PO4、NaOH），使进入锅内的杂质沉淀物形成水渣，或是使水垢转变为水渣，通过定期排污或连续排污排出。在锅炉运行中，人要随时对锅炉进行水质监控，保证锅炉的安全运行。
水处理分为锅外水处理：沉淀软化（石灰沉淀软化、石灰-纯碱软化）、离子
交换软化（Na+、H+）和锅内水处理：加药（NaCO3、NaOH、Na3PO4、栲胶）、排污控制两项。
在锅炉运行中，水处理是个必不可少的环节。如果水质不良，会造成锅炉受热面上结垢和金属腐蚀。因此，工业锅炉水处理工作，就是采取有效措施，保证锅炉的汽、水品质，防止锅炉结垢，腐蚀及汽水共滕等不良现象发生，同时，为了环保以及节约水资源，还对运行过程中产生的污水进行一系列的处理，并使处理出来的水进行二次利用，这样，即可节约水资源，又达到环保的要求。
3.2除氧控制
锅炉是企业的主要动力设备，锅炉设备运行状况的好坏直接影响到全厂的产品质量及经济效益。对于烟厂的节能与设备管理达标与否，也产生很大的影响。而锅炉设备的使用要达到高效率，最为关键的便是工艺指标的严格控制。
3.2.1 除氧器
除氧器的主要作用是除去给水中的氧气,保证给水的品质。水中溶解了氧气,就会使与水接触的金属腐蚀;在热交换器中若有气体聚集就会妨碍传热过程的进行,降低设备的传热效果。因此水中溶解有任何气体都是不利的,尤其是氧气,它将直接威胁设备的安全运行。除氧器本身又是给水回热系统中的一个混合式加热器,同时高压加热器的疏水、化学补水及全厂各处水质合格的疏水、排气等均可通入除氧器汇总并加以利用,减少发电厂的汽水损失。
当水和某种气体混合物接触时,就会有一部分气体融解到水中去。气体的溶解度就是表示气体溶解于水中的数量,以毫克升计值,它和气体的种类以及它在水面的分压力、和水的温度有关。在一定的压力下,水的温度越高,气体的溶解度就越小；反之,气体的溶解度就越大。同时气体在水面的分压力越高,其溶解度就越大,反之,其溶解度也越低。天然水中常含有大量溶解的氧气,可达10毫克升。汽轮机的凝结水可能融有大量氧气,因为空气能通过处于真空状态下的设备不严密部分渗入进去. 此外,补充水中也含有氧气及二氧化碳等其他气体。
液面上气体混合物的全压力中,包括有液体蒸汽的分压力. 将水加热时,液面附近水蒸气的分压力就会增加,相应的液面附近其他气体的分压力就会降低. 当水加热到沸点时,蒸汽的分压力就会接近液面上的全压力,此时液面上其他气体的分压力几乎接近于零,于是这些气体将完全自水中清除出去。要达到这一点,不仅要将水加
热到沸点,还要使液面上没有这些气体存在,即将逸出的气体随时排走。
除氧器的工作原理即利用蒸汽对水进行加热,使水达到一定压力下的饱和温度,即沸点。这时除氧器的空间充满着水蒸汽,而氧气的分压力逐渐降低为零,溶解于水的氧气将全部逸出,以保证给水含氧量合格。
锅炉用水的除氧是工艺指标的重要环节之一。未除氧的软水其氧离子将使锅炉内管束氧化，特别在高温、高压环境下，将更加加速设备的氧化过程，严重降低设备的使用寿命，减少锅炉的蒸发量。同时含氧蒸汽又加速大量输汽管道的氧化，使冷凝水资源的回收亦困难重重。按《GB1576—2001低压锅炉水质标准》的规定，锅炉用水的溶解氧量要小于0.1mgL，而要达到此标准，则除氧器压力必须控制在
0.02MPa，除氧器温度必须控制在104℃。
3.2.2 除氧器液位控制
除氧器水位控制对除氧效果而言是非常重要的，如水位过高，将导致进入除氧器的水雾化空间不够，直接影响除氧效果，如水位过低，又会直接威胁除氧器的正常工作，甚至影响到锅炉的正常给水。
除氧器在运行过程中经常会发生负荷变化，也就是说除氧器的水位会发生变化，当这种变化发生后，进水调节阀的开度必须有相应的改变，才能保持水位稳定，在水位控制系统中，调节器和进水调节阀构成一个负反馈的闭合回路。（见图3.1所示）
图3.1 除氧器液位控制图
除氧器水位由差压变送器进行测量，输出标准4—20 mADC信号至调节器，PID 调节器输出控制调节阀。控制原理为：根据工艺指标，给出设定值，当变送器测量的水位高于设定值时，将偏差信号送入调节器进行 PID参数进行运算，减小输出调节阀随之减小开度，因此，进水流量减小，水位降低，接近设定值，反之亦然。
PID调节器应选用“反作用”方式。操作器作为现场调节阀与调节器间联络的纽带和桥梁，也作为事故状态下操作人员进行手操，同时手操跟踪调节器输出，为无扰动切换作准备，当自动系统故障时，将手操器自动切换为手动状态。
3.2.3除氧器压力控制
图3.2 除氧器压力控制图
根据工艺要求，除氧器的工作压力应保持在0.02MP，温度即为104℃，此时的除氧效果最佳，因此，稳定除氧器的压力，其重要性是不言而喻的。除氧器在运行过程中经常会发生负荷变化，也就是说除氧器的压力也会发生变化，当这种变化发生后，进气调节阀的开度必须有相应的改变，才能保持压力稳定。如图3.2所示，控制原理为：根据工艺指标，调节器给出设定值，当变送器测量的压力高于设定值时，调节器根据PID参数进行运算，减小输出调节阀随之减小开度，因此，进气流量减小，压力降低，接近设定值。反之亦然。当给水流量增加，除氧箱内吸热加强，此时要增大进汽量，否则压力会拉跨，特别在锅炉给水负荷变动大时。PID调节器应选用“反作用”方式。（如图3.2）
3.3 锅炉给水控制
图3.3 锅炉的汽水系统
工业锅炉汽水系统结构如图3.3所示。汽包及蒸发管系中储藏着蒸汽和水，储藏量的多少，是以被制量水位表征的，汽包的流入量是给水量，流出量是蒸汽量，当给水量等于蒸汽量时，汽包水位就恒定不变。引起水位变化的主要扰动是蒸汽流量的变化和给水量的变化。如果只考虑主要扰动，那么汽包水位对象的动态特性可表示为：
(3-1)
式中T1 , T2 时间常量
T w——给水流量项时间常数；
T D ——蒸汽流量项时间常数；
K w——给水流量项的放大系数；
K D——蒸汽流量项的放大系数；
s(t，而且任意两个水位测量信号越限±280mm 时，发出汽包水位MFT 信号。
当给水温度不变，而压力在某个范围变化时，给水流量的测量误差很小，若给水压力不变，给水温度在某个范围内变化时，给水流量的测量误差较大，所以对给水流量信号只采取温度校正。蒸汽流量采用汽机调节级压力的测量来表示，调节级
压力经过温度修正后，可近似代表蒸汽流量测量值。如果采用标准喷嘴测量蒸汽流量，一方面在高温高压下节流喷嘴容易磨损，检修维护也困难，测量误差较大，另一方面节流损失也大，一般不采用此种方法。当用蒸汽流量转换出负荷小于40%时，送至给水控制系统，切换为三冲量调节汽包水位。
4.3.2 三冲量控制方案Ⅰ——前馈(蒸汽流量)加反馈(液位，给水流量)控制系统
该系统可看作三冲量的综合信号作为被控变量的单回路控制系统，投运和整定与单回路控制系统一样，但是如果系统参数设置不能确保物料平衡，则负荷变化时，水位将有余差。
图4.5 三冲量水位单回路控制系统原理图
三冲量汽包给水控制系统，采用蒸汽流量信号对给水流量进行前馈控制，当蒸汽负荷突然发生变化，蒸汽流量信号使给水调节阀一开始就向正确方向移动，即蒸汽流量增加，给水调节阀开大，抵消了由于“虚假水位”引起的反向动作，因而减小了水位和给水流量的波动幅度。当由于水压干扰使给水流量改变时，调节器能迅速消除干扰。如给水流量减少，调节立即根据给水流量减少的信号，开大给水阀门，使给水量保持不变。另外，给水流量信号也是调节器动作后的反馈信号，能使调节器及早知道控制的效果，所以三冲量给水控制系统，调节器动作快，还可以避免调节过头，减少波动和失控。这样，汽包水位就很少受到影响。
图4.6 三冲量水位单回路控制系统方框图
Ho——给定值； H——水位输出信号；
fD——蒸汽扰动信号；fW——给水扰动信号
从系统组成方框图可以看出，三冲量水位控制系统有两个闭合回路：
（1）是由给水流量W、给水分流器、调节器、调节阀组成的内回路；
（2）由汽包水位对象和内回路构成的主回路。蒸汽流量D及其蒸汽分流器均在闭合回路之外，它的引入可以改善控制质量，但不影响闭合回路工作的稳定性。所以三冲量控制的实质是前馈加反馈的控制系统。
三冲量给水单级控制系统的特点是：控制系统所用的设备少，结构简单，给水流量调节动作平稳，整定方法易于掌握，一般情况下能满足锅炉生产控制的要求。
但是，三冲量给水单级控制系统的静态特性不仅和调节器的动作规律有关，还取决于信号之间的静态配合关系，当a D不等于a W时，控制系统会有静差存在，为了克服这一缺点，常采用三冲量串级控制系统。
关于蒸汽流量分流系数a D的选择问题：蒸汽流量信号不在控制系统闭合回路之内，因此它的大小不影响控制系统的稳定性。蒸汽流量信号的大小原则上可以这样来确定，当蒸汽流量发生扰动时，就利用这个扰动信号作为控制信号，通过调整a D 使水位变化很小或者基本不变。这样就要求：
式中W w(S) ——给水流量扰动下汽包水位的传递函数；
W D(S) ——蒸汽流量扰动下汽包水位的传递函数；
a D、a w——蒸汽流量和给水流量的分流系数。
4.3.3 三冲量控制方案Ⅱ——蒸汽流量前馈--给水流量串级控制系统
三冲量给水串级控制系统如图4.7 所示，它相当于前馈加串级的控制系统。主信号汽包水位H接入主调节器PI*，副调节器输入主调节器的输出信号以及前馈信号蒸汽流量D与反馈信号给水流量W。由于副调节器接三个信号，因此也存在信号间的配合问题。但是，系统的静态特性主要决定于主调节器，就不一定要求a D和a w非相等不可，a D可以根据“虚假水位”的具体情况来选定。
图4.7 三冲量给水串级控制系统示意图
DBC——差压变送器； DJK——开方器；a D、a W——分流器；
PI*——主调节器； PI——副调节器；CF——伺服放大器；SD——执行器给水串级控制系统的特点是：汽包水位偏差△H可以由主调节器来校正。理论上讲，由于主调节器是PI*调节器，所以汽包水位H可实现无差调节。主调节器的整定参数是控制系统的主要整定参数，副调节器的整定参数则跟给水单级控制系统相同。
图4.8 三冲量给水串级控制系统方框图
Ho——给定值； H——水位输出信号；
fD——蒸汽扰动信号；fw——给水扰动信号；
根据工艺安全性要求，为确保汽包在故障出现时不至于干锅，给水调节阀应采用反作用执机器，当输入信号增加时，阀门开度减小。
控制原理为：当给水流量由于扰动而增加时，副调节器根据PID参数进行运算，应增大输出，使调节阀开度减少，克服干扰，所以副控制器应选择正作用方式。根据工艺指标，主调节器给出设定值，当变送器测量的汽包水位高于设定值时，主调节器根据PID参数进行运算，应减少输出使输入副调节器的给定信号减小，由于给水流量暂时未变，副调节器输出增大，调节阀随之减小开度，因此，给水流量减小，水位降低，接近设定值。反之亦然。故主调节器应选用“反作用”方式。主调节器的输出信号作为副调节器的给定值，蒸汽流量作为前馈信号输入，给水流量作为反馈信号。
4.3.4 几种控制系统的比较
单冲量液位控制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，但它不能克服“虚假液位”的影响，而且没有给水流量信号的反馈，所以液位波动较大。
双冲量液位控制系统是在单冲量控制的基础上，引进蒸汽流量作为前馈信号。该控制系统的特点是：引入的蒸汽流量前馈信号可以消除“虚假液位”对调节品质的不良影响，当蒸汽流量变化时，就有一个给水量与蒸汽量向同方向变化的信号，可以减小或抵消由于“虚假液位”引起的给水量与蒸汽量反方向变化的误动作，使调节阀从一开始就向正确的方向移动。因而大大减小了给水量与液位的波动，缩短调节的时间。而且引入的蒸汽流量的前馈信号，能改善调节系统的静特性，提高调节质量。双冲量液位控制系统适用于小型﹑低压而且给水压力较稳定的锅炉。
当给水压力经常有波动，给水调节阀前后压差不易保持正常时，不宜采用双冲量控制；另外在大型锅炉的控制中，锅炉容量越大，压力越来越高，汽包的相对容水量就越小，允许波动的储水量就更少。为了把液位控制平稳，在双冲量液位调节的基础上引入了给水流量信号，由液位﹑蒸汽流量和给水流量就构成了三冲量液位控制系统，在这个系统里，汽包液位是被控变量，是主冲量信号，蒸汽流量﹑给水流量是两个辅助冲量信号。
三冲量液位控制系统抗干扰能力强，适用于大﹑中型中压锅炉。
三冲量控制方案Ⅰ：方案Ⅰ宜作为一般锅炉液位的控制方案，其特点是使
用的设备少，调节机构动作比较平稳,但不易实现给水流量系数和蒸汽流量系数的配合。
三冲量控制方案Ⅱ：其主调节器的输出值作为副调节器的给定值，即使出现物料不平衡的现象，只要液位有偏差，调节器的积分作用就能消除偏差,系统整定更易实现。
所以，综上所述，选择三冲量给水串级控制系统虽然有些复杂，但是它能够适用以对汽包水位要求严格或负荷变化频繁，虚假水位较为严重的锅炉使用。
第5章锅炉热工检测方案的选定工业锅炉生产热工检测，是自动检查和测量反映锅炉生产过程进行情况的各种物理量、化学量以及锅炉设备工作状态的参数。因此监视工业锅炉生产过程进展的情况和发展的趋势，以指导安全操作生产，求得维护最佳运行工况。
工业锅炉生产过程热工检测的主要内容为对温度、压力、流量、液位等热工参数的测量。检测点的选取是依据工业锅炉生产工艺要求设计的。
5.1 锅炉生产的测量
5.1.1 温度的测量
温度是表示物体冷热程度的参数。它是工业锅炉生产过程中最常见、最基本的热工参数之一。在锅炉生产中，燃料的燃烧，蒸汽的产生情况都和温度有关，它一般约占锅炉生产过程中全部热工检测参数的50％左右。因此，温度测量在工业锅炉生产中占有很重要的地位。
温度测量，依据工业锅炉生产过程工艺流程的要求，一般有下列方面：
1、炉膛温度的检测指示
炉膛温度的检测指示
炉膛温度是工业锅炉生产运行的重要指标。通过对炉膛温度的检测，及时了解到炉膛中的燃烧情况，从而推断燃料量、鼓风量和引风量的需求关系。由于炉膛中的燃烧分布情况是不均匀的，所以炉膛中各处的温度高低也有差别，一般情况，炉膛前部温度最高，其他位置都要低一点。对于炉膛温度的检测，中、大型锅炉应在不
同的位置多设检测点，以便全面了解炉膛中的燃烧情况。小型锅炉，由于对炉膛温度检测要求不高，所以，选一两个温度检测点即可。
2、蒸汽温度的检测显示
蒸汽温度是生产工业确定的重要参数，蒸汽温度过高会烧坏过热器水管，对负荷设备的安全运行带来不利因素。因为新型的蒸汽锅炉，一般金属强度的安全系数设计得比较小，超温严重还会使汽轮机或其他负荷设备膨胀过大，使汽轮机的轴向推力增大而发生事故。蒸汽温度过低会直接影响负荷设备的使用，对汽轮机来说，会影响它的效率，一般情况，进气温度每降低5摄氏度，效率降低1％，因此，从安全生产和技术经济指标上看，必须对蒸汽温度进行检测显示。蒸汽温度检测点一般设在过热器的出口处。
3、锅炉给水温度（省煤器出口水温）的检测指示
锅炉的给水，即经过省煤器加热后供给锅炉汽包的水。省煤器的作用使利用锅炉尾部的低温烟气热量加热锅炉给水。它是由许多蛇形管组成，管外流动的是烟气，管内流动的是水，这样使水加热升温。对锅炉给水温度（省煤器出口温度）进行检测指示，是为了更好的了解省煤器的工作情况，防止省煤器管道结垢，发生堵塞现象和其他事故。
4、省煤器进口和出口处烟气温度的检测指示
对省煤器进、出口处烟气温度进行检测指示，是为了监视省煤器是否正常工作，有无发生漏水和结垢堵塞现象。同时，也是为了检测烟道是否畅通，有无发生堵尘现象，以便充分利于低温烟气余热，降低排烟温度，提高锅炉的热效率。
5、空气预热器出口空气温度、空气预热器入口处烟气温度的检测指示
空气预热器是利于锅炉尾部的烟气热量加热炉膛燃料燃烧所用空气的一种对流热交换装置。检测空气预热器出口空气温度，就能够随时了解空气预热器的预热效果和工作情况，根据预热空气温度的数值，可以推断空气预热器是否有漏风、堵塞等故障。空气预热器入口处烟气温度的检测，能够了解排烟温度是否达到了规定标准，以便采取措施，充分利用排烟余热，提高工业锅炉的热效率，达到节约能源的目的。
6、锅炉排烟温度的检测指示
； 济南铁道职业技术学院 电气工程系 毕业设计指导书 课题名称： 锅炉控制系统的组态设计《 专业电气自动化 班级电气0831 姓名 cmy ~ 设计日期至 指导教师 ly ? 2010、11
济南铁道职业技术学院电气工程系 毕业设计指导书 2010、11 一、设计课题: ！ 锅炉控制系统的组态设计 锅炉设备是工业生产中典型的控制对象，而组态控制技术是当今自动化系统应用广泛的技术之一。本课题采用组态王组态软件设计上位机监控画面，实时监控液位参数，并采用实时趋势曲线显示液位的实时变化。由此组成一个简单的液位控制系统。 二、设计目的： 通过本课题的设计，培养学生利用组态软件、PLC设计控制系统的能力，理解、掌握工业中最常用的PID控制算法，有利于进一步加深《自动控制原理》、《组态软件》和《过程控制》等课程的理解，为今后工作打好基础。 三、设计内容： 掌握锅炉生产工艺，实现锅炉自动控制的手段，利用“组态王”软件做出上位机监控程序，具体有主监控画面、实时曲线、历史曲线；掌握PID参数调整方法。 — 四、设计要求及方法步骤： 1．设计要求： （1）监控系统要有主监控画面和各分系统的控制画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。 （2）各控制画面要有手/自动切换。
（3）掌握PID控制算法。 2．运用的相关知识 （1）组态控制技术。 （2）过程控制技术。 ~ 3．设计步骤： （1）熟悉、掌握锅炉的生产工艺。 （2）设计各分系统的控制方案。 （3）构思系统主监控画面和分画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。 （4）编写设计论文。 五、设计时间的安排： 熟悉题目、准备资料 1周 @ 锅炉控制系统的工艺了解 1周 监控画面的设计 2周 控制算法的编制和系统调试 3周 论文的编写 2周 准备毕业设计答辩 1周 六、成绩的考核 在规定时间内，学生完成全部的设计工作，包括相关资料的整理，然后提交给指导教师，指导教师审阅学生设计的全部资料并初步通过后，学生方可进入毕业答辩环节，若不符合设计要求，指导教师有权要求学生重做。 … 答辩时，设计者首先对自己的设计进行10分钟左右的讲解，然后进行答辩，时间一般为30分钟。 成绩根据学生平时的理论基础、设计水平、论文质量和答辩的情况综合考虑而定。 成绩按优秀、良好、中、及格、不及格五个等级进行评定。
控制系统设计及分析 一、SISO 控制系统的模型 1、环节串联 G(s)=G1(s)*G2(s)*…*Gn(s) sys=sys1*sys2*…*sysn 或: sys=series(sys1,sys2); sys==series(sys,sys3); …; sys=series(sys,sysn) 或： [num,den]= series(num1,den1,num2,den2); [num,den]= series(num,den,num3,den3); …; [num,den]= series(num,den,numn,denn); sys=tf(num,den) Ex311.m ：求三个控制环节串联后的传递函数： 3 25 6: 3)1(32: 2) 1(1: 12 2+++++++s s sys s s sys s s s s sys %sys1的传递函数 num1=[1,1]; den1=conv([1,0],[1,1,1]); sys1=tf(num1,den1);
%sys2的传递函数 num2=[2,3]; den2=conv([1,1],[1,1]); sys2=tf(num2,den2); %sys3的传递函数 num3=[6,5]; den3=[2,3]; sys3=tf(num3,den3); %系统串联总的传递函数 sys=sys1*sys2*sys3 2、环节并联 G(s)=G1(s)+G2(s)+…+Gn(s) sys=sys1+sys2+…+sysn 或: sys=parallel(sys1,sys2);sys=parallel (sys,sys3);…; sys= parallel (sys,sysn) 或: [num,den]= parallel (num1,den1,num2,den2); [num,den]= parallel (num,den,num2,den2); …; [num,den]= parallel (num,den,numn,denn);
自动控制原理课程设计题目速度伺服控制系统设计 专业电气工程及其自动化 姓名 班级 学号 指引教师 机电工程学院 12月
目录一课程设计设计目 二设计任务 三设计思想 四设计过程 五应用simulink进行动态仿真六设计总结 七参照文献
一、课程设计目： 通过课程设计，在掌握自动控制理论基本原理、普通电学系统自动控制办法基本上，用MATLAB实现系统仿真与调试。 二、设计任务： 速度伺服控制系统设计。 控制系统如图所示，规定运用根轨迹法拟定测速反馈系数' k，以 t 使系统阻尼比等于0.5，并估算校正后系统性能指标。 三、设计思想： 反馈校正： 在控制工程实践中，为改进控制系统性能，除可选用串联校正方式外，经常采用反馈校正方式。常用有被控量速度，加速度反馈，执行机构输出及其速度反馈，以及复杂系统中间变量反馈等。反馈校正采用局部反馈包围系统前向通道中一某些环节以实现校正，。从控制观点来看，采用反馈校正不但可以得到与串联校正同样校正效果，并且尚有许多串联校正不具备突出长处：第一，反馈校正能有效地变化
被包围环节动态构造和参数；第二，在一定条件下，反馈校正装置特性可以完全取代被包围环节特性，反馈校正系数方框图从而可大大削弱这某些环节由于特性参数变化及各种干扰带给系统不利影响。 该设计应用是微分负反馈校正： 如下图所示，微分负反馈校正包围振荡环节。其闭环传递函数为 B G s （）=00t G s 1G (s)K s +（）=22t 1T s T K s ζ+（2+）+1 =22'1T s 21Ts ζ++ 试中，'ζ=ζ+t K 2T ，表白微分负反馈不变化被包围环节性质，但由于阻尼比增大，使得系统动态响应超调量减小，振荡次数减小，改进了系统平稳性。 微分负反馈校正系统方框图
工业锅炉控制系统设计 The following text is amended on 12 November 2020.
工业锅炉控制方案设计 学生学号： 学生姓名：曹新龙 专业班级：自动化12102班指导老师：赵莹萍 目录
引言 锅炉是国民经济中主要的供热设备之一。电力,机械，冶金，化工，纺织，造纸，食品等工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的蒸汽。各种工业的生产性质与规模不同，工业和民用采暖的规模大小也不一样，因此所需的锅炉容量，蒸汽参数，结构，性能方面也不尽相同。锅炉是供热之源，锅炉机器设备的任务在于安全，可靠，有效地把燃料的化学能转化成热能，进而将热能传递给水，以生产热水和蒸汽。为了提高热量及效率，锅炉向着高压，高温和大容量等方向发展。供热锅炉，除了生产工艺有特殊要求外，所生产的热水不需要过高温的压力和温度，容量也无需很大。 随着生产的发展，锅炉日益广泛的应用于工业生产的各个领域，成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代化的建设中，能源的需求是非常大的，然而我国的能源利用率极低，所以提高锅炉的热效率，具有极为重要的实际意义。此外，锅炉是否能应地制宜地有效地燃用地方燃料，并满足环境保护的各项要求而努力解决烟尘污染问题，以提高操作管理水平，减轻劳动强度，保证锅炉额定运行及运行效率，安全可靠地供热等课题。 锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。工业锅炉数量大、分布广，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。因此,提高热效率，提高自动化水平及防止环境污染, 降低耗煤量与耗电量，均是设计工业锅炉需考虑的重要因素。用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。 本课题的主要方向就是采用过程控制对工业锅炉进行控制，采用先进的控制算法，以达到优化技术指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争能力的作用。
目录 1引言 (3) 1.1编写目的 (3) 1.2背景 (3) 1.3技术简介 (4) https://www.doczj.com/doc/7311606620.html,简介 (4) 1.3.2SQL Server2008简介 (5) 1.3.3Visual Studio2010简介 (5) 1.4参考资料 (6) 2总体设计 (8) 2.1需求规定 (8) 2.2运行环境 (8) 2.3数据库设计 (8) 2.3.1数据库的需求分析 (9) 2.3.2数据流图的设计 (9) 2.3.3数据库连接机制 (10) 2.4结构 (11) 2.5功能需求与程序的关系 (11) 3接口设计 (12) 3.1用户接口 (12) 3.2外部接口............................................................................................错误！未定义书签。 3.3内部接口............................................................................................错误！未定义书签。4运行设计.....................................错误！未定义书签。 4.1运行模块组合....................................................................................错误！未定义书签。 4.2运行控制............................................................................................错误！未定义书签。 4.3运行时间............................................................................................错误！未定义书签。5测试 (13)
锅炉温度控制系统上位机设计 1.设计背景 锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。 2.任务要求 (1) 按照题目设计监控画面及动态模拟； (2) 在数据字典中定义需要的内存变量和I/O变量； (3) 实现监控系统的实时、历史曲线及报警界面显示； (4) 实现保存数据和参数报表打印功能； (5) 实现登陆界面和帮助界面。 3. 界面功能 3.1 系统说明 本系统的目的是实现锅炉的温度控制，所以在监控界面设置了加热部分和降温部分，同时通过观察相应仪表，操作者手动的实现对锅炉温度的控制，而且在加热过程和降温过程中有信号灯可以清楚地显示系统工作在什么阶段。此外，在监控界面加入了液位控制部分，通过对进水量和出水量的控制实现液位平衡。实时曲线和历史曲线可以让操作者清楚地观察到锅炉内液体的液位高度和温度，从而更加准确的操作系统，达到控制要求。实时报警界面可以随时进行提醒，防止发生意外情况。帮助界面可以让初次登陆该系统的用户快速学会如何操作系统。登陆界面中加入用户登陆部分，只有有相应权限的操作者也可以控制系统。该系统还加入历史曲线打印功能和对系统相关变量的保存功能，用户可以随时查看历史记录。 3.2主监控界面 主控界面实现的是操作者观察仪表，得到锅炉内液体温度和液位的实时信息，通过调节电磁阀1、2，使得锅炉内液体液位保持在要求范围内，通过加热按钮和降温按钮对
火力发电厂锅炉给水自动控制系统 工业锅炉的汽包水位是运行中的一个重要参数，维持汽包水位是保持汽轮机和锅炉安全运行的重要条件，锅炉汽包水位过高会造成汽包出口蒸汽中水分过多，使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时还会使过热汽温急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低则可能导致锅炉水循环工况破坏，造成水冷壁管供水不足而烧坏。 1.串级三冲量给水控制 如今的汽包水位自动控制基本上都是通过分散控制系统（DCS）来实现的，而控制策略基本上已串级三冲量给水控制为主，单回路调节已不能适应大型锅炉汽包水位的控制，如今已很少采用，串级三冲量给水控制由于引入了蒸汽流量和给水流量信号，对快速消除，平衡水位有着明显的效果，因此被广泛采用。 1.1 串级三冲量给水控制系统工作原理 如图 4.1 所示，串级三冲量给水控制系统由主调节器PI1(控制器1)和副调节器PI2（控制器2）串联构成。主调节器接受水位信号H f为主控信号，其输出去控制副调节器。副调节器接受主调节器信号I H外，还接受给水量信号I W和蒸汽流量信号I D。副调节器的作用主要是通过内回路进行蒸汽流量D 和给水流量W 的比值调节，并快速消除水侧和汽侧的扰动。主调节器主要是通过副调节器对水位进行校正，使水位保持在给定值。 串级三冲量给水控制系统有以下特点：两个调节器任务不同，参数整定相对独立。主调节器的任务是校正水位，副调节器的任务是迅速消除给水和蒸汽流量扰动，保持给水和蒸汽量平衡。给各整定值的整定带来很大的便利条件。在负荷变化时，可根据对象在内外扰动下虚假水位的严重程度来适当调整给水流量和蒸汽流量的作用强度，更好的消除虚假水位的影响，改善蒸汽负荷扰动下水位控制的品质。给水流量和蒸汽流量的作用强度之间是相互独立的，这也使整定工作更加方便自由。
北京理工大学珠海学院 《计算机仿真》课程设计说明书题目: 控制系统建模、分析、设计和仿真 学院：信息学院 专业班级：自动化四班 学号： 学生姓名： 指导教师： 2012年 6 月 9 日
北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011 ～2012 学年第2学期 学生姓名：专业班级： 指导教师：范杰工作部门：信息学院 一、课程设计题目 《控制系统建模、分析、设计和仿真》 本课程设计共列出10个同等难度的设计题目，编号为：[0号题]、[1号题]、[2号题]、[3号题]、[4号题]、[5号题]、[6号题]、[7号题]、[8号题]、[9号题]。 学生必须选择与学号尾数相同的题目完成课程设计。例如，学号为09xxxxxxxx2的学生必须选做[2号题]。 二、课程设计内容 （一）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计内容 最少拍有波纹控制系统
[8号题] 控制系统建模、分析、设计和仿真 设连续被控对象的实测传递函数为： 用零阶保持器离散化，采样周期取0.02秒，分别设计一单位加速度信号输入时的最少拍有波纹 控制器Dy(z)和一单位速度信号输入时的最少拍无波纹控制器Dw(z)。具体要求见（二）。 （二）《控制系统建模、分析、设计和仿真》课题设计要求及评分标准【共100分】 1、求被控对象传递函数G(s)的MATLAB 描述。（2分） 2、求被控对象脉冲传递函数G(z)。（4分） 3、转换G(z)为零极点增益模型并按z-1形式排列。（2分） 4、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位加速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳 定的要求。（6分） 5、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dy(z)可实现、最少拍和实际闭环系统稳定的要求。 （8分） 6、根据4、5、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。（12分） 7、求针对单位加速度信号输入的最少拍有波纹控制器Dy(z)并说明Dy(z)的可实现性。（3分） 8、用程序仿真方法分析加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 9、用图形仿真方法(Simulink)分析单位加速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（8分） 10、确定误差脉冲传递函数Ge(z)形式,满足单位速度信号输入时闭环稳态误差为零和实际闭环系统稳 定的要求。（6分） 11、确定闭环脉冲传递函数Gc(z)形式，满足控制器Dw(z)可实现、无波纹、最少拍和实际闭环系统稳 定的要求。（8分） 12、根据10、11、列写方程组，求解Gc(z)和Ge(z)中的待定系数并最终求解Gc(z)和Ge(z) 。（12分） 13、求针对单位速度信号输入的最少拍无波纹控制器Dw(z)并说明Dw(z)的可实现性。（3分） 14、用程序仿真方法分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（7分） 15、用图形仿真方法(Simulink)分析单位速度信号输入时闭环系统动态性能和稳态性能。（8分） 16、根据8、9、14、15、的分析，说明有波纹和无波纹的差别和物理意义。（4分） ) 7)(5)(2()6)(1(879)(2+++++= s s s s s s s G
液位自动控制系统设计 与调试 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
课程设计 2016年6月17日
电气信息学院 课程设计任务书 课题名称液位自动控制系统设计与调试 姓名专业班级学号 指导老师沈细群 课程设计时间2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周） 教研室意见同意开题。审核人：汪超林国汉 一.课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。
2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
1 引言 锅炉是发电厂及其它工业企业中最普遍的动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，国内大多数工业锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。工业锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，扰动因数也很多，许多参数之间明显地存在着复杂的耦合关系。对于工业锅炉这个复杂的系统，由于其内部能量转换机理过于复杂，采用常规的方式进行控制，难以达到理想的控制效果，因此，必须采用智能控制方式控制，才能获得最佳控制效果。 2 系统的组成 系统运行的示意图如图1所示。 图1 系统运行示意图 由图1可知，燃料和空气按一定比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，经负荷设备调节阀供给负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。 锅炉是个较复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，生产过程各主要工艺参数必须加以严格控制。主要调节项目有;负荷、锅炉给水、燃烧量、减温水、送风等。主要输出量是:汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。这些输入量与输出量之间是互相制约的，例如，蒸汽负荷变化时，必然会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化;燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、空气量和炉膛负压等。对于这样复杂的对象，工程处理上作了一些简化，将锅炉控制系统划分为若干个调节系统。主要的调节系统有: (1) 汽包水位调节系统 被调量是汽包水位，调节量是给水流量，它主要考虑汽包内部物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在工艺允许范围内。 (2) 过热蒸汽温度调节系统 维持过热器出口温度在允许范围之内，并保证管壁温度不超过允许工作温度。 (3) 燃烧调节系统
PLC在工业锅炉自动控制系统中的应用 1 引言 锅炉是发电厂及其它工业企业中最普遍的动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，国内大多数工业锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。工业锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，扰动因数也很多，许多参数之间明显地存在着复杂的耦合关系。对于工业锅炉这个复杂的系统，由于其内部能量转换机理过于复杂，采用常规的方式进行控制，难以达到理想的控制效果，因此，必须采用智能控制方式控制，才能获得最佳控制效果。 2 系统的组成 系统运行的示意图如图1所示。 图1 系统运行示意图 由图1可知，燃料和空气按一定比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，经负荷设备调节阀供给负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。
锅炉是个较复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，生产过程各主要工艺参数必须加以严格控制。主要调节项目有;负荷、锅炉给水、燃烧量、减温水、送风等。主要输出量是:汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。这些输入量与输出量之间是互相制约的，例如，蒸汽负荷变化时，必然会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化;燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、空气量和炉膛负压等。对于这样复杂的对象，工程处理上作了一些简化，将锅炉控制系统划分为若干个调节系统。主要的调节系统有: (1) 汽包水位调节系统 被调量是汽包水位，调节量是给水流量，它主要考虑汽包内部物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在工艺允许范围内。 (2) 过热蒸汽温度调节系统 维持过热器出口温度在允许范围之内，并保证管壁温度不超过允许工作温度。 (3) 燃烧调节系统 使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要;使燃料量与空气量之间保持一定比例，以保证经济燃烧;使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压稳定。 这里将讨论锅炉汽包水位调节系统、燃烧调节系统及蒸汽温度调节系统。 2.1 系统的检测信号及锅炉的控制任务 锅炉设备的检测信号包括:蒸汽流量、汽包水位、汽包蒸汽压力、加水量、炉膛负压、鼓风量、烟气含氧量、当已知检测信号的情况下，锅炉的控制任务是:在用户蒸汽机需要的情况下，PLC控制加水阀、输煤量、鼓风量与引风量，使保持锅炉汽包水位稳定，蒸汽压力稳定，炉膛负压稳定，烟气稳定，使燃料能量最充分地燃烧，以取得最大的热效率。 2.2锅炉的主要控制流程 (1) 锅炉水位控制流程 水位自动控制的主信号为水位差压变送器输出的信号。前馈信号可以
北方民族大学学士学位论文论文题目:温度自动控制系统的设计 北方民族大学教务处制
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
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
FGR的循环型工业锅炉节能控制系统设计分析 摘要：氮氧化物是雾霾产生的一大成因，也是燃气锅炉排放的主要污染物。已颁布的《北京市锅炉大气污染物排放标准》将工业锅炉氮氧化物的排放标准大幅提高。 关键词：FGR循环型工业锅炉；节能控制系统设计； 工业锅炉是重要的热能动力设备，我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家。我国锅炉制造业特别是改革开放以来随着国民经济的蓬勃发展，全国有千余家持有各级锅炉制造许可证的企业可以生产各种不同等级的锅炉。由于节能环保日益严格，而工业锅炉又处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产运行状态，因此对工业锅炉推广应用各种新技术、新工艺、新管理是实现节能降耗、减少污染的重要途径。随着工业生产规模的不断扩大，生产过程不断强化。 一、烟气循环FGR的主要原理 烟气循环参与再燃烧有两种方式：烟气内部循环和烟气外部再循环。烟气内部循环一般用于普通低氮应用，利用燃烧器喷嘴流速产生卷吸烟气的效应，使少量烟气再次参与燃烧，降低火焰温度，排放目标值为80 mg／m3；而烟气外部再循环是通过风机的机械力量大幅度增加再循环烟气的流量，再循环烟气量可占总烟气量的25％，大幅度降低火焰温度，更低的氮氧化物排放。 二、FGR的循环型工业锅炉节能控制系统设计分析 1.物料出口温度控制。经过分析可知，影响锅炉物料出口温度的因素包括物料流量、燃烧工况以及空气量与燃料量比值等，在控制系统中，物料出口温度是通过改变燃料流量来控制的，但受到燃烧工况、风量的跟随作用以及风量与燃料量的比值影响。为了使物料出口温度稳定在目标温度，必须保证燃料能够充分燃烧，释放出足够的能量，因此选择采用串级控制系统。该控制系统中，物料出口温度控制回路为串级控制系统的主回路。在控制方案中，当物料出口温度由于某种干扰变化时，通过物料出口温度控制器的输出来改变燃料控制器的给定值，使燃料量随之变化。然后通过比值控制器使空气量也发生改变，保持燃料量和空气量的流量比不变。但从动态角度看，因蒸汽出口温度变化首先反应到燃料量给定值的变化，使燃料量随之变化，再经过燃料量测量变送器、比值器，改变空气量控制器的给定值，空气量才发生变化。显然，空气量的变化滞后于燃料量，即动态比值不能得到保证。在实际工业生产中，为了使燃料完全燃烧，在提升负荷时要求先提升空气量，后提升燃料量;在降低负荷时，要求先降低燃料量，后降低空气量，即所谓具有逻辑提降量的比值控制系统。通过增加两个选择器HS、LS 组成具有逻辑提降功能的燃烧过程控制系统，空气量与燃料量的比值。燃烧系统要减少稳态误差，同时由于流量噪声比较大，不能采用微分作用。因此，燃料流量控制器和空气流量控制器均采用控制器。如有微分作用时，一旦主控制器和输出稍有变化，调节阀将大幅度变化，不利于控制，所以副控制器选用控制器，主控制器采用PID 控制器。 2.烟气含氧量闭环控制。烟气含氧量是指燃料燃烧之后排出的烟气中氧气的含量，它主要与燃料的燃烧状况有关。烟气含氧量的影响因素是燃烧工况。燃烧过程的燃料量与空气量比值控制系统存在一个不足，即不能保证两者是最优比，这是由于流量测量的误差以及燃料质量的变化所造成的。为此，文中方案采用烟气氧含量作为送风量的校正信号。锅炉燃烧过程中烟气含氧量的闭环控制方案，烟气含氧量作为被控变量，其设定值是锅炉燃烧效率最高情况下的最优烟气含氧
第一章绪论 锅炉是供热设备中最普遍的动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，大多数锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，许多参数之间明显地存在着复杂的关系。对于锅炉这个复杂的系统，由于其内部能量转换机理过于复杂，采用常规的方式进行控制，难以达到理想的控制效果，因此，必须采用智能控制方式控制，才能获得最佳控制效果。 可编程逻辑控制器(PLC)既能代替传统的继电器接触器控制系统，又具有扩展各种输入输出模块，如A/D模块、热电偶热电阻模块，构成多功能控制系统。现代PLC集成度高、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、工作稳定。在传统工业的现代化改造中发挥着越来越重要的作用。 目前供暖锅炉大都采用人工监控，一方面浪费人力；另一方面在出现事故隐患时，操作人员难以及时发现，很容易造成运行中设备的事故。 在各种工业企业的动力设备中，锅炉是重要的组成部分,所以锅炉的性能至关重要。要设计一套完整的、性能良好的工业燃烧锅炉，首先就必须了解一般燃烧锅炉的基本构造和燃烧过程。 1.1 锅炉的基本构造 锅炉是一种产生蒸汽或热水的热交换设备。它通过燃料的燃烧释放大量热能，并通过热传递把能量传递给水，把水变成蒸汽或热水，蒸汽或热水直接供给工业和生活中所需要的热能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能有效的转化为蒸汽的热能。图1.1为简单锅炉的大体组成部分。 锅炉的主要设备包括气锅、炉子、炉膛、锅筒、水冷壁、过热器、省煤器、燃烧设备、引风设备、送风设备、给水设备、空气预热器、水处理设备、燃料供给设备以及除灰除尘设备等。 气锅：由上下锅筒和三簇沸水管组成。水在管内受管外烟气加热，因而管簇内发生自然的循环流动，并逐渐气化，产生的饱和蒸汽积聚在上锅筒里面。 炉子：是使燃烧从充分燃烧并释放出热量的设备。 炉膛：保证燃料的充分燃烧，并使水流受热面积达到规定的数值。
1 设计题目 要求： 1．查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 2．分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。 3．分析系统时域性能和频域性能。 4．运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足给定性能指标要求。（已知条件和性能要求待定）
摘要 炉温控制系统---是指根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。炉温自动控制用热电偶测量温度，与给定温度进行比较，将偏差信号放大后作为驱动信号，通过电机、减速器调节加热器上的电压来实现准确的温度控制。本文经过正确分析系统工作过程，建立系统数学模型，画出系统结构图后，设计与校正前系统性能分析和可采取的解决方案、方法及分析。运用matlab软件进行复杂的系统时域验证和计算机仿真，通过具体设计校正步骤、思路、计算分析过程和结果，对于炉温控制系统的研究与改进具有现实意义。 关键字炉温控制系统系统校正 matlab软件
1 工业炉温自动控制系统的工作原理 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触 点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。 f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0e r f u u u =-=，故1a u u =，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见下图：
《计算机控制技术》 课程设计 学生姓名： 学号： 专业班级：电气工程及其自动化（1）班 指导教师： 二○一二年十月二十九日
目录 1.课程设计目的 (3) 2.课程设计题目和要求 (3) 3.设计内容 (3) 4.设计总结 (10) 4.参考书目 (11) 5.附录
1.课程设计目的 通过本课程设计, 主要训练和培养学生的以下能力: (1).查阅资料：搜集与本设计有关部门的资料(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力； (2).方案的选择：树立既考虑技术上的先进性与可行性,又考虑经济上的合理性,并注意提高分析和解决实际问题的能力； (3).迅速准确的进行工程计算的能力,计算机应用能力； (4).用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。 2.课程设计题目和要求 题目：PWM温度自动控制系统的设计 要求： 1.要求设计温度控制系统，设定温度为230度，采用电阻丝作为加热器件，要求无余差，超调小，加热速度快。 2.硬件采用51系列单片机，采用固态继电器作为控制元件。 3采用keil c作为编程语言，采用结构化的设计方法。 4.要求用protel设计出硬件电路图。 5画出系统控制框图。 6 画出软件流程图。 3.设计内容 3.1 PID控制原理 将偏差的比例，积分和微分通过线性组合构成控制量，用这一控制对被控对象进行控制，这一样的控制器称PID控制器
3.1.1．模拟PID控制原理 在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。为了说明控制器 (t)与实际输出信号n(t)进行比的原理，以图1.1的例子说明。给定输入信号n (t)-n(t),经过PID控制器调整输出控制信号u(t),u(t)对目较，其差值e(t)=n 标进行作用，使其按照期望运行。 常规的模拟PID控制系统原理框图如同1.2所示。该系统有模拟PID和被控对象组成。图中r(t)是给定的期望值，y(t)是系统的实际输出值，给定值与实际输出值，给定值与实际值构成控制偏差e(t): e(t)作为PID控制的输入，u(t)作为PID控制的输出和被控对象的输入。构成PID和被控对象的输入。构成PID控制的规律为： 其中：Kp为控制器的比例系数 Ti为控制器的积分时间，也称积分系数 Td为控制器的未分时间，也称微分系数
工业蒸汽锅炉自动化控制系统设计 1 概述 工业蒸汽锅炉生产自动化控制系统即通过采用各种检测仪表、调节仪表、控制装置等自动化技术工具，对锅炉生产过程中的温度、压力、流量、液位等热工参量进行自动控制的系统。自动控制的目的是实现各种最优的技术经济指标，减轻劳动强度，提高经济效益和生产率，节约能源，改善劳动环境条件。 实现锅炉自动化具有提高锅炉运行的安全可靠性、提高锅炉运行的经济性、减少运行人员、提高劳动生产率、改善劳动条件等特点，具有显著的经济效益和社会效益。本文所介绍的控制系统是我公司在生产上百套设备的基础上总结出来的，经过现场实际运行，得到了用户的好评。 2 设计原则 根据工程的重要性和实际使用、维护等多方面因素，建议主要遵循以下原则： 1）安全、可靠、适用、耐用、易操作、易维护。 2）节能、环保、投资少、效率高、先进性。 3）系统软件功能完善，提高管理水平。 4）预留接口，用于扩建时联网、通讯，方便管理。 3 自动化控制系统的内容 1）自动检测 用检测元件和显示仪表或其它自动化设备，对系统的温度、壓力、流量、液位等热工参量，进行连续测量和显示，以供值班员监视生产情况，或为企业经济核算提供数据，为自动调节和保护提供检测信号。以此监视工业锅炉生产过程进展的情况和发展的趋势，以指导安全操作生产，求得维护最佳运行工况。是锅炉生产自动化的组成部分，是实现锅炉生产自动化的前提和基础。自动检测点的选取是依据锅炉生
产工艺要求设计的。 2）自动控制 自动控制是按一定的次序、条件和时间要求，对工艺系统中各有关对象进行控制的一种技术，是生产过程自动化技术的一个重要组成部分。主要指锅炉的起动、停止及正常运行等一系列操作自动化。锅炉上应用的自动控制主要有：送、引风机的起停，水处理设备的运行，输煤系统的启停等。采用自动控制可以大大提高锅炉的自动化水平，简化操作步骤，避免误操作，减轻劳动强度，加快机组的启停速度，减少运行人员等。 3）自动保护 当设备运行状况发生异常或参数超过允许值时，及时发出报警或进行必要的动作，以避免发生设备事故和危及人身安全。锅炉生产的自动保护主要分为以下几种： 联锁保护-防止锅炉设备在启停过程中，由于操作次序错误而造成事故，在上一步操作未完成前，不能做下一步操作。或者在锅炉运行时，当某些辅机发生故障，另一些有关的设备必须立即动作或停止，以免事故进一步扩大。 限值保护-工业锅炉运行时的实际蒸发量和变动负荷速度应根据锅炉及辅机的运行状态予以限制。各种调节阀、调节挡板的最大和最小开度应予以限制。 紧急保护-如果蒸汽压力，锅炉水位出现危险工况时或炉膛熄火时，相应的自动保护装置都应能快速投入。 指示与报警-各辅机工况应予显示（指示灯或仪表），危险工况应立即自动报警，当参数超过规定值时，发出声光信号，提醒值班员注意，采取有效措施，以保证正常生产，或自动地按一定顺序操作某些设备或紧急停止机组运行。 4）自动调节 锅炉的一些被调参数应自动地适应运行条件的变化，使锅炉在所要求的工况下保持运行。
目录 摘要…………………………………………………………………第1章任务要求和方案设计…………………………………… 1.1 任务要求……………………………………………………… 2.1 总体方案确定及元件选择…………………………………….. 2.1.1 总体设计框图……………………………………………… 2.1.2 控制方案确定………………………………...…………… 2.1.3 系统组成……………………………………………… 2.1.4 单片机系统……………………………………….. 2.1.15 D/A转换........................................................................... 2.1.5 晶闸管控制………………………………………... 2.1.6 传感器……………………………………………… 2.1.7 信号放大电路………………………………………. 2.1.8 A/D转换……………………………………………. 2.1.9 设定温度及显示……………………………………. 第2章系统硬件设计……………………….…………………2.1 系统硬件框图……………………………………………2.2 系统组成部分之间接线分析…………………………… 第3章系统软件设计…………………………………………. 3.1程序流程图..…………………………………..…………… 第4章参数计算……………………………..………………... 4.1 系统各模块设计及参数计算 4.1.1、温度采集部分及转换部分
4.1.2、传感器输出信号放大电路部分:........................... 4.1.3、模数转换电路部分:............................ 4.1.4、ADC0804芯片外围电路的设计：....................... 4.1.5、数值处理部分及显示部分:............................. 4.1.6、PID算法的介绍....................................: 4.1.7、A/D转换模块.......................................... 4.1.7、A/D转换模块................................... 4.1.8 单片机基本系统调试............................... 4 .1. 9 注意事项：................................................................ 第5章测试方法和测试结果 5.1 系统测试仪器及设备 5.2 测试方法 5.3 测试结果 结束语........................................... 参考文献.…………………………………….……….……………