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)
第1章绪论
锅炉烧水会产生高温高压的蒸汽，其温度可以达到1000多度，这样的蒸汽可以作为强大的动力源，蒸汽锅炉的作用是供给稳定的蒸汽产品，为保证提供合格的蒸汽产品来适应负荷的需要，与其配套的控制系统必须满足各工艺参数。保持锅炉汽泡水位在一个规定的范围内变化，对于锅炉的安全运行是非常重要的，由于锅炉的水位同时受到锅炉侧，汽轮机侧，燃烧状况及给水量等因素的干扰，而使其水位经常变化。因此锅炉气泡水位应根据设备的运行状况进行实时调整，以严格保证设备的安全运行。
工业锅炉气泡水位控制的任务是让生产的蒸汽量与给水量形成一个平衡，这样既保证了蒸汽产品的供应量与质量，又使整个系统得以安全运行，同时锅炉气泡水位也间接的体现了锅炉负荷与给水量之间的平衡关系。
以前的工作的过程是以各分立元件做基础，利用各个检测器件对被控参数进行检测与反馈，反馈信号经控制器运算输出到执行器来改变各量，使系统恢复正常与稳定。达到自动控制的目的，但是这种方法分立器件多，系统反馈回路相对复杂，受分立器件性能影响大，系统内部各部分的影响也较大，使自动控制能力下降。
液位控制是通过控制阀改变开度影响给水量控制的，而水温的控制是通过调节加热的功率实现的。由于锅炉运行过程中存在进水量和出水量的变化，很难通过调节PID控制参数来满足所有的运行条件，而获得理想的控制结果。给水量，蒸汽的出口流量和燃料的进料量是使液位变化的主要扰动量，其扰动影响各不相同。
本设计的主要工作有：
设计锅炉气泡水位的控制方案
从水位的的动态变化入手，找出影响液位的主要原因，选择合适的操纵变量使水位在干扰作用下得到稳定的调节，来恢复平衡。
硬件设备的选择
在选择硬件设备时一定要选择参数与你设计的控制系统基本吻合的，这样可以减少系统内部各部分别的影响，提高系统的稳定性与安全性。
PID参数
PID参数设置一定要合理，这样才能使液位得到很好的调整。
第2章课程设计的方案
2.1 概述
本次设计是综合运用所学知识，设计锅炉汽泡液位控制系统，并在实践的基础上提高对知识的理解，提高综合运用过程控制知识的能力，并初步掌握小系统的过程设计方法。
应用场合：应用于锅炉液位控制系统，控制系统，通过检测器，控制器，执行器等器件，完成对液位的控制。
系统功能介绍：能显示系统实时液位数值，扰动进入系统后，不需要任何人工参与便可回到稳态值，实现了液位的自动控制，确保了系统安全稳定的运行。
2.2 虚假水位的行程及对策
虚假水位是锅炉运行时不真实的水位，气泡压力突降时，炉水饱和温度下降到压力较低时的饱和温度，使炉水大量放热蒸发，使炉水内的气泡增加，汽水混合物体积膨胀，使水位很快上升形成虚假水位，当气泡压力突增时，饱和温度升高，部分炉温被用于加热炉水，相应的蒸发露水的热量减少，炉水气泡减少，炉水体积收缩，形成虚假水位。此外锅炉内外负荷增加或骤减时，水的比热容增大或减小，也会形成虚假水位。
在输入端引入蒸汽流量信号，设置水位系统的前馈调节，当蒸汽流量增大或减小时，给水量也会相应增大或减小，给水量增多或减小使温度下降或升高，反之当给水量增大或减小时，蒸气流量也会相应的增加或减小，蒸汽流量增加或减小使炉温升高或下降，有利于克服“虚假水位”的影响。
2.3 汽泡水位的影响因素
在控制系统中，扰动量有，蒸汽流量，给水流量等，当蒸汽流量增加时，气泡温度上升，气泡压力减小，气泡蒸发变快气泡增多，出现虚假水位现象，反之也同样会有虚假水位的现象，虚假水位打破了系统原有的平衡状态，破换了洗头的稳定性，如果调解不及时，严重者会导致干锅现象，损坏锅炉设备，降低了谁把诶诶的寿命。
当给水量增加时液位升高，导致液位温度下降，造成蒸发温度低，出现蒸汽带液，供给动力不足，设备生产效率降低，同时由于温度降低气泡内压力增大，使用于蒸发水的热量减小，气泡减少，炉水体积收缩，产生虚假水位现象。此外他是一个具有延时时间的积分环节，水的温度越低延时时间就会越长，系统衰减比增大，俞差为零，最大偏差减小，系统达到稳态的时间变长，控制作用下降。
此外还有汽轮机耗气量的多少，汽轮机耗气量变大时，使供给炉水加热的温度减小，打破了系统原有的物料平衡，还会导致虚假野味的现象产生。
由以上分析可知，给水量扰动下的水位相应有迟滞性，负荷扰动下的水位有“假水位”现象，这些特性使得气泡水位的变化受到多种因素的影响，因而对他
的控制就变得比较复杂。
2.4 汽泡水位控制方案设计
（1）方案一—单冲量控制系统
从反馈与自动控制的角度出发，很容易想到气泡水位作为被控对象，给水量作为操纵变量构成单回路自动控制系统，即水位单冲量控制系统，如图2.1所示，这是一个最基本的控制方案，其方框图为2.2，其特点为：结构简单，投资少，适用于气泡容量较大，虚假水位不严重，负荷较平稳的场合。该过程具有虚假水位的反向特性，因此，当符合变化较大时，会造成控制器输出误动作，严重影响设备的运行寿命和安全，影响控制系统的控制品质。蒸汽负荷变化后，要在引起水位变化后才改变给水量，因此控制不及时。
（2）方案二—双冲量控制系统
从物质平衡的角度出发，保证给水量永远等于蒸发量就可以保证汽泡水位大致不变。故应在单冲量控制基础上引入蒸汽流量作为前馈信号构成双冲量水位自动控制系统。这种控制方式的优点是：蒸汽流量为前馈控制信号，可以消除“虚假水位”对控制系统的不良影响。当蒸汽流量变化时给水量也会同方向跟随蒸汽量变化，这就消除了由于“虚假水位”产生的误动作，因而大大减小了给水和水位的波动，能够改善控制系统的静态特性，提高控制品质，其原理图和方框图见图2.3和2.4
由于过程控制系统总有滞后特性，总是在扰动量引起被控变量变化后很总是在扰动量引起被控变量变化后很长一段时间才会得到调节，因此控制器参数要达到新的稳定状态就要经历相当长的时间，滞后时间越长控制器参数变化的幅度就越大，偏差持续的时间就越长，为了解决这一问题，需要将扰动量前馈，这样扰动一产生，前馈控制器就有输出，在被控变量变化之前，前馈控制器就根据干扰大小改变控制阀开度，被控变量基本不受扰动影响。
蒸汽
汽泡
LC LT
省
煤
器
图2.2 单冲量控制系统框图
（3）方案三—三冲量控制系统
为进一步改善控制品质，引入给水量信号，形成了用给水流量控制汽泡水位的串级控制，这时调节器接受三个输入信号：汽泡水位为被控对象，是主冲量信 号，蒸汽流量是前馈信号，给水量是反馈信号，主控制器为液位控制器，副控制器为给水流量控制器。这就是汽泡水位的三冲量控制系统。即前馈—反馈—串级控制系统，被控制系统包含给水量控制回路和汽泡水位控制回路两个控制回路以及一个蒸汽流量前馈通道，这样一方面可以克服给水量扰动，使给水量自行调节，另一方面可以有效地抑制“虚假水位”现象。此外工作调节阀为线性，可以直接补偿给水扰动。
汽泡水位 液位变送器
+ —
给水流量控制器 电动调节阀 蒸汽 汽泡 LT LC LY FT FC 省煤器
+ f(x)
图2.4 双冲量控制系统框图
采用三冲量控制系统，当蒸汽负荷突然变化，蒸汽流量信号使给水阀一开始就向着正确的方向移动，即蒸汽流量增加，给水阀门开度增大，抵消了由于“虚假水位”引起的反向动作，避免了控制器输出误动作，同时减小了给水量和水位的波动幅度。当水压干扰使给水量改变时，控制器能迅速消除干扰，如果给数量减小，副控制器会立即根据给水流量信号使阀门开度增加，使水流量基本不变。
三冲量控制不但弥补了双冲量可以在给水流量和给水压力等扰动方面的控制缺点，此外控制器动作快还可以避免调节过头，减少波动和失调，使汽泡水位很难受到影响，系统稳定性很强不易被破坏。其结构框图和原理图如图2.5和2.6。
蒸汽流量
设定值
+
_
液位变送器
汽泡水位执行器
液位流量控制器前馈控制器流量变送器
给水流量控制器
扰动通道
蒸汽流量
设定值+
_
液位变送器
汽泡水位执行器
液位流量控制器前馈控制器流量变送器
给水流量控制器
扰动通道
图2.5 三冲量控制系统方框图
图2.6 三冲量控制系统原理图 f(x) LC LT FC FT
LY
汽泡
FC
+
FT
蒸汽
过热器 省煤器
第3章硬件设计
3.1液位传送器选型
由于该设计的目的是控制气泡水位平衡，而整个控制系统的基础为水位的精确测量，只有水位的测量精确，才能使整个系统的稳定性更好，控制质量更高。
合理的选择水位传感器是整个控制系统的关键。已知汽泡水位应该控制在80cm，根据过程控制仪表选择原则：所选传送器的最大量程应为：0到160cm。而且汽泡水位应该控制在80cm左右，因此所选传感器精度应该高于0.5%FS,因此满足该测量精度才可以满足要求。
再者液位变送器的选择还要考虑到其灵敏度，其对信号的反应速度要足够快，因为这样可以提高系统的工作效率，使系统能够快速的调节，扰动的影响，增强系统的调节作用，是系统更稳定。
采用型号为：CYB31—II系列变送器其主要参数为：
量程：0～100cm（水位高度）
精确度：±0.5%FS
输出信号：4～20mA (二线制) 0～5V,1～5V,0～10V(三线制)
供电电压：24V（12～36V）
负载电阻：R=（U-12.5）∕0.02-R D
防护等级：IP67
响应时间：≤1ms
使用时可使用24V直流电源供电以保证传感器的正常工作。
3.2流量传送器选型
根据控制方案可以知道流量传感器用于测量给水流量和蒸汽流量，这两个信号可以有效的改善控制质量，因此合理选择流量传感器能够有效的改善整个系统的控制质量，根据液位控制参数给定估算锅炉正常工作时每小时蒸发的水量为90t 左右，即水位稳定时供水量应该为：90m3∕h。
LUGB—99型涡街流量计是一种基于卡门涡街原理流体振动式新型流量计，它具有测量范围广﹑压损小﹑性能稳定﹑准确度高和安装﹑使用方便等优点。广泛用于封闭管道中液体﹑汽体和蒸汽介质体积和流量的测量。该流量计的技术参数如下：
测量介质：蒸汽﹑汽体﹑液体
传感器的感应元件不直接与被测介质接触，性能稳定﹑可靠性高
传感器内无可动部件，结构简单而牢固，压损小，维扩量小，使用寿命长。
范围宽度：10:1～15:1
测量范围：正常工作范围雷诺数为：20000～7000000；输出信号不受介质压
力，温度，粘度的影响。
精度等级：液体指示值的±0.1%FS；蒸汽，指示值的±1.5%FS
输出信号：低电平：0—1V；高电平：大于4V；占空比：50%
电源电压：24V
3.3执行器选型
此系统的执行器选择控制阀，因为它可以直接改变给水量，反应时间短，有利于系统控制品质的改善，它是控制系统一个非常重要的环节，它接收控制器的输出信号，执行最终任务，气动控制阀分为气开和气关两种形式。
控制阀开关形式的选择应根据一下三个方面考虑：
(1)从工艺生产安全的角度考虑。主要考虑当漏气或控制阀门出现故障时，应避免破坏设备和伤人。事故情况下控制阀处于关闭状态危害性小，则应选气开发，例如，加热炉燃料一般选择气开阀，以保证在控制阀失气时能处于全关状态切断进炉燃料，从而避免加热炉温度过高造成事故。
（2）从介质特性上考虑。如果介质是易凝，易结晶，易聚合的的物料，控制阀开关形式选择应考虑介质的这些特性。防止控制阀失气时阀门关闭，停止蒸汽进入而导致再沸器和塔内液体的结晶和凝聚，造成堵塞。如果介质易结焦，则一般选择气开阀。
（3）保证产品质量，经济损失最小的角度考虑。当事故发生时尽量减小原料和动力消耗，但要保证产品质量。当汽泡数量增多时阀门相应关闭以免浪费，当汽泡数量少时阀门相应打开，保证蒸汽质量。
控制阀口径选择是否合适直接影响控制效果。在不同的自控系统中，由于参数千差万别，在选择阀口径时，要严格计算阀孔径，来提高控制系统的控制质量。
3.4控制器器选型
控制器是控制系统的核心部件，它将测量变送信号与给定值比较产生偏差信号，并按一定的控制规律对该偏差进行运算，输出的信号送执行器。控制器的选择主要包括控制规律的选择和正﹑反作用方式的选择。
(1) 控制规律选择
比例控制器（P）
比例控制是最基本的控制规律，其特点是控制规律简单，调整方便；缺点是会使系统产生余差，虽然通过增加比例放大系数可以减小余差，但是系统稳定程度降低。所以比例控制系统适用于控制通道滞后及时间常数均较小，干扰幅度较小，负荷变化不大，控制质量要求不高，允许有余差的场合。
比例积分控制（PI）
比例积分控制是使用最多，应用最广的的控制规律，在反馈控制系统中约有75%是采用PI控制规律的。积分作用的引入，使系统具有消除余差的能力。另外积分作用的滞后特性有利于减小高频噪音的影响。但是加入积分作用后，会使系统稳定性降低，必须减小比例放大系数以保持系统原有的稳定。对于容量滞后较小，负荷变化不太大，工艺参数不允许有余差的场合。
比例微分控制器（PD）
由于微分作用的引入，使系统具有超前控制功能，因而控制更加及时，可有效减小动态偏差，适用于控制对象容量滞后较大的场合。
比例积分微分控制（PID）
其综合了各种控制规律的优点，所以适当调整静态增益，积分时间，微分时间，可以使系统获得较高的控制质量。一般来说其适用于容量滞后较大，负荷变化大，控制质量要求高的场合。
综上分析本设计选择PID控制器，因为本设计对控制器控制质量要求高，切锅炉负荷变化大。
(2) 控制器正﹑反作用选择
对于一个闭环控制系统来说，若要使系统稳定，系统应采用负反馈。在实际系统分析中，为了保证能够成负反馈控制系统，主要考虑控制器，被控对象，测量变送器各个环节放大系数K c﹑K v﹑K o﹑K m的符号连乘得负。只要事先知道了对象，控制阀，测量变送器放大系数的正负，再根据系统各个环节放大系数乘积必须为负的原则，很容易就能确定控制器的正反作用方式。
环节正负的确定：输入增加，输出也增加，则该环节放大系数符号为正，反之输出减小则为负，
本设计给水流量选择气关阀K v小于零，又已知系统其他环节增益为正，所以当阀门打开时给水量增加，输入副控制器的偏差减小，应使输入执行器的信号增
加而使阀门开度减小使给水量减少，所以副控制器为正作用，主回路当给水量增多时气泡水位上升输入主控制器偏差减小为保证副控制器输入信号为正主控制器应为反作用。
AI—808型人工智能控制器，是功能增强型的控制器，其具备外给定，手动自动切换，手动自整定和显示输出值功能。能精确控制温度，压力，流量，液位等各种物理量。其参数如下：
控制方式：AI人工智能调节及PID调节
输入规格：S n=33,1～5V电压输入
输入下限显示值：一般为DIL=0
输入上限显示值，液位一般为DIH=100
输出方式：4～20mA线性电流输出
系统功能选择：CF=0为内部给定，反作用调节
第4章锅炉汽泡水位的模型及仿真
4.1 仿真分析
本设计控制系统为前馈—反馈—串级控制系统，被控变量为汽泡水位，操纵变量为给水流量，扰动前馈量为蒸汽流量，介于其原理和调节过程以及各个变量的性质可以用以水箱液位作为被控变量，变频器支路流量作为操纵变量，电动阀支路流量作为扰动前馈，的前馈—反馈—串级控制系统来模拟，反应出系统在调节过程以及参数设置方面的要求，测试方案的合理性，控制系统的稳定性及控制质量，模拟硬件连接电路如图4.1。
所需实验设备如下：
1.THSA-1型过控综合自动化控制系统实验装置
2.计算机﹑上位机MCGS软件﹑RS232-485转换器1只﹑串口线1根
3.SA-11﹑SA-12﹑SA-14挂件各一个
4.万用表一只
图4.1模拟硬件连接电路图
4.2仿真分析
控制器参数设置为：主控制器：P=60，I=20，dil=0,dih=50,Addr=1,Sn=33；副控制器：P=60,I=0,dil=0，dih=100,Addr=2,Sn=32,CF=8；前馈控制器参数：P=60,I=0,dil=0,dih=100,Sn=33,Addr=3,CF=0。
（1）其他参数不变加入扰动，电动调节阀开度设为70，液位设定值为8。其变化曲线如下图：
图4.2 液位调节仿真图
由上图观察发现54:24前曲线上升快，原因为下水箱出水阀开度小，进水出水量偏差过大，导致系统扰动过强而使系统调节不过来。曲线出现振荡，幅度大约相等，即出现等幅振荡，原因为：静态增益过大导致系统调解不及时，系统平衡被破坏，此时应相应调节Rp使其增大来降低扰动加入比例，或调节出水阀使其开度增加。
（2）将（1）中出水阀开度调到最大，将下水箱水全部放出，当主控制器显示数位数值接近零时，变频器接正转上水，扰动控制阀开度改为73，设定值为8，从开MCGS页面得出水位变化如下图：
过程控制系统实验报告 专业 ****** 班级 ****** 学生 ****** 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 第五章心得体会-----------------------------------------------------------15
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。
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
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，
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
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。
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 -
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；
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。
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
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 :
火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定 A 01 备案号：0401-2004 DRZ 电力行业热工自动化标准化技术委员会标准 DRZ/T 01-2004 火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定 Code for level Measuremet System of Boiler drum in Fossil Fuel Power Plant 2004-10-20发布2004-12-20实施 电力行业热工自动化标准化技术委员会发布 前言 本标准根据电力行业热工自动化标准化委员会的安排进行编制。 本标准为电力行业热工自动化标准化技术委员会颁发的新编标准。 本标准由电力行业热工自动化标准化技术委员会提出并归口。 本标准主要起草单位：电力行业热工自动化标准化技术委员会标准起草工作组。 本标准主要起草人：侯子良。 本标准由电力行业热工自动化标准化委员会解释。 目次 1 适用范围 2 汽包水位测量系统的配置 3 汽包水位测量信号的补偿 4 汽包水位测量装置的安装 5 汽包水位测量和保护的运行维护 编制说明
1 适用范围 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、安装和运行维护的技术要求。 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用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 锅炉汽包水位控制和保护应分别设置独立的控制器。在控制室，除借助DCS监视汽包水位外，至少还应设置一个独立于DCS及其电源的汽包水位后备显示仪表(或装置)。 2.3 锅炉汽包水位控制应分别取自3个独立的差压变送器进行逻辑判断后的信号。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，引入分散控制系统(DCS)的冗余控制器。 2.4 锅炉汽包水位保护应分别取自3个独立的电极式测量装置或差压式水位测量装置(当采用6套配置时)进行逻辑判断后的信号。当锅炉只配置2个电极式测量装置时，汽包水位保护应取自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断后的信号。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的冗余控制器。 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极式测量装置的信号间应在DCS中设置偏差报警。 2.7 对于进入DCS的汽包水位测量信号应设置包括量程范围、变化速率等坏信号检查手段。 2.8 本标准要求配置的电极式水位测量装置应是经实践证明安全可靠，能消除汽包压力影响，全程测量水位精确度高，能确保从锅炉点火起就能投入保护的产品，不允许将达不到上述要求或没有成功应用业绩的不成熟产品在锅炉上应用。汽包水位测量系统的其它产品和技术也应是先进的、且有成功应用业绩和成熟的。 3 汽包水位测量信号的补偿 3 .1 差压式水位测量系统中应设计汽包压力对水位-差压转换关系影响的补偿。应精心配置补偿函数以确保在尽可能大的范围内均能保证补偿精度。 3.2 差压式水位表应充分考虑平衡容器下取样管参比水柱温度对水位测量的影响。 应采用参比水柱温度稳定、接近设定温度的平衡容器，或采用经实践证明有成功应用经验的参比水柱温度接近饱和温度的平衡容器。
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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 -
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
汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上， 即三个被控变量对应一个调节器。 工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作；给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰， 使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。 锅炉汽包水位三冲量调节系统是火电厂锅炉核心控制之一。汽包水位三冲量调节系统的给水调节阀动作频繁，锅炉水位对给水调节阀执行机构的动作比较敏感，稍有不慎就可能出现严重的危险情况，汽包水位三冲量调节系统关系到整个机组的安全运行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过低，会造成锅炉“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。汽包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统运行要平稳。 目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成熟，但在实际锅炉运行中会各种原因导致水位自动调节系统投入困难，甚至自动不能投入。这种现象让人对串级三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。为此云润与大家交流运用心得，对级三冲量调节系统进行定性分析，并对一些异常情况的处理办法进行探讨。 1、水位三冲量调节控制策略 汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。 汽包水位作为主调（PID调节器）的输入信号，去抑制水位本身的偏差。副调（外给定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰动和虚假水位。各种介绍汽包水位三冲量调节系统的书籍中，都有对传递函数的计算，这些计算对系统设计很重要。如果用经验调节法对于系统维护，则完全可以抛开理论计算。在此只对其物理意义进行定性思考和作一番揣测。 1.1?反馈信号 反馈信号指给水流量信号，也叫内扰。 水位三冲量调节系统中被调量发生变化的时候，PID 经过运算，去控制执行机构进行合理的动作，执行机构改变给水调节阀的开度，阀门控制介质变化，达到控制给水流量的目的。可是给水调节阀执行机构特性、水位三冲量调节系统的运行状况存在很多差异，这些差异主要有： （1）执行机构线性：执行机构改变开度后，流量随之改变的大小。 （2）执行机构死区：PID 输出每变化多少，执行机构才能动作一次。 （3）执行机构空行程：执行机构在改变动作方向的时候，改变多少开度，给水流量才发生变化（减去死区的值）。 （4）执行机构回差：执行机构进行开、关两个方向的动作的时候，流量变化不相等，这个流量变化绝对值的差叫回差。 （5）执行机构及阀门的特性曲线改变：阀门线性改变，阀门每变化1%，流量变化量与以往不同。 （6）水位三冲量调节系统软故障：偶尔发生的系统故障使得给水流量变化不均匀，或者时有停顿。 （7）系统介质参数发生变化：指因给水压力、蒸汽压力变化导致给水流量变化。