内蒙古科技大学
本科生课程设计说明书
题目：热电厂锅炉汽包
液位控制系统设计学生姓名：
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摘要
随着人们生活对电的需求，电厂的建立，现代大型锅炉的水位动态特性的复杂情况，汽包存在着严重的“虚假水位”现象。
在对串级控制系统优点及PID算法了解的基础上，为了控制系统的安全可靠，提出了基于PID的锅炉汽包水位调节的串级三冲量控制方案。研究汽包液位控制的难点、锅炉三冲量系统结构、控制策略选取及PID控制算法。由理论上得出：在锅炉汽包水位控制系统中采用串级三冲量控制和PID算法的主调节器的控制方案具有的经济实用性。
关键字：锅炉汽包水位；串级三冲量控制；PID算法
目录
引言 ................................................................................................ 错误！未定义书签。
第一章汽包锅炉工艺 (2)
1.1汽包锅炉简介 (2)
1.2汽包水位控制系统 (3)
1.3汽包水位的动、静态特性 (4)
1.3.1汽包水位在给水流量扰动下动态特性 (5)
1.3.2汽包水位在蒸汽负荷下动态特性 (6)
1.3.3炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性 (7)
1.3.4液位对象静态特性 (8)
第二章火电厂主要热工控制系统概述 (9)
2.1汽包锅炉蒸汽温度控制系统 (9)
2.2汽包锅炉蒸汽压力控制系统 (9)
2.3汽包水位的常规控制系统 (10)
2.3.1单冲量水位控制系统 (10)
2.3.2双冲量水位系统 (10)
2.3.3三冲量水位系统 (11)
2.4锅炉燃烧过程控制系统 (11)
第三章锅炉汽包液位控制系统设计 (12)
3.1系统构成及工作原理 (12)
3.2部分设备选择 (13)
3.2.1调节器及其参数选择 (13)
3.2.2调节阀的选择及调节器的正、反作用 (15)
第四章个人总结 (17)
参考文献 (18)
致谢 (19)
引言
19世纪70年代，欧洲进入了电力革命时代。不仅大企业，就连小工厂也都纷纷采用新的动力——电能。随着社会的发展，人们对电的需求量越来越大，由最初的一台发动机设备只供应一栋房子或一条街上的照明用电，逐渐产生各种发电厂的运用和建立——火力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂、风能发电厂、地热发电厂等等。电的应用极大的改变了人们生活的方方面面，是人们的生活得到了从没想到过的改善。
在我国主要的电厂是火力发电厂，根据火力发电的生产流程，其基本组成包括燃烧系统、汽水系统（燃气轮机发电和柴油机发电无此系统，但二者在火力发电中所占比重都不大）、电气系统、控制系统。
汽包水位是反映锅炉负荷与给水量之间的平衡关系。保持汽包水位的正常是汽包锅炉和汽轮机安全运行的重要条件。汽包水位过高，蒸汽空间将缩小，会引起蒸汽带水，是蒸汽品质恶化，还导致在过热器官内产生盐垢沉积，使管子过热，金属强度降低而发生爆管。严重满水时，使蒸汽大量带水，引起管道与汽轮机内严重的水冲击，造成设备损坏。水位过低，对自然循环锅炉将破坏正常的水循环；对强制循环锅炉会使锅水循环泵入口汽化，泵组剧烈振动，最终都将导致水冷壁管超高温过热。当严重缺水时，如处理不当，还可能造成水冷壁管的爆破。
单冲量自动调节系统是最简单的水位调节方式，在水容积中的蒸汽含量和蒸汽比容改变产生虚假水位，它会使水调节阀有误动作，因此，单冲量调节只能用于负荷相当稳定的小容量锅炉。
双冲量自动调节系统增加了蒸汽流量信号，它可用于符合经常变动和容量较大的锅炉，但它的缺点是不能及时反映与纠正给水流量扰动的影响。
三冲量自动调节系统是更为完善的给水调节方式，它包含水位信号、蒸汽流量信号、给水流量信号。它综合考虑了蒸汽量和给水量相等的原则，又考虑了水位偏差的大小，因而即补偿“虚假水位”的反应，又纠正给水量的扰动，是目前大型锅炉普遍采用的水位调节系统。
本设计就是采用串级三冲量控制系统控制汽包水位，由理论证明设计的系统可以很好的克服系统的内、外扰动，实现汽包锅炉水位控制的要求。
第一章汽包锅炉工艺
1.1汽包锅炉简介
根据火力发电的生产流程，其基本组成包括燃烧系统、汽水系统（燃气轮机发电和柴油机发电无此系统，但二者在火力发电中所占比重都不大）、电气系统、控制系统。而汽包锅炉是燃烧系统和汽水系统中的重要组成部分。控制系统主要由锅炉及其辅机系统、发电机及电工设备、附属系统组成。基本功能是对火电厂各生产环节实行自动化的调节、控制，以协调各部分的工况，使整个火电厂安全、合理、经济运行，降低劳动强度，提高生产率，遇有故障时能迅速、正确处理，以避免酿成事故。
锅炉由本体设备、辅助设备和附件等构成。“锅”指锅炉的汽水系统，用于盛放工质，并接受燃料燃烧放出的热量，使工质由水逐渐被加热致合乎要求的过热蒸汽，它由汽包、下降管、联箱、水冷壁、省煤器、过热器、再热器和连接管道组成。汽包是存放工质和产生合格要求的饱和蒸汽。“炉”，即燃烧系统，其任务在其内部快速、稳定、安全地燃烧，放出热量，产生高温火焰和烟气。燃烧系统主要由炉膛、燃烧器、空气预热器和烟道等组成。锅炉的辅助设备主要包括给水设备、通风设备、燃料运输设备、制粉设备、除尘设备、除灰设备、锅炉辅机等，如给水泵、送风机、引风机、磨煤机、除尘器、烟囱、灰渣泵、安全阀、水位计等。
中小型电站锅炉的工作过程如下：
煤斗中的煤通过给煤机送至磨煤机，在磨煤机中对煤进行干燥和磨碎。磨成的煤粉进入组粉分离器，经分离后，合格的煤粉进入煤粉仓或排粉机，然后由粉机或排粉机将煤粉送至炉膛内燃烧。不合格的煤粉经回粉管送回磨煤机再重新磨制。
空气由进风道引入送风机，经送风机升压后送入空气预热器，被加热成热空气，然后通过热风道将其中一部分送至磨煤机，进入制粉系统用以干燥和输送煤粉，另一部分热空气直接送至燃烧器。
煤粉与空气通过燃烧器进入燃烧室，进行燃烧放热，燃烧产生的高温火焰和烟气在燃烧室加热水冷壁中的水，然后高温烟气依次流过过热器、省煤器和空气
预热器，加热这些受热面内的工质，在热传过程中烟气的温度逐渐降低。此后利用除尘器清除烟气中携带的大量飞灰，最后由引风机将烟气送至烟囱，排入大气。
燃料燃烧后生成的灰渣，一部分落入燃烧室下部的灰渣斗中；另一部分被烟气带走，在除尘器中大部分飞灰被分离出来，落入除尘器下部的灰斗中，然后由除尘装置将灰渣和细灰送往储灰场。
给水由给水泵送至锅炉房，先进入省煤器，在省煤器中加热提高温度后进入汽包，然后沿着下降管流至水冷壁下联箱，再进入水冷壁管。在水冷壁管内吸收燃烧室中高温火焰和烟气的辐射热，一部分水汽化为蒸汽，在水冷壁内成为蒸汽和水的混合物，汽水混合物沿水冷壁上升又进入汽包。在汽包中利用汽水分离设备对汽水混合物进行汽水分离，分离出来的水沿着下降管进入水冷壁继续吸热，如此循环。分离出来的蒸汽从汽包顶部的饱和蒸汽引出管引至过热器，在过热器中饱和蒸汽被加热成为过热蒸汽，然后经主蒸汽管道送往汽轮机做功。
1.2汽包水位控制系统
汽包水位是汽包运行中一个重要的监控参数，它反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。维持汽包水位在一定范围内是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包水位过高会影响汽包内汽水分离装置的工作，造成出口蒸汽水分过多，使过热器结垢而烧坏，严重时会导致汽轮机进水；汽包水位过低，会破坏锅炉的水循环，甚至引起爆管。
给水调整就是使水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在允许的范围内变化。高压锅炉汽包的正常水位一般在汽包中心线以下150mm，正常变化范围为±50mm，汽包异常情况为±200mm，汽包事故情况为>±350mm。
单冲量调节的主要问题是，当锅炉负荷和压力变化时，由于水容积蒸汽含量和蒸汽比体积变化而产生虚假水位时，调节器会指导给水调节阀朝错误的方向动作。所以，它只能用在水容量相对较大或负荷相当稳定的锅炉上。
完善的调节系统是三冲量调节系统，该系统增加了蒸汽流量信号和给水量信号。此系统给水量的调节，综合考虑了蒸汽量与给水量相平衡的原则，又考虑了水位偏差的大小，所以，既能够补偿虚假水位的反应，又能纠正给水量的扰动。
1.3汽包水位的动、静态特性
汽包锅炉给水控制对象的系统结构如下图图1-1所示。
图1-1 汽包锅炉给水控制对象的结构系统
影响水位的因素主要有：锅炉蒸发量（负荷D ），给水量G ，锅炉热负荷（燃
烧率M ），汽包压力b P 。控制系统的物质平衡方程为
dt D G Ddt Gdt dH A )()(-=-=-蒸水ρρ （1-1）
将式（1-1）进一步变换得 D G dt
dH A -=-)(蒸水ρρ （1-2） 令，则上式变为 D G dt dH C
-= （1-3） 式中 H ——汽包水位，m 或cm ；
A ——汽水分离面积，2m 或2cm ；
D ——蒸发量，/t h 或/kg s ；
G ——给水量，/t h 或/kg s ；
C ——容量系数；
水ρ——水的密度，t /3m 或kg /3cm ；
蒸ρ——蒸汽密度，t /3m 或kg /3cm 。
容量系数C 是用来表征锅炉结构系数的，而它的动态特性则往往用飞升速度
或飞升时间来表征。
对于汽包锅炉来说，由飞升速度的定义知 max max max max max
)(1H D G C H dt dH Z dt dy ???????-=???? ??=???? ??=ε （1-4） 式中ε——飞升速度，1/s 。
把扰动量即水位变化量转变成用相对量表示的水位变化范围，通常的水位允
许变化范围为±200mm ，这个范围扰动量的相对极限值为100%。式（1-4）中
max max )](1[)/(D G C
dt dH -= 右边一项表示汽包内工质的变化量，当给水量0G =时，而蒸发量D 为最大
时，变化量最大，因此有
max max )/1()/(D C dt dH -= （1-5）
可见这时的扰动量是下降的。故有 )(A 1H D H 1'''max max max max ρρε-??=?--
=D C （1-6） 式中 max D ——锅炉最大的蒸发量；
max H ?——水位变化允许的最大范围。
飞升时间1/a T ε=。
对于蒸发量为100～230/t h 的单汽包炉，当水位变化mm 100±时，
60~30a T s =，对于蒸发量为更大的汽包炉30a T s =，它的意义在于当锅炉在满
负荷运行时，如果突然停止供水，则由于蒸发量和给水量的不平衡造成水位迅速
下降，在s 30内将下降mm 200，或者换句话说，如果给水量减少%10，经过s
30的时间，水位将下降mm 20。
1.3.1汽包水位在给水流量扰动下动态特性
图1-2为给水量扰动时水位阶跃响应曲线。图1-2中曲线1为沸腾式省煤器
情形下水位的动态特性。曲线2则是非沸腾式省煤器时的水位动态特性。
图1-2给水流量扰动下水位阶段响应曲线 从物质平衡的观点来看，加大了给水量G ，水位应立即上升，但实际上并不
是这样，而是经过一段迟延，甚至先下降后再上升。这是因为给水温度远低于省
煤器的温度，即给水有一定的过冷度，水进入省煤器后，使一部分汽变成了水，
特别是沸腾式省煤器，给水减轻了省煤器内的沸腾度，省煤器内的汽泡总容积减
少，因此，进入省煤器内的水首先用来填补省煤器中因汽泡破灭容积减少而降低
的水位，经过一段迟延甚至水位下降后，才能因给水量不断从省煤器进入汽包而
使水位上升。在此过程中，负荷还未发生变化，汽包中的水仍然在蒸发，因此水
位也有下降趋势。
沸腾式省煤器的延迟时间T 为100～200s 。
非沸腾式省煤器的延迟时间T 为30～100s 。
水位在给水量扰动下的传递函数可表示为
s
Ts Ts s s G s H )1(1)()(+=+-=εετε （1-7） 当T τ=时，上式可变为
])1/[()(/)(s s s G s H τε+=
（1-8） 水位对象近似认为是一个积分环节和一个惯性环节并联形式。用一阶近
似表示为
s e s G s H s /)(/)(τε-?= （1-9）
1.3.2汽包水位在蒸汽负荷下动态特性
如果只从物质平衡的角度来看，蒸发量突然增加D ?时，蒸发量高于给水量，
汽包水位是无自平衡能力的，所以水位应该直线下降，如图1-3中1()H t 所示那样，
但实际水位是先上升，后下降，这种现象称为“虚假水位”现象，如图1-3中()
H t 所示。其原因是由于负荷增加时，在汽水循环回路中的蒸发强度也将成比例增加，
水面下汽泡的容积增加得也很快，此时燃料量M 还来不及增加，汽包中汽压b P 下
降，汽包膨胀，使汽泡体积增大而水位上升。
图1-3蒸汽流量扰动下的水位阶跃响应曲线
如图1-3中2()H t 所示。在开始的一段时间后，当汽泡容积和负荷相适应而达
到稳定后，水位就要反映出物质平衡关系而下降。因此，水位的变化应是上述两
者之和，即
12()()()H t H t H t =+ （1-10）
传递函数也为两者的代数和
s
s T K s D s H ε-+=221)()( （1-11） 式中 2T ——2()H t 的时间常数，约为10～20s ；
2K ——2()H t 的放大系数；
ε——飞升速度。
一般100～230t/h 的中高压炉，负荷突然变化10%时，“虚假水位”现象可使
水位变化达30～40mm 。
1.3.3炉膛热负荷扰动下水位变化的动态特性
此处的炉膛热负荷扰动是指燃烧率的扰动。例如燃料量M 增加使炉膛热负
荷增加，锅炉吸收更多的热量，使蒸发强度增大。若此时汽轮机负荷未增加，则
汽轮机侧调节阀开度不变。随着炉膛热负荷的增大，锅炉出口汽压提高，蒸汽流
量也增大，这时蒸发量大于给水量，水位应下降。但是蒸发强度增大同样也使水
面下汽包容积增大，因此也会出现 “虚假水位”现象。燃料量扰动下水位阶跃
响应曲线如图1-4所示。它和图1-3有些相似。只是在这种情况下，蒸汽流量增
加的同时气压也增大了，因而汽包体积的增加比蒸汽流量的扰动时要小，虚假水
位现象比蒸汽流量扰动时要小一些，但持续时间长。
图1-4 燃料量扰动下水位阶跃响应曲线
影响水位的因素除上述之外，还有给水压力、汽包压力、汽轮机调节汽门开
度、二次风分配等。不过这些因素几乎都可以用D 、M 、G 的变化体现出来。
为了保证汽压的稳定，燃料量和蒸发量必须保持平衡，所以这两者往往是一起变
化的，只是先后的差别。
1.3.4液位对象静态特性
对于一台固定容量的汽包锅炉，当设计完后，其汽包、蒸发管道容量是固定
的。汽包及蒸发管道系统中贮藏着蒸汽、水，贮藏量的多少，是以汽包水位H
表征的，其大小受到汽包的流入量（给水量），流出量（蒸发量）之间平衡关系
的影响，同时还受到在给水循环、管道中汽水混合物内汽水容积变化的影响。系
统输入输出之间的静态关系式为：
H=f （W ，D ） （1-12）
其中：H ——汽包水位；
W ——给水流量；
D ——蒸汽流量；
系统在稳态时，给水量和蒸发量之间保持平衡，汽水容积也保持不变，水位
H 保持稳定ΔH 0。
第二章火电厂主要热工控制系统概述
2.1汽包锅炉蒸汽温度控制系统
蒸汽温度控制系统包括过热蒸汽温度控制和再热蒸汽温度控制系统。
过热蒸汽温度自动控制的任务是维持高温过热器出口蒸汽温度（主蒸汽温度）在允许范围内，并保护过热器使其管壁温度不超过允许的工作温度，以确保机组运行的安全性和经济性。影响过热蒸汽温度主要扰动有三种：蒸汽流量扰动；烟气热量扰动；减温水流量扰动。
再热蒸汽温度控制系统的任务是：在各种运行情况下，均使再热器出口蒸汽温度处于允许的范围内，稳态时等于设定值。影响再热蒸汽温度的因素有：机组负荷的变化（蒸汽流量变化）、汽轮机高压缸排气工况、烟气热量变化。
2.2汽包锅炉蒸汽压力控制系统
蒸汽压力的主要扰动是蒸汽负荷的变化与燃料量的波动。当蒸汽负荷及燃料量波动较小时，可以采用蒸汽压力来控制燃料量的单回路控制系统；而当燃料量波动较大时，可组成蒸汽压力对燃料流量的串级控制系统。
图2-1单回路控制系统方框图
图2-2串级控制系统方框图
2.3汽包水位的常规控制系统
2.3.1单冲量水位控制系统
单冲量水位控制系统的基本结构如图所示，该系统是一个只采用汽包水位信号和一个PID调节器的反馈控制系统。这种给水控制系统结构简单，整定方便，但存在三个问题，如下所述。
汽包水位水位给定
调节机构
（1）当负荷变化产生虚假水位时，将使控制器反向错误动作。因此，这种系统克服不了虚假水位带来的严重后果。
（2）对蒸汽流量扰动不灵敏。蒸汽流量变化时，需引起汽包水位变化后才起控制作用，由于控制缓慢，导致控制质量下降。
（3）对给水自发性干扰不能有效及时克服。当给水系统出现扰动时，需等水位变化时才起控制作用，克服干扰不及时。
虽然存在上述缺点，在大型机组的给水控制中，还是采用这种控制系统。但主要在锅炉低负荷阶段采用。
2.3.2双冲量水位系统
锅炉汽包双冲量液位控制系统是在单冲量液位控制基础上引入蒸汽流量作为前馈信号，能消除“虚假液位”对调节的不良影响，缩短了过渡过程时间，改善了控制系统的静态特性，提高了调节质量，所以能在负荷变化较频繁的工况下比较好的完成也为控制任务，在给水压力比较平稳时，用于小型低压锅炉较好。但是也存在着缺点，即调节作用不能及时反映给水侧的扰动。当给水量扰动时，控制系统等于单冲量控制。因此当给水母管压力经常有波动，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。
2.3.3三冲量水位系统
锅炉汽包三冲量液位控制系统是在双冲量液位控制基础上引入了给水流量信号，由水位、蒸汽流量和给水流量组成了三冲量液位控制系统，汽包水位是被控量，是主冲量信号；蒸汽流量、给水流量是两个辅助冲量信号，实质上三冲量控制系统是前馈加反馈控制系统，可分为单级和串级两种控制系统。
当蒸汽流量增加时，调节器立即动作，相应地增加给水流量，能有效地减少虚假液位所引起的调节器误动作。当给水流量发生自发性扰动时（例如给水压力波动引起给水流量的波动），调节器也能立即动作，控制给水流量使给水流量迅速恢复到原来的数值，从而使汽包水位基本不变。可见给水流量信号作为反馈信号，其主要作用是快递消除来自给水侧的内部扰动。当汽包水位增加时，为了维持水位，调节器的正确操作应使给水量减少，反之亦然，即调节器操作给水流量的方向与水位信号的变化方向相反，因此调节器入口处水位信号定义为负极性。但由于汽包锅炉的水位测量装置——平衡器本身已具有反号的特性，所以进入调节器的水位变送信号应为正。
2.4锅炉燃烧过程控制系统
燃烧过程控制任务的任务是：满足机组负荷要求，维持主蒸汽压力稳定；保证燃烧过程经济性；保证燃烧过程稳定性。根据燃烧控制任务，主要调节以下三个物理量：燃料量调节；送风量调节；引风量调节。燃烧过程控制的特点：燃烧过程三项控制任务，对应着三个调节量以维持三个被调量（机组负荷或主蒸汽压力、过剩空气系数或最佳烟气含氧量、炉膛压力），其中主蒸汽压力是锅炉燃料量与汽轮机需要能量是否平衡的指标；过剩空气系数是燃料量和送风量是保持适当比例的指标；炉膛压力是送风量和引风量是否平衡的标准。燃烧过程三个被调量的调节存在着明显的相互影响。
第三章锅炉汽包液位控制系统设计
3.1系统构成及工作原理
由于对象的给水量内扰动态特性存在一定的延迟，所以采用以水位为被调量的单回路系统，则调节过程中的水位会有相当大的偏差。因此，应考虑采用串级控制方案。
由于对象在蒸汽流量和热负荷扰动时有“虚假水位”现象，因此，在设计给水控制方案中，应考虑采用主要扰动(蒸汽流量D)为前馈信号的前馈调节，以改善给水控制系统的控制质量。
由于锅炉水位被控对象的特点，决定了采用单回路反馈控制系统不能满足生产对控制品质的要求，同时由于单级三冲量给水控制系统存在的一些问题，所以发电厂汽包锅炉的给水自动控制普遍采用串级三冲量给水自动控制方案，它是一个前馈——串级控制系统，其中汽包水位H为主参数，给水流量W为副参数，蒸汽流量D为前馈信号。
图所示为串级三冲量给水控制系统的方框图。根据图2-2的串级系统分析，这个系统是由两个闭合反馈回路和一个前馈部分组成。系统组成如下所述：
图3-1串级三冲量给水控制系统框图
（1）由给水流量W、给水流量变送器r w、给水流量反馈、副调节器G C2(s)（PID2）、执行器K2和调节阀Ku组成副回路。
（2）由被控对象G HW、水位测量变送器r w、主调节器G C1(s)（PID1）和副回路组成主回路。
（3）由蒸汽流量信号D ，以及蒸汽流量测量变送器r D 及蒸汽流量前馈装置
构
成前馈控制部分。 3.2部分设备选择
3.2.1调节器及其参数选择
串级控制系统的主、副调节器的任务不同，主调节器一般采用比例积分控制
规律，副调节器可采用比例控制规律，以使副回路具有快速性。 其副回路、主回路的分析和整定，及其
的选择如下所述。
﹤1﹥副回路的分析和整定
+ W
图3-2副回路方框图
根据一般串级控制系统的要求，希望将副回路设置为快速随动系统，这样使
副回路具有快速消除内扰及快速跟踪蒸汽流量的能力。副调节器常选比例控制，
这样副回路具有近似比例带的特性。因此，副调节器的比例带可选择的较小，其
选择以保障副回路不振荡为原则。在选择副调节器的比例带时，给水流量反馈装
置的传递函数可任意设置一个数值，得到满意的
值，如果以后有必要改变，则相应地改变值，使保持整定时的值，以保证副回路的稳定性。
﹤2﹥主回路的分析和整定
由于副调节器采用比例控制，副回路近似为比例环节；同时副回路的
,因此把副回路等效成
。构成主回路的等效方框图如图
所示。
图3-3 主回路等效方框图 这时，主回路等效为一个单回路控制系统。如果以给水量W 作为被控对象
的输入信号，水位变送单元的输出信号为被控对象输出信号，则可以把主调节器
与副回路两者看作是等效主调节器，它的传递函数为
（3-1）
可见，等效主调节器仍然为比例积分调节器，但等效的比例带为
（3-2）
式中：为主调节器PID1的比例带，等效主调节器的积分时间
就是PID1调节器的积分时间。
主回路仍按单回路系统的整定方法整定，
通过试验方法求取主回路被控对象
的阶跃响应曲线，并从曲线上求得和，再按响应曲线整定法中给出的公式计算
等效主调节器的整定参数为
（3-3）
（3-4）
则PID1调节器的参数为
（3-5） （3-6） 给水量W 和给水量反馈装置的传递系数虽然同时对主、副回路的工作产生
影响，但串联系统主、副回路的工作可以认为基本上是各自独立的。串级三冲量
控制系统中的等效主调节器的比例带
可以改变PID1调节器的比例
带来调整。因此，调整并不会影响到副回路的工作稳定性，从而做到主、副回路互不影响，副回路由改变来保证，主回路由来保证。
﹤3﹥蒸汽流量前馈装置的传递函数的选择
静态水位值总是等于给定值，故选择将不受静态特性无差条件的限制，据“虚假水位”程度来确定，从而可改善负荷扰动时控制过程的质量。一般使蒸汽流量信号大于给水流量信号，即
（3-7）
如果给水流量变送器和蒸汽流量变送器和蒸汽流量变送器的斜率相等，则
（3-8）
由于在负荷扰动时，水位的最大偏差往往出现在扰动发生后不久，这个水位最大偏差的数值取决于扰动的大小、扰动速度和锅炉的特性，蒸汽流量信号加强后的前馈作用对水位的最大偏差减少起不了对打作用。加强蒸汽流量信号的作用，在于减少控制过程中第一个波幅后的水位波动幅度和缩短控制过程的时间，蒸汽流量信号也不需要过分加强。
3.2.2调节阀的选择及调节器的正、反作用
如果防止发生事故时，汽包内水被耗干，损坏锅炉，由安全性考虑用气闭阀，汽闭阀当气压信号P>0.02MPa时，阀由全开状态逐渐关闭。确定调节阀的原则是：当调节器输出信号为零时，执行器的工作状态应避免损坏设备和伤害操作人员。
当调节阀为气闭阀时，在副回路中，为负号，为正号，阀门开度增大时，给水流量增大，所以为正号，由，可知为负号，故副调
节器为正作用。主回路中，由副回路做成的一大项为正号，变送器为正号，且阀门开度增大时，液位升高，故为正号，所以主调节器为正号，所以主调节器为反作用。
如果为了防止发生事故时，汽包内水溢出，由安全性考虑选择气开阀，汽开阀当气压信号P<0.02MPa时，阀由关闭状态逐渐打开。
当调节阀为气开阀时，在副回路中，为正号，为正号，阀门开度增大时，给水流量增大，所以为正号，由，可知为正号，故副调
节器为反作用。主回路中，由副回路做成的一大项为正号，变送器为正号，且阀门开度增大时，液位升高，故为正号，所以主调节器为正号，所以主调节器为反作用。
第四章个人总结
在老师的耐心指导和同学的帮助下，我成功地完成了这次热电厂锅炉汽包液位控制系统设计的课程设计。
在这两周中，我能根据计划进度的安排，在老师的指导和与同学得互相讨论当中，按时按量的完成自己的设计任务。在此期间，我重新温习了《控制仪表及装置》、、《热工过程控制仪表》、《过程控制系统及工程》、等相关基础知识，并研读了关于汽包液位控制的书籍和期刊。在设计中，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行了锅炉汽包水位的控制设计。这次设计是对专业课知识的综合应用，是我又从温习中学到新知识。
课程设计是对控制仪表专业知识的一次综合应用、深化和提高，也是将学到理论运用于设计的一次锻炼。通过这次对规范的学习和了解，深知自己的不足，但只要通过自己的努力及老师的艰辛指导，在设计中要求自己时刻查询规范，严格按照规范要求来做，我想自己一定能把这次设计做得更好！通过这次课程设计，我加深对以前说学的专业知识的了解，也发现了自己的不足之处。通过老师和同学的帮助，收获很大。学会了结构设计的基本要点和思想，相信在以后的工作和学习中会有很大的帮助。
； 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。
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
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
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
目录 1 概述 (2) 3 液位控制系统方案 (3) 3.1 系统方框图 (3) 3.2 系统方案图 (4) 4 控制系统的设计 (4) 4.1 系统控制过程分析 (5) 4.1.1 系统平衡阶段分析 (5) 4.1.2 系统抗扰动阶段分析 (5) 4.2 单回路反馈控制系统 (6) 4.3 检测变送器的选择 (7) 4.3.1 选取原则 (7) 4.3.2 压差变送器 (7) 4.4 调节阀的选择 (8) 4.5 仪表性能指标的计算 (9) 4.5.1 精度 (9) 4.5.2 灵敏度和灵敏性 (9) 4.5.3 回差 (9) 4.6 调节器的选择 (9) 4.7 调节器作用方向的选择 (10) 4.8 系统的投运和整定 (10) 4.8.1 系统的投运 (10) 4.8.2 简单控制系统的参数整定 (11) 5 系统工作原理简述 (11) 5.1 当汽包液位下降时 (11) 5.2 当汽包液位上升时 (12) 6 心得体会 (12) 参考文献 (13)
锅炉汽包水位单冲量控制系统设计 1 概述 在过程自动化技术出现之前，工厂操作员必须人工监测设备性能指标和产品质量，以确定生产设备处于最佳运行状态，而且必须在停机时才能实施各种维护，这降低了工厂运营效率，且无法保障操作安全。 过程自动化技术可以简化这一过程。通过在工厂各个区域安装数千个传感器，过程自动化系统可以收集温度、压力和流速等数据，然后利用计算机对这些信息进行储存和分析，再用简洁明了的形式把处理后的数据显示到控制室的大屏幕上。操作人员只要观察大屏幕就可以监控整个工厂的每项设备。 过程自动化系统除了能够采集和处理信息，还能自动调节各种设备，优化生产。在必要时，工厂操作员可以中止过程自动化系统，进行手动操作。 工厂所有者希望他们的设备能以最低的成本生产最多的产品，而在石油、天然气和石化等多个行业，能源成本占总生产成本的30—50%。因此，通过过程自动化技术增效节能是降低生产成本的有效途径。 对于过程自动化技术而言，计算机程序不仅能够监测和显示工厂的运行状况，还能模拟不同的运行模式，找到最佳策略以提高能效。这些程序的独特优势是能够“学习”和预测趋势，提高了对外界条件变化的响应速度。 过程自动化系统中的软件和控制装置能够对设备进行调节，使其在最佳速度下运行，从而大大降低能耗。它们还能够确保质量的一致性，降低次品率，减少浪费。过程自动化系统还能预测何时需要对生产设备进行维护，从而减少了对设备进行常规检查的次数。常规检查次数的降低可以减少停止和重新启动机器所花费的时间和能源。 过程控制系统分为多种，有简单控制系统和复杂控制系统，而复杂过程控制系统又可分为：串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统和均值控制系统等几种。在本次控制系统的选择中，因为设计题目要求是：锅炉汽包水位单冲量控制系统的设计，所以本着简单、实用的原则我把它设计成一个简单的单回路系统来满足题目要求。 2 锅炉生产蒸汽工艺简述 锅炉汽包水位系统流程如图1所示。
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温度进行控制，使得温度在要求范围内。这样，就实现了锅炉温度的控制。在该界面加入菜单项，可以查看历史系统报警。加入实时曲线、历史曲线和帮助界面按钮，可以使操作者更加快捷、准确的实现对系统的控制。如图1所示：
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。
/ 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。
锅炉汽包水位控制系统 概述 蒸汽锅炉是企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽产品，以满足负荷的需要。锅炉是一个十分复杂的控制对象，为保证提供合格的蒸汽产品以适应负荷的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。保持锅炉汽包水位在正常范围内是锅炉运行的一项重要的安全性能指标，由于负荷、燃烧状况及给水流量等因素的变化，汽包水位会经常发生变化。因此锅炉汽包水位应当根据设备的运行状况进行实时调节加以严格控制以保证锅炉的安全运行。 工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量使其与蒸发量保持动态平衡，维持汽包水位在工艺允许的范围内，是保证锅炉安全生产运行的必要条件，锅炉汽包水位也是锅炉运行中一个重要的监控参数，它间接地体现了锅炉负荷和给水之间的平衡关系。 采用PLC控制技术，能实现对锅炉运行过程的自动检测、自动控制等多项功能。它的被控量是汽包水位，而调节量则是汽包给水流量，通过对汽包水位的实时检测并进行反馈，PLC对反馈信号和给定信号进行比较，然后根据控制算法对二者的偏差进行相应的运算，运算结果输出给执行机构从而实现给水流量的调节，使汽包内部的物料达到动态平衡，汽包水位变化在允许范围之内。 1．1 锅炉汽包水位的控制方案 锅炉汽包水位控制系统采用三冲量控制系统，三冲量控制系统实际上是前馈一串级控制系统，它的主回路是一个定值调节系统，副回路是一个随动调节系统，主调节器按照对象操作条件及负荷情况而随时校正副调节器的给定值，从而使副参数能随时跟踪操作条件或负荷的变化而变化，最终达到保持主参数恒定的目的。其中主变量是汽包液位，副变量是给水流量蒸汽流量信号作为前馈信号引入流程。（见图1和图2）。
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 -