天津城建大学
课程设计任务书
2017 -2018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 2018 年 6 月 11 日至 2018 年 6 月 15 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。具体要求如下：
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）：
系主任（签字）：
批准日期：2018 年 6 月 1 日
目录
1、绪论 (1)
1.1锅炉的工作过程简介 (1)
1.2锅炉汽包水位自动控制的意义 (1)
1.3 锅炉液位控制的难点 (1)
2、汽包锅炉水位控制系统的设计 (2)
2.1概述 (2)
2.2单冲量控制系统 (2)
2.3双冲量控制系统 (2)
2.4三冲量控制系统 (3)
2.4.1单级三冲量控制系统 (3)
2.4.2串级三冲量控制系统 (4)
3、锅炉汽包水位的动态特性的数学建模 (5)
3.1给水流量作用下的动态特性 (5)
3.2 蒸汽流量扰动下的动态特性 (6)
3.3 根据所给数据进行曲线拟合 (6)
3.3.1相关MATLAB程序及结果 (6)
3.3.2控制变量的确定 (7)
3.4串级三冲量的框图 (8)
4、硬件选择 (9)
4.1流量传感器选择 (9)
4.2水位传感器选择 (9)
4.3电机的选择 (9)
4.4接触器的选择 (9)
4.5阀的开闭选择形式 (9)
5、PID参数的整定和SIMULINK仿真 (9)
5.1串级三冲量仿真电路图的搭建 (10)
5.2串级三冲量PID参数的整定 (10)
5.3仿真分析 (12)
总结 (13)
参考文献 (13)
1、绪论
1.1锅炉的工作过程简介
锅炉是我国工业生产和日常生活中应用最广泛的热工设备。锅炉的任务是根据外部负荷的变化，输送一定质量的蒸汽(蒸汽压力、蒸汽温度)和相应的蒸汽量。它产生的蒸汽不仅可以为蒸馏、化学反应、干燥等过程提供热源，而且可以作为风扇、压缩机和泵驱动涡轮机的动力源。
锅炉由“锅”和“炉”两部分组成。“锅”是锅炉的蒸汽水系统,如图所示。本实用新型由省煤器3、汽包4、下降管8、过热器5、上升管7、给水控制阀2、水母管1和蒸汽主管6组成。锅炉给水泵进入省煤器,省煤器内的水吸收烟气的热量,使温度在自身压力下升高到沸点,变成饱和水。然后引入汽包。滚筒中的水通过降液管进入锅炉底部的下部集管,并通过炉周围的水壁进入上部集箱。然后返回到滚筒。水从水冷壁管中吸收直接火焰辐射的热量.在恒温下,一部分水蒸发成蒸汽,蒸汽和水的混合物。蒸汽和蒸汽的混合物在滚筒中被分离成水和蒸汽。水和给水进入降液管参与循环。蒸汽通过汽缸顶部的油管被带到过热器。蒸汽在过热器中吸收热量,并将其加热到规定的温度。成为合格的蒸汽输送主管。
图1.1 锅炉的汽水系统
炉膛是由炉膜、烟道、燃烧器和空气预热器组成的锅炉燃烧系统。锅炉燃料燃烧所需的空气通过空气预热器送至鼓风机,空气预热器吸收空气预热器中的烟气热量,形成热空气。与燃料按一定比例燃烧到炉膛中。所产生的热量被传送到蒸汽产生系统以产生饱和蒸汽。然后通过过热器形成一定量的过热蒸汽并收集到蒸汽集管中。负荷调节阀在一定压力下采用过热蒸汽。同时,烟气在燃烧过程中产生大量的余热。此外,饱和蒸汽转化为过热蒸汽,它还预热锅炉给水和空气,最后通过烟囱进入大气。
1.2锅炉汽包水位自动控制的意义
锅炉水位是保证锅炉安全运行的重要标志。当水位过低时,负荷越大,汽化速度越快。锅炉管中的水一旦完全蒸发,这会导致锅炉燃烧甚至爆炸,水位过高。它影响锅炉汽缸的蒸汽分离,并产生蒸汽和液体相结合的现象,这是由过热器的关闭和结垢引起的。同时过热的蒸汽温度也随之降低,易发生太阳涡轮叶片它影响机组运行的安全性和经济性。随着锅炉容量的增加,水位变化越来越快,手工操作越来越繁重。因此,迫切需要汽包水位的自动调节。
1.3 锅炉液位控制的难点
液位控制技术是通过控制进、出口阀的开度和改变水的流量来实现的,而水温的控制则是通过调节加热功率来实现的。在锅炉控制系统中,锅炉液位控制尤为重要和困难。在锅炉运行过程中,由于进水量和输出量的变化,PID控制器的参数难以调节。以满足各种工况的要求,获得理想的控制效果。过多的调整将导致频繁的流动回路运动,这将对下游设备造成额外的干扰。这样,液位控制器通常处于欠调节状态,允许液位在一定范围内波动,从而减少输出水的变化。然而,PID不能及时抑制大扰动,导致锅炉运行的安全性。
此外,液位波动也会影响锅炉运行的稳定性,使蒸汽输送难以控制。影响锅炉水位的主要因素有给水流量、蒸汽出口流量和混合燃料进给率。每个变量都有自己的干扰。相对冷的供水造成相应的纯滞后。蒸汽外流的突然增加引起了一种典型的“假水位”现象,它暂时改变了过程的方向,导致误操作和事故。
2、汽包锅炉水位控制系统的设计
2.1概述
随着锅炉的出现,汽包水位的控制一直是控制领域中的一个典型问题。随着控制理论、控制技术和现代控制方法的发展,锅炉自动化控制水平也在逐步提高。在此期间,经历了30、40年代的单参数仪表控制、40年代组合仪表的综合参数仪表控制和60年代的计算机控制等几个阶段,通常有几种方案：
(1)单脉冲控制系统。即汽包水位单回路水位控制系统；
(2)双冲量控制系统。即在单冲量系统的基础上引入了蒸汽流量信号；
(3)三冲量控制系统。是以双脉冲系统为基础,介绍了进水流量信号。
2.2单冲量控制系统
单脉冲水位控制系统将汽包水位作为唯一的控制信号,脉冲是可变的。水位测量信号通过发射机发送到水位调节器。根据汽包水位H的测量值与给定值H0之间的偏差,调节器通过执行器控制给水调节阀,以改变供水量。使滚筒的水位保持在允许的范围内。系统框图为图2.1所示。
图2.1单冲量控制系统框图
该控制系统结构简单,是典型的单回路定制控制系统。在长的停留时间、稳定的负荷和鼓内水的“假水位”的情况下,采用单脉冲控制系统,PID调节一般能满足生产要求。单脉冲汽包水位调节系统结构简单,汽包容量大,扰动后水位响应慢,“假水位”现象严重。单脉冲水位调节可满足生产要求。单脉冲鼓式液位调节存在一些不足。主要有：
（1）单脉冲控制方案仅根据水位信号控制供水。当锅炉负荷变化很大时,也就是说,当阶跃扰动很大时,由于锅炉的“假水位”现象,例如当负荷蒸汽增加时,水位首先升高。调节器只使用水位作为控制信号来关闭小阀门以减少供水。这种行为对于锅炉的流量平衡是不正确的,从而增加了蒸汽流量和给水流量的波动范围。扩大了进出口贸易的不平衡。
（2）)从供水扰动下水位变化的动态特征可以看出,当供水压力变化引起供水变化时,调整器直到水位变化后才开始运行。但调整器作用后,必须经过一段时间的滞后时间,才能影响汽包的水位,因此,汽包水位波动较大,加工时间较长。
2.3双冲量控制系统
在汽包水位控制中,主要的干扰是负荷的变化。双脉冲控制系统是以锅炉汽包水位测量信号为主控制信号,以蒸汽流量信号为前馈信号的前馈-反馈控制系统。系统框图为图2.2所示。
图2.2双冲量控制系统框图
双冲量控制系统的优点是：蒸汽流量前馈信号的引入，可以消除“假水位”带来的不利影响。当蒸汽量发生变化时，可以产生与蒸汽相同方向的信号,以减少或消除由“假水位”现象引起的虚假水位。通过引入蒸汽流量的前馈信号,可以提高控制系统的静态特性。提高控制质量。双脉冲控制系统的问题是给水系统的扰动不能直接补偿,当供水受到干扰时,只有当水位信号发生变化,滞后时间较长时,才能由调整器进行调节。水位波动很大。
2.4三冲量控制系统
2.4.1单级三冲量控制系统
三水锅炉给水自动控制系统是以给水水位H为主要控制信号,蒸汽流量D为前馈控制信号,给水流量W 为反馈控制信号的控制系统。
三冲量控制系统采用蒸汽量进行前馈控制。当负荷(蒸汽流量)突然变化时,蒸汽流量信号可使给水调节阀开始向正方向移动,即当蒸汽流量增加时,供水调节阀打开。以弥补“虚假水位”带来的误导。如果给水流量降低,则调节器根据减少的进水流量信号立即打开进给阀,从而维持恒定的供水。此外,给水流量信号也是调节器运行后的反馈信号,可以使调节器尽早了解控制效果。因此,采用三冲量控制系统可以加快调速器的动作速度,避免过大的调节,减少水位的波动。防止逃跑。系统框图为图2.3所示。
图2.3单级三冲量控制系统框图
从系统框图可以看出，单级三冲量控制系统有两个闭合回路：一个是由供水流量W、给水变送器、调节器和调节阀组成的内环,另一个是由汽包水位对象组成的主回路。内圈。蒸汽流量D及其蒸汽发射机不包括在这两个闭环中。然而,其引入可提高控制质量,不影响闭环稳定性。因此,三冲量控制的本质是前馈加反馈控制系统。
单级三冲量控制系统具有如下优点：与单脉冲和双脉冲控制系统相比，其控制质量最好，能有效地满足系统对速度、稳定性和精度的要求，有效地避免了“假水位”现象。与单脉冲和双脉冲相比，最大的缺点是系统成本高，系统复杂，不易设置。
2.4.2串级三冲量控制系统
随着生产过程向大、连续、强化方向发展,操作要求越来越严格,各参数之间的关系更加复杂,对控制精度和功能提出了新的要求。因此,有必要在单回路的基础上采取其他措施,形成一个复杂的控制系统。在图所示的三冲量串级控制系统的框图中,主调节器接收水位信号作为主控制信号,蒸汽流量信号控制二次调节器的给水设定值,除接收主调节器的设定信号外,还接收水流信号。前馈信号用作给水流量前馈的前馈信号。当蒸汽负荷突然变化时,蒸汽流量信号使给水调节阀立即向右移动,即当蒸汽流量增加时,供水调节阀大大打开,从而抵消了由虚假水位引起的反应。从而减小了水位和供水流量的波动范围。作为调节阀运行后的反馈信号,给水流量信号可以使调整器尽早了解控制效果,并进行相应的调整。系统框图为图2.4所
示。
图2.4串级三冲量控制系统框图
在实际应用中,由于选择的控制阀不同,级联三脉冲的设计不同。
3、锅炉汽包水位的动态特性的数学建模 3.1给水流量作用下的动态特性
当水流量突然增加时,锅炉的蒸发量不变,流量大于蒸发率,但随着低温供水和节约用水,节约用水和节约用水的流量增加。ING 不会立即增加。一些热量从原来的饱和蒸汽混合物中吸收,从而减少了表面以下气泡的体积。事实上,由于水的温度远低于省煤器的温度,供水具有一定程度的过冷度。当水进入省煤器时,一些蒸汽将转化为水,尤其是沸腾的省煤器。给水降低了省煤器内的沸腾程度。省煤器内蒸汽气泡的总体积减小,因此,首先用进入省煤器的水填充因气泡破裂体积减小而降低的省煤器水位,在一段时间之后,即使水位下降后,水位也上升,因为供水从省煤器连续进入滚筒。在这个过程中,负荷不变,滚筒内的水仍在蒸发,所以水位也在下降。从H 曲线可以清楚地看出。给水被控对象的内部扰动特征是,由于给水过冷的影响,当加水扰动时,水位H 的变化非常缓慢,经过一段时间后水位的变化率逐渐增大。最后,当质量不平衡起主要作用时,它以一定的速度直线上升。如果水的供应和蒸汽的数量不平衡,水位不确定。简要介绍了水位扰动下水位的传递函数。
根据物料不平衡与热平衡的关系,可将锅炉汽包水位调节对象的动态特性方程简化为：
???
?
?+-??? ??+=+D D D D W W W W U K dt dU T U K dt dU T dt dh T dt h d T T 1
2
22
1 （3.1） 式中：h 为汽包水位的高度；
W T 为给水流量项的时间常数； D T 为蒸汽流量项的时间常数； D K 为蒸汽流量项的放大倍数；
1T 、2T 为时间常数。
同时D U 、W U 的式子如下：
MAX D D D U ?=MAX W D W U ?= （3.2）
式中：D 为锅炉蒸汽流量；
W 为锅炉给水流量。
可以看出,滚筒水位变化的扰动主要是蒸汽流(称为外部扰动)和水流(称为外部扰动)。因此,汽包水位
调节对象在供水作用下的运动方程可以表示为：
W W W W U K dt
dU T dt dh
T dt h d T T +=+1
2
221 （3.3） 两边取拉氏变换，结合工程实际忽略较小的，在较长时间内,随着供水量的增加,滚筒水位不增加。因此,在给水流量作用下锅炉汽包水位的动态数学模型可以得到如下：
()()()()S T S K S U S H S G a W W +=
=
11 （3.4）
3.2 蒸汽流量扰动下的动态特性
当负荷变化时,汽包水位的动态特性有一个特殊的形式：负荷增加时，蒸发量大于给水量，但水位不是下降反而迅速上升；负荷突然减小时，水位却先下降，然后迅速上升，这就是“虚假水位”现象。锅炉水位的变化与锅炉的运行特性有关。几小时内燃料的突然减少(例如,"假水位"在大约2分钟或4分钟内达到最低水平)(例如,锅炉熄灭了火)。在“假水位”在20秒左右达到最低值,而“假水位”达到最低值的时间与负荷达到最低值的时间基本相同。水轮机甩负荷时出现的“假水位”现象十分严重,给水位自动调节系统的组成带来了困难。为了使水位保持在允许范围内,负荷和负荷变 化的变化应受到限制。汽包水位调节对象的动态特性方程也可在外界干扰下得到：
??
? ??+-=+D D D D U K dt dU T dt dh T dt h d T T 1
2
22
1 （3.5） 对上式方程进行拉氏变换，并令()12T T K K D D -=、D K T T 1= 得到锅炉汽包水位在蒸汽流量作用下的动态数学模型如下：
()()()TS S T K S U S H S G D D 112-
+==
（3.6)
3.3 根据所给数据进行曲线拟合 3.3.1相关MATLAB 程序及结果
>> x=[0,2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24,26,28,30,32,34,36,38,40];
>>y=[270.0,270.0,267.0,264.7,262.7,261.0,259.5,258.4,257.8,257.0,256.5,256.0,255.7,255.4,255.2,255.1,255.0,255.0,255.0,255.0,255.0] >> figure(1); >> subplot(2,1,1); >> plot(x,y,'o'); >> aa=polyfit(x,y,5);
>> f_x=vpa(poly2sym(aa,'x'),4) f_x =
5.124e-10*x^5 - 3.795e-8*x^4 - 7.444e-6*x^3 + 0.0007902*x^2 - 0.008607*x + 0.6594 >> x=0:5:85; >> subplot(2,1,2);
>> plot(x,polyval(aa,x),'r-o');
>> axis([0 85 0 1.500])
图3.1 拟合曲线
3.3.2控制变量的确定
通过现场数据采集和数据分析处理,最终得出锅炉汽包水位在给水流量作用下的动态数学模型：
()()()()()S S S T S K S U S H S G a W W 25108
.011+=+==
（3.7） 通过对现场实测数据的分析和处理,得出锅炉汽包水位在蒸汽流量下的动态数学模型：
()()()S
S TS S T K S U S H S G D D 08
.01255112-+=-+==
（3.8）
3.4串级三冲量的框图
图3.2汽包水位三冲量控制系统框图
图3.3 单级三冲量控制系统框图
从系统框图可以看出，单级三冲量控制系统有两个闭合回路：一个由供水流量W 、给水变送器、调节
器和调节阀组成;另一个是由汽包水位对象和T 组成的主回路。他内心的循环。蒸汽流量D 及其蒸汽变送器不包括在两个闭环中。但它的引入可以提高控制质量,不影响闭环操作的稳定性。因此,三冲量控制的本质是前馈加反馈控制系统。
单级三冲量控制系统具有如下优点：相对单脉冲和双脉冲控制系统具有最佳的控制品质,能有效满足系统对快速性、稳定性和准确性的要求,并能有效地避免“虚假水位”。与单脉冲和双脉冲相比,最大的缺点是系统成本高,系统复杂,不易设置。 4、硬件选择 4.1流量传感器选择
根据控制方案,流量传感器可用于测量水流量和蒸汽流量。这两种信号可以有效地提高控制质量。因此,合理选择流量传感器可以有效地改善整个流量传感器系统的控制质量。众所周知，35t/h 锅炉汽包水位应控制，即锅炉正常运行时每小时蒸发35吨蒸汽，即35吨水蒸发成蒸汽，当水位稳定时，供水为35m3/h 。上海正波自动化仪表有限公司生产的LUGB-99涡街流量计是一种基于卡门涡原理的新型流体振动流量计。具有测量范围宽、压力损失小、性能稳定、精度高、安装使用方便等优点。它被广泛用于封闭工业管道中液体、蒸汽和蒸汽介质的体积和质量流量的测量。 4.2水位传感器选择
因为设计的目的是控制水位的稳定性,而整个控制系统是基于水位的精确测量,水位的准确测量直接关系到控制的质量。水位传感器的合理选择是水位控制系统设计的关键。已知鼓级应控制在300±10毫米。根据过程控制仪表范围的选择原则,仪器范围应为测量参数的4/3~3/2倍。因此,所选择的传感器的最大范围是400~450毫米。滚筒的水位应控制在300±10毫米,因此所选水位传感器的精度应高于10/450=2.2% FS,因此测量精度的选择只能满足要求。 4.3电机的选择
电机是锅炉汽包供水的动力设备。电动机的准确选择与汽包能否准确供水和影响汽包水位的稳定性有关。锅炉的控制蒸发量为35t/h,鼓风机压力为50MPa,管径为50mm,因此电机的功率可估算如下：
22
3500010/500000 3.14 2.595360010000
W kg m s P K s ????=≈? (4.1)
从计算结果可以看出,功率为100kW 的三相异步电动机完全能满足工作要求。由于采用变频调速,无需选择绕线式异步电动机,鼠笼式电机可满足要求。济南华力贝尔机电设备有限公司YJTG 三相变频电机是专门设计用于变频调速的,可根据技术要求设定额定电压380V 和额定功率100kW 。 4.4接触器的选择
接触器是系统中使用的一种重要开关设备。合理选择接触器,可以保证交流电动机能够准确、及时地启动和停止。通过分析,三相交流异步电动机的最大工作电流在50Hz 交流电压下工作,其工作电流为:
152
A ≈ (4.2)
因此,根据设计要求,浙江宏利电气有限公司生产的HLC-3X 系列空调接触器主要适用于50Hz 或60Hz,当AC-7B 额定工作电压为230V 或480V 时,额定电流为40A 电路。起动和控制三相交流电动机(压缩机)和其他三相负载,选择五套这种A 型接触器可同时驱动电机以满足设计要求。 4.5阀的开闭选择形式
给水调节阀开合气的选择一般是从安全的角度考虑的,第一个依据是人员安全、生产安全和系统设备
安全。由于工业生产过程中的控制阀大多是气动控制阀,因此有必要对控制阀的开闭方式进行选择。锅炉给水调节阀一般采用密闭式空气调节阀。一旦发生事故,系统失控,供水调节阀处于全开状态,即锅炉不会因供水中断而烧毁,避免发生爆炸等事故。
5、PID参数的整定和SIMULINK仿真
5.1串级三冲量仿真电路图的搭建
图5.1 串级三冲量仿真电路图
5.2串级三冲量PID参数的整定
图5.2 主控制器PID
无差控制，在运行300和450处加蒸汽扰动，抗干扰能力好
图5.4 控制图像 超调量：响应的最大偏离量
)(p t h 与终值
)
(∞h 的差与终值)(∞h 比的百分数，即
从图5.4估读：
延迟时间：响应曲线第一次到达其终值一半所需的时间d
t =2.5s 上升时间：响应从终值10%上升到终值90%所需的时间r t =5s
峰值时间：响应超过其终值到达第一个峰值所需的时间p
t =15s
调节时间：响应到达并保持在终值%5±内所需的时间
s
t =25s
5.3仿真分析
采用主回路校正水位偏差，二次回路快速消除内部扰动，前馈路径补偿外部干扰，克服假水位现象。在串级三冲量给水控制系统中，给水流量扰动是一种内部扰动，串级三冲量给水控制系统的主要调节任务是校正水位，这比单级三级冲激给水控制系统的工作更为合理。
前馈控制是基于前馈控制器来处理扰动信号,消除干扰对调节量的影响。它是一种基于扰动的补偿控制,因此前馈控制又称为扰动补偿。根据自动控制原理,扰动补偿属于开环控制。前馈控制对系统的稳定性没有影响。只要原系统稳定,前馈控制后系统仍保持稳定。
前馈控制只能补偿可测量的扰动。前馈控制器的结构和参数取决于被控对象和干扰信道的特性。 仿真结果表明，串级三冲量给水控制系统对各种典型影响因素的干扰反应迅速，调节质量和精度较高，能够保持汽包水位的稳定。确保机组安全稳定运行。
总结
控制锅炉汽包液位的任务是控制水的流量,保持蒸发的动态平衡,保持汽包液位在技术范围内,是保证锅炉安全运行的必要条件。汽包液位控制系统是控制理论和过程控制技术在实际生产过程中的典型应用案例。在生产现场采用的三冲量控制方法也是本文所讨论的三冲量控制方案。大量实践证明,三冲量控制方案在锅炉汽包液位控制系统中是可行的,达到了预期的控制效果,达到了控制要求。对提高生产效率和节约资源起到了明显的作用。
通过这一过程控制课程的设计，我们有着深刻的感受，不仅要复习和巩固书中所学到的知识，还要培养自己独立思考和解决问题的能力。经过近一周的艰苦工作，我终于在规定的时间内完成了这项任务。通过对锅炉液位三冲量控制的深入了解，并结合我在多门专业课程中所学到的知识，进一步提高了我们综合运用知识的能力。通过课程设计将专业知识联系起来，了解理论知识的重要性和广泛的应用，加深对专业、工程设计的理解。让我在生产实践中了解更多，不能死板地抄袭书面知识，需要具体问题的具体分析，才能纠正和快速解决问题。此外，让我明白在设计和制造的道路上，需要不断的探索和创造，坚持不懈，坚韧不拔。这种设计经验使我受益匪浅。
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
[4]牛培峰等，过程控制系统，电子工业出版社，2011
[5]过程控制教材
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
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 -
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
目录 第1章绪论 (2) 1.1概述 (2) 1.2锅炉的工作过程简介 (2) 第2章锅炉汽包水位动态特性分析 (4) 2.1汽包水位在给水流量W作用下的动态特性 (4) 2.2汽包水位在蒸汽流量D扰动下的动态特性 (5) 第3章锅炉汽包水位的控制方案 (7) 3.1单冲量控制方式 (7) 3.2双冲量控制方式 (7) 3.3三冲量控制方式 (8) 3.4我选择的控制方式 (9) 第4章仪器仪表的选择与参数的整定 (10) 4.1液位变送器的选择 (10) 4.2控制器的选择 (11) 4.3执行器的选择 (12) 4.4控制器的作用方式 (13) 4.5阀的开闭选择形式 (13) 4.6工程整定 (14) 参考文献: (15)
第1章绪论 1.1 概述 汽包水位是锅炉运行的重要指标,是一个非常重要的被控变量。维持水位在一定范围内是保障锅炉安全运行的首要条件，液位过高, 会使蒸汽带水过多, 汽水分离差, 使后续的过热器管壁结垢, 传热效率下降, 过热蒸汽温度下降, 严重时将引起蒸汽品质下降, 影响生产和安全; 水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环, 引起水冷壁局部过热而损坏, 严重时会发生锅炉爆炸。因此, 在锅炉运行中, 保证汽包水位在正常范围是非本设计是锅炉汽包水位控制系统的设计，锅炉汽包水位的良好控制是保证系统输出蒸汽温度稳定的前提。经分析后采用三冲量的控制方式，。 1.2 锅炉的工作过程简介 锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备，锅炉的任务是根据外界负荷的变化，输送一定质量(汽压、汽温)和相应数量的蒸汽。它所产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥等过程提供热源，而且还可以作为风机、压缩机、泵类驱动透平的动力源。 锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。“锅”就是锅炉的汽水系统，如图所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、过热器5、上升管7、给水调节阀2、给水母管1及蒸汽母管6等组成。锅炉的给水用给水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收烟气的热量，使温度升高到本身压力下的沸点，成为饱和水然后引入汽包。汽包中的水经下降管进入锅炉底部的下联箱，又经炉膛四周的水冷壁进入上联箱，随即又回入汽包。水在水冷壁管中吸收炉内火焰直接辐射的热，在温度不变的情况下，一部分蒸发成蒸汽，成为汽水混合物。汽水混合物在汽包中分离成水和汽，水和给水一起再进入下降管参加循环，汽则由汽包顶部的管子引往过热器，蒸汽在过热器中吸热、升温达到规定温度，成为合格蒸汽送入蒸汽母管。“炉”就是锅炉的燃烧系统，由炉膜、烟道、喷燃器、空气预热器等组成。锅炉燃料燃烧所需的空气由送风机送入，通过空气预热器，在空气预热器中吸收烟气热量，成为热空气后，与燃料按一定的比例进入炉膛燃烧，生成的热量传递给
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。
DRZT 01-2004 火力发电厂锅炉汽包水位测 量 系统技术规定 1适用范畴本标准规定了火力发电厂锅炉汽包水位测量系统的配置、补偿、安装和运行爱护的技术要求。 本标准适用于火力发电厂高压、超高压及亚临界压力的汽包锅炉。 2汽包水位测量系统的配置 2.1锅炉汽包水位测量系统的配置必须采纳两种或以上工作原理共存的配置方式。锅炉汽包至少应配置1 套就地水位计、3 套差压式水位测量装置和2 套电极式水位测量装置。 新建锅炉汽包应配置1 套就地水位计、3 套差压式水位测量装置和3 套电极式水位测量装置或1 套就地水位计、1套电极式水位测量装置和6套差压式水位测量装置。 2.2锅炉汽包水位操纵和爱护应分别设置独立的操纵器。在操纵室，除借助DCS 监视汽包水位外，至少还应当设置一个独立于DCS 及其电源的汽包水位后备显示外表(或装置)。 2.3锅炉汽包水位操纵应分别取自3 个独立的差压变送器进行逻辑判定后 的信号。3个独立的差压变送器信号应分别通过3个独立的输入/输出(I/O) 模件或3条独立的现场总线，引入分散操纵系统(DCS)的冗余操纵器。 2.4锅炉汽包水位爱护应分别取自3 个独立的电极式测量装置或差压式水位测量装置(当采纳6 套配置时)进行逻辑判定后的信号。当锅炉只配置2个电极式测量装置时，汽包水位爱护应取自2 个独立的电极式测量装置以及差压式水位测量装置进行逻辑判定后的信号。 3个独立的测量装置输出的信号应分别通过3 个独立的I/O 模件引入DCS 的冗余操纵器。 2.5每个汽包水位信号补偿用的汽包压力变送器应分别独立配置。 2.6水位测量的差压变送器信号间、电极式测量装置信号间，以及差压变送器和电
/ 过程控制系统实验报告（ 专业 xxxxxx 班级 xxxxxxxxx 学生姓名 xxxxxx < 学号 xxxxxxxx
锅炉汽包水位控制系统设计 < 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统，使汽包水位维持在90CM，稳态误差±0,5CM，以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据 4.】 5.设计控制系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标 6.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 7.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 8.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要满足动态性能 指标 9.总结实验课程设计的经验和收获 (
* 过程控制系统实验报告............................... - 0 -第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理............ - 3 -概述............................................ - 3 -！ 锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................ - 3 - 锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 - ............... - 5 -对被控对象进行特性分析 ............................... - 5 -汽包水位控制系统方框图和流程图......................... - 5 -液位控制系统的方框图.................................. - 5 - 液位控制系统的方案图.................................. - 6 -选择被控参数和被控变量 ................................ - 6 -; 选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标............. - 7 -传感器、变送器选择........................................... - 7 -执行器的选择................................................. - 8 -关于给水调节阀的气开气关的选择。............................. - 8 - 关于给水调节阀型号的选择。.................................. - 8 -
目录 目录 (1) 1绪论 (3) 1.1锅炉汽包水位测量的重要性 (3) 1.2 锅炉汽包水位测量 (3) 2 控制系统总体结构设计 (4) 2.1 控制对象的选择 (4) 2.1.1 给水任务 (4) 2.1.2给水自动调节系统被 (4) 2.1.3被调量Ｈ变化的主要原因 (5) 2.2 整体结构设计 (7) 2.2.1控制方案 (7) 2.2.2 300MW机组给水控制过程 (9) 3 测量仪表选型 (13) 3.1 给水控制系统测量任务 (13) 3.1.1汽包水位的修正 (13) 3.1.2给水流量的校正 (13) 3.1.3主蒸汽流量的校正 (14) 3.2测量仪表的选型 (15) 3.2.1汽包水位测量方面 (15) 3.2.2给水流量测量方面 (17)
3.2.3主蒸汽流量测量方面 (18) 4 数据采集系统选型 (20) 4.1数据采集基本知识 (20) 4.2数据采集卡的主要性能指标 (20) 4.3 数据采集系统选型 (21) 4.3.1数据采集卡的选型 (21) 4.3.2 NI PCI-6221数据采集卡相关配件 (21) 4.2.3数据采集系统结构图如下 (24) 第五章：数据采集程序设计 (25) 5.1 LabVIEW数据采集介绍 (25) 5.2 基于LabVIEW平台的虚拟仪器程序设计 (25) 5.3数据采集程序设计 (26) 5.3.1配置采集任务 (26) 5.3.2程序设计步骤 (26) 6控制系统界面设计 (31) 6.1LabVIEW界面设计介绍 (31) 6.2控制系统界面设计 (31) 6.2.1锅炉给水操作控制面板图如下 (31) 6.2.2界面总图如下 (32) 分组说明 (32) 参考文献 (34)
1.汽包水位的动态特性描述 (1) 1.1.汽包在给水流量作用下的动态特性 (1) 1.2.汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 (2) 2.汽包水位控制方案的选择及其原理 (4) 2.1.三冲量控制原理及各部分的作用 (4) 2.1.1.控制原理 (4) 2.1.2.各部分的作用 (5) 3.前馈-串级控制系统的特点和调节器作用方式判断 (7) 3.1.控制系统的特点 (7) 3.1.1.前馈控制系统的特点 (7) 3.1.2.串级控制系统特点 (7) 3.2.调节器作用方式判断 (7) 3.2.1.判断副调节器的作用方式 (7) 3.2.2.判断主调节的作用方式 (7) 4.控制仪表及技术参数 (8) 4.1.控制仪表的选定 (8) 4.2.各元器件的型号及参数 (8) 5.总结与体会 (10) 参考文献 (11)
在锅炉运行中，水位是一个很重要的参数。若水位过高，则会影响汽水分离的效果，使用气设备发生故障；而水位过低，则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉发生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡，维持汽包内水位在允许的范围内变化。 锅炉汽包水位是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统，讨论了目前通常采用的控制方法,分析了水位对象模型的动静特性。首先从锅炉汽包内水的热平衡、物质平衡原理出发,推导出了用来描述锅炉水位对象的通用机理控制模型,通过对几种控制方案的分析、研究与比较,选三冲量系统作为最佳控制方案,并着力研究三冲量系统的特点。 关键词：锅炉汽包水位控制三冲量控制系统
锅炉汽包液位课程 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
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
--
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 u 5。试根据
实验数据设计一个超调量 p 25% 的无差控制系统。
时间/min 被控量 时间/min 被控量 时间/min 被控量
0 0.650 30 0.881 60 1.262
5 0.651 35 0.979 65 1.311
10 0.652 40 1.075 70 1.329
15 0.668 45 1.151 75 1.338
具体要求如下：
20 0.735 50 1.213 80 1.350
25 0.817 55 1.239 85 1.351
（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；
--
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
第一章绪论 1.1课题的研究背景及意义 火力发电厂在我国电力工业中占有主要的地位，是我国的重点能源工业之一。大型火力发电具有效率高、投资省、自动化水平高等优点，在国内外发展快。随着电力需求的日益增长，以及能源和环保的要求，我国的火电建设开始向大容量、高参数的大型机组靠拢。但是，火电机组越大，其设备结构就越复杂，自动化程度也要求越高。 给水控制系统是火电厂非常重要的控制子系统。汽包水位是锅炉安全运行的重要参数，同时他还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志。 随着机组容量的增大，运行参数的不断提高，对汽包水位的的控制品质要求也会越高，为了机组的安全、经济运行，需要采用设计更合理、功能更完善的控制系统，给水自动控制系统可以大大减轻人员的劳动强度，汽包水位的稳定性也得到极大的提高，保障了几组的安全、稳定运行。 为了实现电能生产的“高效‘洁净、经济、可靠、安全”的要求，火电厂汽轮机的参数经历了低压、中压、高压、超高压、亚临界和超临界参数的发张阶段，目前正向超临界参数的方向发展。 1.2国内外的发展状况 我国自上世纪80年代引进亚临界火电机组技术以来，虽在改进、优化和发展取得一定的经验，并使300MW、600MW的亚临界火电机组成为我国火力发电的主力机组，但这种亚临界机组依然存在重大问题，这已成为制约我国电力工业发展的瓶颈。因此，借鉴国际上最先进的技术，研究并发展600MW~1000MW超临界火电机组，是提高电机机组的热效率，实现节能降耗和改善环保状况的有效途径。 随着火电机组的参数的提高，水的饱和温度相应提高，气化潜热减少；当压力提高倒22.115MPa时，气化潜热为零，气和水的密度差也等于零，该压力成为临界压力。在临界点时，饱和水与饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的两相区存在。当机组工作参数高于这一临界状态参数时，称之为超临界机组。对蒸汽动力装置
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)