NETSTARS 與HEC-RAS 水位模擬成果之
比較分析
Comparisons of Water Level Simulation Results for NETSTARS
and HEC-RAS Model
謝 慧 民*
Hui-Ming Hsieh
台灣首府大學 資訊與多媒體設計學系
助理教授
摘 要
河道沖刷除受水理特性、河道地形、河床質等自然因素之影響外，人為河川構造物，例如橋墩、橋台、丁壩、圍堰等，亦是導致河道沖淤之要因。評估河川的沖淤穩定，主要有水工模型試驗及數學模式分析兩種方法，有許多研究計畫已偏向以數學模式來進行模擬及評估。本研究為了了解常用沖淤模擬的一維數學模式NETSTARS 及HEC-RAS 的成果差異，以大甲溪萬大水庫下游河道為測試對象，進行水位的比較分析，結果顯示松林堰下游的水位差異較大，其餘相近。 關鍵詞：HEC-RAS 、NETSTARS 、水位模擬
ABSTRACT
Except river erosion was affected by hydraulic characteristics, river topography, river bed material in nature, man-made river structures such as piers, abutments, groins, cofferdam, etc., also contributed to the result of river erosion. Two methods, hydraulic experiment and mathematical model analysis, can be mainly used to assess the stability of river erosion, and many research projects adapted a mathematical model to simulate and evaluate river erosion behaviors. In this study, we used the data of Wanda Reservoir in Tachia Creek as an example in order to understand the common erosion simulation results differences of a one-dimensional mathematical model NETSTARS and HEC-RAS. The comparisons of water level results show the bigger difference of water level in Son-Lin Weir downstream, and the similar water level in
the other place.
Keywords : HEC-RAS, NETSTARS, Water Level Simulation
*
通訊作者，台灣首府大學資訊與多媒體設計學系助理教授，72153台南市麻豆區南勢里168號，hmhsieh@https://www.doczj.com/doc/de5201520.html,.tw
水位模擬成果之比較分析
一、緒論
河道沖刷除受水理特性、河道地形、河床質等自然因素之影響外，人為河川構造物，例如橋墩、橋台、丁壩、圍堰等，亦是導致河道沖淤之要因。局部沖刷來自於水流經過結構物，常因流速加快，底床剪應力增大，導致局部沖刷較一般沖刷深度較為嚴重，水位的高低影響了沖淤結果，對河川安定甚為重要。
評估河川的沖淤穩定，主要有水工模型試驗及數學模式分析兩種分法，許多研究計畫已偏向以數學模式來進行模擬及評估。本文嘗試利用一維數學模式NETSTARS(Lee et al.,1997及2003)及HEC-RAS(USAC, 2008)進行模擬，以大甲溪上游萬大水庫下游河道為模擬評估案例，進行水位的比較分析，結果可提供模式使用者之參考。
二、文獻回顧
https://www.doczj.com/doc/de5201520.html,STARS模式
NETSTARS(Network Stream Tube Model for Alluvial River Simulation)模式為台大土木系李鴻源教授及作者等人於民國85年開發完成，當時版本為
V1.0，後來中興顧問社的一個專案將模式包裝成SEC-HY11，輸入資料及輸出成果使用視窗介面完成。作者也在台灣首府大學任教期間91年度至93年度申請三年國科會計畫補助完成V2.0，除了改良功能外，也進行視窗化提供輸入資料整合、模式模擬、輸出資料存到資料庫及繪圖輸出等功能開發，並開發ARCVIEW V3.2的外掛模組NETSGIS2D (GIS繪圖後處理) 及NETSGIS (GIS斷面資料前處理)。其中第三年開發數位學習網站：http://www.hmhsieh.idv.tw/xoops2/in dex.php，有程式及資料免費提供下載以外，並有操作的錄影檔，提供快速學習。本文採用NETSTARS V2.0及ARCVIEW外掛模組NETSGIS2D進行此項分析工作。作者也曾利用此模式對八掌溪固床工設置效果進行評估(Hsieh, 2013)。
本模式為一個擬似二維沖淤模式，凡主支流、複雜河系、陡坡、緩坡、水躍、定量流及變量流之水理及相對應底床沖淤特性均可模擬，同時藉由流管之重新分配進行輸砂演算，可以反應河床橫斷面之不規則變化。一般河川輸砂模式大多以總輸砂量公式去計算輸砂量，所以在不平衡輸砂流況下會有較大的誤差，本模式採用推移載及懸浮載分開計算方式可以反映懸浮質控制之不平衡輸砂狀況。同時因具有處理節點之水理及輸砂分配能力，所以適用於一般網路型河川及水工模型試驗沖淤問題的模擬。
本模式水理模擬分定量流、迴水演算與變量流三種演算法，定量流模式（Steady-Energy）係根據一維能量方程式配合節點連續關係差分求解，求得水位及流量值，主要取自BRALLUVIAL模式有關水理部份理論；變量流模式（Unsteady-Momentum）係根據de Saint Venant之一維渠道緩變量流連續及動量方程式再配合節點連續關係差分求解，求解水位及流量值，主要採用CHARIMA模式的水理理論及解法；迴水演算方面，係採用GSTARS模式水理部份加入網路節點處理修改而成，具有處理陡坡及水躍的功能，其適用範圍較廣。
輸砂模擬以水理模擬所得河川網路的水位、流量配合流管理論分成多個流管，假設所分的每條流管在已知斷面輸水能力均相同，並分別計算輸砂量，再代入輸砂連續方程式中求解每條流管中平均底床沖淤情形。因每個時段流量並非固定，所以每次流管分配的邊界也會有所不同，如此即可模擬橫向不規則的河床沖淤變
NETSTARS 與HEC-RAS
化(此功能HEC-RAS 模式沒有提供)。其中輸砂量計算又可分由輸砂公式直接計算總輸砂量及推移載、懸浮載分開計算後再合併為總輸砂量兩種方法，尤其在高懸浮載的河川或不平衡輸砂現象明顯的區域即需使用後者來計算方能符合實際物理現象。
水理演算中的迴水演算可用來計算亞臨界流、超臨界流或兩者混合的流況（如水躍）。若流管數目選擇1，則所計算的底床變化成果將類似於HEC-RAS 模式。含主支流及局部點側流之河川系統流況及相對應底床變化均可利用NETSTARS 模擬。節點處理是河川系統模擬的重點，由節點(nodes)連接許多河段（links）可形成河川網路系統，同時也透過節點傳遞各河段的水理及輸砂特性。
NETSTARS 具有GSTARS 分流管執行輸砂演算的功能。流管數目為使用者在輸入時即選定，在計算過程中流管數目應相同。同時因水力的篩選作用，在不同的時間粒徑組成均不同，因此本模式具有模擬篩選及護甲作用之功能。
在計算過程中濕周的區域乃是可能發生沖淤的範圍，在輸入資料中更可控制每個斷面最低沖刷高程、寬度及最高淤積高程，以防止特殊之沖刷(如底部人工結構物)或淤積（如排砂工）條件。大部份河川上游邊界入砂量之實測資料甚少，以採用流量、輸砂量率定曲線為最多。下游邊界懸浮載濃度則由濃度梯度或濃度值來控制;下游邊界輸砂量則由輸砂公式計算求得，不需加以控制。模式需檢定的參數有河道曼寧n 值、流管數、上游輸砂量率定曲線、可沖刷層厚度、輸砂公式等。以下為本模式之假設及限制:
1. 對河川蜿蜓橫斷面上因二次流作用造成之泥砂偏向分佈的情況不適用。
2. 對河川垂直向之二次流無法模擬。
3. 河床床形(bed form)變化也不做預測。
4. 在水理計算中，斷面浸水區均假設為動床部份，所以在每個時距每個流管的浸水區內底床做均勻的沖淤變形，並藉由每個演算時距內重新計算流管邊界來反映不均勻的底床橫向變化。
5. 由於總輸砂量公式只適用於輸砂平衡之狀況下，為反映懸浮質運動的機制，本模式將懸浮質運移行為從總輸砂量公式中分離出來，以較合乎懸浮載運動現象之對流擴散方程式來模擬，可適用於不平衡河段之沖淤模擬。
6. 糙度係數的表示可由資料檔輸入設定，也可用河川流量的函數計算代替，或由半經驗式計算求得，在缺乏資料時可先由公式計算其概略值再行檢定或修正。
7. 若要求精度高而調小 t 時，所有演算所使用的邊界條件，程式會在歷線資料內自動做線性內插計算。
NETSTARS 模式需要水理及輸砂模擬的邊界條件、河道斷面地形及粒徑等資料，所以需整理的模式輸入檔相關資料如下：
1. 河系斷面位置分佈圖。
2. 河系每一橫斷面測量點位置對應高程(X,Y)資料。
3. 斷面累距。
4. 各斷面糙度係數(如曼寧n 值)。
5. 河系水力邊界條件(上游流量、下游水位及側流)。
6. 各斷面粒徑組成資料。
7. 河系輸砂量邊界條件(上游實測懸浮載或率定曲線)。
模式試跑過程中依資料的收集程度，有檢定參數及驗證成果等步驟，需要分析及決定的資料如下：
水位模擬成果之比較分析
1. 參數檢定、模式精度驗證(有二次以上
之大斷面測量資料）。
2. 決定流管數。
3. 決定可沖刷層厚度(倍數ALT*最大粒
徑)。
4. 水理(是否感潮)及輸砂計算方法。
5. 輸砂公式選擇。
6. ΔX已知，決定ΔT。
7. 決定糙度係數(檢定或用規劃值)。 2.HEC-RAS模式
HEC-RAS 模式係美國陸軍工程師團水文工程中心(Hydrologic Engineering Center，簡稱HEC)為河川模擬分析而開發之電腦程式系統(River Analysis System)，這一系統模式可用以模擬一維網狀河川之定量流、變量流及河道的 輸砂演算。2008年5月美國陸軍工程師團水文工程中心發行HEC-RAS 4.0正式版本，此版本除改善自4.0 Beta版本發行近兩年所反映的問題，並改進了若干 3.1.3版本之問題；4.0正式版本在功能上主要增加了動床輸砂模擬分析(Sediment Transport/Movable Bed Analysis)、河床沖淤分析(Sediment Impact Analysis Method, SIAM)、水質分析、閘門開啟關閉設定、滿管壓力流模擬、泵浦啟動關閉設定、河道設計/修正工具、地理資訊系統參照工具(Geo-Referencing Tools)等功能。HEC-RAS為一整合型軟體系統，此系統包括圖形使用者介面，水理分析子程式(定量流及變量流子程式)、數據儲存與管理、圖表製作與資料彙整等功能。HEC-RAS為一維水面線演算模式，適用於河床坡度小於10%之定量緩變流，可處理亞臨界流、超臨界流及混合流之水面剖線演算，亦具有模擬變量流的功能。本模式可模擬橋樑、涵洞、堰、排洪道等水工結構物對水流之影響，其中模式對水流流經橋樑之模擬，依其型態可分為低水流況、壓力流及堰流，廣泛為國內實務使用。
HEC-RAS系統包含三種一維水力分析組成：(1)穩態流水面線剖面計算 (2)非穩態流的模擬 (3)移動式邊界沖積物傳輸的計算。HEC-RAS建立一個水力模型有五個主要步驟：
1.開啟一個新的Project：用HEC-RAS
建立一個水力模型的第一步就是幫
NEW PROJECT輸入一個主題，在FILE
選單下選擇New Project建立專案。
2.輸入幾何資料：下一步是輸入所需的
幾何資料，包含河川系統(河系圖解)
的相關資訊，斷面資料和水工建築物
資料(橋樑 按渠 堰等)。從HEC-RAS
視窗的選單中，選取edit中的
Geometric Data，即可輸入幾何資
料。
3.輸入流況資料和邊界條件：當輸入幾
何資料後，使用者可以輸入穩態流或
非穩態流資料，輸入流況資料的類型
取決於被分析的類型。假設為穩態流
分析，選擇HEC-RAS主選單下的Edit
進行資料輸入。
4.執行水力計算：當所有幾何資料和流
況資料輸入後,開始執行水力計算，
如前面所述，HEC-RAS中，有三種計
算類型：穩態流分析、非穩態流分析、
水力設計函數。使用者可從主選單中
的Run中，選擇任何可行的水力分
析。
5.檢視和列印結果：當模型完成了所有
的計算後,使用者就可以開始檢視結
果，在View選單之下,提供了數種檢
視的特殊功能，選項包含：斷面圖、
剖面圖、率定曲線圖、3D透視圖等。
NETSTARS 與HEC-RAS
三、萬大水庫下游河道資料整理分析
萬大(霧社)水庫下游河道分析範圍地理位置如圖1右上角的紅色範圍，相對應之斷面位置如圖2所示，從霧社水庫一直到武界水庫，模擬範圍與斷面套繪如圖3所示。
圖1 霧社水庫下游河道分析範圍地理位置
圖2 水理分析斷面位置圖
圖3 水理分析模擬範圍及斷面套繪圖
所蒐集之斷面為民國96年大斷面測量資料，由於原始斷面總數為333個，計算懸浮載濃度需要整個河段求解，斷面越多計算時間越久，因此將此模擬範圍分為三個河段以方便計算，劃分成果如圖4，其中第一河段模擬範圍與斷面套繪如圖3所示；第二河段模擬範圍與斷面套繪如圖5所示；第三河段模擬範圍與斷面套繪如圖6所示，其中松林堰(約在斷面編號9300的位置)當時正在施做中，預期完工後會很快淤滿，松林堰附近的原始地形如圖7，預估可能淤積長度向上游延伸約2公里進行斷面資料的修改。
圖4 霧社(萬大)水庫下游模擬河段編號
水理分析範圍相對應斷面位置
水位模擬成果之比較分析
圖5 第二河段水理分析模擬範圍及斷面套繪圖
圖6第三河段水理分析模擬範圍及斷面套繪圖
圖7松林堰附近的原始地形圖
四、成果與討論
為了了解NETSTARS 與HEC-RAS 水位計算成果的差異，在加入松林堰且淤滿狀態模擬下游河道的洪水位，10年及50年洪水下游水位為766.74公尺，其餘頻率洪水下游水位為770.4公尺，10年、50年、100年、200年、500年、1000年頻率洪水流量之洪水位比較分別如圖8至圖13所示。結果顯示水位計算在松林堰下游差異比較大，其餘相近。觀察斷面通水面寬，在累距12,969M 處，斷面7720
附近突然束縮，通水面寬為原來的一半，所以上游面有壅水現象，但是NETSTARS 比HEC-RAS 算的結果更高。結果顯示NETSTARS 與HEC-RAS 的水位大致差異不大，除了有些超臨界與亞臨界流況交替的部份成果不同外，大都相近。整體而言，個別模式不同頻率的計算成果，其趨勢也相一致；因此比較兩模式水位差異性的趨勢也雷同。
圖
8 下游河道NETSTARS
與HEC-RAS 之10年頻率
水位比較圖
圖9 下游河道NETSTARS 與HEC-RAS 之50年頻率
水位比較圖
NETSTARS 與HEC-RAS
圖10 下游河道NETSTARS 與HEC-RAS 之100年頻
率水位比較圖
圖11 下游河道NETSTARS 與HEC-RAS 之200年頻
率水位比較圖
圖12 下游河道NETSTARS 與HEC-RAS 之500年頻
率水位比較圖
圖13 下游河道NETSTARS 與HEC-RAS 之1000年
頻率水位比較圖
五、結論
本文主要探討NETSTARS 與HEC-RAS 水位模擬成果的差異，以萬大水庫下游河道為測試對象，由計算成果發現，在有堰的情況下，堰下游的水位差異較大，NETSTARS 有較高的水位值。整體而言，不同頻率年洪水模擬的水位差異的趨勢均雷同。 參 考 文 獻
1. US Army Corps of Engineers (USACE), HEC-RAS hydraulic reference manual, 2008.
2. US Army Corps of Engineers (USACE), HEC-RAS v4.0 user’s manual, 2008.
3. Lee H. Y ., Hsieh H. M., Yang J. C., and Yang C. T. 1997, Quasi-Two-Dimensional Simulation of Scour and Deposition in Alluvial Channels, Journal of Hydraulic Engineering, V ol. 123, No. 7, pp. 600–609.
4. Lee H. Y . and Hsieh H. M. 2003, Numerical Simulations of Scour and Deposition in a Channel Network, International Journal of Sediment Research, V ol. 18, No. 1, pp. 32–49.
5. Hsieh H. M., Luo C. R., Yang J. C., and Chen R. F., 2013, “Numerical study of the
effects of
check dams on erosion and sedimentation in the Pachang River”, International Journal of Sediment Research (IJSR), ISSN: 1001-6279, V ol. 28, No. 3, pp.304-315.
投稿103.04.15 修改103.04.17 定稿103.04.25
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
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
第3章 多级放大电路 自测题 一、现有基本放大电路： A.共射电路 B.共集电路 C.共基电路 D.共源电路 E.共漏电路 根据要求选择合适电路组成两级放大电路。 (1)要求输入电阻为1kΩ至2kΩ，电压放大倍数大于3000 ，第一级应采用( A )，第二级应采用( A )。 (2)要求输入电阻大于10MΩ，电压放大倍数大于300 ，第一级应采用( D )，第二级应采用( A )。 (3)要求输入电阻为100kΩ~200kΩ，电压放大倍数数值大于100 , 第一级应采用( B )，第二级应采用( A )。 (4)要求电压放大倍数的数值大于10 ，输入电阻大于10MΩ，输出电阻小于100Ω，第一级应采用( D )，第二级应采用( B )。 (5)设信号源为内阻很大的电压源，要求将输入电流转换成输出电压，且1000o ui i U A I =>，输出电阻R o ＜100 ，第一级应采用采用( C )，第二级应( B )。 二、选择合适答案填入空内。 (1)直接耦合放大电路存在零点漂移的原因是( C 、D )。 A ．电阻阻值有误差 B ．晶体管参数的分散性 C ．晶体管参数受温度影响 D ．电源电压不稳 (2)集成放大电路采用直接耦合方式的原因是( C )。 A ．便于设计 B ．放大交流信号 C ．不易制作大容量电容 (3)选用差动放大电路的原因是( A )。 A ．克服温漂 B ．提高输入电阻 C ．稳定放大倍数 (4)差动放大电路的差模信号是两个输入端信号的( A )，共模信号是两个输入端信号的( C )。 A.差 B.和 C.平均值 (5)用恒流源取代长尾式差动放大电路中的发射极电阻，将使单端电路的( B )。 A ．差模放大倍数数值增大 B ．抑制共模信号能力增强 C ．差模输入电阻增大 (6)互补输出级采用共集形式是为了使( C )。 A.放大倍数的数值大 B.最大不失真输出电压大 C.带负载能力强 三、电路如图T3·3所示，所有晶体管均为硅管，β均为200，'200bb r =Ω，静态时 0.7BEQ U V ≈。试求： (1)静态时T l 管和T 2管的发射极电流。 (2)若静态时0O u >，则应如何调节R c2的值才能使0O u =？ 若静态0O u =V ，则R c2=？，电压放大倍数为多少？
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
模拟电子技术复习资料总结 第一章半导体二极管 一.半导体的基础知识 1.半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。 2.特性---光敏、热敏和掺杂特性。 3.本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。 4. 两种载流子 ----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。 5.杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。体现的是半导体的掺杂特性。 *P型半导体: 在本征半导体中掺入微量的三价元素（多子是空穴，少子是电子）。 *N型半导体: 在本征半导体中掺入微量的五价元素（多子是电子，少子是空穴）。 6. 杂质半导体的特性 *载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度，少子浓度与温度有关。 *体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。 *转型---通过改变掺杂浓度，一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。 7. PN结 * PN结的接触电位差---硅材料约为0.6~0.8V，锗材料约为0.2~0.3V。 * PN结的单向导电性---正偏导通，反偏截止。 8. PN结的伏安特性 二. 半导体二极管 *单向导电性------正向导通，反向截止。 *二极管伏安特性----同ＰＮ结。 *正向导通压降------硅管0.6~0.7V，锗管0.2~0.3V。 *死区电压------硅管0.5V，锗管0.1V。 3.分析方法------将二极管断开，分析二极管两端电位的高低: 若 V 阳 >V 阴 ( 正偏 )，二极管导通(短路); 若 V 阳 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 - 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。 / 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 - 一、课程设计(综合实验）的目的与要求 锅炉是工业生产及人民生活的主要的动力及能源。汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标,水位过高会导致蒸汽带水进入过热器，并在过热管内结垢,影响传热效率，严重的将引起过热器爆管；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环引起水冷壁局部过热而爆管。高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，水位的时间常数很小。大容量锅炉若给水不及时，数秒之内就可能达到危险水位，所以锅炉汽包水位的控制显得非常重要。因此,必须采取有效、精确的自动调节,严格控制汽包水位在规定范围内。 影响汽包水位变化的因素很多，如燃煤量、给水量和蒸汽流量。燃煤量对水位变化的影响是比较缓慢的,容易克服。因此,主要考虑给水量和蒸汽流量对水位的影响。水位过高会影响汽包内汽水分离,饱和水蒸汽温度急剧下降,该过热蒸汽作为汽轮机动力的话,将会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全性和经济性。水位过低，则由于汽包内的水量转少，而负荷很大时，如不及时调节就会使汽包内的水全部液化,导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此,锅炉汽包水位必须严加控制。 二、设计（实验）正文 1控制系统的整体分析： 1.1影响汽包水位的主要因素 1)给水流量W 2)主蒸汽流量D 3)燃料量B 1.2控制指标 保证给水流量W和主蒸汽流量D保持平衡,维持汽包水位Ｈ在较小范围内波动。１.３汽包水位控制对象的动态特性分析 做各种主要影响因素的阶跃扰动,记录并分析汽包水位的响应曲线 1)给水扰动: Maｔlab仿真如图1: 图1：给水扰动Ｍatlab仿真 运行结果如图2： 图2:给水扰动下的水位响应曲线 由被控对象在给水量扰动下的水位阶跃响应曲线，可以看出该被控对象无自平衡能力,且有较大的迟延，因此应采用串级控制，将给水流量的扰动消除在采用带比例作用的副调节回路中，以保证系统的稳定性。 2)蒸汽扰动： Mａtｌａb仿真如图３： 图3:蒸汽扰动Maｔlaｂ仿真 运行结果如图4: 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 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****** 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 一、课程设计(综合实验)的目的与要求锅炉是工业生产及人民生活的主要的动力及能源。汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，水位过高会导致蒸汽带水进入过热器，并在过热管内结垢，影响传热效率，严重的将引起过热器爆管；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环引起水冷壁局部过热而爆管。高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，水位的时间常数很小。大容量锅炉若给水不及时，数秒之内就可能达到危险水位，所以锅炉汽包水位的控制显得非常重要。因此，必须采取有效、精确的自动调节，严格控制汽包水位在规定范围内。 影响汽包水位变化的因素很多，如燃煤量、给水量和蒸汽流量。燃煤量对水位变化的影响是比较缓慢的，容易克服。因此，主要考虑给水量和蒸汽流量对水位的影响。水位过高会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸汽温度急剧下降，该过热蒸汽作为汽轮机动力的话，将会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全性和经济性。水位过低，则由于汽包内的水量转少，而负荷很大时，如不及时调节就会使汽包内的水全部液化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此，锅炉汽包水位必须严加控制。 二、设计(实验)正文 1 控制系统的整体分析： 1.1 影响汽包水位的主要因素 1) 给水流量W 2) 主蒸汽流量D 3) 燃料量B 1.2 控制指标 保证给水流量W和主蒸汽流量D保持平衡，维持汽包水位H在较小范围内波动。1.3 汽包水位控制对象的动态特性分析做各种主要影响因素的阶跃扰动，记录并分析汽包水位的响应曲线 1) 给水扰动： Matlab 仿真如图1： 图1 ：给水扰动Matlab 仿真运行结果如图2： 图2：给水扰动下的水位响应曲线 由被控对象在给水量扰动下的水位阶跃响应曲线，可以看出该被控对象无自平衡能力，且有较大的迟延，因此应采用串级控制，将给水流量的扰动消除在采用带比例作用的副调节回路中，以保证系统的稳定性。 2) 蒸汽扰动： Matlab 仿真如图3： 图3 ：蒸汽扰动Matlab 仿真 运行结果如图4： 锅炉汽包水位控制系统设计 南华大学 过程控制仪表课程设计 设计题目锅炉汽包水位控制系统设计 学生姓名_________欧鹏___________ 专业班级_______自动化1201________ 学号________20124460140______ 指导老师__ ____刘冲______________ 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模及控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。 锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点 之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格控制水位在规定范围之内。 维持汽包水位在给定范围内是保证锅护和汽轮机安全运行的必要条件，也是锅炉正常运行的主要指标之一。水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽中含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。水位过低，则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节，以致局部水冷管壁被烧坏，严重时会造成爆炸事故。这些后果都是十分严重的。随着锅炉容量的增加，水位变化速度愈来愈快，人工操作愈来愈繁重，因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切的要求。 汽包水位的控制是锅炉控制的一个难点，目前，对汽包水位控制大多采用常规PID控制方式，传统的常规PID控制方式是根据控制对象的数学模型建立，由于锅炉水位系统存在非线性、不确定性时滞和负荷干扰、非最小相位特征等，其精确 课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能 在工业生产中经常要对锅炉汽包的液位进行控制，为了能够精确控制液位高度，保证正常生产，要求设计液位闭环反馈控制系统，能抑制流量波动，且系统无余差。本设计要求设计一个锅炉汽包液位闭环反馈控制系统，采用适合的控制算法，输入设定水位值，并实时显示当前水位。 设计任务及要求 1、确定控制方案并绘制P&ID图、系统框图； 2、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数； 3、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式； 4、若设计由计算机实现的数字控制系统，应给出系统硬件电气连接图及程序流程图； 5、在实验室进行计算机软件仿真，并给出仿真结果； 6、按规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上 测量范围：20～100cm ；控制精度：±0.5cm ；控制液位：80cm； 最大偏差：1cm。 1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。（2天，分散完成） 2、确定系统的控制方案，绘制P&ID图、系统框图。（1天，实验室完成） 3、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数。（2天，分散完成） 4、确定控制器的控制规律、控制器正反作用方式以及保证系统无余差。（实验室1天） 5、仿真分析或实验测试、答辩。（3天，实验室完成） 6、撰写、打印设计说明书（1天，分散完成） 摘要关键词： 目录 第1章绪论 (1) 第2章课程设计的方案 (2) 2.1概述 (2) 2.2虚假水位的行程及对策 (2) 2.3汽泡水位的影响因素 (2) 2.4汽泡水位控制方案设计 (3) 第3章硬件设计 (7) 3.1液位传送器选型 (7) 3.2流量传送器选型 (7) 3.3执行器选型 (8) 3.4控制器器选型 (9) 第4章锅炉汽泡水位的模型及仿真 (11) 4.1仿真分析 (11) 4.2仿真分析 (12) 第5章课程设计总结 (15) 参考文献 (16) -- 目录 1题目背景与意义 (1) 2理论基础 (2) 2.1锅炉控制的流程 (2) 2.2锅炉汽包水位的控制 (4) 2.3锅炉水位控制系统的重要性 (4) 3设计题目介绍 (5) 3.1影响汽包水位的影响因素 (5) 3.2锅炉汽包水位特性 (6) 3.2.1汽包水位在给水流量作用下的动态特性 (7) 3.2.2包水位在蒸汽流量作用下的动态特性 (8) 4汽包水位控制 (9) 4.1 单冲量控制系统 (10) 4.2 三冲量控制系统 (11) 5汽包水位控制系统的MATLAB仿真 (13) 5.1控制系统的分析和整定 (14) 5.2汽包水位控制系统Simulink 模型设计 (15) 5.3汽包水位控制系统仿真 (15) 6控制系统程序设计 (17) 6.1控制系统流程图 (17) 6.2梯形图程序 (18) 7设计总结 (19) 参考文献 (20) 1题目背景与意义 水位是锅炉运行中一个常重要的参数。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，由于水流量、燃烧状况及给负荷等因素的变化，汽包水位会经常发生变化。过高的水位会影响汽水分离的效果,使用电气设备发生故障;而过低水位,则会破坏汽水正常循环,严重时导致锅炉爆炸。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。锅炉水位自动控制的任务,就是控制给水流量与蒸发量的动态平衡,维持汽包内水位在允许的范围内变化。同时，汽包水位在正常范内波动是保证锅炉安全生产运行的必要条件。锅炉汽包水位是锅炉运行中的一个重要监控参数，它间接地体现了锅炉负荷和给水之间的平衡关系。 传统的控制方法是基于各种分立器件，利用多种检测器对被控参数进行实时检测并反馈给控制器件，再根据自动控制理论的有关算法完成相应的运算并驱动调节机构完成相应的动作，从而达到自动控制的目的。这种控制方式受分立器件的性能影响大，系统各部分之间影响较大，自动化水平不高，控制效果并非十分理想，并且易出现故障，不利于系统的长期安全、高效运行。现在广泛使用的控制技术还有DCS集散控制系统，DCS系统适合有多个控制回路同时工作的复杂系统，而且集散控制系统往往价格昂贵，对于像汽包水位这样的控制系锅炉汽包水位控制系统的设计说明
锅炉汽包水位控制系统的设计
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汽包水位自动控制系统设计
锅炉汽包水位控制系统
(完整版)基于PLC的锅炉汽包水位控制系统设计毕业设计
锅炉汽包水位控制系统设计
汽包水位自动控制系统设计
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锅炉汽包水位控制系统设计
锅炉汽包水位控制系统设计
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；
--模拟汽包水位控制系统
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