锅炉汽包水位控制系
统设计
过程控制系统实验报告
专业 ******
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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
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
1.1锅炉汽包水位自动控制的意义
锅炉汽包水位自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量，并维持汽包中的水位在工艺允许的范围内。
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。
1.2了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程
图1锅炉汽包水位系统流程
水位控制系统的任务是使给水量与锅炉蒸发量相适应，维持汽包水位在工艺规定的范围内。整个锅炉汽包水位控制系统可分成多个阶段：（1)水注入锅炉的过程：这个过程中，水经变频器控制的水泵以及调节器注入锅炉中；（2)水经加热变成蒸汽的过程：水在锅炉内加热变成蒸汽，同时在水中产生汽包，水位同时变化；（3)蒸汽供负载使用的过程：蒸汽经过管道调节阀供负载使用。
汽包水位反映了锅炉蒸汽流量与给水量之间的平衡关系，是锅炉运行中一个非常重要的监控参数。汽包水位过高，会影响汽水分离的效果，使蒸汽带
液，过热器结垢，影响过热器的效率；如果带液蒸汽进入汽轮机，会损坏汽轮机叶片。如果水位过低，会破坏水循环而损坏锅炉，尤其是大型锅炉，一旦停止给水，汽包存水会在很短时间内完全汽化而造成重大事故，甚至引起爆炸。因此，在锅炉运行中必须将汽包水位严格控制在工艺允许的范围。
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
单冲量水位控制系统以汽包水位作为唯一的控制信号，冲量即变量。水位测量信号经变送器送到水位调节器，调节器根据汽包水位测量值H 与0H 的偏差，通过执行器去控制给水调节阀以改变给水量，保持汽包水位在允许的范围内。系统方框图如下所示。
图2.1 液位控制系统原理框图
2.2 液位控制系统的方案图
以汽包水位为被控参数，给水量作为控制变量可构成如图所示的单回路水位控制系统，工程上也称为单冲量控制系统。这种系统的优点是所用设备少，结构简单，参数整定和使用维护方便。
在如图所示的单冲量控制系统中，当锅炉蒸汽负荷（流量）突然大幅度增加时，由于假水位现象，调节器不但不及时开大给水阀来增加给水量，反而去关小调节阀的开度，减小给水量。这样由于蒸汽量增加、给水量减少使汽包存水量减少。等到假水位消失后，汽包水位会严重下降，甚至会使汽包水位降到危险的程度，以至发生事故。对于负荷变动较大的大、中型锅炉，单冲量控制系统不能保证水位稳定，难以满足水位控制要求和生产安全。而对小型锅炉，
由于蒸汽负荷变化时假水位的现象并不明显，如果在配上相应的一些联锁报警装置，这种单冲量控制系统也能满足生产的要求，并保证安全生产。
图2.2 液位控制系统方案图
2.3检测变送器的选择
过程控制系统中用于参数检测的变送器是系统中获取信息的装置，其完成对被控参数以及其他一些参数、变量的检测，并将信号传送至控制器。测量信号是调节器进行控制的基本依据，被控参数迅速、准确地测量是实现高性能的重要条件。足以说明变送器的选择是控制系统中重要的一环。
变送设备的选择与使用，主要根据被检测参数的性质以及控制系统设计的总体功能要求来决定。被测参数的性质、测量精度、响应速度要求以及对控制性能要求等都影响变送器的选择与使用，在系统设计时，要从工艺的合理性、经济性、可替换性等方面加以综合考虑。此时选取的是液位变送器。
2.4调节阀的选择
执行器是由执行机构和调节阀组成。在过程控制系统设计中，确定控制阀的口径尺寸是选择控制阀的重要内容之一，在正常工况下要求调节阀的开度在15%-85%之间。调节阀的流量特性选择一般分俩步进行：首先确定工作流量特性，然后根据工作流量特性相对于理想流量特性的畸变关系，求出对应的理想流量特性，确定阀门的选型。
调节阀的气开、气关作用方式的选择：气开式调节阀随着控制信号的增加而开度加大，当无压力信号时，阀门处于全关闭状态；与之相反，气关式调节阀随着信号压力的增大，阀门逐渐关小，当无信号时，阀门处于全开状态。
选择遵循的原则：（1）人身安全、系统与设备安全原则（2）保证产品质量原则（3）减少原料和动力浪费的经济原则（4）基于介质特点的工艺设备安全原则；综上所述此时选取的是气关式，为“反”作用。
2.5仪器性能指标的计算
2.5.1精度
检测仪表的精度反映测量值接近真实值的准确程度，一般用绝对误差、基本误差和精确度来衡量。
1、绝对误差
在测量过程中，由于所使用的检测仪表存在误差及周围环境存在干扰，测量结果必然存在误差。这种检测仪表的指示值X 与被测量真值t X 之间存在的差值成为绝对误差?，可表示为
t X X -=? （1）
仪器在标尺范围内各点读数的绝对误差中最大的绝对误差称为最大绝对误差max ?。
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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，
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。
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。
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 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；
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 -
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）。
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。