锅炉液位控制系统的设计

锅炉液位PID控制系统的设计思路与实现孙晓晴【摘要】要想基于理论的指导,准确设计PID调节器,必须针对被控对象构建一个准确模型,对于工业生产而言,这具有非常大的难度系数,加之系统控制参数与结构均不是恒定的,会随着时间的改变而变化.因此,构建所得模型只能被称为近似模型,以近似模型为基础,对控制机进行最优设计,也无法确保其在实际应用中可以实现最优.所以,工程实际应用中,普遍择取工程整定法对PID参数进行有效明确.论文以过程控制平台对锅炉液位控制系统进行在线监控,并利用现场凑试法明确PID参数,不仅阐述了锅炉液位控制系统的具体设计方案以及关键技术,还促使控制系统更具精准性,具有良好的参考价值.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2015(028)006【总页数】3页(P130-132)【关键词】锅炉液位;PID控制系统;设计思路【作者】孙晓晴【作者单位】山西省农业科学院畜牧兽医研究所,山西太原030032【正文语种】中文【中图分类】TB47在工业生产过程中，锅炉作为一种动力设备，具有不可或缺性。

锅炉的应用不仅可以促使燃料内部所包含的化学能向热能转换，还可以利用相关设备，将热能转化为某种能量形式，从而满足实际生活与生产活动的需求。

随着我国工业化建设进程地不断发展，工业生产规模越来越大，生产过程日趋强化，生产设备更是不断创新与发展，锅炉特性也逐渐发展为高效率、高参数以及大容量。

锅炉含有多个调节系统，其中作为主要的便是液位控制系统，其实确保锅炉正常运作的基础条件，是其良好安全性的根本保证。

因此，对锅炉液位PID控制系统的设计进行研究具有一定的必要性以及重要性。

该系统择取的控制实验装置型号为SAC/JGK/II，主要实验对象为热水锅炉，配套装置有调节装置、执行机构、检测仪表、循环水泵、液位水槽以及高位水箱等。

控制系统共有两个环节，分别为控制环节、执行环节。

首先，在控制环节方面，该系统处理器是型号为MICROLOGIX1500、具有编程能效的控制器，主要构成模块有3个，分别为编程设备电源模块、输入输出模块以及CPU模块。

诚信申明本人申明：我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。

与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。

若有不实之处，本人承担一切相关责任。

本人签名：年月日锅炉汽包水位的模糊控制系统设计摘要汽包水位是锅炉运行的重要指标。

保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。

水位的过高、过低都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不得的影响。

过高，饱和水蒸气将会带水过多，导致过热器管壁结垢并损坏，进而进入汽轮机的蒸汽带液损坏汽轮机叶片，产生安全事故；反之，水位过低，汽化过快，锅炉供水不足，致使水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。

锅炉汽包水位的控制又比较复杂，其中存在的虚假液位、滞后性、不易检测性等等又使传统控制很难达到较为完善的控制要求。

针对锅炉汽包水位存在虚假水位、控制系统复杂、具有滞后性、难以检测等特性，及采用传统PID控制时，效果不佳，如果控制不及时，甚至会产生安全事故的情况。

同时对比模糊控制的发展现状，可发现其适应性好、鲁棒性强、控制精度高等优势，所以本文设想在传统PID控制中引入模糊控制，改善汽包水位控制系统的静态和动态特性，使汽包水位恒定在一定范围之内，杜绝安全隐患，实现锅炉汽包水位的更精确、更有效的智能控制。

关键词：锅炉汽包水位模糊控制 Matlab仿真设计 PIDThe Suzzy Control Design about Boilder Drum Water LevelSystemAbstractThe drum water level is an important index of boiler operation. Keep the water level in certain scope is to ensure the safe operation of the boiler in the workplace. The low water level higher, and will give boiler and steam the safety of users may not bring the influence of the operation. Too high, saturated steam will bring too much water, resulting in superheater tube wall scaling and damage, and then into the steam turbine with liquid damage turbine blade, produce safety accident; Conversely, low water, vaporizing too fast, boiler water supply shortage, the water wall burn out, and even cause an explosion.The boiler drum water level control and more complex, the existing false liquid level, lagging, easily tested, and so on and that traditional control of it is difficult to reach a perfect control requirements.For boiler drum water level has false water level and control system with delay and complex, difficult to testing and other characteristics, and adopts the traditional PID control, the effect not beautiful, if not in time control, even can produce safety accidents. At the same time compared to current situation of the development of the fuzzy control, find the good adaptability, and robust, control precision higher advantage, so this paper in the traditional PID control idea introducing fuzzy control, improve the drum water level control system static and dynamic characteristics of the drum water level constant in certain limits, eliminate hidden dangers, realize the boiler drum water level of more accurate, more effective intelligent control.Key words:Boiler Drum Water Level Fuzzy Control Design Matlab PID目录前言 (1)第1章锅炉相关控制与前景 (2)第1.1节概述 (2)第1.2节锅炉设备的控制任务 (2)第1.3节研究状况 (3)第2章锅炉汽包水位的控制 (5)第2.1节汽包水位的动态特性 (5)第2.2节汽包水位的几种常规控制方法 (7)第3章模糊控制原理 (12)第3.1节模糊控制的形成与提出 (12)第3.2节模糊控制的优缺点 (13)第3.3节模糊控制的基本原理 (14)第4章锅炉汽包水位的模糊控制系统设计与仿真 (23)第4.1节输入输出变量的选择 (23)第4.2节隶属函数的选择 (25)第4.3节模糊规则表的建立 (26)第4.4节合成推理算法 (29)第4.5节模糊控制表 (32)第4.6节控制参数的自整定 (34)第5章模糊PID控制的MATLAB仿真 (35)第5.1节仿真流程图 (35)第5.2节模糊控制器模块的建立 (36)第5.3节仿真模型的建立 (37)第5.4节模糊PID控制与常规PID控制仿真的比较 (39)结论 (43)参考文献 (44)致谢 (45)前言锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备为确保安全稳定生产对锅炉的自动控制十分重要其中汽水位是一个非常重要的被控变量由于锅炉的水位调节过程难以建立数学模型具有非线性不稳定性时滞等特点传统的锅炉水位三冲量控制系统大都采用PID控制其控制效果还可以进一步提高而模糊控制不要求知道被控对象的精确数学模型只需要操作人员的经验知识及操作数据鲁棒性强非常适合用于非线性滞后系统的控制但其静态性能不能令人满意限制了它的应用为消除模糊控制的稳态误差采用Fuzzy-PID控制是常用的一种方式，所以本论题具有一定的现实意义。

dcs锅炉液位控制系统课程设计一、引言DCS锅炉液位控制系统是一种自动化控制系统，用于监测和调节锅炉中的液位。

在现代工业生产中，锅炉是不可或缺的设备之一，因此对锅炉液位控制系统的设计和优化显得尤为重要。

本文将从以下几个方面对DCS锅炉液位控制系统进行课程设计。

二、系统概述1. 系统结构：DCS锅炉液位控制系统由传感器、执行器、控制器和监视器等组成。

2. 系统功能：该系统主要实现对锅炉中水位的监测和调节，确保锅炉在安全运行的同时提高工作效率。

三、传感器设计1. 传感器原理：利用压力传感器检测水面高度，并将检测结果转换成电信号输出。

2. 传感器选型：选择精度高、稳定性好、抗干扰能力强的压力传感器。

3. 传感器安装：将传感器安装在锅炉侧面，保证与水面垂直，并采用密封结构防止蒸汽泄漏。

四、执行器设计1. 执行器原理：利用电机驱动阀门，控制水的流动。

2. 执行器选型：选择响应速度快、精度高、耐腐蚀性好的电动阀门。

3. 执行器安装：将执行器安装在锅炉出水管道处，保证与水流方向一致，并采用密封结构防止漏水。

五、控制器设计1. 控制器原理：利用PID算法对传感器输出信号进行处理，并输出控制信号给执行器。

2. 控制器选型：选择具有高性能处理能力、可编程性强、稳定性好的PLC作为控制器。

3. 控制算法：采用PID算法对液位进行调节，根据实际情况调整Kp、Ki和Kd参数。

六、监视系统设计1. 监视系统原理：实时监测锅炉液位变化，并将监测结果显示在监视屏幕上。

2. 监视系统选型：选择具有高分辨率、反应速度快、稳定性好的液晶显示屏。

3. 监视界面设计：设计直观明了的监视界面，包括液位曲线图和实时数值显示等。

七、总结DCS锅炉液位控制系统是一种重要的自动化控制系统，其设计和优化对于锅炉运行的安全和效率具有重要意义。

本文从传感器、执行器、控制器和监视系统等方面进行课程设计，对该系统的实现和应用提供了一定的参考。

锅炉液位控制系统一.锅炉液位控制系统原理概述锅炉是电厂和化工厂里常见的生产蒸汽的设备。

为了保证锅炉的正常运行，需要维持锅炉液位为正常标准值。

锅炉液位过低，易烧干锅而发生严重事故；锅炉液位过高，则易使蒸汽带水并有溢出危险。

因此，必须通过调节器严格控制锅炉液位的高低，以保证锅炉正常安全的运行。

常见的锅炉液位控制系统示意图如图1-1所示。

图1-1锅炉液位控制系统示意图当蒸汽的耗气量与锅炉进水量相等时，液位保持为正常标准值。

当锅炉的给水量不变，而蒸汽负荷突然增加或减少时，引起锅炉液位发生变化。

不论出现哪种情况，只要实际液位高度与正常给定液位之间出现了偏差，调节器均应立即进行控制，去开打或关小给水阀门，使液位恢复到给定值。

二．一阶单回路控制系统分析单回路系统是由四个基本环节组成，即被控对象（或被控过程）、测量变送装置、调节器和执行机构（本系统为调节阀）。

有时为了分析方便起见，往往把执行机构、被控对象和测量变送装置合在一起，称之为广义对象。

这样系统就归结为调节器和广义对象两部分。

然而，一般来说，还是把系统看成上述四个基本环节所组成。

假定有如3-3图所示的水槽，流入量和流出量分别为q1和q2，我们的任务是维持水槽的液位不变。

为了控制液位，就要选择相应的变送器、控制器、和控制阀，并按图3-4所示的原理图构成单回路控制系统。

图3-3 水槽示意图图3-4水槽液位控制系统上图中表示变送器，LC表示液位控制器，sp代表控制器的给定值。

由图3-4我们可以得出单回路控制系统方块图（原理图）如图3-5所示：图3-5单回路控制系统方块图图3-5是锅炉液位控制系统的方框图。

图中，锅炉为被控对象，其输出为被控参数液位，作用于锅炉上的扰动是指给水压力变化的产生的内外扰动；测量变送器为差压变送器，用来测量锅炉液位，并转变为一定的信号输至调节器；调节器是锅炉液位控制系统中的调节器，有电动，气动等形式，在调节器内将测量液位与给定液位进行比较，得出偏差值，然后根据偏差情况按一定的控制律[如比例（P），比例-积分（PI），比例-积分-微分（PID）等]发出相应的输出信号去推动调节阀动作；调节阀在控制系统中执行元件作用，根据控制信号对锅炉的进水量进行调节，阀门的运动取决于阀门的特性，有的阀门与输入信号成正比关系，有的阀门与输入信号成某种曲线关系变化。

过程控制基于衰减曲线法的锅炉汽包液位控制系统设计总结
基于衰减曲线法的锅炉汽包液位控制系统设计是一种常见的控制方法，下面是对该设计总结的一些要点：
1. 控制目标：锅炉汽包液位控制的目标是保持液位在设定范围内稳定运行，避免液位过高或过低的情况发生。

2. 控制原理：基于衰减曲线法的液位控制系统是通过测量液位信号，并根据一定的衰减曲线计算出控制量的变化，从而实现对液位的调节。

衰减曲线法的关键在于合理选择衰减时间常数和比例系数，以达到系统稳态性能和动态性能的要求。

3. 控制策略：液位控制系统设计中常采用PID控制策略，即比例-积分-微分控制。

其中，比例控制项根据液位偏差的大小输出调节量，积分控制项用于消除系统偏差，微分控制项则用于预测系统未来的变化趋势。

4. 参数调整：在设计过程中，需要对PID控制器的参数进行调整。

这一过程可以通过试错法、经验法或基于系统理论的自整定方法来进行。

参数调整的目标是使得液位系统响应速度快、稳态误差小，并且抗干扰、抗负载扰动的能力较强。

5. 安全保护：液位控制系统应考虑安全保护措施，例如设置液位报警、限位器、自动关断装置等，以确保在异常情况下及时采取措施，防止液位超出设定范围造成事故。

总的来说，基于衰减曲线法的锅炉汽包液位控制系统设计主要考虑控制目标、控制原理、控制策略、参数调整以及安全保护等方面，以实现液位的稳定运行和安全性能。

摘要集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。

该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。

DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。

关键字：集散控制系统；微处理器；最优化控制目录1. 概述 (1)2.通用版及嵌入版MCGS组态软件 (5)2.1锅炉液位控制工程文件建立 (5)2.2锅炉液位控制画面设计 (11)3.被控对象设计 (17)3.1实验装置简介 (17)3.2被控对象特性说明（过程工艺分析） (18)3.3被控对象的结构设计 (18)3.4被控对象工艺流程图 (19)4.控制系统设计 (19)4.1控制系统原理分析及控制方案设计 (19)4.2一次仪表选型设计 (21)4.3 DCS选型设计 (25)5.DCS组态设计 (26)5.1 DCS硬件组态设计 (26)5.2 DCS软件组态设计 (28)5.3 DCS系统闭环运行调试结果分析与说明 (32)5.设计总结与体会 (34)6.参考文献 (35)1. 概述集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。

该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人-机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。

锅炉液位控制完整系统原理概述一、引言锅炉液位控制是锅炉运行中非常重要的一个环节，液位控制的稳定与否直接影响到锅炉的安全运行和能效。

本文将对锅炉液位控制的完整系统原理进行概述，包括液位测量、液位控制、液位保护等方面的内容。

二、液位测量液位测量是锅炉液位控制的基础，常用的液位测量方法有以下几种：1. 磁翻板液位计：通过浮子的上下浮动来实现液位的测量，浮子上的磁性翻板会随着液位的变化而翻转，通过磁力作用在指示器上显示液位高低。

2. 高频电容液位计：利用电容的原理来测量液位，通过电容传感器和电容变送器将液位信号转化为标准的电流或电压信号。

3. 微波液位计：采用微波的传输特性来测量液位，通过发射器和接收器之间的微波信号的传播时间来确定液位高低。

三、液位控制液位控制是为了保持锅炉液位在设定范围内，常用的液位控制方法有以下几种：1. 水位比例控制：根据锅炉负荷的变化，通过调节给水阀的开度来控制锅炉液位，使其保持在设定的比例范围内。

2. 水位偏差控制：通过调节给水阀的开度，使锅炉液位与设定值之间的偏差保持在一定范围内，以实现液位的控制。

3. 水位PID控制：采用PID控制算法，通过对液位偏差、变化率和积分值进行综合调节，实现锅炉液位的精确控制。

四、液位保护液位保护是为了防止锅炉液位过低或过高而导致的安全事故，常用的液位保护方法有以下几种：1. 低液位保护：当锅炉液位低于设定值时，自动停止给水，避免锅炉缺水运行，同时发出警报信号。

2. 高液位保护：当锅炉液位高于设定值时，自动停止给水，避免锅炉溢水运行，同时发出警报信号。

3. 过低液位保护：当锅炉液位过低时，自动停止燃烧器的工作，避免燃烧器在缺水状态下继续燃烧，造成锅炉事故。

4. 过高液位保护：当锅炉液位过高时，自动停止给水和燃烧器的工作，避免锅炉溢水和燃烧器在过高液位下继续燃烧，造成锅炉事故。

五、总结锅炉液位控制完整系统的原理概述了液位测量、液位控制和液位保护等方面的内容。

锅炉汽包液位控制系统matlab设计一、引言锅炉汽包液位控制是锅炉控制系统中的重要组成部分，其作用是保证锅炉运行安全稳定。

本文将介绍如何使用MATLAB设计锅炉汽包液位控制系统。

二、锅炉汽包液位控制系统的基本原理锅炉汽包液位控制系统的基本原理是通过对水泵、给水阀、汽阀等设备进行控制，使得锅炉内部的水位保持在一定范围内。

具体来说，当锅炉内部水位过低时，需要通过水泵将水加入到锅炉中；当锅炉内部水位过高时，则需要通过给水阀和汽阀来调节蒸汽排放量和给水量。

三、MATLAB设计锅炉汽包液位控制系统的步骤1. 建立模型在MATLAB中，我们可以使用Simulink工具箱来建立模型。

首先，我们需要确定模型所需的输入和输出信号。

在这里，我们需要输入给水流量和蒸汽流量，并输出液位信号。

2. 设计PID控制器PID控制器是一种常用的控制器类型，在这里也可以使用该类型的控制器来进行设计。

在MATLAB中，我们可以使用Simulink中的PID 控制器模块来进行设计。

需要注意的是，在设计PID控制器时，需要根据实际情况进行参数调整。

3. 进行仿真在完成模型和控制器的设计后，可以进行仿真以验证系统的性能。

在MATLAB中，我们可以使用Simulink中的仿真功能来进行仿真。

4. 调整参数根据仿真结果，可以对模型和控制器参数进行调整以优化系统性能。

5. 实现控制最后，在完成模型和控制器参数调整后，我们可以将其应用到实际系统中进行控制。

四、总结本文介绍了如何使用MATLAB设计锅炉汽包液位控制系统，包括建立模型、设计PID控制器、进行仿真、调整参数和实现控制等步骤。

通过该方法，我们可以有效地提高锅炉运行安全稳定性。