下载文档原格式
淮海工学院课程设计报告书课程名称：专业综合课程设计题目：锅炉液位控制系统设计系（院）：电子工程学院学期： 2011-2012-1专业班级：自动化081姓名： yzj学号： 0308511341 引言锅炉参数控制，是过程控制的典型实例。
锅炉微计算机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型计算机软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染等严重的生产状态。
提高热效率，降低耗煤量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。
设锅炉控制系统的原理框图如下。
图1-1 锅炉控制系统的原理框图1.1 锅炉液位控制系统设计1.1.1 系统的基本原理控制系统原理图如图1所示，设广义被控对象的传递函数为，。
被控对象简图如图2所示。
图1-2 锅炉液位示意图1.1.2 大林算法对于大多数工业对象，都具有较大的滞后，使控制系统的性能下降，稳定性降低，过渡过程特性变坏，引起超调和持续的振荡。
大林算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节，从而是系统不产生超调，同时保证系统的稳定性。
大林算法要求在选择闭环脉冲传递函数时，采用相当于连续一阶惯性环节的脉冲传递函数来代替最少拍多项式。
1.1.3 设计内容1）设计必要的硬件电路（单片机电路）① 输入、输出通道扩展；② 报警电路；③ 人机交互（键盘、显示）。
2）设计控制算法（大林算法），并进行仿真，给出仿真结果。
3）数字控制器的实现方法设计。
4）写出系统整体软件流程。
液位控制是利用由高亮二级管和光敏三级管所组成的液位传感器把液位的状态转换成模拟信号,再通过模数转换器ADC0809把输出状态直接接到单片机的I/O 接口，单片机经过运算控制，输出数字信号，输出接口接LED进行显示,实现液位报警和键盘显示与控制；其压力控制是通过压电传感器将接受的信号转变成电信号，通过模数转换ADC0809进行转换后与8051单片机接口相连，使其与设定值相比较从而实现压力报警和控制;其温度检测选用的是光电隔离器,实行光电隔离,有利于人员对温度的检测,再通过模数转换器ADC0809进行转换后与8051单片机接口相连，使其与设定值相比较从而实现温度报警；而本设计主要是对液位进行控制,下图是锅炉液位控制系统。
课前准备：多媒体课件制作、演示实验设备调试、以4人/小组进行分组。
一、课程导引——控制系统调试的意义过程控制系统在投运前的一项重要工作就是系统调试，经过调试使控制器的PID参数得到整定，从而使控制系统在稳、准、快的三方面综合指标得到优化。
系统调试方法有多种，并且因系统结构的不同、工艺条件不同而使调试方法也有较大差别，这就要求我们认真学会基本的调试原则，同时还需多实践，不断积累经验，达到熟能生巧。
二、调试知识——控制系统品质指标和调试方法（35分钟）（一）控制系统品质指标要对控制系统实施调试，首先得清楚控制系统的品质指标评价方法，而闭环控制系统的品质指标主要由过渡过程性能反映。
1、闭环控制系统的过渡过程一个处于平衡状态的自动控制系统在受到扰动作用后，被控变量发生变化；与此同时。
控制系统的控制作用将被控变量重新稳定下来，并力图使其回到设定值或设定值附近。
一个控制系统在外界干扰或给定干扰作用下，从原有稳定状态过渡到新的稳定状态的整个过程，称为控制系统的过渡过程。
控制系统的过渡过程是衡量控制系统品质优劣的重要依据。
在阶跃干扰作用下，控制系统的过渡过程有如图1所示的几种形式。
图1 (b)为发散振荡过程，它表明这个控制系统在受到阶跃干扰作用后，非但不能使被控变量回到设定值，反而使它越来越剧烈地振荡起来。
显然，这类过渡过程的控制系统是不能满足生产要求的。
图1 (c)为等幅振荡过程，它表示系统受到阶跃干扰后，被控变量将作振幅恒定的振荡而不能稳下来。
因此，除了简单的位式控制外，这类过渡过程一般也是不允许的。
图1 (d)所示为衰减振荡过程，它表明被控变量经过一段时间的衰减振荡后，最终能重新稳定下来。
图1 (e)所示为非周期衰减过程，它表明被控变量最终也能稳定下来，但由于被控变量达到新的稳定值的过程太缓慢，而且被控变量长期偏离设定值一边，一般情况下工艺上也是不允许的，而只有工艺允许被控变量不能振荡时才采用。
2、过渡过程的质量指标从以上几种过渡过程情况可知，一个合格的、稳定的控制系统，当受到外界干扰以后，被控变量的变化应是一条衰减的曲线。
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。
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。
液位控制系统实验报告液位控制系统实验报告引言液位控制系统是工业生产过程中非常重要的一部分。
它能够确保液体在容器内的合适水平，以保持生产的稳定性和安全性。
本实验旨在研究液位控制系统的原理和性能，并通过实际操作来验证其有效性。
一、实验目的本实验的主要目的是探究液位控制系统的工作原理，了解液位传感器的原理和使用方法，并通过实验验证控制系统对液位的准确控制能力。
二、实验材料与方法1. 实验材料：- 液位传感器- 控制器- 液位计- 液体容器- 液体样品2. 实验方法：- 将液体样品倒入容器中，并确保液位计准确测量液位。
- 将液位传感器安装在容器内，确保其与液体接触并能准确测量液位。
- 将传感器与控制器连接，并设置控制器的参数。
- 启动控制器，观察液位控制系统的工作过程，并记录数据。
- 根据实验结果分析液位控制系统的性能。
三、实验结果与分析在实验过程中，我们成功地搭建了液位控制系统，并进行了一系列实验。
通过观察和记录数据，我们得出了以下结论：1. 液位传感器的准确性：实验结果表明，液位传感器能够准确地测量液体的高度，并将其转化为电信号输出。
传感器的准确性对于控制系统的稳定性和精度至关重要。
2. 控制器的响应速度：我们发现，控制器对液位变化的响应速度非常快。
一旦液位发生变化，控制器会立即调整输出信号，以保持液位在设定范围内。
这种快速的响应能力确保了液位的稳定性。
3. 控制系统的稳定性：在实验过程中，我们对液位进行了多次调节，并观察了系统的稳定性。
结果显示，控制系统能够在短时间内稳定液位，并且在设定范围内保持液位的波动较小。
这证明了液位控制系统的稳定性和可靠性。
四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了液位控制系统的工作原理和性能。
我们发现，液位传感器的准确性和控制器的响应速度对于控制系统的稳定性和精度至关重要。
此外，我们还验证了液位控制系统的稳定性和可靠性。
然而，本实验仅仅是对液位控制系统的初步研究，还有许多方面可以进一步探索。
目录第1章锅炉控制系统工艺分析 (1)1.1汽包水位调节系统 (1)1.2过热蒸汽温度调节系统 (2)1.3 锅炉燃烧过程控制系统控制 (2)第2章锅炉系统控制设计 (3)2.1 锅炉仪表的选择 (3)2.2 锅炉传感器的选择 (4)2.3 锅炉控制方案分析 (4)第3章基于紫金桥的锅炉系统监控程序设计 (6)3.1 主控界面的程序设计 (6)3.2 趋势界面的程序设计 (11)3.3 仪表界面的程序设计 (13)第4章结论与体会 (16)参考文献 (17)第1章锅炉控制系统工艺分析锅炉是个较复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，生产过程各主要工艺参数必须加以严格控制。
主要调节项目有;负荷、锅炉给水、燃烧量、减温水、送风等。
主要输出量是:汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。
这些输入量与输出量之间是互相制约的，例如，蒸汽负荷变化时，必然会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化;燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、空气量和炉膛负压等。
对于这样复杂的对象，工程处理上作了一些简化，将锅炉控制系统划分为若干个调节系统。
主要的调节系统有:1.1 汽包水位调节系统汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。
水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。
所以其值过高过低都可能造成重大事故。
它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节, 使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性。
但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却为"逆响应特性"，即所谓的"虚假水位"，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。
西安科技大学综合实验报告题目：锅炉液位定值调节系统设计学院：电气与控制工程学院专业：自动化专业姓名：学号：指导老师：目录1 引言··21.1 组态软件简介·21.2组态软件的特点·22 设计要求··23 工作原理··24 系统设计··34.1 硬件部分·34.2 软件部分·35 系统框图··76 心得体会··7锅炉液位控制系统设计1 引言：1.1 组态软件简介：组态的概念最早来自英文Configuration,含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。
组态软件，又称组态监控软件系统软件。
译自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。
它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。
它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。
组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。
1.2 组态软件的特点：组态软件的特点主要有：实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠、延续性和可扩充性、易学易用、通用性等。
2 设计要求：本次课程设计运用厦门宇电 808仪表对实验室的温度箱或锅炉液位进行闭环控制，利用力控组态软件设计上位机界面，在界面上要求显示实时历史曲线，以及实测值、给定值、PID参数、专家报表、报警等，并且可以改变给定值和PID参数值。
3 工作原理：通过宇电808仪表对实验室的锅炉的液位进行闭环控制，高位水箱和低位水箱连接锅炉，锅炉的出口处也就是低位水箱的进口处设有电动阀门，在锅炉上设有变送器，通过变送器检测锅炉液位变化，将变化值送入仪表调节PID值，控制电动阀门的开关大小，工作人员通过PC机控制仪表参数。
单片机原理及系统课程设计专业：电气工程及其自动化班级：电气093姓名：学号：指导教师：评语：平时（40）修改（30）报告（30）总成绩兰州交通大学自动化与电气工程学院2012 年 7月1日1引言本设计是基于单片机的锅炉液位控制系统。
目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。
所以开发研制自动化程度高、节能潜力大、提高安全系数、减轻环境污染、减轻劳动强度、价格低的新型测控装置意义重大。
单片机是在一块芯片上集成了一台微型计算机所需的CPU 、存储器、输入、输出等部件。
“单片机自问世以来，性能不断提高和完善，体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛.工业控制系统的工作环境恶劣，干扰强.故要求控制系统的工作稳定、抗千扰能力强[1]”。
“单片机能满足这些要求，因此单片机在控制领域得到了广泛的应用。
使用单片控制锅炉是很好的选择[2]”。
2设计方案及原理本设计是采用8051单片机为核心芯片,及其相关硬件来实现的锅炉液位控制系统,CPU 循环检测传感器输出状态,并用3位七段LED 显示示液位高度,检测液位等数据,实施报警安全提示,当锅炉液位低于用户设定的值时,系统自动打开泵上水,当水位到达设定值时,系统自动关闭水泵。
系统的原理是采用液位式传感器测量锅炉液位值,通过单片机的转换与分析在LED 上显示及输出控制;根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开关水泵,以及是否到达危险高、低水位,需要关闭阀门。
系统原理框图如图1所示：给定值单片机D/A电机阀门水位检测变送A/D-广义被控对象液位图1 系统原理框图3 硬件设计3.1 A/D 转换器的设计ADC0809是带有8为A/D 转换器、8路多路开关以及与微型计算机兼容的控制逻辑。
接线图如图2所示：图2 ADC0809与CPU 的接线图3.2 D/A 转换器的设计模拟量输出通道的任务是把计算机输出的数字量信号转换成模拟电压或电流信号。
接线图如图3所示：图3 8051与DAC0832接口电路5432V c c20Io u t111ls b D I07Io u t212D I16D I25R fb 9D I34D I416V ref 8D I515D I614ms b D I713ILE19W R 218C S 1W R 12X fer 17D AC 0832EA /VP P 31X TA L119X TA L218R ST/V PD 9R D/P3.717W R /P3.616INT 0/P3.212INT 1/P3.313T0/P 3.414T1/P 3.515P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PS EN29A LE/PR O G30TX D /P 3.111R XD /P3.01080518051-5V+5VV o u t3.3 液位传感器的设计本设计的液位传感器主要是由高亮二极管和光敏三极管所组成的设备,通过吸收高亮二极管的光来测量液位的高度,在转化成光电流传到模拟传感器ADC0809中。
基于组态软件的锅炉液位掌握系统概述本次实习，我们做了一个小型的锅炉液位掌握系统，用试验室的设施模拟工业现场的锅炉掌握系统。
在做试验之前，先分析系统组成，各模块的功能，对系统的工艺有肯定的熟悉，知道了系统的原理后在水槽中加满水，上电之前要对电气设施做好电气检查和机械检查，确保操作的平安。
开动电机之前将没用的阀门关闭，打开图中需要的阀门。
其工作过程为电动机将水槽中的水经V39抽到高处水塔的小水塔中，待小水塔中的水满后会自动溢出到大的水塔中，确保了高处的水塔中水的压力恒定。
大水塔中的水会由溢水管流入水槽中，高处的水塔的压力由LT-I即：DBYG 压力变送器测得。
水经V33后由主路的QS智能型电动调整阀或经旁路的电磁阀、V30流过，再通过FE—1即电磁流量传感器后又经V51进入锅炉中，在锅炉底部有LT—2即DBYG压力变送器测的锅炉底部的压力。
加热的水在经V21、FE—2 （LDG—电磁流量传感器）、V35、V25后进入水槽中。
图形如下所示：——Lα∣:——一概述图1锅炉介绍1.1锅炉简介锅炉是采用燃料或其他能源的热能，把水加热成为热水或蒸汽的机械设施。
锅炉包括锅和炉两大部分，锅的原义是指在火上加热的盛水容器，炉是指燃烧燃料的场所。
锅炉产生的热水或蒸汽可直接为生产和生活供应所需的热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。
供应热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。
产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，又叫蒸汽发生器，常简称为锅炉，是蒸汽动力装置的重要组成部分，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。
锅炉承受高温高压，平安问题非常重要。
因此，对锅炉的材料选用、设计计算、制造和检验等都制订有严格的法规。
L 2锅炉的规格锅炉规格表示锅炉生产蒸汽或加热水的力量及水平。
蒸汽锅炉的规格以单位时间内产生蒸汽的数量及蒸汽参数表示，热水锅炉的规格以单位时间内水的吸热量及热水参数表示。
锅炉液位控制系统设计实验报告
实验目的：
1. 掌握锅炉液位控制系统的工作原理，了解常见的液位控制方案。
2. 学习液位传感器的基本原理，并设计并实现一个基于差压传感器的锅炉液位控制系统。
3. 通过实验验证液位控制系统的有效性和稳定性。
实验仪器和设备：
1. 差压传感器
2. 显示仪
3. PLC 控制器
4. 冷却塔
5. 水泵
6. 液压系统
7. 电气保护仪
实验原理：
锅炉液位控制系统的工作原理基于液位的测量和比较，以及相应的控制电路。
常见的液位控制方案有多种，例如浮球传感器、差压传感器、超声波探测器等。
本实验设计并实现的液位控制系统基于差压传感器。
差压传感器是一种能测量液面压力差的传感器，其工作原理基于两个相隔一定距离的孔洞，分别在液位两侧，当液面高低不一时，两孔洞的压力就会不同，导致差压的产生。
根据流体力学原理，液位高度与产生的差压成线性关系，因此通过测量差压即可得知液位高度。
液位控制系统的核心控制器是 PLC 控制器。
PLC 控制器负责
对液位信号进行采集和处理，并根据实际需求输出控制信号，控制阀门、水泵等设备的运行。
实验步骤：
1. 搭建实验装置：
将差压传感器安装在锅炉的水箱上，保证传感器的两个孔洞分别在水面上下两侧，连接传感器与示数仪。
将 PLC 控制器与
传感器和执行器（水泵、阀门等）进行连线。
2. PLC 编程：
编写 PLC 控制器的程序，实现对液位的控制和保护。
程序中
应包含液位传感器的采集功能，液位数据的处理和比较功能，
以及对执行器的控制指令。
另外，还需要设置自动保护功能，当液位过高或过低时及时切断加热器、泵等设备的供电，保证设备的安全运行。
3. 实验测试：
在实验时，首先注入一定量的水，打开水泵进行循环水处理，同时启动加热器加热。
然后，由 PLC 控制器对液位信号进行采集和处理，控制水泵的开关以维持液位在一定范围内。
实验过程中，应注意观察液位变化和执行器运行状态，并及时调整控制参数。
实验结果与分析：
本实验实现了基于差压传感器的锅炉液位控制系统，并通过PLC 控制器对液位信号进行采集和处理，控制水泵的开关以维持液位在一定范围内。
实验结果显示，液位控制系统稳定可靠，并具有较高的精度和控制性能。
结论：
本实验通过设计并实现液位控制系统，深入了解锅炉液位控制方案，掌握了液位传感器的基本原理和应用方法，加深了对PLC 控制器的理解和掌握，对于锅炉控制和自动化控制技术的学习和研究具有重要的意义。
