锅炉液位控制系统设计

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。

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。

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。

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。

基于单片机的锅炉液位控制系统设计摘要：介绍了用单片机进行锅炉液位控制工作原理、硬件设计和软件设计。

装置主要由80C51、四片电位器式传感器、逐次逼近式A/D转换器ADC0809、双向可控硅驱动电路MOC3041和双向可控硅TLC336A等组成；能够可靠地完成锅炉液位自动控制。

关键词：液位传感器单片机可控硅驱动电路Abstract: In this paper, the principles and design of hardware and software of controlling automatically liquid level of boiler by the Single-Chip Microcomputer 80C51 are described. It chiefly consists of the Single-Chip Microcomputer 80C51, four pieces of electric potential trasducer, analog/digital converter of successive approach, two-way SCR TLC336A and two-way SCR drive circuit MOC3041.This apparatus can accomplish reliably the controlling automatically liquid level of boiler.Key word: Liquid Level trasducer Single-ChipMicrocomputerSCR(Silicon Control Rectifier) SCR drive circuit1 引言锅炉液位控制的稳定与否，是关系到生产安全的重要因素之一。

液位太高，易使供出的蒸汽带水，高温高速的蒸汽水珠会损坏后工段的工艺设备；而液位太低，有造成锅炉烧干的危险。