电厂锅炉水位串级控制系统设计答辩稿

锅炉温度-流量串级控制方案设计下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!锅炉温度流量串级控制方案设计1. 简介在工业生产中，锅炉是一个至关重要的设备，控制锅炉的温度和流量对于保证生产的稳定运行和安全性至关重要。

锅炉原理课程设计答辩尊敬的评委老师们，大家好！我是XX，今天非常荣幸能为大家分享我的锅炉原理课程设计成果。

本次课程设计，我选取了锅炉原理及其应用为研究方向，旨在通过学习与实践，深入理解锅炉的工作原理，掌握其在实际应用中的基本操作与维护知识。

我简要介绍了锅炉的分类和基本构造。

锅炉按用途分为工业锅炉和民用锅炉，按循环方式分为自然循环锅炉和强制循环锅炉，按水循环方式分为高压锅炉和低压锅炉。

我还详细介绍了锅炉的基本构造，包括炉膛、汽包、各种管道和阀门等。

这些知识的掌握对于理解锅炉原理和运行起到了重要的启发作用。

接下来，我详细讲解了锅炉的工作原理。

我通过图文并茂地展示了锅炉内部的工作流程，包括燃料的燃烧、水的循环、产生蒸汽等。

在此基础上，我对锅炉的热效率进行了计算与分析，并提出了一些提高燃烧效率的改进措施。

通过理论计算和实例演示，我让大家更加直观地感受到了这些改进措施对于提高锅炉效率的重要作用。

为了进一步加深对锅炉原理的理解，我进行了一系列实验项目。

我设计了锅炉的装置与参数调节实验。

通过调整不同的参数，如水位、供气量等，观察和分析其对锅炉性能的影响，加深对锅炉原理的理解。

我设计了锅炉的节能环保实验，通过改变燃料种类和供气方式等措施，观察和比较锅炉的热效率和废气排放情况。

我进行了一些事故处理实验，如炉膛爆炸和水位突变等。

通过实验教学，我让大家了解了锅炉在实际运行中可能遇到的问题和处理方法。

在课程设计过程中，我注重理论与实践相结合，旨在培养学生动手能力和问题解决能力。

我通过设计锅炉的装置和参数调节实验，促使学生对锅炉工作原理进行深入理解；通过设计节能环保实验，引导学生从实践角度思考如何提高锅炉效率；通过事故处理实验，培养学生处理危险情况的能力。

我还加强了与同学们之间的交流与互动，鼓励他们在实验过程中发表意见和提出疑问。

综上所述，我的锅炉原理课程设计以理论教学和实践教学相结合为核心思想，旨在深入理解锅炉的工作原理和应用，培养学生的动手能力和问题解决能力。

摘要本设计论述了基于PLC和组态技术的锅炉内胆水温和夹套水温构成的串级控制系统的设计过程。

下位机编程软件采用SIEMENS公司的STEP 7软件，选用西门子S7-400PLC控制锅炉温度的控制系统，介绍了西门子S7-400PLC和系统硬件及软件的具体设计过程。

上位机组态画面软件采用SIMATIC WINCC，对其进行了简单介绍，并详细介绍了项目的创建、变量的新建、画面的组态。

上位机进行程序编写实现控制，下位机组态画面，建立人机界面，进行远程控制。

锅炉水温具有非线性、时变性、大滞后和不对称性等特点，采用传统的控制方法所得到的控制量的控制品质不高。

锅炉内胆与夹套构成串级控制。

由于串级控制具有有效改善过程的动态特性、提高工作频率、减小等效过程时间常数和加快响应速度等特点，所以在克服被控系统的时滞方面能够取得较好的效果。

串级控制中的主副回路是控制夹套和内胆的温度，温度是一个多变且不易控制的量，而PID控制在这方面具有突出的优点，很适合采用PID控制技术。

综合以上得到一个品质比较高的控制系统。

关键词PLC；组态技术；串级控制；锅炉水温；PID控制ABSTRACTThis design is discussed based on PLC and configuration technology of water temperature and clip boiler water tank consists of cascade control system design process. Lower level computer programming software using the SIEMENS company's STEP 7 software, choose SIEMENS s7-400plc control boiler temperature control system, introduces SIEMENS s7-400plc and system hardware and software, and the specific design process. Upper unit used in the software configuration screen WINCC, the SIMATIC simply introduced, and introduces the creation, variable of project construction, picture configuration. PC for programming realize control, lower frame) unit, establish normal screen man-machine interface, carries on the remote control.Boiler water temperature with nonlinearness, time delay and asymmetry wait for a characteristic, USES the traditional control method can get control portion control quality is not high. Boiler of the bladder and clip constitutes a cascade control. Due to the cascade control has effectively improve the dynamic characteristics, improve process working frequency, reducing the time constant and accelerate equivalent process characteristic, the response speed of the controlled system in overcome delay to the good result is achieved. Cascade control the principal deputy loop is control of the temperature of the clamping and bladder, temperature is a variable and not easy to control, and the amount of PID control in this respect has outstanding advantages, very suitable PID control technology. Comprehensive above gets a quality higher control system.Key words plc；configuration technology；cascade control；boiler water temperature；pid control目录1 引言 (4)1.1 系统的设计背景 (4)1.2 系统设计内容及技术要求 (5)1.3 系统的设计原理 (5)1.4 系统的整体设计方案 (6)2 串级控制系统设计 (7)2.1 串级控制系统的概述 (7)2.2 PID控制系统的简介 (8)2.3 PID控制器的参数整定 (10)3 硬件系统设计 (13)3.1 PLC的基本介绍 (13)3.2 S7-400简介 (14)3．3 其它器件介绍 (16)4 STEP 7简介及组态硬件、程序编写 (18)4.1 STEP 7简介 (18)4.2 STEP 7项目的创建 (20)4.3 组态硬件 (22)4.4 SETP 7编程介绍 (25)4.5 变量及系统程序 (26)5 WINCC简介及人机界面组态 (33)5.1 WinCC简介 (33)5.2 WinCC系统功能 (34)5.3 WinCC的项目创建及组态方法 (35)6 控制系统整体调试 (46)6.1 系统整体测试 (46)6．2 系统测试的结果 (47)结束语 (48)参考文献 (49)致谢 (51)1 引言1.1 系统的设计背景自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在电子技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。

1 前言 (1)2 控制系统的总体方案 (2)2.1 概述 (2)2.2 控制方式的确定 (2)2.3检测元件和执行机构的选择 (3)2.4微型计算机的选择 (4)2.5输入输出通道及外围设备的选择 (6)2.6系统的原理框图 (6)3 控制算法的选择和参数计算 (8)3.1 控制算法的选择 (8)3.2 参数的计算 (8)4系统硬件设计 (16)4.1概述 (16)4.2 系统的硬件设计 (16)4.3系统电气原理图 (33)4.4 元器件明细表 (34)5 软件程序的编制 (35)5.1概述 (35)5.2程序流程图 (35)5.3 地址分配 (40)5.4程序设计 (40)6 控制系统的调试与实验 (42)6.1单元电路调试 (42)6.2 程序调试 (42)6.3 系统调试 (43)6.4 系统实验和结果分析 (43)7 设计总结 (44)7.1 系统具备的主要功能 (44)7.2 系统的测量精度 (44)7.3 存在的问题及改进措施 (44)参考文献 (46)致谢 (47)1 前言随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。

而锅炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常必要的。

而锅炉系统是一个具有时变和时滞的比较复杂的系统，因此，对锅炉温度进行控制是工业过程控制中一个重要而且困难的问题。

由于串级控制具有有效改善过程的动态特性、提高工作频率、减小等效过程时间常数和加快响应速度等特点，所以在克服被控系统的时滞方面能够取得较好的效果[1]。

由于PLC具有高可靠性、易于实现等优点，在工业控制领域中得到了广泛的应用。

进入21世纪以来，PLC已经由原来的逻辑控制器发展成具有较强的数据处理能力、通讯能力的标准工控设备，用其进行各种算法的实现是工控领域的发展趋势。

本设计以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID 算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制[2]。

水位三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法 锅炉汽包水位三冲量调节系统是火电厂锅炉核心控制之一。

汽包水位三冲量调节系统的给水调节阀动作频繁，锅炉水位对给水调节阀执行机构的动作比较敏感，稍有不慎就可能出现严重的危险情况，汽包水位三冲量调节系统关系到整个机组的安全运行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过低，会造成锅炉“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。

汽包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统运行要平稳。

目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成熟，但在实际锅炉运行中会各种原因导致水位自动调节系统投入困难，甚至自动不能投入。

这种现象让人对串级三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。

为此昌晖数显仪表与大家交流运用心得，对级三冲量调节系统进行定性分析，并对一些异常情况的处理办法进行探讨。

1、水位三冲量调节控制策略汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。

汽包水位作为主调（PID调节器）的输入信号，去抑制水位本身的偏差。

副调（外给定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰动和虚假水位。

各种介绍汽包水位三冲量调节系统的书籍中，都有对传递函数的计算，这些计算对系统设计很重要。

如果用经验调节法对于系统维护，则完全可以抛开理论计算。

昌晖仪表在此只对其物理意义进行定性思考和作一番揣测。

1.1 反馈信号反馈信号指给水流量信号，也叫内扰。

水位三冲量调节系统中被调量发生变化的时候，PID经过运算，去控制执行机构进行合理的动作，执行机构改变给水调节阀的开度，阀门控制介质变化，达到控制给水流量的目的。

可是给水调节阀执行机构特性、水位三冲量调节系统的运行状况存在很多差异，这些差异主要有：①执行机构线性：执行机构改变开度后，流量随之改变的大小。

②执行机构死区：PID 输出每变化多少，执行机构才能动作一次。

摘要在大多数情况下，简单控制系统由于其自身需要的自动化仪表少，设备投资少，维护、投运简单，同时，生产实践证明它能解决大量的生产控制问题，满足定值控制的要求，因此，简单控制系统是生产过程自动控制中最简单、最基本、应用最广的一种形式，约占自动控制系统的90%左右。

但是，针对不同的生产过程为满足其生产过程的生产工艺、生产参数的不同要求，简单控制系统已不能满足生产要求，所以相继出现了各种复杂控制系统，例如，串级控制系统，前馈控制系统，纯滞后补偿控制系统和解耦控制系统等。

在各种复杂控制系统中，串级控制系统占有较大比重。

串级控制系统是在简单控制系统的基础上发展起来的，为双闭环或多闭环控制系统。

串级控制系统可以应用于容量滞后较大的对象，纯滞后较大的对象，扰动变化激烈而且幅度大的对象和参数互相关联的对象。

锅炉液位控制方案是通过对锅炉内的压力和液位的直接控制，在有蒸汽流量的改变时，系统能够很快的做出设置，使系统稳定。

运用副回路的快速作用，将有效地提高控制质量，可以满足生产要求。

为此设计以串级控制为基础的加热炉串级控制系统，对该生产过程有积极意义。

关键词：串级控制，锅炉液位，前馈-串级控制 matlab目录一、对串级系统研究 (1)二、系统器件选择（包括器件参数）及系统分析 (2)2.1 系统器件选择 (2)2.2 串级控制系统性能分析 (2)2.3 主、副控制规律的设计 (2)2.4 控制参数的工程整定 (3)三、锅炉液位串级控制系统的仿真与结果分析 (4)3．1锅炉液位仿真图如下所示 (4)3.2 PID 参数整定及MATLAB 系统仿真 (4)3.3 扰动加在不同对象时的曲线 (5)3.4 不同副调节器比例度的影响 (6)四、设计总结 (8)五、参考资料 (9)一、对串级系统研究串级控制系统性能特点：串级控制系统即在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环——双闭环。

就其主回路来看是一个定值控制框图，而副回路则为一个随动系统。

第五节锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统一、实验目的1．熟悉温度-流量串级控制系统的结构与组成。

2．掌握温度-流量串级控制系统的参数整定与投运方法。

3．研究阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。

4．主、副调节器参数的改变对系统性能的影响。

二、实验设备（同前）三、实验原理本实验系统的主控量为锅炉内胆的水温T，副控量为锅炉内胆循环水流量Q，它是一个辅助的控制变量。

内胆内的电热管持续恒压加热，执行元件为电动调节阀，它控制管道中流过的冷水的流量大小，以改变内胆中的水温。

副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量T的控制目的，因而副调节器可采用P控制。

但选择流量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。

引入积分作用的目的不是消除静差，而是增强控制作用。

显然，由于副对象管道的时间常数远小于主对象锅炉内胆的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路的调节作用可快速消除扰动的影响。

本实验系统结构图和方框图如图5-21所示。

图5-21 锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统(a)结构图 (b)方框图四、实验内容与步骤本实验选择锅炉内胆和循环水组成串级控制系统。

实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-12、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-11、F2-12关闭，其余阀门也关闭。

将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆和夹套贮满水。

然后关闭变频器、关闭阀F1-12，打开阀F1-13，为给锅炉内胆供循环冷水作好准备。

具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照本章第二节水箱液位串级控制中相应方案进行，实验的接线可按照下面的接线图连接。

智能仪表1常用参数设置如下，其他参数按照默认设置：HIAL=9999，LoAL=-1999,dHAL=9999, dLAL =9999, dF=0, CtrL=1,Sn=21, dIP =1, dIL =0, dIH =100, oP1=4, oPL=0, oPH=100,CF=0,Addr=1,bAud=9600。

引言自动控制技术在工程和科学发展中起着极为重要的作用，在火电厂的生产过程中也采用了自动控制技术。

在火电厂的生产过程中采用的热工自动控制系统，是伴随着社会对电能需求的日益增加、单机容量的日益扩大和自动控制技术在火力发电厂中应用的深度与广度与日俱增而逐步发展起来的。

电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。

其中，汽包锅炉给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制，在不需要操作人员干预的情况下，可以很好的完成生产过程中的给水及水位控制，大大提高了生产效率。

汽包锅炉给水控制系统的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中水位保持在一定的范围内。

只有保证汽包水位的波动在允许范围内，才能实现机组安全经济运行。

因此，汽包水位是影响整个机组安全经济运行的重要因素，所以就要有一套较好的控制方案，来实现汽包水位的控制。

从传统的控制方式来看，它们要么系统结构简单成本低，却不能有效的控制锅炉汽包“虚假水位”现象，要么能够在一定程度上控制“虚假现象”，系统却过于复杂，成本投入过大。

目前工业控制急需一种系统简单，并且能够控制“虚假水位”，具有高性价比的控制系统。

汽包锅炉的给水调节系统有三种基本结构：单冲量调节系统结构、单级三冲量调节系统结构、串级三冲量调节系统结构，低负荷阶段，由于疏水和锅炉排污等因素的影响，给水和蒸汽流量存在着严重的不平衡，而且流量太小时，测量误差大，故在低负荷阶段，很难采用三冲量调节方式，一般均采用单冲量调节方式。

负荷达到一定值以上时，疏水和排污阀逐渐关闭，汽、水趋于平衡，流量逐渐增大，测量误差逐渐减小，这时原则上可采用三冲量调节方式。

但由于单级三冲量调节系统要求蒸汽流量和给水流量信号在稳态时必须相等，否则汽包水位存在静态偏差，而且由于测量装置及变送器的误差等因素的影响，实际上现场这两个信号在稳态时，经常难以做到完全相等，而且单级三冲量调节系统一个调节器参数整定需兼顾的因素多。

电厂锅炉水位的串级控制目录1、前言 (2)2、系统的概述及其动态特性 (3)2.1 系统概述 (3)2.2 锅炉汽包的动态特性 (3)2.2.1 给水扰动 (4)2.2.2 负荷扰动 (4)2.2.3燃料量扰动 (5)3、汽包水位的控制方案 (6)3.2 串级控制系统控制方案 (6)3.2.1 副回路控制分析 (7)3.2.2 主回路控制分析 (8)4.3 系统影响分析 (10)5、仪表的选择 (12)5.1 测量元件及变送器的选择 (12)5.2 调节阀的选择 (12)5.3 调节器的选择 (12)6、系统参数的整定 (13)6.1 汽包水位串级控制原理图 (13)6.2 调节器的参数整定 (13)6.2.1 两步整定法概述 (14)6.2.2 两步法的整定步骤 (15)7、实例参数整定及其仿真 (16)8、结论 (19)9、设计体会 (20)参考文献 (21)1、前言在火力发电厂，最基本的工艺过程是用锅炉生产蒸汽，使汽轮运转，进而带动发电机发电。

锅炉控制是火力发电生产过程自动化的重要组成部分，它的主要任务是根据负荷设备（汽轮机）的需要，供应一定规格（压力、流量、温度和纯度）的蒸汽。

锅炉是生产蒸汽的主要设备，是工业生产中几乎不可缺少的设备，应用十分广泛。

保证锅炉内的水位在一定范围内波动对系统的安全运行是非常重要的。

如果水位过低，锅炉可能被烧干，引起设备的损坏，甚至爆炸；如果水位过高，会导致生产的蒸汽含水量大，而且水还可能溢出，从而使生产过程中断，造成经济损失。

因此对水位进行控制是保证锅炉正常运行所必不可少的。

当锅炉的给水量与蒸汽的蒸发量保持平衡时，锅炉的水位保持不变，此时，锅炉工作状态良好。

如果锅炉的给水量和蒸汽量不平衡，水位就会发生波动。

因此，我们必须根据水位的变化，调整给水量，使它跟随蒸汽的负荷的大小而增减，以达到保持水位在规定的范围内的目的。

水位的变化量h由液位传感器检测，并由液位变送器转换为统一的标准信号后送到调节器（即控制器），与水位的设定值进行比较和运算以后由调节器发出控制指令，执行器（电动或气动执行机构）改变调节阀阀门的开度，调节给水流量，以保持给水量与蒸发量之间的平衡，这就是锅炉水位自动控制过程。