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锅炉汽包水位控制系统课程设计说明书

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锅炉汽包水位控制系统（SP=2M）

学生学号： 学生姓名： 专业班级： 分 院： 机电工程学院 指导教师： 起止日期：2010.12.27~2011.1.08

中国计量学院 China Jiliang University 精品文档 。 2欢迎下载

目 录 课程设计任务书 ································ 3 1.1设计题目 ····································· 3 1.2设计目的 ····································· 3 1.3设计要求 ····································· 3 锅炉汽包水位控制系统说明书 ······························ 4

一、监控软件组态 ··································· 4 二、设备选型 ····································· 4 三、目前状况 ····································· 6 四、工艺过程 ····································· 6 五、控制方案 ····································· 8 六、控制流程图 ···································· 9 七、仪表规格图 ··································· 10 八、设计体会 ···································· 10 软件功能介绍 ······························ 错误!未定义书签。

参考文献： ······································ 15 精品文档

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课程设计任务书 一、 设计题目 锅炉汽包水位控制系统 二、 设计目的 通过该课程的学习，掌握计算机辅助自动控制系统设计及仿真方法，掌握简单工业监控软件的设计，培养工程观念，为毕业设计等后续实践课程打好基础

三、 设计要求： 1.控制方案均采用单回路控制，可以采用更复杂的控制方案，如串级控制等 2.控制方案的确定：1）了解工艺过程；2）确定控制量、被控量；3）控制结构、控制策略；4）控制结构图 3.控制流程图的绘制：用AUTOCAD绘制，粘帖到WORD文档中（注意仪表装置的符号，可参考《过程控制系统工程设计》P14） 4.设备选型：传感器、仪表的选型；绘制自控仪表规格表 （可参考《过程控制系统工程设计》P38，图10、图11） 5.控制系统软件组态：利用ForceControl(力控组态软件，版本3.62)完成控制系统软件组态 6. 软件的主要功能：工艺流程图，数据采集，显示（界面动画等），控制，报警组态，数据保存，历史数据查询，报表打印等功能 精品文档

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锅炉汽包水位控制系统说明书 一、 监控软件组态：

图1-1.锅炉汽包水位控制组态画面

二、 设备选型

1.对流量信号输入、通讯和变送采用AI-808H型仪表: 仪表最多可安装6个模块。仪表型号共由8部分组成。这表示一台仪表基本型号为AI—808H 型，面板尺寸为A 型（96×96mm），温度及压力输入采用I0 模块（即温度采用热电偶或热电阻，压力为0-5V 或1-5V 输入），流量输入采用为I2 模块（频率信号输入），OUTP 为L1 继电器模块可用于批量控制输出，ALM 为L5 双路继电器模块可输出2 路报警信号，AUX 安装线性电流变送输出模块X 可将流量信号变送输出，COMM 装有自带隔离电源的RS485 通讯接口S4。AI808H的主要特点是： （1）. 模块化输入并可编程，流量输入信号可为1-5V、0-5V、4-20mA 及频率等，也可定制特殊输入规格，温度信号可 编程输入为Pt100 热电阻、K、E、J 型热电偶、电压或电流信号，压力信号可为各种电压或电流信号。 （2）.可安装AI 系列仪表各种通用模块及丰富的可编程功能，可实现瞬时流量、温度及压力的上、下限报警功能，并具 备变送输出、通讯、24V/12V 电压输出等多种功能。 （3）.可选数码管或中文LCD 显示方式。另可选安装于DIN 导轨上的E5 外型仪表，无显示，适合用RS485 联机工作。 （4）. 具有8 位累积器及4 位瞬时测量值显示，可选择开方/不开方处理及设置任意范围的小信号切除功能。 （5）.AI-808H 具备完整的温压补偿功能，无需更换不同的仪表或型号，通过精品文档 。 5欢迎下载

编程即可实现一般气体、饱和蒸汽、过热蒸 汽及液体的温压补偿运算。采用查表方式对蒸汽进行补偿运算，具有较高的精度。并可依照用户要求扩充补偿公式实现特 殊功能，如对热量或其他物理量的累积，含水分天然气累积等。 （6）作为批量控制器使用时，具有独立的4 位控制累积器及12 位总累积器，及专门的显示模式，功能强大，操作方便。 （7）. 先进的运算方式，保证频率信号即使在频率很低时也有足够的流量运算精度。 （8）采用新一代高精度电流变送输出模块，提供14 位输出分辩率及0.2 级输出精度。

其具体参数如下： 电源 100~240VAC，-15%，+10% / 50~60Hz；或24VDC/AC，-15%，+10% 电源消耗 ≤5W 使用环境 温度-10 ~ +60℃；湿度≤90%RH 面板尺寸 96×96mm、160×80mm、80×160mm、48×96mm、96×48mm、72×72mm 开口尺寸 92×92mm、152×76mm、76×152mm、45×92mm、92×45mm、68×68mm 插入深度 ≤100mm

表2-1 AI-808H型仪表参数 2.采用CAP-3011型智能电容液位计:

CAP-3011智能电容液位计是利用先进的射频电容检测技术，辅以工业级范围

测量系统温度漂移补偿技术制作而成。它除了继承传统电容式液位检测技术的优点外，还解决了传统电容式液位计难以克服的测量系统温度漂移大、检测线性较差、分辨力差等缺陷。可应用于各种工业环境下被测介质组分相对稳定的溶性介质液位测量及干性粉末、颗粒料位测量。主要特点是1、两线制电流环，测量系统与电流环隔离； 2、测量系统温度飘移自动补偿；3、简便的两点标定；4、经C E 认证的良好的电磁兼容特性；5、连续测量液位、料位、界面；6、极优的线性测量， 更小的分辨测量单位；7、低功耗、无可动部件、精良工艺保证；8、耐高温、高压、强腐蚀；9、中文操作环境， 轻松整定， 带自诊断。

技术指标： 工作电压 最大：30v 最小：18v 负载电压 220V AC/300V DC(非防爆场所)介质温度：-150℃~150℃ 测量范围 0～30米

环境温度 -40℃～85℃ 存储温度 -55℃～100℃ 测量周期 0.5秒 精品文档 。 6欢迎下载

分 辨 率 0.02mm

表2-2 CAP-3011智能电容液位计参数

三、 目前状况： 本锅炉汽包水位控制系统具有： 1.实时控制锅炉的汽包水位、压力等符合工艺要求，实现分级报警、联锁保护，确保锅炉运行安全。 2.动态显示全部的各工艺参数、报警，主要工艺曲线，自动累计各流量，输出日报表和月报表。 3.从现场（二次仪表的数据）收集信息，建立历史数据库，提供历史曲线、报表查询功能。 4.可利用企业局域网实现在任何地点实时浏览现场数据。 本系统充分结合了力控系列PLC优越的调节性能及强大监控机制，具有以下的优点： 1.控制汽包参数平稳，保证了系统运行的安全。 2.监控界面直观，操作方便，可随时随地掌握现场情况。 3.系统结构简捷，维护方便。

四、工艺过程：

气泡水位是锅炉运行的主要标志，是一个非常重要的被控变量，维持水位在一定的范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，这是因为：（1）水位过高会影响气泡内汽水分离，饱和水蒸气带水过多，会使过热器壁管结垢导致损坏，同时过热蒸汽温度急剧下降。该过热蒸汽作为汽轮机动力的话，将会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全与经济性。（2）水位过低，则由于气泡内的水量较少，而负荷很大时，水的汽化速度加快，因而气泡内的水量变化速度很快，如不及时调节就会使气泡内的水全部汽化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。 因此，锅炉气泡水位必须严加控制。 4.1汽包水位的动态特性 锅炉汽水系统结构如图所示：

1-给水母管； 2-给水调节阀

3-省煤器； 4-气泡；

5-下降管； 6-上升管；

7-过热器； 8-蒸汽母管

图4-1.锅炉的水气系统

汽包水位不仅受汽包的影响（包括循环水管）中储水亮的影响，亦受水位下汽包容积的影响。而水位下汽包容积与锅炉的负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。因此，影响水位变化的因素很多，其中主要是锅炉的蒸发量（蒸汽流量D）和给水量W。下面着重讨论在给水流量作用下和蒸汽流量扰动下的水位过程的动态特性。 （1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性

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锅炉汽包水位自动控制系统

锅炉汽包水位自动控制系统

第一章 绪论汽包水位是锅炉安全运行的指标之一,锅炉汽包水位的测量、控制和保护系统的合理配置是保证锅炉安全运行的重要措施。

过高的水位会影响汽水分离装置的汽水分离效果,使锅炉出口的饱和蒸汽的湿度增大,含盐量增多,造成过热器和汽轮机通流部分结垢,从而引起过热器管壁超温甚至爆管。

当水位严重过高时,还将使汽轮机产生水冲击, 引起破坏性事故。

水位过低,会影响锅炉的水循环安全,造成局部水冷壁管过热,严重缺水时造成锅炉爆炸。

因此,准确测量和保持汽包水位在规定的范围内有其重要意义。

我在本设计中，将通过单片机的控制，使锅炉汽包水位，维持在正常的标准下，在水位超过上限或下限的时候，能够及时报警并采取相应措施。

在水位超过上限或下限的时候，能够及时报警并采取相应措施。

第二章 工作原理与方案论证2.1工作原理 图2.1所示即为锅炉汽包水位自动控制系统示意图。

当系统受到扰动后，被控变量（液位）发生变化，通过检测仪表得到其测量值h 。

在自动控制装置（液位控制器LC ）中，将h与设定值h 0比较，得到偏差，经过运算后，发出控制信号算后，发出控制信号，这一信号作用于执行器（在此为控制阀，）改变给水量，给水量，以克服扰动的影响，以克服扰动的影响，以克服扰动的影响，使被控使被控变量回到设定值。

这样就完成了所要求的控制任务。

这些自动控制装置和被控工艺对象组成了一个自动控制系统。

被控工艺对象组成了一个自动控制系统。

2.2方案论证单冲量水位控制系统直接用水位信号与给定值信号相比较，控制器根据该偏差的正负与大小，与大小，输出开关给水调节阀门的信号，输出开关给水调节阀门的信号，输出开关给水调节阀门的信号，但这种系统具有严重的弊病：但这种系统具有严重的弊病：但这种系统具有严重的弊病：在蒸汽流量忽在蒸汽流量忽然增加时，因给水流量小于蒸发量，水位应当下降。

但是由于炉筒内的贮汽减少，内部压力忽降，从而使水面下的炉筒容积扩大，并加速汽化，由于水面下容积扩大，使水位不但不下降，反而迅速上升，产生“虚假水位”现象。

汽包锅炉课程设计

汽包锅炉课程设计

锅炉汽包水位测量系统综述在火力发电厂，最基本的工艺过程是利用锅炉产生蒸汽，使汽轮机运转，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。

将锅炉汽包水位控制在一个允许范围内，是锅炉安全运行的一个重要指标，也是锅炉能提供符合质量要求得蒸汽负荷的必要条件。

如果汽包水位过低，则汽包内的水量较少，当蒸汽负荷很大时，水的汽化速度和水量变化速度都很快，如果不及时控制，可能使汽包内的水全部汽化，导致锅炉烧坏或爆炸；相反，当水位过高则会影响汽包的水位分离，产生蒸汽带液现象，使过热器管壁结垢而损坏，影响运行的安全性与经济性。

心得体会本设计首先对电厂锅炉汽包水位过程控制的任务进行研究和讨论。

同时，设计也需要在实践中不断改进，不断完善。

在本设计中运用了很多电子器件和自动化器件，让我认识到了过程控制在自动化领域的重要性。

在设计过程中遇到了很多困难，同时也增长了许多在课堂上没学到的知识，使我大开眼界。

同时我也在自动化的过程控制设计过程当中学到了许多新的知识。

汽包水位控制系统设计1.1 汽包水位控制系统基本要求汽包锅炉给水自动调节的主要任务是维持汽包水位在允许范围内变化。

影响水位变化的主要因素有锅炉的蒸发量、给水流量和燃烧率等。

当蒸汽流量突然增大时，由于汽包水位对象是无自平衡能力的，这时水位应按积分规律下降。

但是当锅炉蒸发量突然增加时，汽包水面下的汽泡容积也迅速增大，即锅炉的蒸发强度增加，从而使水位升高。

因蒸发强度的增加是有一定限度的，故汽泡容积增大而引起的水位变化是惯性环节的特性。

实际水位变化的趋势是两种特性的迭加。

由此可以看出，当锅炉蒸汽负荷变化时，汽包水位的变化具有特殊的形式：在负荷突然增加时，虽然锅炉的给水流量小于蒸发量，但开始阶段的水位不仅不下降，反而迅速上升（反之，当负荷突然减小时，水位反而先下降），这种现象就是“虚假水位”现象。

另外，给水流量和燃烧率扰动由于水面下汽泡的原因，也能产生虚假水位，因此给水控制系统不能单单以汽包水位为被调量，为了减少或抵消虚假水位现象，就必须采用三冲量调节系统。

过控课程设计汽包水位

过控课程设计汽包水位

过控课程设计汽包水位一、课程目标知识目标：1. 学生能理解汽包水位的概念，掌握影响汽包水位变化的因素；2. 学生能描述汽包水位控制系统的工作原理，了解控制系统中的各个环节；3. 学生能运用所学的控制理论知识，分析汽包水位控制系统的性能。

技能目标：1. 学生能运用控制系统的数学模型进行汽包水位系统的仿真和分析；2. 学生能设计简单的汽包水位控制系统，并通过实验或模拟验证其有效性；3. 学生能运用所学软件和工具，对汽包水位控制系统进行调试和优化。

情感态度价值观目标：1. 学生培养对自动控制技术的兴趣，激发创新意识和探索精神；2. 学生树立正确的工程观念，注重实践操作和团队合作，培养严谨的科学态度；3. 学生认识到自动控制技术在工业生产和国家发展中的重要性，增强社会责任感和使命感。

课程性质分析：本课程为过程控制系统设计课程，以汽包水位为研究对象，旨在让学生掌握自动控制理论在过程控制系统中的应用。

学生特点分析：学生为高年级本科生，已具备一定的控制理论基础，具有一定的数学和物理基础，具备分析问题和解决问题的能力。

教学要求：1. 结合实际工程案例，注重理论知识与实际应用的结合；2. 采用项目驱动教学方法，培养学生的动手能力和团队协作精神；3. 注重过程评价，关注学生的学习过程和实际操作能力。

二、教学内容1. 汽包水位控制系统概述- 了解汽包水位控制系统的基本概念、组成及在工业中的应用；- 熟悉汽包水位控制系统的数学模型及主要参数。

2. 汽包水位控制系统的控制策略- 掌握PID控制原理及其在汽包水位控制中的应用；- 学习模糊控制、神经网络等先进控制策略在汽包水位控制中的应用。

3. 汽包水位控制系统的设计与仿真- 学习使用MATLAB/Simulink等工具进行控制系统的建模与仿真；- 掌握汽包水位控制系统的参数整定和性能优化方法。

4. 汽包水位控制系统的实验与调试- 实践操作汽包水位控制系统，进行现场调试和性能测试；- 分析实验数据，验证控制策略的有效性和稳定性。

单片机锅炉汽包水位控制系统设计

单片机锅炉汽包水位控制系统设计

引言21世纪自动控制技术在工程和科学发展中起着极为重要的作用，热力发电厂的生产过程中也毫无例外的采用了自动控制技术。

在热力发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热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。

维持锅炉水位在一定的范围内变化，是汽机和锅炉安全经济运行的重要条件。

若水位过高，会影响汽包的汽水分离装置的正常工作，导致锅炉出口蒸汽带水和含盐量过大，使过热器受热面结垢甚至破坏，影响机组的正常运行和经济性指标。

若汽包水位过低，会使锅炉水循环工况破坏，造成水冷壁供水不足而烧坏。

随着锅炉参数的提高和容量的扩大，对给水控制提出了更高的要求。

随着锅炉容量的增大，锅炉负荷变化对水位的影响加剧了。

另外，锅炉工作压力的提高，使给水调节阀和给水管道系统相应复杂，调节阀的流量特性更不易满足控制系统的要求。

因此，随着汽包锅炉朝着大容量、高参数的发展，给水系统采用自动控制是必不可少的，它可以保证水位控制的准确性，保证锅炉运行的安全可靠，而且大大减轻运行工作人员的工作强度，减少人为因素的影响。

从经济性和实用性两个方面考虑，我们采用8051单片机对汽包锅炉水位进行控制。

第一章单冲量汽包水位控制系统单冲量水位控制系统是以汽包水位测量信号为唯一的控制信号，即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与给定值的偏差去控制给水调节阀，改变给水量以保持汽包水位在允许的范围内。

单冲量水位控制系统，是汽包水位自动控制系统中最简单、最基本的一种形式。

控制系统由汽包、变送器、调节器（微处理机）、给水调节阀及相关电路组成。

1.1 单冲量汽包水位控制系统的介绍单冲量汽包水位控制系统的优点是：系统结构简单，对锅炉汽包容量比较大，汽包水位受到扰动后的反应速度比较慢，“虚假水位”现象不很严重的锅炉，采用单冲量水位控制就能满足生产要求。

单冲量汽包水位控制也存在着一些缺点，主要有：（1）单冲量控制方案只根据水位信号控制给水量，在锅炉负荷变化大，即阶跃扰动很大时，由于锅炉的“虚假水位”现象，例如负荷蒸汽增加时，水位一开始先上升，调节器只根据水位作为控制信号，就去关小阀门减少给水量，这个动作对锅炉流量平衡是错误的，从而在过程一开始就扩大蒸汽流量和给水流量的波动幅度，扩大了进出流量的不平衡。