锅炉串级三冲量给水控制系统的MATLAB 仿真

汽包锅炉串级三冲量给水控制系统的MATLAB 仿真

摘要: 介绍了火力发电机组大型汽包锅炉串级三冲量给水控制系统的工作原理, 并在MATLAB 仿真环境中进行了模拟。

关键词: 汽包锅炉; 给水控制系统; MATLAB

1 给水控制系统概况

锅炉的汽包水位能够间接反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系, 维持汽包水位正常

是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包水位过高, 会影响汽包内汽水分离装置的正常工作, 造成出口蒸汽水分含量过多, 导致过热器管壁结垢而被烧坏, 也使过热蒸汽温度急剧变化, 直接影响机组的稳定运行。汽包水位过低, 可能破坏锅炉水循环, 导致水冷壁管被烧坏。汽包锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量, 维持汽包水位在规定的范围内波动。汽包水位H 是汽包中储水量和水面下汽包容积的综合反映, 不仅受汽包储水量变化的影响, 还受汽水混合物中汽包容积变化的影响。其中主要的扰动为给水流量W、锅炉蒸发量D、汽包压力、炉膛热负荷等, 其对水位的影响各不相同。其中给水流量和蒸汽流量是影响汽包水位的2 种主要扰动, 前者来自调节侧, 称为内扰; 后者来自负荷侧, 称为外扰。

2 串级三冲量给水控制系统工作原理

国产300 MW火力发电机组大型汽包锅炉的控制对象具有给水内扰动态特性延迟和惯性大的特点, 且无自平衡能力, 给水控制系统若采用以水位为被调量的单回路系统, 控制过程中水位将出现较大的动态偏差, 给水流量波动较大。因此, 应考虑采用三冲量给水控制系统方案。另外, 控制对象在蒸汽负荷扰动(外扰) 时,存在“虚假水位”现象, 因此在扰动的初始阶段,调节器将使给水流量向与负荷变化相反的方向变化, 加剧了锅炉进、出流量的不平衡。因此应采用以蒸汽流量D 为前馈信号的前馈控制, 从而能够根据对象在外扰下虚假水位的

严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度, 以改善蒸汽负荷扰动下的水位控制品质。采用串级控制系统将具有更好的控制质量, 调试整定也比较方便, 故在大型汽包锅炉上可采用串级三冲量给水控制系统, 如图1 所示。

控制系统由2 个闭合回路及前馈调节部分组成。主回路由调节对象G HW( S) 、水位变送器γH、主调节器PI 和副回路组成; 副回路由给水流量W、给水流量变送器γW、给水流量信号分流系数αW、副调节器P2 、执行器K2 、调节工阀Kμ组成; 前馈部分由蒸汽流量信号D、蒸汽流量变送器γ D 、蒸汽流量信号分流系数α D 构成。给水控制的任务

由2 个调节器来完成, 主调节器采用比例积分控制规律, 保证水位无静态偏差, 其输出信

号、给水流量信号和蒸汽流量信号都作用到副调节器。副调节器为保证副回路的快速性可采用比例调节器, 能消除给水流量的自发扰动, 当蒸汽负荷改变时迅速调节给水流量, 保证给水流量和蒸汽流量的平衡。

3 给水控制系统的MATLAB仿真

根据串级三冲量给水控制系统的工作原理, 利用MATLAB/ SIMULINK进行控制系统仿真试验。

3.1 控制系统的分析和整定

3.1.1副回路的分析和整定

根据串级控制系统的分析整定方法, 应将副回路处理为具有近似比例特性的快速随动系统, 以使副回路具有快速消除内扰及快速跟踪蒸汽流量的能力。用试探的方法选择副调节器的比例带,以保证内回路不振荡为原则。在试探时,给水流量反馈装置的传递函数可设置为任意数值,以得到满意的比例带值。如果传递函数以后需要改变,则应相应地改变比例带值,使传递函数与比例带的比值保持为试探时的值,以保证内回路的稳定性。因为调节通道放大系数较大,副调节回路可等效为反馈回路的倒数。

3.1.2 主回路的分析和整定

在主回路中, 如果把副回路近似看作为比例环节, 则主回路等效为一个单回路控制系统。如果以给水流量W 作为被控对象的输入信号, 水位变送单元的输出为输出信号, 可以把主调

节器与副回路两者看作为等效主调节器。主回路仍按单回路系统的整定方法整定, 如通过试验方法求取主回路被控对象的阶跃响应曲线,并由曲线求得参数, 再按响应曲线法中给定的公式计算等效调节器的整定参数。

3.1.3 蒸汽流量前馈装置传递函数的选择串级三冲量给水控制系统中的水位偏差完全由主调节器来校正, 不要求送到副调节器的蒸汽流量信号等于给水流量信号。因此, 前馈装置的传递函数选择将不受静态特性无差条件的限制, 而可根据锅炉“虚假水位”的严重程度来确定。通常使蒸汽流量信号大于给水流量信号, 从而改善负荷扰动时控制过程的质量。蒸汽流量信号不必过分加强。蒸汽负荷扰动时, 水位最大偏差的数值决定于扰动的大小、速度和锅炉的特性, 因此蒸汽流量信号加强后对水位最大偏差的减小无多大作用, 其意义在于减小控制过程中第1 个波幅以后的水位波动幅度和缩短控制过程的时间。为了获得满意的调节效果(从调整时间、超调量、动态偏差、静态偏差等方面) , 选择合适的调节器参数: 主调节器δ= 019 , T i = 01075 , T d = 0 ;副调节器δ= 4 , T i = 01005 , T d = 0。

3.2 仿真模型及效果图

3.2.1 仿真模型

经过系统分析, 拟定串级三冲量给水控制系统仿真模型如图2 所示。

图2 给水控制系统原理仿真图

3.2.2 仿真效果

给水控制系统定值扰动仿真效果见图3 , 内扰仿真效果见图4 , 外扰仿真效果见图5。

图3 给水控制系统定值扰动仿真效果

图4 给水控制系统内扰仿真效果

从仿真效果可知, 串级三冲量给水控制系统对各种典型影响因素的干扰均能作出快速反应, 维持汽包水位的稳定。

图5 给水控制系统外扰仿真效果

4 结束语

目前, 国前300 MW火力发电机组普遍采用大型汽包锅炉, 其给水控制通道的迟延和惯性较大。仿真模拟结果说明, 串级三冲量给水控制系统可以及时消除负荷(蒸汽量) 变化和给水流量波动的干扰, 具有较高的调节质量和调节精度, 能够保障机组的安全稳定运行。

参考文献:

[1 ] 罗万金. 电厂热工过程自动调节[M] . 北京: 中国电力出版社, 1996.

[2 ] 张玉铎, 王满稼. 热工自动控制系统[M] . 北京: 水利电力出版社, 1983.

[3 ] 愈国泰. 电厂热力设备及运行[M] . 北京: 中国电力出版社, 1997.

Matlab结构图控制系统仿真

图5. 利用 SIMULINK仿

4. 建立如图11-54所示的仿真模型，其中PID控 制器采用Simulink子系统封装形式，其内部 结构如图11-31（a)所示。试设置正弦波信号 幅值为5、偏差为0、频率为10πHz\始终相位 为0，PID控制器的参数为Kp=10.75、 Ki=1.2、Kd=5，采用变步长的ode23t算法、 仿真时间为2s，对模型进行仿真。 （6)观察仿真结果。系统放着结束后，双击仿真模型中的示波器模块，得到仿真结果。单击示波器窗口工具栏上的Autoscale按钮，可以自动调整坐标来 使波形刚好完整显示，这时的波形如图所示。 图3 2. 题操作步骤如下： (1） 打开一个模型编辑窗口。 (2） 将所需模块添加到模型中。在模块库浏览器中单击Sources,将 Clock（时钟）拖到模型编辑窗口。同样，在User-Defined Functions（用户定义模块库）中把Fcn(函数模块）拖到模型编辑窗口，在Continuous（连续系统模块库）中把 Integrator（积分模块）拖到模型编辑窗口，在Sinks中把Display模块编辑窗口。 (3） 设置模块参数并连接各个模块组成仿真模型。双击Fcn模块，打开Function Block operations中把Add模块拖到模型编辑窗口，在Sinks中把Scope模块拖到模型编辑窗口。 （3） 设置模块参数并连接各个模块组成仿真模型。先双击各个正弦源，打开其Block Parameters对话框，分别设置Frequency（频率）为2*pi、 6*pi、10*pi、 14*pi、18*pi，设置Amplitude（幅值）为1、1/3、1/5、1/7和1/9，其余参数不改变。对于求和模块，將符号列表List of signs设置为 +++++。 （4） 设置系统仿真参数。单击模型

锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真

xxxx大学 本科生课程设计论文 题目：锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真学生姓名： 学号： 专业： 班级： 指导教师： 时间：2013年12月8日

内蒙古科技大学课程设计任务书

目录 第一章汽包水位控制的概述.................................................................................................... - 1 - 1.1 锅炉汽包水位的动态特性........................................................................................... - 1 - 1.1.1 给水流量W对汽包水位H的影响 ................................................................. - 1 - 1.1.2汽包水位在蒸汽流量D扰动下的影响 ............................................................ - 2 - 第二章三冲量串级给水控制系统设计.................................................................................... - 4 - 2.1 单冲量水位控制系统的介绍....................................................................................... - 4 - 2.2 双冲量水位控制系统的介绍....................................................................................... - 5 - 2.3 三冲量汽包水位控制原理........................................................................................... - 5 - 2.3.1 三冲量控制方案之一........................................................................................ - 5 - 2.3.2三冲量控制方案之二......................................................................................... - 7 - 2.3.3三冲量控制方案之三......................................................................................... - 8 - 第三章汽包三冲量控制算法的MATLAB仿真设计 ........................................................... - 10 - 3.1 控制系统模型图的绘制............................................................................................. - 10 - 3.1.1 Simulink模块的调用 ....................................................................................... - 10 - 3.1.2 PID子系统的建立以及封装 ........................................................................... - 10 - 3.2 PID控制器的参数整定 .............................................................................................. - 12 - 第四章总结.............................................................................................................................. - 15 - 参考文献.................................................................................................................................... - 16 -

控制系统MATLAB仿真基础

系统仿真 § 4.1控制系统的数学模型 1、传递函数模型（tranfer function） 2、零极点增益模型（zero-pole-gain） 3、状态空间模型（state-space） 4、动态结构图（Simulink结构图） 一、传递函数模型(transfer fcn-----tf) 1、传递函数模型的形式 传函定义：在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换C（S）与输入量的拉氏变换R（S）之比。 C(S) b1S m+b2S m-1+…+b m G（S）=----------- =- -------------------------------- R(S) a1S n + a2S n-1 +…+ a n num(S) = ------------ den(S) 2、在MATLAB命令中的输入形式 在MATLAB环境中，可直接用分子分母多项式系数构成的两个向量num、den表示系统： num = [b1, b2, ..., b m]; den = [a1, a2, ..., a n]; 注：1）将系统的分子分母多项式的系数按降幂的方式以向量的形式输入两个变量，中间缺项的用0补齐，不能遗漏。 2）num、den是任意两个变量名，用户可以用其他任意的变量名来输入系数向量。 3）当系统种含有几个传函时，输入MATLAB命令状态下可用n1,d1;n2,d2…….。 4）给变量num，den赋值时用的是方括号；方括号内每个系数分隔开用空格或逗号；num,den方括号间用的是分号。 3、函数命令tf( ) 在MATLAB中，用函数命令tf( )来建立控制系统的传函模型，或者将零极点增益模型、状态空间模型转换为传函模型。 tf( )函数命令的调用格式为： 圆括号中的逗号不能用空格来代替 sys = tf ( num, den ) [G= tf ( num, den )]

锅炉水位控制器

河南科技学院新科学院 单片机课程设计报告题目：基于单片机的锅炉水位控制器 专业班级：电气工程及其自动化104 姓名： _ 时间：2012.12.03～2012.12.21 指导教师：邵峰、徐君鹏、张素君 2012年12月20日

基于单片机控制的锅炉水位控制器设计任务书 一. 设计要求 (一) 基本功能 1.具有手动和自动两种操作模式 2.能够实现多点水位数据采集，并实时进行水位状态显示 3.具有多种连锁保护和报警功能 具体工作过程如下： 控制器上电后，首先处于自动工作模式，程序开始扫描当前锅炉的水位和压力状态，如果水位低于正常水位，发出报警信后，同时启动水泵上水，经过一定时间后，如水位到达正常水位，报警将自冻结除，同时如果压力为低压状态则马上启动鼓风机和引风机，否则控制器自动关闭鼓风机和引风机。如果水位达到最高水位和压力超过设定压力时自动报警，同时关闭水泵和风机。系统时刻跟踪显示水位和压力状态。如果你想手动操作，你可以通过手动/自动转换键把系统置为手动工作模式，此时可由人工控制水泵和风机的运行，水位和压力检测由控制器自动完成，且当水位过低时不能手动停止水泵，过高时不能启动水泵，压力过低不能停止风机，过高不能启动风机，从而实现安全联锁保护控制。 （二）扩展功能 1.系统具备一定的硬件抗干扰能力 2.系统增加软件看门狗功能 二．计划完成时间三周 1.第一周完成软件和硬件的整体设计，同时按要求上交设计报告一份。 2.第二周完成软件的具体设计和硬件的制作。 3.第三周完成软件和硬件的联合调试。

目录 1引言 (1) 2总体设计方案.............................................................................. 1 2.1设计思路.............................................................................. 2 2.2设计方框图 (2) 3设计组成及原理分析..................................................................... 3 3.1水位检测电路设计..................................................................... 3 3.2驱动电路设计 (4) 3.3报警电路设计 (4) 3.4复位电路 (5) 3.5振荡电路 (5) 3.6水位指示电路 (6) 3.7手动自动路 (6) 4总结与体会 (7) 参考文献…………………………………………………………………………… 8附录1 …………………………………………………………………………… 9附录 2 …………………………………………………………………………… 10附录 3 …………………………………………………………………………… 11附录 4 (12)

汽包水位三冲量给水调节的工作原理

汽包水位三冲量给水调节系统 1、所谓冲量，是指调节器接受的被调量的信号； 2、汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量筒及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成； 3、在汽包水位三冲量给水调节系统中，调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号，如图所示。其中，汽包水位H是主信号，任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变化，改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量信号qm.S是前馈信号，其作用是防止由于“虚假水位”而使调节器产生错误的动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量；蒸汽流量和给水流量两个信号配合，可消除系统的静态偏差。当给水流量变化时，测量孔板前后的差压变化很快并及时反应给水流量的变化，所以给水流量信号qm.w作为介质反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。 4、在大、中型火力发电厂锅炉汽包水位的变化速度比较快，“虚假水位”现象较为严重，为了达到生产过程中对汽包水位调节的质量要求，因而广泛采用了三冲量汽包水位调节系统。

5、关于测量信号接入调节器的极性说明：当信号值增大时要求开大调节阀，该信号标以“”号；反之，当信号值减小时要求关小调节阀，该信号标以“－”号。在给水调节系统中，当蒸汽流量信号增大时，要求开大调节阀，该信号标以“”号；给水流量信号增大时，要求关小调节阀，该信号标以“－”号；当汽包水位升高时，差压减小，水位测量信号减小，要求关小调节阀，则该信号标以“”号。 直流炉没有三冲量啊，没有汽包，在直流状态下给多少水就产生多少汽的，是通过中间点温度来调整锅炉燃水比的！ 单冲量三冲量切换条件：一般用给水流量来划分，小于200t/h（30%,我们300MW机组就是这样）时为单冲量，大于则为三冲量 为啥要到30％负荷时，电泵由单冲量切到三冲量啊？要防止汽包的虚假水位。在低负荷的时候，单冲量主要是给系统上水，在高负荷时，给水的任务就是维持汽包水位。

控制系统的MATLAB仿真与设计课后答案

控制系统的MATLAB仿真与设计课后答案

>>z=-4*sqrt(2)*sin(t); >>plot3(x,y,z,'p'); >>title('Line in 3-D Space'); >>text(0,0,0,'origin'); >>xlabel('X'),ylable('Y'),zlable('Z');grid; 4>>theta=0:0.01:2*pi; >>rho=sin(2*theta).*cos(2*theta); >>polar(theta,rho,'k'); 5>>[x,y,z]=sphere(20); >>z1=z; >>z1(:,1:4)=NaN; >>c1=ones(size(z1)); >>surf(3*x,3*y,3*z1,c1); >>hold on >>z2=z; >>c2=2*ones(size(z2)); >>c2(:,1:4)=3*ones(size(c2(:,1:4))); >>surf(1.5*x,1.5*y,1.5*z2,c2); >>colormap([0,1,0;0.5,0,0;1,0,0]); >>grid on >>hold off 第四章 1>>for m=100:999 m1=fix(m/100); m2=rem(fix(m/10),10); m3=rem(m,10); if m==m1*m1*m1+m2*m2*m2+m3*m3*m3 disp(m) end end 2M文件：function[s,p]=fcircle(r) s=pi*r*r; p=2*pi*r; 主程序： [s,p]=fcircle(10) 3>>y=0;n=100; for i=1:n y=y+1/i/i; end >>y

锅炉三冲量祥解

锅炉三冲量简介及组态 一、实验装置硬件组成 实验平台是个过程控制综合实验系统，系统由实验控制对象、实验控制台、和上位监控PC机三部分组成。对象参数包括了液位、流量、压力、温度等热工参数，并可设置纯滞后环节。控制设备配置了智能仪表与PLC两种形式，可以实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制。 1. 系统总貌：

2.装置简述： 装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。供水系统有两路：一路由三相（380V恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及手动调节阀组成。 3. 仪表显示控制箱： 仪表控制箱左上方标有本套装置的具体型号，面板示意图如图1-3： 图1-3 仪表控制箱面板图 1.2.3.1无纸记录仪： 本无纸记录仪表可以对现场变送器输出的变量电压值和阻值进行实时曲线和历史曲线的记录，当记录间隔为1S时，

可连续记录36H的数据，当记录间隔为4min时可记录360天的数据。它拥有128*64点阵式液晶显示屏、三通道万能输入和RS485通讯功能，是一款功能强大的无纸记录仪表。4.智能调节仪： 本套装置配备两只智能调节仪，可同时控制两个执行器作用于不同的对象系统，每套仪表均带有三种输入规格、一路4～20mA电流信号输出、测量/输出分屏显示、模糊PID算法控制及RS485通讯功能，是工业中最常见的仪表之一。 5.流量积算仪： 与智能仪表不同的是流量积算仪不仅可以采集模拟量信号，而且可以将流量信号进行时间轴上的累积，并可进行相应的流量批量控制实验，这些都是工业现场常用的功能，此外流量积算仪还具有RS485通讯功能。 6.各种传感器、变送器和控制信号接口： 本套对象系统共配置10件检测装置，它们接口按输出信号的不同，分类排列在面板上，以供仪表引用。两套执行器的输入信号，位于检测信号的下面，它们主要由仪表控制输出连接用。另外还有一路开关量控制离心泵自动运转开关，为仪表控制箱流量积算仪最下面位置的两排强电接线柱，由流量积算仪作批量控制时自动控制泵的开启。 7. 检测装置： 1）扩散硅液位变送器：

matlab控制系统仿真.

课程设计报告 题目PID控制器应用 课程名称控制系统仿真院部名称龙蟠学院 专业自动化 班级M10自动化 学生姓名 学号 课程设计地点 C208 课程设计学时一周 指导教师应明峰 金陵科技学院教务处制成绩

一、课程设计应达到的目的 应用所学的自动控制基本知识与工程设计方法，结合生产实际，确定系统的性能指标与实现方案，进行控制系统的初步设计。 应用计算机仿真技术，通过在MATLAB软件上建立控制系统的数学模型，对控制系统进行性能仿真研究，掌握系统参数对系统性能的影响。 二、课程设计题目及要求 1．单回路控制系统的设计及仿真。 2．串级控制系统的设计及仿真。 3．反馈前馈控制系统的设计及仿真。 4．采用Smith 补偿器克服纯滞后的控制系统的设计及仿真。 三、课程设计的内容与步骤 (1)．单回路控制系统的设计及仿真。 （a）已知被控对象传函W(s) = 1 / (s2 +20s + 1)。 （b）画出单回路控制系统的方框图。 （c）用MatLab的Simulink画出该系统。

（d）选PID调节器的参数使系统的控制性能较好，并画出相应的单位阶约响应曲线。注明所用PID调节器公式。PID调节器公式Wc（s）=50(5s+1)/(3s+1) 给定值为单位阶跃响应幅值为3。 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 2 5 有积分作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 5

大比例作用单回路控制系统PID控制器取参数分别为：50 0 0 （e）修改调节器的参数，观察系统的稳定性或单位阶约响应曲线，理解控制器参数对系统的稳定性及控制性能的影响？ 答：由上图分别可以看出无积分作用和大比例积分作用下的系数响应曲线，这两个PID调节的响应曲线均不如前面的理想。增大比例系数将加快系统的响应，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏；

论锅炉汽包液位的三冲量调节(2020新版)

( 安全技术 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 论锅炉汽包液位的三冲量调节 (2020新版) Technical safety means that the pursuit of technology should also include ensuring that people make mistakes

论锅炉汽包液位的三冲量调节(2020新版) 介绍了锅炉汽包液位的控制方法,讨论了三冲量调节系统的原理和适用条件及其应用。 0引言 锅炉是化工生产中重要的动力设备。汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数,它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系。汽包液位过高会造成蒸汽带水影响过热器运行,影响汽水分离效果;水位过低会造成锅炉水循环的破坏,影响省煤器运行,容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。这就要求汽包液位在一定范围内,适应各种工况的运行。影响汽包液位的因素除了加热汽化这一正常因素外,还有蒸汽负荷和给水流量的波动。当负荷突然增大,汽包压力突然降低,水就会急剧汽化,出现大量气泡,形成了“虚假液位”。 如果使用简单的锅炉汽包液位的单冲量控制系统(如图1所示),

一旦负荷急剧变化,虚假液位的出现,调节器就会误以为液位升高而关小供水阀门。影响了生产甚至造成危险。 为此,图2采取了锅炉汽包液位的双冲量控制,它在单冲量的基础上,再加一个蒸汽冲量,以克服“虚假液位”。其中调节阀为气关阀,液位调节器采用正作用,调节器输出信号在加法器内与蒸汽流量信号相减。双冲量实际上是前馈与反馈调节相结合的调节系统。当负荷突然变化时,蒸汽的流量信号通过加法器,使它的作用与水位信号的作用相反;假液位出现时,液位信号a要关小给水阀,而蒸汽信号b 是开大给水阀,这就能克服“虚假液位”的影响。但是如果给水压力本身有波动时,双冲量控制也不能克服给水量波动的影响。 这就要用如图3所示的锅炉汽包液位的三冲量调节系统。即再加一个给水流量的冲量c,使它与液位信号的作用方向一致,这种调节系统由于引进了液位、给水流量及蒸汽流量三个参数,叫做三冲量调节系统。 1原理 根据三个冲量在调节系统中引入位置不同,三冲量调节系统有

锅炉液位仪表控制解析

目录 锅炉液位仪表控制 (1) 1、引言： (1) 1.1组态的概念： (1) 1.2组态软件的特点： (2) 1.3力控组态软件简介 (2) 2、设计要求： (2) 3、设计思想： (3) 4、系统设计： (3) 4.1硬件部分： (3) 4.2 软件部分： (3) 4.3锅炉液位监控系统 (5) 5 组员心得： (9) 6、参考文献 (11) 7、致谢 (11)

锅炉液位仪表控制 1、引言： 1.1组态的概念： 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: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。 1.3力控组态软件简介 力控监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，位于自动控制系统监控层一级。它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大的提高了集成效率。它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件系统来进行集成。软件基本组件包括：工程管理器、人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序、控制策略生成器以及各种网络服务组件等。 在今天，企业管理者已经不再满足于在办公室内直接监控工业现场，基于网络浏览器的Web方式正在成为远程监控的主流，作为民族软件中国内

锅炉水位三冲量控制及调节

汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上， 即三个被控变量对应一个调节器。 工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作；给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰， 使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。 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。为此云润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。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。 （3）执行机构空行程：执行机构在改变动作方向的时候，改变多少开度，给水流量才发生变化（减去死区的值）。 （4）执行机构回差：执行机构进行开、关两个方向的动作的时候，流量变化不相等，这个流量变化绝对值的差叫回差。 （5）执行机构及阀门的特性曲线改变：阀门线性改变，阀门每变化1%，流量变化量与以往不同。 （6）水位三冲量调节系统软故障：偶尔发生的系统故障使得给水流量变化不均匀，或者时有停顿。 （7）系统介质参数发生变化：指因给水压力、蒸汽压力变化导致给水流量变化。

锅炉液位控制系统

基于组态软件的锅炉液位控制系统 概述 本次实习，我们做了一个小型的锅炉液位控制系统，用实验室的设备模拟工业现场的锅炉控制系统。在做实验之前，先分析系统组成，各模块的功能，对系统的工艺有一定的认识，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备做好电气检查和机械检查，确保操作的安全。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—1即：DBYG 压力变送器测得。水经V33后由主路的QS智能型电动调节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： 概述图

1锅炉介绍 1.1锅炉简介 锅炉是利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备。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提供所需的热能，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。提供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，安全问题十分重要。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。 1．2锅炉的规格 锅炉规格表示锅炉生产蒸汽或加热水的能力及水平。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。 蒸汽锅炉每小时所产生蒸汽的数量称为锅炉的蒸发量，也称锅炉的容量或出力，通常以符号“D”表示，单位为t／h（吨／时）。锅炉铭牌上的蒸发量通常为额定蒸发量，即锅炉在规定的蒸汽参数和给水温度下，连续运行时所必须保证的最大蒸发量。 热水锅炉的容量是单位时间内水在锅炉里的吸热量，单位为MW（兆瓦），其额定值称额定热功率或额定供热量。 锅炉产汽及介质吸热的多少与锅炉受热面的多少直接相关。受热面是锅炉中隔开烟气与水汽、并把热量由前者传给后者的金属壁面，通常为管子或圆筒壁面。 蒸汽锅炉的蒸汽参数以锅炉主汽阀出口处蒸汽的压力（表压）和温度表示。热水锅炉的介质参数以额定出水压力（表压）及额定出水／进水温度表示。压力和温度分别以符号“p”、“t”表示。 1．3 锅炉分类 可以从不同角度出发对锅炉进行分类： 1.按结构形式可分为锅壳锅炉（火管锅炉）、水管锅炉和水火管锅炉。 2.按用途不同可分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等。 3.按容量大小可分为大型锅炉、中型锅炉和小型锅炉。习惯上，蒸发量大于100t／h 的锅炉为大型锅炉，蒸发量20～100t／h的锅炉为中型锅炉，蒸发量小于20t／h的锅炉为小型锅炉。 4.按蒸汽压力大小可分为低压锅炉（p≤2.5MPa）、中压锅炉（2.5MP＜p≤ 5.9MPa）、高压锅炉（p＝9.8MPa）、超高压锅炉（p＝13.7MPa）等。 5.按燃料和能源种类不同可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉、废热（余热）锅炉等。 6.按燃料在锅炉中的燃烧方式可分为层燃炉、沸腾炉、室燃炉。 7.按介质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等。1.4锅炉控制系统介绍

浅谈锅炉汽包水位的三冲量调节(通用方法)

浅谈锅炉汽包水位的三冲量调节（通用方法） 0 引言 锅炉是化工生产中主要的动力设备。汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数,它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系。汽包液位过高会造成蒸汽带水影响过热器运行,影响汽水分离效果;水位过低会造成锅炉水循环的破坏,影响省煤器运行,容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。这就要求汽包液位在一定范围内,适应各种工况的运行。影响汽包液位的因素除了加热汽化这一正常因素外,还有蒸汽负荷和给水流量的波动。当负荷突然增大,汽包压力突然降低,水就会急剧汽化,出现大量气泡,形成了“虚假液位”。 如果使用简单的锅炉汽包液位的单冲量控制系统(如图 1 所示) ,一旦负荷急剧变化,虚假液位的出现,调节器就会误以为液位升高而关小供水阀门。影响了生产甚至造成危险。 为此,图 2 采取了锅炉汽包液位的双冲量控制,它在单冲量的基础上,再加一个蒸汽冲量,以克服“虚假液位”。其中调节阀为气关阀,液位调节器采用正作用,调节器输出信号在加法器内与蒸汽流量信号相减。双冲量实际上是前馈与反馈调节相结合的调节系统。当负荷突然变化时,蒸汽的流量信号通过加法器,使它的作用与水位信号的作用相反;假液位出现时,液位信号a 要关小给水阀, 而蒸汽信号b 是开大给水阀,这就能克服“虚假液位”的影响。但是如果给水压力本身有波动时,双冲量控制也不能克服给水量波动的影响。

这就要用如图3 所示的锅炉汽包液位的三冲量调节系统。即再加一个给水流量的冲量c ,使它与液位信号的作用方向一致,这种调节系统由于引进了液位、给水流量及蒸汽流量三个参数,叫做三冲量调节系统。 1 原理 根据三个冲量在调节系统中引入位置不同,三冲量调节系统有多种方案,下面讨论一种常见的三冲量调节系统:蒸汽流量和给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量系统。 图 3 中所示的三冲量系统,汽包液位是被控变量,是主冲量信号,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。系统将蒸汽流量和给水流量前馈到汽包液位调节系统中去,一旦蒸汽流量或给水流量发生波动,不是等到影响到液位才进行调节,而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正,故大大提高了液位这个被调参数的调节精度。 在稳定状态下,液位测量信号等于给定值,液位调节器的输出,蒸汽流量及给水流量等三个信号,通过加法器得到的输出电流为:I0 = K1 I1 - K2 I2 + K3 I3式中, I1 为液位调节器的输出电流; I2 为蒸汽流量变送器的电流; I3 为给水流量变送器的电流; K1 、K2 、K3 分别为加法器各通道的衰减系数。设计K2 I2 = K3 I3此时I0 正是调节阀处于正常开度时所需要的电流信号(为了安全调节阀必须用气关阀) 。假定在某一时刻,蒸汽负荷突然增加,蒸汽流量变送器的输出电流I2 相应增加,加法器的输出电流I0 就减少,从而开大给水调节阀。但是与此同时出现了假液位现象,液位调节器输出电流I1 将增大。由于进入加法器的两个信号相反, 蒸汽流

锅炉液位控制系统的设计

锅炉液位控制系统的设计 摘要：设计了一种数字式锅炉液位控制系统，并给出了硬件原理图和软件流程图。该控制系统主要由8051单片机、传感器、L E D显示、声光报警、电机驱动、键盘输入等相关硬件来实现,利用传感器(干簧管阵列)监测锅炉液位、ＣＰＵ循环检测传感器的输出状态,并用光柱和数码管L E D指示液位高度。当液位达到设定值时，系统自动关闭水泵停止上水。当水位处于危险高水位和危险低水位时，单片机发出信号，触发蜂鸣器报警装置，蜂鸣器发出响声。同时，和它并联的发光二极管发光，提醒工作人员采取相应措施，进而避免危险事故发生。该系统结构简单，性能可靠、具有很好的容错能力,简化了系统安装和维护，具有较高的性价比,能很好地完成锅炉液位控制的要求。 关键词;锅炉液位；单片机；传感器；干簧管；报警 0引言 锅炉的液位监控是锅炉运行过程中的一个重要环节。在锅炉运行中，要同时控制锅炉的液位、流量按一定规律变化，才能保证锅炉的正常运行。 目前常用的液位传感器有：旋转编码浮子式传感器(机械式和光电式)、非接触式超声波传感器、压力式传感器、磁浮子接点式传感器(连续式和液位开关式)等。其分辨率从毫米级到厘米级不等，测量范围从几十厘米到几十米。除磁浮子接点式传感器外，其余传感器均比较适合测量范较宽的应用场合。一般压力式和超声波传感器均带有变送部分，即将液位信号转换成标准电流信号(4~20mA)。旋转编码浮子式传感器分为机械式和光电式两种，光电式又分为绝对型和增量型。除智能型一体化传感器外(压力式或超声波)，其他传感器一般没有就地显示和数字通信功能，控制和使用都很不方便。 为此，设计了一种数字式锅炉液位控制系统,该系统采用干簧管阵列作为传感器，利用单片机循环检测其输出状态，从而控制锅炉液位达到用户预先设定的高度。当水位超过最高水位或低于最低水位时,系统报警，同时控制停炉。

三冲量汽包水位控制原理及应用教程

锅炉汽包水位是锅炉生产过程的主要工艺指标，同时也是保证锅炉安全运行的主要条件之一。汽包水位过高，使蒸汽产生带液现象，不仅降低蒸汽的产量和质量，而且还会使过热器结垢，或使汽轮机叶片损坏；当汽包水位过低时，轻则影响水汽平衡，重则烧干锅炉，严重时会导致锅炉爆炸事故的发生。所以锅炉水位是一个极为重要的被控变量。在具体工艺生产过程中，常常由于蒸汽负荷的波动和给水流量的变化打破汽包内的平衡状态，对汽包水位造成干扰，最终导致假液位。所谓“冲量”实际就是变量，多冲量控制中的冲量，是指引入系统的测量信号。在锅炉控制中，主要冲量是水位。辅助冲量是蒸汽负荷和给水流量，它们是为了提高控制品质而引入的。 1、三冲量控制的引入 目前锅炉汽包水位调节常采用单冲量、双冲量及三冲量等三种调节方案，现分别对它们的基本原理和特性加以讨论。 ①单冲量水位调节系统 单冲量水位调节系统的原理如图1所示。由图1可知，这种类型的水位调节系统，是一个典型的单回路调节系统，被调参数是汽包水位，调节参数是锅炉的给水量。它适用于停留时间较长(亦即蒸发量与汽包的单位面积相比很小)，负荷变化小的小型锅炉(一般为10t/h以下)。但对于停留时间较短，负荷变化大的系统就不适应了。

图1 单冲量水位调节原理图2 单冲量水位调节系统控制策略 从图2可以看出：单冲量水位调节系统控制策略由汽包水位测量差压变送器、PID调节器和调节阀(或变频器)构成。 当蒸汽负荷突然大幅度增加时，由于汽包内蒸汽压力瞬间下降，水的沸腾加剧，汽泡量迅速增加，汽泡不仅出现于水的表面，而且出现于水面以下，由于汽泡的体积比水的体积大许多倍，结果形成汽包内液位升高的现象。因为这种升高的液位不代表汽包内储液量的真实情况，所以称为“假液位”。此时PID调节器会错误地认为测量值升高，从而关小给水调节阀，减小给水量。等到这种暂时汽化现象一旦平稳下来，由于蒸汽量的增加，给水量反而减少，会使水位严重下降，甚至降到液位危险区，造成事故。 为了克服由于蒸汽负荷量波动造成“假液位”的现象，我们把蒸汽流量的信号引

MATLAB控制系统与仿真设计

MATLAB控制系统与仿真 课 程 设 计 报 告 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级：测控技术与仪器1301班 姓名：吴凯 学号：1306070127

指导教师：杨洁昝宏洋 基于MATLAB的PID恒温控制器 本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器(至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid

三冲量给水调节

在三冲量给水调节系统中，调节器接受三个输入信号：主信号汽包水位H，前馈信号蒸汽流量D，和反馈信号给水流量W。其中，蒸汽流量和给水流量是引起汽包水位变化的主要原因，当引起汽包水位变化的扰动一经发生，调节系统立即动作，能即使有效的控制水位的变化。 对锅炉的给水、燃烧等热工过程变量的自动调节。实现锅炉的自动控制，对安全运行、节能具有重要的经济意义。依锅炉的结构、运行方式和所用的燃料不同，控制系统也有差异。一般小型锅炉只有水位调节系统，中型锅炉要有燃烧和炉膛压力调节系统，大型锅炉还要有氧量校正系统，而供应过热蒸汽的锅炉还需要增加过热蒸汽温度调节系统。发电厂的高温高压汽包锅炉自动控制系统是典型的工业锅炉控制系统，它由给水自动调节系统、燃烧过程自动调节系统和过热蒸汽温度自动调节系统等组成。 锅炉给水自动调节系统为了确保锅炉安全运行，必须对锅炉的水位进行控制，使汽包的水位保持在一定范围。图1是应用较多的三冲量给水调节系统。三冲量是指汽包水位、给水流量和过热蒸汽流量。其中水位是主信号,给水量是反馈信号,过热蒸汽量是前馈信号。当过热蒸汽流量改变时调节器立即调节给水量，当给水流量受到扰动时则能使给水流量恢复到原来值。因此，三冲量给水调节是一个前馈、反馈调节系统。 燃烧过程自动调节系统由燃烧、送风和炉膛负压三个调节回路组成(图2)。图中 PI1为过热蒸汽压力调节器(PI表示比例积分调节器)，其主信号是汽机前的过热蒸汽压力，当汽机负荷变化时，汽机前的蒸汽压力也随之变化。调节器通过改变送入锅炉的燃料量，使其与变化后的负荷相适应，并将过热蒸汽压力恢复到额定数值。PI2是送风调节器,它的作用是保持进入锅炉的空气量与燃烧量成比例关系，以保证锅炉的经济燃烧，提高锅炉热效率。对于燃烧煤粉的锅炉，直接测量进入锅炉的煤粉量是困难的，因此引入热量信号，即用过热蒸汽流量加汽包压力的微分信号来间接地测量当时进入锅炉的燃料量。根据反映燃料量的热量信号调节送风量。为了使排烟的热损失降到最低以提高热量的利用，在送风调节系统中引入烟气含氧量校正信号，调节系统的输出接至送风机的导向装置，以校正锅炉的送风量。PI4是炉膛负压调节器。锅炉在正常运行时,一般应使炉膛内保持微负压。由鼓风机根据燃烧情况向炉膛内提供一定量的助燃风,使锅炉燃烧效率达到最高,同时另有引风机抽走烟气并在炉膛内形成微负压，目的是不让烟气、烟灰、火苗逸出而影响锅炉房的安全。PI4的作用就是根据输入的炉膛负压信号控制引风量，维持炉膛负压为定值。 过热蒸汽温度自动调节系统锅炉装上过热器，可使蒸汽再一次加热变成高于饱和蒸汽温度的过热蒸汽，提高蒸汽温度而不增大蒸汽流量。在过热器的出口，由减温器通过喷嘴把水喷到蒸汽管道中与过热蒸汽混合，使过热蒸汽冷却,保持过热蒸汽的温度恒定,保护过热器管道和汽机不超过允许工作温度。图3是串级蒸汽温度调节系统。它由主调节器PI和副调节器P组成。副调节器P直接控制减温水量。在减温水发生内扰的条件下,温差电偶T2端要比T1端反应快，这时T2通过副调节器可以迅速消除内扰。主调节器的作用是通过对过热蒸汽温度的偏差进行比例积分(PI)调节后改变副调节器的设定值，从而使过热蒸汽温度保持不变。 在锅炉自动控制系统中，除了应用基于反馈控制原理而设计的各种自调节器系统以外，程序控制系统应用也比较多，例如锅炉自动点火，吹灰和定期排污等的程序控制。 70年代以来出现了应用微型计算机和现代控制技术进行锅炉的全程调节(在锅炉