锅炉汽包水位双冲量控制系统设计说明书

广西工业职业技术学院

设计说明书

课题名称：锅炉汽包水位控制系统

姓名：

专业：生产过程自动化技术

班级：自动化 1031 起止日期：2012/06/03至2012/06/24

指导教师：周雪会

目录

摘要

1概述

1.1锅炉汽水系统介绍

1.2汽包水位控制的难点

2设计意义与要求

2.1设计意义

2.2设计要求

3.汽包水位特性及其控制

3.1汽包水位特性

3.1.1汽包水位在给水流量作用下的动态特性

3.1.2汽包水位在蒸汽流量的作用下的动态特性3.2汽包水位控制方式

4仪表选择

4.1液位变送器的选择

4.2控制器的选择

4.3执行器的选择

4.4电气阀门定位器

4.5控制器的作用方式

4.6阀的开闭选择形式

5.参数整定

6调节阀选型

7调节阀口径的计算

心得体会

参考文献

摘要

蒸汽锅炉是厂矿重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要。为此，锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。而利用余热气体作为热交换介质的余热锅炉在全国占有很大的比例，其节能降耗效果尤为明显。某化工厂硫酸余热锅炉就是利用余热锅炉副产品中压蒸汽供给各生产分厂使用，既保证料生产需要也达到了节能降耗的目的。锅炉是一个较为复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。汽包水位是锅炉运行的主要指标。保持的水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。因为水位过高，会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸气带水过多，是过热器管壁结垢并损坏，同时使过热蒸汽的温度急剧下降。如果该带液蒸汽被用户用来带汽轮机，将会损坏汽轮机的叶片。水位过低，由于汽包内的水量较少，而负荷很大时，水的汽化速度加快，惹不及时加以控制，将使汽包内的水全部汽化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此必须对锅炉汽包水位进行严格控制.

汽包水位自动调节的任务是给水量与锅炉蒸发量相平衡，并维持汽包水位在工艺规定的范围内。保持锅炉汽包水位在一定范围是锅炉稳定安全运行的主要指标。在参考了多种设计方案后，本系统设计一种双冲量水位控制系统，能够很好补偿扰动产生的“假水位”现象,有利服务于现实生产。

1.概述

1.1锅炉汽水系统介绍

如图1所示，经过处理后的水通过给水母管在给水调节器作用下，流经省煤器被加热后送入汽包，然后在汽包和管束系统中进行自然对流交换，汽包产生的蒸汽在上汽包中分离，从主汽管流出，在过热

器中进行一步加热形成过热蒸汽后流向分汽缸，以便与工业生产以及其他用它用途。

图1锅炉汽包系统图

1.2汽包水位控制的难点

水位的控制技术是通过控制进水和出水阀的开度，改变水流量来实现到。锅炉汽包水位的控制是锅炉控制系统较为重要和比较难控制的一项。由于锅炉在运行过程中存在进水量和出水量的变化，所以很难通过调整PID参数来满足所以的运行条件，获得理想的效果。调节过量会导致流量回路动作频繁，从而给下游设备带来了额外的干扰，这样就倒是水位通常出于欠调整状态允许液位在一定范围内波动，以减小出水量的变化。然而欠调整的PID不能及时的抑制打扰动，这就可能引起锅炉运行的安全问题。此外，液位的波动也会破坏锅炉运行过程的稳定，使得整齐输送等不容易控制。影响锅炉汽包水位的关键量有给水流量，蒸汽出口流量和混合燃料的进料口。各变量都有各自不同的扰动。较冷的给水造成的相应的纯滞后。蒸汽流量的突然增加导致了典型的虚假水位现象，使得过程暂时改变了方向，容易发生误操作而导致发生事故。

2设计意义与要求

2.1设计意义

蒸汽锅炉是厂矿重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要。为此，锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。而利用余热气体作为热交换介质的余热锅炉在全国占有很大的比例，其节能降耗效果尤为明显。某化工厂硫酸余热锅炉就是利用余热锅炉副产品中压蒸汽供给各生产分厂使用，既保证料生产需要也达到了节能降耗的目的。锅炉是一个较为复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。汽包水位

是锅炉运行的主要指标。保持的水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。因为水位过高，会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸气带水过多，是过热器管壁结垢并损坏，同时使过热蒸汽的温度急剧下降。如果该带液蒸汽被用户用来带汽轮机，将会损坏汽轮机的叶片。水位过低，由于汽包内的水量较少，而负荷很大时，水的汽化速度加快，惹不及时加以控制，将使汽包内的水全部汽化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此必须对锅炉汽包水位进行严格控制。

2.2设计要求

初始条件：锅炉汽包水位自动调节的任务是给水量与锅炉蒸发量相平衡，并维持汽包水位在工艺规定的范围内。汽包水位自动调节很重要，汽包水位过高，会影响汽水分离效果，使蒸汽带液，如果水位过低，会损坏锅炉，甚至引起爆炸。该对象的只要扰动是蒸汽负荷的变化。设计一控制系统，使汽包水位维持在100±0.5㎝，并能对蒸汽负荷的扰动能及时克服。

要求任务:

(1、了解锅炉生产蒸汽工艺设备及其工作流程

(2、基于对象特点分析，绘制液位－蒸汽双冲量控制系统方案图 (3、确定系统所需检测元件、执行元件、控制器技术参数 (4、撰写系统调节原理及调节过程说明书 (5、对该双冲量控制系统进行数值计算 (6、总结课程设计的经验和收获

3.汽包水位特性及其控制

3.1汽包水位特性

汽包和蒸发管系统中储藏着蒸汽和水，储存量的多少是以被控制量水位来表征的。汽包的流入量是给水量，流出量是蒸汽量，当给水量等于蒸汽量的时候，汽包水位就能恒定不变，引起水位变化的主要是蒸汽量的变化和给水量的变化。如果只考虑主要扰动，那么汽包水位对象的动态特性方程可以表示为：

（1）

式子中，T1，T2为时间常数，W T 为给水流量项时间常数，D T 为蒸汽流量项时间常数，W K 为给水流量项的放大系数，D K 为蒸汽流量项的放大系数。

3.1.1汽包水位在给水流量作用下的动态特性

21212

()()w D w w w D D D dV dV d h dh

T T T T K V T K V dt dt dt dt

+=+-+

21212w w w w

dV d h dh T T T T K V dt dt dt +=+0112()()()(1)W

W TwS K H s G s V s T s T S +==

+0112()

()()(1)W W K H s G s V s T s T S ==

+21212

()D D D D dV d h dh

TT T T K V dt dt dt +=-+01()0.05

()()(115)W H s G s V s S S ==

+给水量是锅炉的输入量，如果蒸汽负荷不变，那么给水量发生变化的时候，汽包水位的微分方程可以表示为：

（2） 从而可以得到汽包水位在给水量的作用下的传递函数：

（3） W T 的数值一般很小常常可以忽略不计，对于一些锅炉，在给水量增加较长时间里，汽包水位并不增加，存在较长一段时间的起始惯性。可以用以下式子近似表示

;

（4） 由于要得出此动态数学模型必须通过现场数据采集和数据分析处理，最后可以得到锅炉汽包水位在给谁流量作用下的数学动态模型，在本次课设中，我查阅相关资料了选取了一个实例的动态数学模型：

（5） 在给水流量的阶跃输入作用下，当突然加大给水量（蒸汽量不变）是给水量大于蒸汽量，但是因为温度较低的给多水进入了水环系统，使他从原有的饱和汽水中吸取了一部分热量，汽包和汽水管路中由于热量的损失，汽包减少。经省煤器进入汽包给水，首先必须填补由于汽水管路中蒸汽减少让出的空间，这时虽然给水量增加，但是水位还是基本保持不变。但水面下汽包的体积变化过程逐渐平静时，汽包水位才由于储存量的增加而逐渐上升。当水面下汽包体积不再变化，完全稳定下来时，水位就随着存水量的增加而上升。

3.1.2汽包水位在蒸汽流量的作用下的动态特性

汽包水位在蒸汽流量扰动的动态特性可以用下面式子表示; （6）

在其它条件不变的情况下，蒸汽用量突然增加，瞬时间必然会导致汽包压力下降，汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，气泡体积增大，使汽包水位升高（水量实际上在减少）。这种压力下降而非水量增加导致的汽包水位上升的现象成为“虚假水位”现象，图2给出了在蒸汽流量扰动作用下，汽包水位的阶跃响应曲线。

122

2()(2)()()()()1f H s H K H s D s D s D s s T s ξ=+=++()50.05

()151H s D s S S =-+

图2其蒸汽流量阶跃扰动作用下的汽包水位相应曲线

当蒸汽流量D 突然增加D ?时，从锅炉的物料平衡关系来看，蒸汽大于给水量，水位应下降，如图曲线1H ?，实际上，由于蒸汽流量的增加瞬时间必然导致汽包压力下降。汽包内的沸腾突然增加，水中气泡迅速增加，由于气泡的体积增加使水位的响应曲线如图中/,而实际显示的水位曲线应该是H ?为

2H ?和1H ?的叠加，即12H H H ?=?+?。从图中可以看出蒸汽用量增加，在开始阶段水位不会下降反而会先上升，然后再下降，这个现象称为“虚假水位”蒸汽扰动时。水位的变化的动态特性用传递函数表示为：

（7） 式中

f

ξ为蒸汽流量变化的单位流量时水位的变化速度，2K 为响应曲线2H ?的放大倍数，2T 为响应

曲线的2H ?时间常数。

造成虚假液位的原因：一是锅炉蒸汽负荷增加使炉管和汽包中汽水混合物的汽水比例发生变化（汽容积增加)而引起汽包水位上升，这是引起汽包虚假液位的主要原因。二是蒸汽流量增加，汽包气压下降，泸水沸点下降，由于锅炉水位饱和水的汽化，是汽包水位随压力下降而升高。

虚假水位变化的大小与锅炉的工作压力和蒸发量有关。一般蒸发量为100—230t/h 的高压锅炉中，当负荷变化10%时，假水位可以达到30—40mm.所以克服虚假水位现象带来调节的误动作变得很有必要。

查阅一个实例的汽包水位在蒸汽流量作用下的动态数学模型： （8）

3.2汽包水位控制方式

汽包水位控制的目的是要克服锅炉负荷变化引起的虚假液位的影响和各种干扰对水位的影响，维持汽包水位在允许的范围内变化。在工业汽包水位的自动控制中，针对不同的控制信号有单冲量控制系统，双冲量控制系统和三冲量控制系统。

按照此次课设的方案是设计双冲量控制系统。双冲量控制系统是以锅炉汽包水位测量信号作为主控信号，以蒸汽流量信号作为前馈信号构成的“前馈——反馈”控制系统。

汽包水位的主要扰动是蒸汽流量的变化，如果系统除了汽包水位控制外，还能利用蒸汽流量变化对水流量进行补偿控制，就可以消除或减小虚假水位现象对汽包水位的影响，而且使给水调节阀的调节及时，这就构成了双冲量控制系统，如图3所示。双冲量控制系统实质是一个前馈控制（蒸汽流量)加单回路反馈控制的前馈-反馈控制系统，当蒸汽流量变化时，调节阀及时按照蒸汽流量的变化变化进行给水流量补偿，而其他干扰对水位的影响由反馈控制回路克服

图3双冲

量控制系统

框图

途中加

法器将控制

器的输出信

号和蒸汽流量变送器的信号求和后，控制调节阀的开度，调节给水量。当蒸汽流量变化时，通过前馈补偿直接控制给水调节阀。使汽包进出水量不受虚假水位的影响而及时达到平衡，这样就克服了由于蒸汽流量变换引起假水位变化所造成的汽包水位剧烈波动。

引入蒸汽流量来校正不仅可以补偿“虚假水位”所引起的误动作，而且还能是给水调节阀的动作及时从而提高控制质量。但这里的前馈仅为静态前馈，如果要考虑两条通道在动态上的差异则还需要引入动态补偿环节。在给水量压力比较平稳时，采用双重量控制就能够达到控制要求。

双冲量水位控制系统存在的问题有：一是对于给水系统的扰动不能直接补偿。当给水量发生扰动时，要等到汽包水位信号变化时才能通过调节阀来执行调节，之后时间长，水位的波动就大。二是，调节阀的工作不是完全线性的，因此要做到静态补偿就比较困难。

4仪表选择

4.1液位变送器的选择

选择TK3051L液位变送器。

(1)工作原理：

工作时高低压侧的隔离膜片和灌充液将过程压力传给灌充液，接着灌充液将压力传递到传感器中心的传感膜片上。传感膜片是一个张紧的弹性元件，其位移随所受压而变化（对于GP表压变送器，大气压如同施加在传感膜片上的低压侧一样）。AP绝压变送器，低压侧始终保持一个参考压力。传感膜片的最大位移量为0.004英寸（0.1毫米），且位移量与压力成正比。两侧的电容板极检测传感膜片的位置。传感膜片和电容极板之间电容的差值被转换为相应的电流，电压或数字HART（高速可寻址远程发送器数据公路）输出信号。

(2)特点：

完整的变送系列；测量范围：0-0.5m至20m；结构小巧、坚固、抗震；模块化结构；阻尼可调；多种选项，量应用灵活；智能，模拟或低耗电路；电气连接及安装：配有多种过程连接器和安装方法。

a 液位测量精度达0.075%

b 校验量程从0-0.2-20m

c 平面式，2-，4-，与6英寸伸出式膜片

d 多种可选灌充液，可满足不同场合要求

e 小巧而质轻，易于安装与维护

f 接液件材料：不锈钢，哈氏合金钽

3.2 压力传感器/变送器的选择

PTH501/502/503/504压力传感器/变送器采用全不锈钢封焊结构，具有良的防潮能力及优异的介质兼容性。广泛用于工业设备、水利、化工、医疗、电力、空调、金刚石压机、冶金、车辆制动、楼宇供水等压力测量与控制。

量程: -0.1~0～1～150(MPa)

综合精度: 0.1%FS、0.2%FS、0.5%FS、1.0%FS

输出信号: 4～20mA(二线制)、0～5V、1～5V、0～10V(三线制)

供电电压: 24DCV(9～36DCV)

介质温度: -20～85～150℃

环境温度: 常温(-20～85℃)

负载电阻: 电流输出型：最大800Ω；电压输出型：大于50KΩ

绝缘电阻: 大于2000MΩ(100VDC)

密封等级: IP65

长期稳定性能: 0.1%FS/年

振动影响: 在机械振动频率20Hz～1000Hz内，输出变化小于0.1%FS

电气接口(信号接口): 四芯屏蔽线、四芯航空接插件、紧线螺母

机械连接(螺纹接口): 1/2-20UNF、M14×1.5、M20×1.5、M22×1.5等，其它螺纹

可依据客户要求设计。

4.2控制器的选择

采用上海万讯仪表有限公司生产的AI系列全通用人工智能调节仪表，其中SA-12智能调节仪控制挂件为AI-818，SA-13智能位式调节仪为AI-708型。AI-818型仪表为PID控制型，输出为4~20mADC信号。AI-708型仪表为位式控制型，输出为继电器触点型开关信号。AI系列仪表通过RS485串口通信协议与上位计算机通讯，从而实现系统的实时监控。

A

4.3执行器的选择

RZXP型新系列气动调节阀采用顶导向结构，配用多弹簧执行机构。具有结构紧凑、重量轻、动作灵敏、充体通道呈S流线型、压降损失小、阀容量大、流量特性精确、拆装方便等优点。广泛应用于精确控制气体、液体等介质，气动调节阀的工艺参数如压力、流量、温度、液位保持在给定值。特别适用于允许泄漏量小阀前后压差不大的工作场合。

本系列产品的标准型、调节切断型、波纹管密封型、夹套保温型等多种品种。产品公称压力等级有PN10、16、40、64；阀体口径范围DN20~200。适用流体温由-200℃~560℃范围内多种档次。泄漏量标准有IV级或VI级。流量特性为线性或等百分比。多种多样的品种规格可供选择。

4.4电气阀门定位器

YT-1000系列包括YT-1000L直线型和YT-1000R转角型两种形式电气定位器，是一种从控制器或控制系统中受4-20mA直流电信号，并向气动执行机构输送空气信号来控制阀门位置的装置。其与气动调节阀配套使用，构成闭环控制回路。把控制系统给出的直流电流信号转换成驱动调节阀的气信号，控制调节阀的动作。同时根据调节阀的开度进行反馈，使阀门位置能够按系统输出的控制信号进行正确定位。该电气定位器可用于单作用型（弹簧复位型）和双作用型气动执行机构。由于该定位器具有防爆结构，故能使用于爆炸危险场所。

技术参数：型号：YT1000L（直线型），YT1000R（回转型）；单作用，双作用；输入信号：4-20mA DC below 24V ；电阻：250±15Ω；供气压力：1.4-7（20-100psig）；行程：10-150mm 0-900；导管接口：PTNPT1/4；压力表接口：PTNPT1/8 ；电源接口：PF1/2（G1/2）；防爆等级：Exia IIBT6，Exdm IIBT6；防护等级：IP66；环境温度：-20℃～70℃标准；线性度：±1% ±2%；滞后度：1%；灵敏度：±0.2% ±0.5%；重复性：±0.5%；空气消耗量：3LPMSup.=1.4kgf/sqcm，20psi；流量：80LPMSup.=1.4kgf/sqcm，20psi；材料：压铸铝；重量：2.7kg6.0Ib 2.8kg6.2Ib。

4.5控制器的作用方式

当设定值不变时，随着测量值的增加，调节器的输出也增加，则称为“正作用”

方式；当测量值不变时，设定值减小时，调节器输出也增加，称为“正作用”方式；如果测量值增加或设定值减小时，调节器输出减小，则称为“反作用”方式。经分析此系统为正作用方式。

4.6 阀的开闭选择形式

关于给水调节阀的气开气关的选择，一般都是从安全角度考虑的，人员安全、生产安全、系统设备安全的需要为首要依据。由于工业生产过程的调节阀绝大部分为气动调节阀，所以要选择调节阀的气开气关方式。锅炉给水调节阀一般采用气关式，一旦事故发生，系统失控，供水调节阀处于全开位置，是锅炉不致因给水中断烧坏，避免爆炸等事故的发生。

5 PID控制器的参数整定及系统的

5.1 PID控制器的参数整定

控制器的参数整定对系统的控制质量起到了决定性的作用。确定控制器最佳过渡过程中的比例带δ，积分时间TI和微分时间TD的数值称为控制器参数整定。

控制器参数整定的方法，在工程上常用的有以下几种工程整定法。

衰减曲线法：它是在经验法和稳定边界潜藏顾虑，针对它们的不足，反复实验而得出的一种参数整方法。具体步骤如下：将控制器积分时间TI为最大值，微分时间为0，在纯比例作用下，系统试运行。待系统稳定后，作设定值阶跃扰动。若系统响应衰减太快，则减小比例带，反之，则增大比例带。直到系统出现4：1的衰减振荡过程，记下此时的比例带和TS的数值。利用4：1衰减整定参数表求得控制器的PID数值。将比例带放到比计算值大一些的数值上，然后把积分时间按计算值加入，再把微分时间加入，最后把比例带减小到计算值，观察过渡过程曲线，调整到满意的结果。

6调节阀选型

ZMBP型气动薄膜直通

单座调节阀，由气动薄膜多弹簧执行机构和单座阀组成。

用新型ZHA/B多弹簧执行机构代替老式ZMA/B执行机构，具有高度低、重量轻、安装维修简便等优点。适用于对泄露量要求严格、阀前后压差低及有一定粘度和含少量纤维介质的场合。

阀体

型式：直通单座铸造球型阀

公称通径：20、25、32、40、50、65、80、100、125、150、200mm 公称压力：PN1.6、4.0、6.4MPa 法兰标准：JB/T79.1-94、79.2-94等

材 料：铸钢（ZG230-450）、铸不锈钢（ZG1Cr18Ni9Ti 、ZG1Cr18Ni12Mo2Ti ）等

上 阀 盖：标准型-17～+230℃、散热型+230～+450℃、低温型-60～-196℃、波纹管密封-40～+350℃ 压盖型式：螺栓压紧式

填 料：V 型聚四氟乙烯填料、含浸聚四氟乙烯石棉填料、石棉纺织填料、石墨填料

结构形式：标准型、散热型、低温型、波纹管密封型、保温夹套型和衬氟型（见图1～图5） 阀内组件

阀芯型式：单座柱塞型阀芯 流量特性：等百分比特性和线性特性

材 料：不锈钢（1Cr18Ni9Ti 、1Cr18Ni12Mo2Ti 、17-4PH 、9Cr18、316L ）、不锈钢堆焊司太莱合金、钛和耐腐蚀合金等 执行机构

型 式：多弹簧薄膜式执行机构

弹簧范围：20～100（标准）、40-200、80-240、20-60、60-100KPa 膜片材料：丁腈橡胶夹尼龙布、乙丙橡胶夹尼龙布 供气压力：140～400KPa 气源接口：RC1/4" 环境温度：-30～+70℃ 阀作用型式

分气关式(B)或气开式(K)阀

7调节阀口径的计算

主给水调节阀

（1）已知条件：介质水

（2）正常流量条件下：阀前绝压：1 4.30a p Mp =；阀后绝压：2 4.10a p Mp = 阀前温度：1105t =℃； 管道内径：12125D D mm == 正常流量：60000/s W kg h =；流体密度：30.9567/s g cm ρ= 稳态最大流量： max 72000/s W kg h =

4

.432.010009567.06000001.001.0=?

???=

???=

p

p W s

C n 选择气动单座调节阀，等百分比固有流量特性，流开型（流体流动促使阀芯打开）。 查表可知 F L ＝0.9，Pc ＝224×100K Pa ，阀前温度是105℃时P V =1.2×100 K Pa △P =P1-P2=4.30-4.10=0.2Mpa

△Pc＝FL （P1－F F Pv ）＝0.92(4.30-0.12)=3.39 Mpa △P＜△Pc，故为非阻塞流

max C 值计算

口径的选定：

选择阀的公称流量系数和工程通径：C 100=43.4

相对行程计算： 89

10089.010089..0)4.624

.43lg(68.0168.01100=?=?=+=???

? ??+=l C C l l n g 所以阀开度为89%

心得体会

本次课程设计是锅炉汽包水位两冲量控制系统的设计，锅炉汽包水位低的良好的控制是保证系统输出蒸汽温度稳定的前提。按照设计要求是采用两冲量控制系统也就是前馈控制系统。控制量是锅炉汽包水位，蒸汽流量是干扰量，干扰量通过前馈通道引入，当系统出现蒸汽流量这个扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小改变控制变量，以抵消扰动对被控参数的影响。这有利与克服虚假水位的引起的误动作。接着分析了PID 参数对对象系统的影响，以及PID 参数对整定及其仿真，最终成功使汽包水位控制在给定的范围内，同时在强干扰的情况下依然保持良好的稳态性能。

通过为期一周的过程控制设计这一实践环节，感受颇多，由原先的课堂理论知识到动手实践环节是一次重大的转变，也是联系实际的最好表现。在整个课设中我查阅和整合了很多相关资料，考验了我怎样从显示生产中发现问题、分析问题和解决问题的逻辑思维能力，学会了消化吸收，融会贯通，把别人的东西变为自己的东西。在本次课设中，由于经历有限，可能还存诸多不足之处，我相信在日后的学习

496

.6260000

3

.438640086400

720002.12.1max max

max max =?===?==s n s W C W C W W

工作中，定能有更好的改善。

参考文献

[1] 王爱广，王琦，过程控制技术 [J]2006，20（4）：112-114

[2] 赵家贵，付小美，董平，新编温度传感器电路设计手册[M].第一版.电子工业出版社，2002：38-40

[3]王永红，过程检测仪表， [M].第一版，北京：清华大学出版社 2004：34-67

[4]周菊华，操高城.北京:冶金工业出版社,2004.2

[5]朱全利.电厂锅炉原理及设备.北京:中国电力出版社,2010.10

[6]王再英，刘淮霞，陈毅静.北京:机械工业出版社,2011.7

附表二：

设计单位 广西工业职业技术学院 工程名称 锅炉汽包水位控制系统 设计项目 编制 控制阀计算数据表 编 号

校核 第 页

共1页 审核

序 号 1 2 3 4 5 控制阀位号 FV-102 用 途 汽包水位控制 操

作

条

件

介质及成分 介质水 液位 常温 阀前绝压,M Pa

4.3mp 阀后绝压,M Pa 4.1mp 流量 液体m 3/h

蒸汽m 3/h

最大 70000kg/h 正常

60000kg/h

最小

密度

液体, g/m 3

0.9567g/㎝3

蒸汽,g/m 3

气体,g/m 3 粘度,Pa ·s

管道规格ф, mm 80

计算结

果 最大流量系数,C max

62.4 相对行程,% 89 执行阀或调节阀体

数 量 1 型 号

ZMBP 型 公称流量系数,C 43.4 口径DN ×d, mm

80 流量特性 直线 材料

阀 芯

单座柱塞型阀芯 阀 体 1Cr18Ni9Ti 填 料 V 型聚四氟乙烯

其他规格要求

附件

定位器

型 号 YT-1000

规 格 气源压力,K Pa 0.2-0.3mp

其 他

广西工业职业技术学院自动化1031班工程名称

锅炉汽包水位双冲量

控制系统

自控设备表

编制莫欢欢

图号

校核莫欢欢

设计项目

锅炉汽包水位双冲量

控制系统

审核第1页共1页

仪表位号检测点名

称

仪表名称

及规格

型号数量输入信号

安装地

点

操作条件备注型号数量测量范围精度基本误差工作条件液位变送

器

TK3051L 6-12V20684kPa0.1

压力变送

器

PTH501 24DCV 0.1%FS

-20～

85℃控制器AI-708 0.2级

气动调节

阀

RZXP

电气阀门

定位器

YT-10004-20mA 0.2

-20℃～

70℃气动薄膜

直通

ZMBP-16 -40~450 安全栅DFA-3300 2 4～20mA 控制室0.5% 5～40℃

无纸记录

仪

WY-500R 2 4～20mA 控制室

-9999～

19999

85VAC～

265VAC 配电器GD8044 20~35VDC ±0.1%FS

≤1s（0 →

90%）

0～

+60℃

锅炉汽包水位控制系统设计-毕业论文

摘要 汽包水位是影响锅炉安全运行的一个重要参数，汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。PLC技术的快速发展使得PLC 广泛应用于过程控制领域并极提高了控制系统性能，PLC已经成为当今自动控制领域不可缺少的重要设备。 本文从分析影响汽包水位的各种因素出发，重点分析了锅炉汽包水位的“假水位现象”，提出了锅炉汽包水位控制系统的三冲量控制方案。按照工程整定的方法进行了PID参数整定，并进行了仿真研究。根据控制要求和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，利用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完成PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用。 关键词：汽包水位、三冲量控制、PLC、PID控制

ABSTRACT The steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both high and low steam drum water level may lead to extremely serious consequence; therefore it must be strictly to be controlled. With the rapid development of PLC technology, it can widely be applied to the process control domain and enhances the performance of control system enormously. PLC has already become the essential important equipment in automatic control domain. Based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unreal water level phenomenon”is analyzed specially, and three impulses control plan for steam drum water level control system is proposed. PID parameters are regulated by engineering regulation method, and simulation study is done. According to the needs of control, the selection of control requirements hardware and system hardware design as well as system software design are carried out. Finally the application of PLC in boiler steam drum water control system is completed. Key words:Steam drum water level、Three impulses control、PLC、PID control

锅炉汽包水位控制系统设计

过程控制系统实验报告 专业 ****** 班级 ****** 学生 ****** 学号 ******

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120cm，稳态误差±0.4cm，满足生产要求。G(s)=1/(s^3+10s^2+29s+20),σ%<20%,Ts<10s,Ess=0. 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

目录 第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理 1了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-------------------------------------------3 1.1锅炉汽包水位自动控制的意义--------------------------------------------------3 1.2了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-----------------------------------------3 第二章锅炉汽包水位控制系统方案的设计 2.1液位控制系统的方框图------------------------------------------------------------5 2.2液位控制系统的方案图------------------------------------------------------------5 2.3检测变送器的选择------------------------------------------------------------------6 2.4调节阀的选择------------------------------------------------------------------------6 2.5仪器性能指标的计算---------------------------------------------------------------6 2.6调节器的选择------------------------------------------------------------------------8 2.7调节器作用方向的选择------------------------------------------------------------8 第三章PID控制 3.1控制规律的比较--------------------------------------------------------------------9 3.2 PID参数的整定--------------------------------------------------------------------10 第四章仿真 4.1 simulink 仿真---------------------------------------------------------------------11 4.2 系统参数整定--------------------------------------------------------------------13 第五章心得体会-----------------------------------------------------------15

锅炉过热蒸汽温度控制系统设计

课程设计任务书 题目: 锅炉过热蒸汽温度控制系统设计 摘要 本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计。控制系统采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。 关键字：过热蒸汽控制串级控制系统自动控制主控-串级切换 目录 1 生产工艺介绍 .................................................. 错误！未定义书签。 1.1 锅炉设备介绍............................................................................ ３ 1.2 蒸汽过热系统的控制................................................................ ５2控制原理简介 ..................................................................................... ６ 2.1控制方案选择............................................................................. ６ 2.1.1单回路控制方案................................................................. ６

锅炉水位的自动控制

锅炉水位的自动控制 摘要:本文介绍了锅炉汽包水位的动态特性,单冲量、双冲量、三冲量控制方案的特点及工程中需注意的问 题,着重介绍了汽包三冲量控制方案。 关键词:汽包水位;动态特性;控制方案;单冲量;双冲量;三冲量 引言 汽包水位是锅炉运行的主要指标,是一个非常重要的被控变量,维持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件,这是因为: (1) 水位过高会影响汽包内汽水分离,饱和水蒸汽带水过多,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,影响运行的安全性与经济性。(2) 水位过低,说明汽包内的水量较少,而当负荷很大时,水的汽化速度加快,则汽包内的水位变化速度亦随之加快,如不及时调节,就会使汽包内的水全部汽化,导致炉管烧坏,甚至引起爆炸。因此,锅炉汽包水位必须严加控制。 1 汽包水位的动态特性 锅炉汽水系统结构如图1 所示。汽包水位不仅受汽包(包括循环水管) 中储水量的影响,亦受水位下汽泡容积的影响。而水位下汽泡容积与蒸汽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,其中主要的因素是锅炉蒸发量(蒸汽流量S) 和给水流量W。 1. 1 汽包水位在给水流量作用下的动态特性,见图2 : 图1 锅炉的汽水系统

图2 给水流量作用下水位阶跃响应曲线 上图所示是给水流量W 作用下,水位L 的阶跃响应曲线。如果把汽包的给水看作单容量无自衡过程,水位阶跃响应曲线如上图L1 曲线。但由于给水温度比汽包内饱和水的温度低,所以给水流量W增加后,从原有饱和水中吸收部分热量,这使得水位下汽泡容积有所减少。当水位下汽泡容积的变化过程逐渐平衡时,水位就由于汽包中储水量的增加而逐渐上升,最后当水位下汽泡容积不再变化时,水位变化就完全反映了由于储水量的增加而逐渐上升。因此,实际水位曲线如图中L 线。即当给水量作阶跃变化后,汽包水位一开始不立即增加,而要呈现出一段起始惯性段。给水温度越低,时滞τ亦越大。 1. 2 汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性,见图3 :

锅炉汽包水位单冲量控制系统设计

目录 1 概述 (2) 3 液位控制系统方案 (3) 3.1 系统方框图 (3) 3.2 系统方案图 (4) 4 控制系统的设计 (4) 4.1 系统控制过程分析 (5) 4.1.1 系统平衡阶段分析 (5) 4.1.2 系统抗扰动阶段分析 (5) 4.2 单回路反馈控制系统 (6) 4.3 检测变送器的选择 (7) 4.3.1 选取原则 (7) 4.3.2 压差变送器 (7) 4.4 调节阀的选择 (8) 4.5 仪表性能指标的计算 (9) 4.5.1 精度 (9) 4.5.2 灵敏度和灵敏性 (9) 4.5.3 回差 (9) 4.6 调节器的选择 (9) 4.7 调节器作用方向的选择 (10) 4.8 系统的投运和整定 (10) 4.8.1 系统的投运 (10) 4.8.2 简单控制系统的参数整定 (11) 5 系统工作原理简述 (11) 5.1 当汽包液位下降时 (11) 5.2 当汽包液位上升时 (12) 6 心得体会 (12) 参考文献 (13)

锅炉汽包水位单冲量控制系统设计 1 概述 在过程自动化技术出现之前，工厂操作员必须人工监测设备性能指标和产品质量，以确定生产设备处于最佳运行状态，而且必须在停机时才能实施各种维护，这降低了工厂运营效率，且无法保障操作安全。 过程自动化技术可以简化这一过程。通过在工厂各个区域安装数千个传感器，过程自动化系统可以收集温度、压力和流速等数据，然后利用计算机对这些信息进行储存和分析，再用简洁明了的形式把处理后的数据显示到控制室的大屏幕上。操作人员只要观察大屏幕就可以监控整个工厂的每项设备。 过程自动化系统除了能够采集和处理信息，还能自动调节各种设备，优化生产。在必要时，工厂操作员可以中止过程自动化系统，进行手动操作。 工厂所有者希望他们的设备能以最低的成本生产最多的产品，而在石油、天然气和石化等多个行业，能源成本占总生产成本的30—50%。因此，通过过程自动化技术增效节能是降低生产成本的有效途径。 对于过程自动化技术而言，计算机程序不仅能够监测和显示工厂的运行状况，还能模拟不同的运行模式，找到最佳策略以提高能效。这些程序的独特优势是能够“学习”和预测趋势，提高了对外界条件变化的响应速度。 过程自动化系统中的软件和控制装置能够对设备进行调节，使其在最佳速度下运行，从而大大降低能耗。它们还能够确保质量的一致性，降低次品率，减少浪费。过程自动化系统还能预测何时需要对生产设备进行维护，从而减少了对设备进行常规检查的次数。常规检查次数的降低可以减少停止和重新启动机器所花费的时间和能源。 过程控制系统分为多种，有简单控制系统和复杂控制系统，而复杂过程控制系统又可分为：串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统和均值控制系统等几种。在本次控制系统的选择中，因为设计题目要求是：锅炉汽包水位单冲量控制系统的设计，所以本着简单、实用的原则我把它设计成一个简单的单回路系统来满足题目要求。 2 锅炉生产蒸汽工艺简述 锅炉汽包水位系统流程如图1所示。

锅炉汽包液位课程设计

锅炉汽包液位课程 设计

天津城建大学 课程设计任务书 - 第 2学期 控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级电气12班姓名：学号： 课程设计名称：过程控制 设计题目：锅炉汽包液位控制 完成期限：自年 6 月 20 日至年 6 月 26 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 加热炉出口温度控制系统，测取温度对象的过程为：当系统稳定时，在温度调节阀上做3%变化，输出温度记录如下： 试根据实验数据设计一个超调量25% δ≤的无差控制系统。具体要 p 求如下： （1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型；（2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）； （3）根据设计方案选择相应的控制仪表； （4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。

二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： （1）超调量 （2）峰值时间 （3）过渡过程时间 （4）余差 （5）第一个波峰值 （6）第二个波峰值 （7）衰减比 （8）衰减率 （9）振荡频率 （10）全部P、I、D的参数 （11）PID的模型 （12）设计思路 三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社， [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社

[3] 过程控制教材 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：年月日 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统，当前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安

锅炉汽包水位控制系统设计

过程控制系统实验报告 专业****** 班级****** 学生姓名****** 学号******

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120cm，稳态误差± 0.4cm，满足生产要求。G(s)=1/(s^3+10s^2+29s+20), σ%<20%,Ts<10s,Ess=0. 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

目录 第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理 1了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-------------------------------------------3 1.1锅炉汽包水位自动控制的意义--------------------------------------------------3 1.2了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-----------------------------------------3 第二章锅炉汽包水位控制系统方案的设计 2.1液位控制系统的方框图------------------------------------------------------------5 2.2液位控制系统的方案图------------------------------------------------------------5 2.3检测变送器的选择------------------------------------------------------------------6 2.4调节阀的选择------------------------------------------------------------------------6 2.5仪器性能指标的计算---------------------------------------------------------------6 2.6调节器的选择------------------------------------------------------------------------8 2.7调节器作用方向的选择------------------------------------------------------------8 第三章PID控制 3.1控制规律的比较--------------------------------------------------------------------9 3.2 PID参数的整定--------------------------------------------------------------------10 第四章仿真 4.1 simulink 仿真 ---------------------------------------------------------------------11 4.2 系统参数整定--------------------------------------------------------------------13

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。

锅炉汽包水位控制系统的设计

/ 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.】 5.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 6.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 7.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 8.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 9.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 -概述............................................ - 3 -！ 锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................ - 3 - 锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 - ............... - 5 -对被控对象进行特性分析 ............................... - 5 -汽包水位控制系统方框图和流程图......................... - 5 -液位控制系统的方框图.................................. - 5 - 液位控制系统的方案图.................................. - 6 -选择被控参数和被控变量 ................................ - 6 -; 选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标............. - 7 -传感器、变送器选择........................................... - 7 -执行器的选择................................................. - 8 -关于给水调节阀的气开气关的选择。............................. - 8 - 关于给水调节阀型号的选择。.................................. - 8 -

锅炉温度控制系统的设计

齐鲁理工学院 课程设计说明书 题目基于ＰＩＤ的锅炉温度控制系统的设计 课程名称过程控制系统与仪表 二级学院机电工程学院 专业自动化 班级２014级自动化二班 学生姓名金高翔 学号２014１0532019 指导教师黄丽丽 设计起止时间：２01６年12月5日至2０1６年12月18日

? 目录 摘要 .................................................... 错误!未定义书签。 1 绪论?错误!未定义书签。 1．1 课程设计的背景: ................................. 错误!未定义书签。 １．2 课程设计的任务：?错误!未定义书签。 1.3 课程设计的基本要求：?错误!未定义书签。 2 PLC和组态软件介绍?错误!未定义书签。 2．1 可编程控制器?错误!未定义书签。 2.1．1 可编程控制器的工作原理 .................. 错误!未定义书签。 2.2 组态软件?错误!未定义书签。 2．2．1 组态的定义 .............................. 错误!未定义书签。 2.2.２组态王软件的特点?错误!未定义书签。 ２．2.3组态王软件仿真的基本方法.................. 错误!未定义书签。 3 ＰＩD控制及参数整定?错误!未定义书签。 3．1．PIＤ控制器的组成?错误!未定义书签。 3.2.采样周期的分析................................... 错误!未定义书签。 4 被控对象的建模?错误!未定义书签。 5 PLC控制系统的软件设计................................. 错误!未定义书签。 ５.1.程序编写........................................ 错误!未定义书签。 ５.2用指令向导编写PＩＤ控制程序?错误!未定义书签。 6 组态的设计 ............................................ 错误!未定义书签。 7 系统测试?错误!未定义书签。 7.1 启动组态王...................................... 错误!未定义书签。 7.２实时曲线界面?错误!未定义书签。 7.3历史曲线界面 ..................................... 错误!未定义书签。８结论 ................................................. 错误!未定义书签。参考文献: ............................................... 错误!未定义书签。致谢: ................................................... 错误!未定义书签。

DCS液位控制课程设计

锅炉汽包水位控制系统 概述 蒸汽锅炉是企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽产品，以满足负荷的需要。锅炉是一个十分复杂的控制对象，为保证提供合格的蒸汽产品以适应负荷的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。保持锅炉汽包水位在正常范围内是锅炉运行的一项重要的安全性能指标，由于负荷、燃烧状况及给水流量等因素的变化，汽包水位会经常发生变化。因此锅炉汽包水位应当根据设备的运行状况进行实时调节加以严格控制以保证锅炉的安全运行。 工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量使其与蒸发量保持动态平衡，维持汽包水位在工艺允许的范围内，是保证锅炉安全生产运行的必要条件，锅炉汽包水位也是锅炉运行中一个重要的监控参数，它间接地体现了锅炉负荷和给水之间的平衡关系。 采用PLC控制技术，能实现对锅炉运行过程的自动检测、自动控制等多项功能。它的被控量是汽包水位，而调节量则是汽包给水流量，通过对汽包水位的实时检测并进行反馈，PLC对反馈信号和给定信号进行比较，然后根据控制算法对二者的偏差进行相应的运算，运算结果输出给执行机构从而实现给水流量的调节，使汽包内部的物料达到动态平衡，汽包水位变化在允许范围之内。 1．1 锅炉汽包水位的控制方案 锅炉汽包水位控制系统采用三冲量控制系统，三冲量控制系统实际上是前馈一串级控制系统，它的主回路是一个定值调节系统，副回路是一个随动调节系统，主调节器按照对象操作条件及负荷情况而随时校正副调节器的给定值，从而使副参数能随时跟踪操作条件或负荷的变化而变化，最终达到保持主参数恒定的目的。其中主变量是汽包液位，副变量是给水流量蒸汽流量信号作为前馈信号引入流程。（见图1和图2）。

锅炉汽包水位控制系统

1.汽包水位的动态特性描述 (1) 1.1.汽包在给水流量作用下的动态特性 (1) 1.2.汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 (2) 2.汽包水位控制方案的选择及其原理 (4) 2.1.三冲量控制原理及各部分的作用 (4) 2.1.1.控制原理 (4) 2.1.2.各部分的作用 (5) 3.前馈-串级控制系统的特点和调节器作用方式判断 (7) 3.1.控制系统的特点 (7) 3.1.1.前馈控制系统的特点 (7) 3.1.2.串级控制系统特点 (7) 3.2.调节器作用方式判断 (7) 3.2.1.判断副调节器的作用方式 (7) 3.2.2.判断主调节的作用方式 (7) 4.控制仪表及技术参数 (8) 4.1.控制仪表的选定 (8) 4.2.各元器件的型号及参数 (8) 5.总结与体会 (10) 参考文献 (11)

在锅炉运行中，水位是一个很重要的参数。若水位过高，则会影响汽水分离的效果，使用气设备发生故障；而水位过低，则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉发生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡，维持汽包内水位在允许的范围内变化。 锅炉汽包水位是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统，讨论了目前通常采用的控制方法,分析了水位对象模型的动静特性。首先从锅炉汽包内水的热平衡、物质平衡原理出发,推导出了用来描述锅炉水位对象的通用机理控制模型,通过对几种控制方案的分析、研究与比较,选三冲量系统作为最佳控制方案,并着力研究三冲量系统的特点。 关键词：锅炉汽包水位控制三冲量控制系统

锅炉水位控制系统的研究与设计

摘要 随着我国经济的发展，资源和环境矛盾日趋尖锐，使我国的现代化建设面临严峻挑战。作为供热系统重要能源转换设备的燃煤锅炉能耗巨大，占我国原煤产量的三分之一左右。然而，我国目前运行的很多锅炉控制系统的自动化水平不高、安全性低，工作效率和环境污染普遍低于国家标准，因此实现锅炉的计算机自动控制具有重要的意义。 锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工业锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于提高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有重要意义。 本文分析了汽包水位对象的动态特性，介绍传统的控制方式。由于锅炉水位控制系统的调节器输入端常加有三个输入量，极易引起水位控制偏差，本文提出了两种消除水位偏差的方法：（1）辅助信号自消方法（2）辅助信号对消方法。根据三冲量水位调节系统控制水位误差,设计采用了三冲量PID串级控制方式采用辅助信号蒸汽流量和给水流量对消方法消除水位偏差。 关键词：汽包水位；三冲量；串级系统；PID控制；

目录 摘要...................................................... I 第1章引言.............................. 错误！未定义书签。第2章工业锅炉的基础理论 2.1 锅炉工艺流程简介 (1) 2.2 课题背景及本文研究内容 (3) 第3章汽包水位特性 (4) 3.1 汽包水位在给水流量作用下的动态特性 (5) 3.2 汽包水位在蒸汽流量干扰下的动态特性 (8) 第4章汽包水位的控制 (12) 4.1单冲量水位控制系统 (12) 4.2 双冲量水位控制系统 (13) 4.3 三冲量水位控制系统 (16) 4.4.1 三冲量控制方案一 (17) 4.4.2 三冲量控制方案二 (18) 4.4.3 三冲量控制方案三 (19) 4.4 锅炉水位控制原理图 (21) 结论 (23) 致谢 (24) 参考文献 (25)

锅炉汽包液位课程设计

天津城建大学 课程设计任务书 2013 -2014学年第2学期 控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级电气12班姓名：学号： 课程设计名称：过程控制 设计题目：锅炉汽包液位控制 完成期限：自 2014 年 6 月 20 日至 2014 年 6 月 26 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容： 一、设计任务 加热炉出口温度控制系统，测取温度对象的过程为：当系统稳定时，在温度调节阀上做 t/min 0 2 4 6 8 10 12 θ270.0 270.0 267.0 264.7 262.7 261.0 259.5 /o C t/min 14 16 18 20 22 24 26 θ258.4 257.8 257.0 256.5 256.0 255.7 255.4 /o C t/min 28 30 32 34 36 38 40 θ255.2 255.1 255.0 255.0 255.0 255.0 255.0 /o C δ≤的无差控制系统。具体要求如下： 试根据实验数据设计一个超调量25% p （1）根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型； （2）根据辨识结果设计符合要求的控制系统（控制系统原理图、控制规律选择等）；（3）根据设计方案选择相应的控制仪表； （4）对设计的控制系统进行仿真，整定运行参数。 二、设计要求 采用MATLAB仿真；需要做出以下结果： （1）超调量 （2）峰值时间 （3）过渡过程时间 （4）余差 （5）第一个波峰值 （6）第二个波峰值 （7）衰减比 （8）衰减率 （9）振荡频率 （10）全部P、I、D的参数 （11）PID的模型

（12）设计思路 三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆．工业生产过程控制（1版）．北京：化学工业出版社，2004 [2]邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000 [3]过程控制教材 指导教师（签字）： 教研室主任（签字）： 批准日期：年月日 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。 锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格控制水位在规定范围之内。 维持汽包水位在给定范围内是保证锅护和汽轮机安全运行的必要条件，也是锅炉正常运行的主要指标之一。水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽中含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。水位过低，则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节，以致局部水冷管壁被烧坏，严重时会造成爆炸事故。这些后果都是十分严重的。随着锅炉容量的增加，水位变化速度愈来愈快，人工操作愈来

(完整版)基于PLC的锅炉汽包水位控制系统设计毕业设计

以下文档格式全部为word格式，下载后您可以任意修改编辑。 摘要 汽包水位是影响锅炉安全运行的一个重要参数，汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。PLC技术的快速发展使得PLC广泛应用于过程控制领域并极大地提高了控制系统性能，PLC已经成为当今自动控制领域不可缺少的重要设备。 本文从分析影响汽包水位的各种因素出发，重点分析了锅炉汽包水位的“假水位现象”，提出了锅炉汽包水位控制系统的三冲量控制方案。按照工程整定的方法进行了PID参数整定，并进行了仿真研究。根据控制要求和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，利用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完成PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用。 关键词：汽包水位三冲量控制PLC PID控制

ABSTRACT The steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both widely be applied to the process control domain and enhances the performance of control system enormously. PLC automatic control domain. Based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unreal water level phenomenon”is analyzed specially, and three impulses control plan for steam drum water level control system is proposed. PID parameters are regulated by engineering regulation method, and simulation study is done. According to the needs of control, the selection of control requirements as well as system software design are carried out. Finally the application of PLC in boiler steam drum water control system is completed. Key words: Steam drum water level Three impulses control PLC PID control

锅炉汽包水位控制系统的设计

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。 ....................... - 8 - 2.4.4 关于给水调节阀型号的选择。............................. - 9 - 2.4.5 给水流量蒸汽流量..................................... - 9 - 2.5 四个环节的工作形式对控制过程............................... - 9 -第三章PID控制.................................... - 10 - 3.1对控制进行PID控制.......................................... - 10 - 3.2整定PID理论参数............................................ - 11 -

锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真课程设计

内蒙古科技大学 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：xxxx 学号：xxxx 专业：xxxx 班级：xxxx 指导教师：李x 时间：2013年12月8日

目录 第一章汽包水位控制的概述................................ 错误!未定义书签。 锅炉汽包水位的动态特性.............................. 错误!未定义书签。 给水流量W对汽包水位H的影响.................... 错误!未定义书签。 汽包水位在蒸汽流量D扰动下的影响................. 错误!未定义书签。第二章三冲量串级给水控制系统设计........................ 错误!未定义书签。 单冲量水位控制系统的介绍............................ 错误!未定义书签。 双冲量水位控制系统的介绍............................ 错误!未定义书签。 三冲量汽包水位控制原理.............................. 错误!未定义书签。 三冲量控制方案之一.............................. 错误!未定义书签。 三冲量控制方案之二............................... 错误!未定义书签。 三冲量控制方案之三............................... 错误!未定义书签。第三章汽包三冲量控制算法的MATLAB仿真设计............... 错误!未定义书签。 控制系统模型图的绘制................................ 错误!未定义书签。 Simulink模块的调用 ............................. 错误!未定义书签。 PID子系统的建立以及封装 ........................ 错误!未定义书签。 PID控制器的参数整定 ................................ 错误!未定义书签。 第四章总结...................................... 错误!未定义书签。参考文献................................................. 错误!未定义书签。