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1、本科毕业论文（设计）开题报告姓名：学号：学院：机电学院专业：机械设计制造及其自动化班级：B0801 指导教师：开题日期：2011 年 11 月 16 日毕业论文（设计） 题目电站锅炉水位控制系统设计课题来源科研应用 教学其它成果类别论文设计一、课题的研究意义（选题的目的、依据，课题的理论意义和现实意义）锅炉是一种受压又直接受火的特种设备，是工业生产中的常用设备。 对锅炉生产如果操作不合理，管理不善，处理不当，往往会引起事故。轻则停炉影生产，重则造成爆炸，造成人身伤亡，损坏厂房、设备，后果十分严重。因此，锅炉的安全问题是一项非常重要的问题， 必须引起高度重视。 工业锅炉中最常见的事故有： 锅炉缺
2、水，锅炉超压，锅内满水，汽水共腾，炉管爆破等等。其中以锅炉缺水事故比例最高。这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉水位控制在锅炉设备控制系统中的重要作用。维持锅炉水位在规定的范围内， 是保证锅炉安全生产运行的必要条件，也是锅炉正常生产运行的主要指标之一。水位过高， 会影响汽水分离效果， 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。水位过低， 则可能造成水的极速蒸发， 汽水自然循环破坏，局部水冷管壁被烧坏，严重时造成爆炸事故。因此，锅炉水位必须严加控制。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
3、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。若能实现水位自动控制， 则可以大大减少人力资源， 同时很大程度上提高锅炉的可靠性。二、课题研究的主要内容：（课题研究的重点和在研究过程中要解决的关键问题，所要实现预期成果）1课题研究的
4、重点采用三冲量水位控制系统， 以锅炉水位为主控信号， 蒸汽流量为前馈信号， 给水流量为控制器的反馈信号， 采用单片机的控制，是锅炉水位维持在正常范围之内，当水位超过上限或下限时， 能及时报警并采取相应的措施。通过设计， 可充分体现三冲量控制系统的优越性，结构先进合理，能耗小，扩展灵活，便于维护，并且可靠性高，而且还极大地提高了企业的生产效率和经济效益，总动化程度高， 大大降低了操作者劳动强度，降低了成本，综合性强，实用性好，保障锅炉正常运行。2主要设计内容本课题研究的是锅炉汽包水位的控制方法，根据要求设计了单片机控制锅炉汽包水位的系统，主要包含的研究内容如下：(1) 了解锅炉汽包水位的发展及其
5、现状。(2) 掌握锅炉水位控制系统的基本知识。 (3) 熟悉相关硬件和软件知识，再结合实际设计出锅炉水位检测系统的硬件框架和软件流程。3. 拟解决的关键技术(1)如何实现锅炉汽包水位系统的硬件设计。(2)如何实现系统的软件设计。(3)如何实现系统的抗干扰设计。4. 实现的预期成果通过本次设计，可以使锅炉水位维持在正常范围之内。 当超过上限或者下限时，能及时报警并采取相应的措施，保障锅炉能够正常安全的工作。三、课题的研究方法：（课题研究所采用的方法、技术路线以及研究思路等）1. 课题的研究方法与技术路线（1）首先用变送器从汽包中采集到的物理参数转化为模拟信号。（2）然后通过 A/D 转换器转换成
6、 8051 单片机可识别的数字信号，将其送入8051单片机中进行处理。（3）随后将输出信号再通过D/A 转换器转换为模拟信号。（4）最后将处理后的信号送入执行器，执行器通过电动执行机构和调节阀的协同作用完成对汽包水位的调节工作。2. 课题的研究思路单片机锅炉汽包水位控制系统主要是针对汽包水位控制的一种实际工程应用设计。在热力发电厂中以及用到热力设备的工厂中，汽包水位的控制对锅炉的安全运行极为重要， 水位过高、过低都将引起蒸汽品质变坏或水循环恶化，甚至造成严重事故。尤其在机炉启停过程中， 炉内参数变化很大，水位变化亦很大，水位的及时控制就更加重要了。因此，汽包水位控制是保证热力设备安全运行的必要
7、条件。所以本设计可以使我们对汽包水位控制系统有一个比较基础的认识，同时又是对所学知识的一个巩固和创新。图2-1 为单片机锅炉汽包水位控制系统的总体设计方案。图2-1 单片机锅炉汽包水位控制系统设计方案图本设计中对汽包水位进行压力、 和差压的测量， 通过电路转换为单片机可以处理的数字信号， 经过软件运算， 求出水位的高低并得出与正常水位的差值，再将其控制信号利用电路转换成模拟信号，通过执行器对汽包水位进行控制。压力/ 差压变送器采用的是电容式压力/ 差压变送器 WT-1151GP ，由于其输出的是 420mA标准电流，而 A/D 转换器接受的是 05V标准电压，所以应该设计I/V电流电压转换电路
8、，这样就可以接入A/D 转换器了。单片机采用 MCS-51系列中的 8051 单片机， 8051 单片机及其小系统的设计是本设计中重要的组成部分。两个模拟信号接到8051 之前需要将模拟信号转换为数字信号，所以选用的是8 个模拟量输入通道的A/D0809，输出是 8 位数字输出接到 8051 单片机上。本设计有一个模拟信号输出接口，用来控制执行器从而调节汽包水位的高低，这中间需要一个将数字信号转换为模拟信号的环节，选用的是 8 位的 D/A0832，在经过相应的电路转换可以得到420mA 的标准电流，完成了整个电路的设计。四、课题计划进度（各阶段计划完成的内容和所需时间）进度安排完成内容 20
9、11年 10 月 16日-2011 年 11 月 16 日完成课题资料收集，撰写开题报告，准备开 题答辩 2011年 11 月 17 日- 2011 年 12 月 16 日选定控制方案2011年 12 月 17 日- 2012 年 01 月 16 日采用单片机作控制器来实现三冲量水位控 制方案 2012年 03 月 01 日- 2012 年 03 月 20 日采用单片机作控制器来实现三冲量水位控 制方案 2012年 03 月 21 日- 2012 年 04 月 10 日采用单片机作控制器来实现三冲量水位控 制方案 2012年 04 月 11 日- 2012 年 04 月 30 日完善软硬件设计
10、2012年 05 月 01 日- 2012 年 05 月 20 日撰写论文2012年 05 月 21 日- 2012 年 06 月 05 日毕业设计论文定稿，准备毕业答辩五、指导教师评语和意见：指导教师（签字）：年月日六、所在系审查意见：系主任（签字）：年月日注： 1本表一式四份，指导教师一份，二级学院存档一份，学生本人二份一份留用、一份装订于毕业论文（设计）资料中。 2开题报告后需附关于本课题的文献综述。3各项若不够请加附页或扩展表格。 4指导教师、系主任的签字及日期必须手写，不得打印。附、文献综述 一、课题背景情况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
11、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。二、国内外研究现状及发展动态：锅炉作为能源转换和消耗设备已经有两百多年的历史了，锅炉工业的迅速发展是近几年的事情，国外的锅炉工业50年代发展最快， 70年代达到高峰。出于历史原因，我国锅炉自动控制的水平一直较低。但是锅炉是我国工业生产和生活上应用面最广、数量最多的热力设备。由于锅炉往往负荷变化大，起停频繁，依靠人工操作很难保证其安全、稳定地在经济工况下长期运行。其中锅炉水位控制系统是锅炉生
12、产控制系统中最重要的环节。汽包水位是工业锅炉安全稳定运行的重要指标, 是自动控制系统主要控制目标。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，确保整个热力网安全运行具有重大意义。在锅炉运行过程中，存在着大量的随机性干扰因素。如负荷冲击，电网电压的波动以及引起的给水、供风、供油量的变化等。此外，燃料品质的改变亦造成燃料的不稳定，这些因素使得汽包水位具有复杂的动态特性。三、实际应用价值单片机锅炉汽包水位控制系统主要是针对汽包水位控制的一种实际工程应用设计。在热力发电厂中以及用到热力设备的工厂中，汽包水位的控制对锅炉的安全运行极为重要，水位过高、过低都将引起蒸汽品质变坏或水循
13、环恶化，甚至造成严重事故。尤其在机炉启停过程中，炉内参数变化很大，水位变化亦很大，水位的及时控制就更加重要了。因此，汽包水位控制是保证热力设备安全运行的必要条件。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
14、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。四、文献的查阅范围及手段：Kluwer全文期刊数据库、 Asme 数据库、 Springer Link全文期刊数据库、Elsevier Science期刊等电子期刊全文数据库、中国期刊网、万方期刊网、重庆维普全文数据库、中国机械设计手册及机床设计图册、导师提供的部分资料、通过互联网
15、检索等。五、主要参考文献：1 章德龙单元机组集控运行北京中国电力出版社19932 赵果然 . 循环硫化床锅炉国内外现状概述, 哈尔滨电站集团 ,2009,04. 3 李遵基热工自动控制系统北京中国电力出版社19974 王常力 . 集散型控制系统的设计与应用,1993, 清华大学出版社 . 5 赵润林张迎辉单片机原理与应用教程 北京北京大学出版社 2005 14-16 6 刘刚秦永左单片机原理及应用北京中国林业出版社20065-237 吴勤勤控制仪表及装置北京化学工业出版社200240-105 8 吴永生方可人热工测量及仪表北京中国电力出版社 1995242-249 9 郑学坚周斌微型计算机原理及应用 北京清华大学出版社 2004： 137-151 10 谢剑英贾青微型计算机控制技术北京国防工业出版社2001：45-55 11 陈章龙实用单片机大全哈尔滨黑龙江科学技术出版社1989 12 王建武 125MW 机组汽包水位控制系统华北电力1994，12 期：4-7 13 张浚奎 . 循环硫化床锅炉的控制现状, 山西电力 ,2004.
