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1、课 程 设 计课 程 控制系统综合实验 题 目 锅炉控制系统 院 系 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 2015年 8 月 7日课程设计任务书课程 控制系统综合实验 题目 锅炉控制系统 专业 姓名 学号 主要内容：1、 熟练掌握Realinfo应用；2、 掌握组态软件的点组态，硬件组态，报表设计格式和历史数据分析等功能；3、 理解控制系统组态的基本思想。基本要求：1、熟悉锅炉夹套水温串级控制系统的管路连接方式及各输入/输出信号与DCS卡件的 连接方式。 2、 根据串级控制系统参数整定的方法整定主、副调节器PID参数，观察PID参数变化 对系统性能的影响。 参考资料：1张文明，刘志军.组态
2、软件控制技术M.北方交通大学出版社，2006.8.2龚运新，方立有.工业组态软件使用技术M.清华大学出版社，2005.3刘志峰，张军.工控组态软件实例教程M.电子工业出版社，2008.24薛迎成，何坚强.工控机及组态控制技术原理与应用M.中国电力出版社2007.25龙志文.工控组态软件M.重庆大学出版社，2005.106张运刚，宋小春.工控组态技术与应用M.人民邮电出版社，2008.5完成期限 2015.7.272015.8.7 指导教师 专业负责人 2015年 7 月 2 日目录第1章 锅炉的工艺分析11.1锅炉的工艺流程11.2 过热蒸汽温度调节系统11.3 锅炉燃烧过程控制系统控制11.
3、4汽包水位调节系统2第2章 锅炉控制系统设计32.1 仪表的选择32.2 传感器的选择32.3 控制方案分析42.4 PID选择5第3章 基于Realinfo的热电厂锅炉系统监控程序设计63.1 主控界面63.2 趋势界面113.3 仪表界面123.4 中心控制系统14第4章 结论与体会15参考文献16控制系统综合实验第1章 锅炉的工艺分析1.1锅炉的工艺流程由于锅炉设备使用的燃料、燃烧设备、炉体形式、锅炉功用和运行要求的不同，锅炉有各种各样的流程。常见流程如图2.1所示。由图可知，蒸汽发生系统由给水泵、给水调节阀、省煤器、汽包及循环管组成。燃料和热空气按照一定的比例进入燃烧室燃烧，产生的热量
4、传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽sD,然后经过热器，形成一定汽温的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为MP的过热蒸汽，经负荷设备调节阀供给生产负荷使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，将饱和蒸汽变成过热蒸汽后，经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。1.2 过热蒸汽温度调节系统锅炉燃烧过程有三个任务：给煤控制，给风控制。炉膛负压控制。保持煤气与空气比例使空气过剩系数在1.08左右，燃烧过程的经济性，维持炉膛负压，所以锅炉燃烧过程的自动调节是一个复杂的问题。对于35t锅炉来说燃烧放散锅炉煤气。要求是最大限度的利用放散的高炉煤气，故可按锅炉的最大出力运行，对蒸汽压力不
5、做严格要求；燃烧的经济性也不做过高的要求。这样锅炉燃烧过程的自动调节简化为炉膛负压为主参数的定煤气流量调节。炉膛负压PF的大小受引风量，鼓风量与煤气量三者的影响。炉膛负压大小，炉膛向外喷火和外泄露高炉煤气，危机设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加。根据多年的人工手动调节搜索，35t锅炉的Pf=100Pa来设计。调节方法是初始状态先由人工调节空气与煤气的比例，达到理想的燃烧状态，在引风机全开时达到炉膛负压100Pa，投入自动后，之调节煤气蝶阀，是压力波动下的高炉煤气流量趋于初始状态的煤气流量，来保持燃烧中高炉煤气与空气比例达到最佳状态。因此，锅炉燃烧过程自
6、动控制系统按照控制任务的不同可分为三个字控制系统。即蒸汽压力控制系统，烟气氧量控制系统和炉膛负压控制系统。1.3 锅炉燃烧过程控制系统控制使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要；使燃料量与空气量之间保持一定比例，为了完成上述目标 ，燃烧过程的自动控制系统要完成以下三个方面的任务；首先保持锅炉输出蒸汽压稳定；其次，调节送风量与燃烧量的比例；最后，保持锅炉炉膛负压的稳定。1.4汽包水位调节系统汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏
7、汽包。所以其值过高过低都可能造成重大事故。它的被调量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节, 使汽包内部的物料达到动态平衡，变化在允许范围之内，由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积极特性。但是在负荷(蒸气流量)急剧增加时，表现却为逆响应特性，即所谓的虚假水位，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。 汽包水位控制系统，实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。它是以水位作为水量平衡与否的控制指标，通过调整进水量的多少来达到进出平衡，将汽包水位维持在汽水分离界面最大的汽包中位线附近，以提高锅炉
8、的蒸发效率，保证生产安全。由于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象，实际应用中可根据情况采用水位单冲量、水位蒸汽量双重量和水位、蒸汽量、给水量三冲量的控制系统。 控制目标值：在操作界面上利用鼠标键盘实现对水泵启停的控制；在仪表盘上使用原有的DDZ-III操作器对水泵进行手动/自动调节控制。系统给水自动调节分为三种模式：单水位控制模式：只通过检测汽包水位来控制给水量；双冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量，将蒸汽流量作为前馈信号，与汽包水位组成前馈反馈控制方式；三冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量、给水流量，将汽包水位作为主控编练个，给水流量作为辅助被控变
9、量的串级控制系统与蒸汽流量作为前馈信号组成前馈串级反馈控制方式。冲量水位控制实现方式：在异常情况下，如液位偏离正常值较大时，采用规则控制，可以快速恢复水位，保证锅炉的安全稳定运行；当水位控制和主蒸汽温度控制发生矛盾时，可根据矛盾的主要方面进行两者的协调控制；它包含给水流量控制回路和汽包水位控制回路两个控制回路，实质上是蒸汽流量前馈与水位流量串级系统组成的复合控制系统。当蒸汽流量变化时，锅炉汽包水位控制系统中的给水流量控制回路可迅速改变进水量以完成粗调，然后再由汽包水位调节器完成水位的细调。3第2章 锅炉控制系统设计2.1 仪表的选择锅炉的附件及仪表是锅炉安全经济运行不可缺少的一个组成部分，。如
10、果锅炉附件不全，作用不可靠，全部或部分失灵，都会直接影响锅炉的的正常运行。所以，必须保证锅炉的附件及仪表准确，灵敏，可靠。安全阀是锅炉三大安全附件（安全阀，压力表，水位表）之一，其作用是保证锅炉排水时，有人工抬起，以排除或吸入空气。蒸汽锅炉采用全启式安全阀，热水锅炉即可以采用全启式又可以采用微启式安全阀。在一点工作压力下安全运行。如果锅炉超过允许规定时，安全阀一方面产生较大音响，引起操作人员的警觉，及时采取措施，另一方面起排气，减压的作用，使锅炉压力迅速降低，保证锅炉安全。同时，锅炉在没有空气阀的情况下，安全阀可在冷炉进水时生活及无压排水，有人工抬起，以排除或吸入空气。安全阀的安全操作与日常养
11、护；锅炉安装或移装后，投入运行前，应对安全阀进行调查；对于安全阀的泄露，首先要分析气泄漏原因，然后再采取措施；安全阀经过调查校验后，应加锁或铅封；要防止与安全阀无关的异物以保证安全阀东；安全阀使用一段时间后，为防止阀芯与阀座站住，可定期进行手动或自动排气实验，已检查安全阀动作的可靠性。锅炉使用的压力表是测量锅炉气压或水压大小的仪表，司炉人员可通过压力表的指示值。控制锅炉的气压升高或降低，对热水锅炉可了解与循环水压力的波动，以保证锅炉在允许工作压力下安全运行。水位表是锅炉表主要安全附件之一，是利用液体联通各部分水面均在同一平面上的原理，监视锅筒内水位的一种安全装置。通过水位表显示水位的高低，以指
12、示锅炉内水面的位置，司炉人员依次进行正确操作，保证锅炉安全运转。2.2 传感器的选择锅炉炉膛温度的控制，我选用普通的PID控制，由PID作为基本的控制算法。在此次设计中我采用串级回路控制方法。 本系统具有 2 个调节器和 2 个闭合回路 ,2 个调节器分别设置在主 、副回路中 ,设在主回路的调节器称主调节器 ,设在副回路的调节器称为副调节器 。两个调节器串联连接 ,主调节器的输出作为副回路的给定量 ,副调节器的输出去控制执行元件 串级调节系统多用于燃料源受频繁扰动的锅炉炉膛，该系统由主回路和副回路组成，主回路根据实际值与给定值的偏差由PID调节规律对燃料流量进行调节，副回路根据燃料流量实际值与
13、主回路温度调节器输出的燃料流量的偏差对流量进行调节，以避免扰动对燃 料流量的影响。 在系统稳定状态时，温度PID的输出以A1送到煤粉流量调节回路PID作为设定值，以B1送到空气流量调节回路PID作为设定值。 在负荷剧增(温测温给)时,温度PID的输出剧增.对于空气流量调节回路,随着B1开始增加时,B1B2时,低选器选中B2,B1被中断,同时B3B1时,低选器又选中B1,B1又作为该回路PID设定值,交叉限制作用结束,系统稳定。对于煤粉流量调节回路,随着煤粉流量的增加,高选器选A1,而低选器中,开始时选A1作为该回路PID的设定值, 煤粉流量增加,A1A2时,低选气选A2,A1被中断, 煤粉流量随着空气流量增加而增加,交叉限制作用开始,当A2增加到A2A1时,低选器又选A1,此时A1A3,使交叉限制作用结束,系统恢复稳定。负荷剧减时相反。 可见负荷增加过程中，先开空气后开煤粉，煤粉和空气交替逐渐增加，从而保证充分燃烧，不产生黑烟。负荷减少时，先关煤粉后关空气，空气和煤粉交替逐渐减少，保证合理燃烧，不会空气过剩，带走热量。 2.3 控制方案分析锅炉给水压力的控制采用水泵变频恒压供水，通过安装在出水管网上的压力变送器，把管网压力信号变为4-20ma的标准信号送入plc，plc通过PID程序运算后，输出转速信号送给变频器，由变频器控制水泵电机的转速，调节水
