毕业设计论文锅炉除氧器过程控制课程设计

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1、摘 要 热力除氧是用蒸汽将给水加热到饱和温度，将水中溶解的氧气和二氧化碳放出。除氧的目的是防止锅炉给水中溶解有氧气和二氧化碳，对锅炉造成腐蚀，因此对除氧器进行控制具有很强的现实意义。本文论述了除氧器液位、出口流量、除氧器压力三个被控变量的实验，详细论述了实验内容及过程中遇到的相关问题。着重论述了PID控制方法在除氧器控制上的应用，对相应的参数进行了整定，以及对实验结果进行了分析。目 录摘 要I1 引言- 1 -1.1 控制系统的的目的- 1 -1.2 控制系统的意义- 2 -1.3 实验内容- 2 -1.4 主要任务- 2 -2 正文- 4 -除氧器液位控制- 4 -2.1.1 实验目的及工艺

2、背景- 4 -2.1.2 实验过程- 4 -2.1.2 控制系统投运和控制器参数整定- 8 -2.2 除氧器出口流量控制- 12 -2.2.1 控制系统组态- 12 -2.2.2 控制系统投运及参数整定- 13 -2.2.3 施加扰动测试控制器性能- 15 -2.2.4 实验结果分析- 16 -2.3 除氧器压力控制- 17 -2.3.1 PI控制器特点- 17 -2.3.2 为什么要控制除氧器的压力- 17 -2.3.3 控制系统组态- 18 -2.3.4 控制系统投运及参数整定- 19 -2.3.5 实验结果分析- 20 -3 结论- 21 -4 收获、体验和建议- 22 -参考文献- 2

3、3 -1 引言1.1 控制系统的的目的在我们的设计中，我们主要是以除氧器作为被控对象，由于除氧器是整个工艺过程的开始部分，从公用的工程来的锅炉给水到除氧器，除氧器使用蒸汽把给水加热到饱和的温度，把里面的溶解的氧和二氧化碳逼出来，以免锅炉结垢，除氧器的液位的高低会影响整个系统的工作状态，液位过低，会使的工作水供应不足，导致后续工艺产生不稳定的现象，甚至可能照成巨大的经济损失以及人员安全问题，故必须使得除氧器的液位保持在一定的高度；除氧器的压力和出水阀的流量也均会对除氧器的液位造成影响，从而影响整个系统的工作稳定性，除氧器的压力过高会使得除氧器爆炸，产生不安全的事故，并且压力过大，会使得除氧器中的

4、水被快速的经出水阀被压到除氧器外，供给水的不稳定会使得后续的工艺目的很难实现；除氧器出口的除氧水是去往锅炉汽包的，汽包是产生蒸汽的地方，它的液位非常重要，液位过低就可能造成汽包被烧坏的危险，如果汽包液位过高，产生过热蒸汽的质量就会受到一定的影响，所以汽包液位要控制在一定的范围内，在燃烧系统供应的热量一定，也就是单位时间内蒸发出去的水量一定时，要想使气泡液位稳定下来，就要保证汽包上水流量稳定，所以要对上水流量，也就是除氧器出口流量进行控制；在这个工艺过程中，通入蒸汽的主要目的是为了出去除氧器进料软化水中的氧气，以防送入锅炉的水中含有氧气，腐蚀设备，除氧器对压力的要求比较高，因为除氧器压力过高，会

5、造成除氧器憋压，软化水无法正常蒸发；如果除氧器压力过低会造成除氧不充分，而多余的氧气会在加热的过程中分解出来腐蚀锅炉。综合上述问题，我们需要去设计一个控制系统达到如下目的：1）保持除氧器液位的稳定，并且使其稳定在某个设定值上，如此防止出现后续工艺的水供给不足和除氧器爆炸等事件的发生。2）保持出口流量的稳定，并且稳定于某个设定值，使其工艺能够稳定的工作，如此为后续工艺的稳定工作铺平道路。3）保持除氧器压力的稳定于某个设定值，使得除氧器能够安全工作。1.2 控制系统的意义针对上述的三个目的，我们很容易知道控制系统的意义主要有哪些。首先我们对除氧器的液位进行控制，使其达到一个稳定值，如此建立物料或能

6、量的平衡，以便在稳态时系统的流入量和流出量相等；要求液位必须维持在设定值上，这个设定值代表了一个重要的操作点；缓冲容器的液位控制。其次，我们对出口阀的出口流量进行控制，使得出口流量达到一个稳定值，使得后续汽包液位能够达到稳定。最后我们对除氧器的压力进行控制，这是为了使得除氧器不要出现憋压的情况，防止氧化水无法正常蒸发，并且防止出现除氧不充分，造成锅炉腐蚀。1.3 实验内容为了实现上述的控制目的，我们主要需要完成以下的内容：首先我们需要设计一个控制器去控制除氧器的液位，在这个控制系统中，我们把除氧器作为控制对象，除氧器液位作为控制变量，给定一个设定值，利用控制器使其达到这个设定值。其次，我们还需

7、设计一个控制器去控制出口阀的流量，在此控制系统中，控制器为出口流量阀，被控变量为出口流量，我们利用控制器给定一个设定值，使得流量能够稳定在此设定值处，使得工艺过程能够稳定工作。最后，一个控制除氧器压力的控制系统还需要被设计，我们利用此控制系统，使得被控对象达到一个很稳定的压力值，最终到达很好的控制效果。1.4 主要任务在此次设计中我们主要要设计三个控制系统，第一个是控制除氧器的液位，第二个是控制出口流量阀的流量，第三个是控制除氧器的压力，虽然从表面上，这三个控制器的控制变量不一样，但是，实际上，他们都是互相影响的，除氧器压力的大小，会影响出口流量，从而影响除氧器的液位；出口阀的流量的大小会影响

8、除氧器的液位，从而影响除氧器内压力的变化。从这里我们能发现这几个控制器都很重要。在此主要任务是确定被控对象，被控变量，执行器，检测元件，然后根据要构建的系统的性能以及被控对象的特性去选择控制器的正反作用以及是用P控制还是PI控制，还是PID控制，合理的选择工作方式，使其能够达到预先要求的目的，这是很重要的工作。其后，我们选择信号源、控制器去构建控制系统，然后用先调节P，再调节I，最后调节D的原则去整定合适的PID参数值，如此选定合适的控制器，最后通过加入扰动去测试控制系统的性能，考虑控制系统的鲁棒性是否达到要求。2 正文2.1.1 实验目的及工艺背景（1）实验的目的通过这个实验，我们能够掌握比

9、例作用的控制规律、P控制器的使用，体会余差；其次，我们可以熟悉单回路系统的组态及投运过程；另外，我们可以了解液位对象的特性及控制方法。（2）除氧器液位控制的工艺背景用于除氧器的过热蒸汽源源不断地流入除氧器中，对除氧器内的软化水进行加热，软化水被加热到沸腾后，水中的氧气会被蒸发出来，通过除氧器顶部的气孔排放到大气中达到脱氧的目的。因此，除氧器氧化水液位的高低，对软化水沸腾的时间、除氧效果的好坏有直接的影响。另外，除氧器还起着中间储罐的作用。一旦公用工程出现故障，不能及时给除氧器供水，除氧器中储藏的软化水可以在一定时间内维持生产设备正常运行，在不影响生产的前提下为抢修赢得时间。除氧器液位过高则会造

10、成软化水的浪费，液位过低则会造成其下游上水泵的腐坏，还会造成因原料供应不足而停产。综上，对除氧器液位控制有很大的实际价值，因此我们设计了除氧器液位控制系统。2.1.2 实验过程（1）操作变量的选择对除氧器液位最主要的影响就是除氧器入口流量和除氧器出口流量。其中除氧器入口是公用工程来的锅炉给水（软化水），如果除氧器入口流量经常波动，会造成除氧器液位的不稳定。除氧器出口则去往下游的锅炉汽包，出口流量的波动会对汽包水位的高低产生直接影响。如果用入口流量控制除氧器液位，出口流量波动对液位的影响可以通过调节入口流量来消除，也就是改变软化水的来料量。如果用出口流量控制除氧器液位，入口流量波动对液位的影响则

11、要通过调节出口流量来消除，而出口流量的变化会作用到下游生产单元，可能影响整个生产单元的平稳运行。因此，这里我们选择用除氧器入口流量控制除氧器液位。（2）除氧器液位控制单回路系统框图图2-1 除氧器液位控制系统框图（3）实验步骤 在没有打开任何工程的前提下，在 SMPT-1000 监控环境中打开除氧器工程 050607_Dearator Control。 打开阀门/挡板控制配置对话框，将阀门 FV1106 设为内控状态。 将当前窗口切换到控制组态画面，进行控制系统组态。设置数据源，采集除氧器液位实际测量值作为控制器输入。在 SMPTLab 左侧浮动工具盒中，已经打开基本模板目录，目录中包括了组成

12、控制回路常用的控制器输入模块、控制器输出模块和 PID 控制器模块，如图2-2。图2-2 工具盒用鼠标左键选中“控制器输入”不放，拖动至控制组态窗口中放开，即在控制组态窗口中生成了一个“数据源”模块，如下图2-3。 图2-3 数据源双击该模块符号，弹出数据采集点配置对话框。如图，在选择位号下拉框中，选择 LI1101，即表示当前数据源模块将从现场获取 LI1101 位号对应的实时数据。图2-4 数据采集点配置点击【确定】按钮，完成对除氧器液位信号的配置。PID 控制器组态。在基本模板目录中，选中“PID 控制器”图标，并将它拖放至控制组态窗口，生成PID 控制器图标。双击该图标，弹出 PID

13、控制器配置对话框，在基本设置栏中，将控制器取名为 LIC1101，填入位号框中。在控制器投用之前，先将控制状态设为手动。选择控制器为反作用。配置完成后，点击【确定】按钮，当前 PID 控制器的图标将更新。图2-5 配置后的PID图标设置执行单元。为了让控制器的输出信号，能够送给执行机构（如调节阀），需要在控制组态窗口中引入“控制器输出”模块。该模块负责接收控制器的 OP 输出，并将该输出信号送至流程盘台上的某一个调节阀以控制其开度，达到对流程实施控制的目的。在基本模板目录中，选中“控制器输出”图标，并将该图标拖动至控制组态窗口中，生成一个新的“控制输出点”模块。图2-6 控制输出模块图标双击该

14、图标，弹出数据输出点配置对话框。在该对话框的位号下拉框中，选择要输出的调节阀位号，如下图所示的为 FV1106。数值范围栏中的上、下限框自动根据数据点定义中 FV1106 的仪表上下限进行填写。在数据输出类型栏中，需要设置接收控制器 OP 输出的数据类型为绝对量还是增量。缺省情况下，模块使用绝对量，即代表接收控制器的 OP 输出值，即为调节阀的目标开度 MV。图2-7 配置图配置完成后，点击【确定】按钮，当前 PID 控制器的图标将更新。图2-8 控制输出点图标信号连接。完成上述步骤后，控制组态窗口如下图所示。图2-9 控制组态为了将“数据源”模块检测到的实时数据 LI1101 输入“PID

15、控制器”模块，并将控制器模块的输出通过“控制输出点”模块调节流程盘台上的 FV1106 调节阀开度，需要在上图所示的图中添加信号线，以连接三个模块。液位 LI1101 的单回路 PID 控制系统组态结果如图所示。图2-10 控制系统组态图在趋势曲线画面中添加 LI1101、FV1106、FV1101 的实时曲线。确认阀门 FV1101 开度为 32。将当前窗口切换到控制组态画面，双击 LIC1101 控制器模块，将输出 OP 的值设置为 30。让除氧器工程运行起来。2.1.2 控制系统投运和控制器参数整定(1) 控制器状态为手动，可进行手动控制。不断修改 OP 值，也就是不断改变阀门 FV1106开度，观察 SP 和 PV 的值。你会发现 PV 和 SP 的值将不断变化，当其值达到 50%左右时，将控制器状态设置为自动，将控制器投自动。(2) 点击 LIC1101 控制器操作面板的【配置】按钮，打开 LIC1101 控制器配置窗口。目前比例增益设置为 1，将 SP 由原来的 50%变为 60%，待液位稳定后，将 SP 由 60%再调回 50%，观察并记录除氧器液位的趋势曲线。