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1、辽 宁 工 业 大 学 过程控制 课程设计（论文）题目： 锅炉汽泡水位控制系统设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 自动化092班 学 号： 学生姓名： 指导老师： 起止时间： 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 学 号学生姓名韩忠钰专业班级自动化课程设计（论文）题目锅炉汽包水位控制系统设计课程设计（论文）任务课题完成设计任务及功效、要求、技术参数实现功效在工业生产中常常要对锅炉汽包液位进行控制，为了能够正确控制液位高度，确保正常生产，要求设计液位闭环反馈控制系统，能抑制流量波动，且系统无余差。本设计要求设计一个锅炉汽包液位闭环反馈控制系统，采取适合控制算法，输入
2、设定水位值，并实时显示目前水位。设计任务及要求1、确定控制方案并绘制P&ID图、系统框图；2、选择传感器、变送器、控制器、实施器，给出具体型号和参数；3、确定控制器控制规律和控制器正反作用方法；4、若设计由计算机实现数字控制系统，应给出系统硬件电气连接图及程序步骤图；5、在试验室进行计算机软件仿真，并给出仿真结果；6、按要求书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上技术参数：测量范围：20100cm ；控制精度：0.5cm ；控制液位：80cm； 最大偏差：1cm。进度计划1、部署任务，查阅资料，了解掌握系统控制要求。（2天，分散完成）2、确定系统控制方案，绘制P&ID图
3、、系统框图。（1天，试验室完成）3、选择传感器、变送器、控制器、实施器，给出具体型号和参数。（2天，分散完成）4、确定控制器控制规律、控制器正反作用方法和确保系统无余差。（试验室1天）5、仿真分析或试验测试、答辩。（3天，试验室完成）6、撰写、打印设计说明书（1天，分散完成）指导老师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导老师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要锅炉是生产过程中必不可少设备。它所生产蒸汽不紧供生产过程作为热源，而且还作为蒸汽透平热力源。锅炉控制装置其关键作用是保障锅炉安全，稳定运行准则。所以，在设计控制系统时要求供给蒸
4、汽量应适应负荷改变需要或保持给定负荷，蒸汽压力，过热蒸汽温度，气泡水位，炉膛负压全部应保持在一定范围内。本设计被控变量为气泡水位，操纵便能量为给水量，给水量高低直接影响着锅炉和汽轮机安全运行，过高会影响汽水分离机正常运行，过低会破坏正常水循环。所以过高过低全部是不许可。本设计是针对锅炉气泡水位做出合理设计方案，使气泡水位维持在一定范围内，以确保锅炉设备安全稳定运行。关键词：锅炉汽泡；水位控制；蒸汽流量目 录第1章 绪论1第2章 课程设计方案22.1 概述22.2 虚假水位行程及对策22.3 汽泡水位影响原因22.4 汽泡水位控制方案设计3第3章 硬件设计73.1液位传送器选型73.2流量传送器
5、选型73.3实施器选型83.4控制器器选型9第4章 锅炉汽泡水位模型及仿真114.1 仿真分析114.2仿真分析12第5章 课程设计总结15参考文件16第1章 绪论锅炉烧水会产生高温高压蒸汽，其温度能够达成1000多度，这么蒸汽能够作为强大动力源，蒸汽锅炉作用是供给稳定蒸汽产品，为确保提供合格蒸汽产品来适应负荷需要，和其配套控制系统必需满足各工艺参数。保持锅炉汽泡水位在一个要求范围内改变，对于锅炉安全运行是很关键，因为锅炉水位同时受到锅炉侧，汽轮机侧，燃烧情况及给水量等原因干扰，而使其水位常常改变。所以锅炉气泡水位应依据设备运行情况进行实时调整，以严格确保设备安全运行。工业锅炉气泡水位控制任务
6、是让生产蒸汽量和给水量形成一个平衡，这么既确保了蒸汽产品供给量和质量，又使整个系统得以安全运行，同时锅炉气泡水位也间接表现了锅炉负荷和给水量之间平衡关系。以前工作过程是以各分立元件做基础，利用各个检测器件对被控参数进行检测和反馈，反馈信号经控制器运算输出到实施器来改变各量，使系统恢复正常和稳定。达成自动控制目标，不过这种方法分立器件多，系统反馈回路相对复杂，受分立器件性能影响大，系统内部各部分影响也较大，使自动控制能力下降。液位控制是经过控制阀改变开度影响给水量控制，而水温控制是经过调整加热功率实现。因为锅炉运行过程中存在进水量和出水量改变，极难经过调整PID控制参数来满足全部运行条件，而取得
7、理想控制结果。给水量，蒸汽出口流量和燃料进料量是使液位改变关键扰动量，其扰动影响各不相同。本设计关键工作有：设计锅炉气泡水位控制方案从水位动态改变入手，找出影响液位关键原因，选择适宜操纵变量使水位在干扰作用下得到稳定调整，来恢复平衡。硬件设备选择在选择硬件设备时一定要选择参数和你设计控制系统基础吻合，这么能够降低系统内部各部分别影响，提升系统稳定性和安全性。PID参数PID参数设置一定要合理，这么才能使液位得到很好调整。第2章 课程设计方案2.1 概述此次设计是综合利用所学知识，设计锅炉汽泡液位控制系统，并在实践基础上提升对知识了解，提升综合利用过程控制知识能力，并初步掌握小系统过程设计方法。
8、应用场所：应用于锅炉液位控制系统，控制系统，经过检测器，控制器，实施器等器件，完成对液位控制。系统功效介绍：能显示系统实时液位数值，扰动进入系统后，不需要任何人工参与便可回到稳态值，实现了液位自动控制，确保了系统安全稳定运行。2.2 虚假水位行程及对策虚假水位是锅炉运行时不真实水位，气泡压力突降时，炉水饱和温度下降到压力较低时饱和温度，使炉水大量放热蒸发，使炉水内气泡增加，汽水混合物体积膨胀，使水位很快上升形成虚假水位，当气泡压力突增时，饱和温度升高，部分炉温被用于加热炉水，对应蒸发露珠热量降低，炉水气泡降低，炉水体积收缩，形成虚假水位。另外锅炉内外负荷增加或骤减时，水比热容增大或减小，也会形
9、成虚假水位。在输入端引入蒸汽流量信号，设置水位系统前馈调整，当蒸汽流量增大或减小时，给水量也会对应增大或减小，给水量增多或减小使温度下降或升高，反之当给水量增大或减小时，蒸气流量也会对应增加或减小，蒸汽流量增加或减小使炉温升高或下降，有利于克服“虚假水位”影响。2.3 汽泡水位影响原因在控制系统中，扰动量有，蒸汽流量，给水流量等，当蒸汽流量增加时，气泡温度上升，气泡压力减小，气泡蒸发变快气泡增多，出现虚假水位现象，反之也一样会有虚假水位现象，虚假水位打破了系统原有平衡状态，破换了洗头稳定性，假如调解不立即，严重者会造成干锅现象，损坏锅炉设备，降低了谁把诶诶寿命。当给水量增加时液位升高，造成液位
10、温度下降，造成蒸发温度低，出现蒸汽带液，供给动力不足，设备生产效率降低，同时因为温度降低气泡内压力增大，使用于蒸发水热量减小，气泡降低，炉水体积收缩，产生虚假水位现象。另外她是一个含有延时时间积分步骤，水温度越低延时时间就会越长，系统衰减比增大，俞差为零，最大偏差减小，系统达成稳态时间变长，控制作用下降。另外还有汽轮机耗气量多少，汽轮机耗气量变大时，使供给炉水加热温度减小，打破了系统原有物料平衡，还会造成虚假野味现象产生。由以上分析可知，给水量扰动下水位对应有迟滞性，负荷扰动下水位有“假水位”现象，这些特征使得气泡水位改变受到多个原因影响，所以对她控制就变得比较复杂。2.4 汽泡水位控制方案设
11、计（1）方案一单冲量控制系统从反馈和自动控制角度出发，很轻易想到气泡水位作为被控对象，给水量作为操纵变量组成单回路自动控制系统，即水位单冲量控制系统，图2.1所表示，这是一个最基础控制方案，其方框图为2.2，其特点为：结构简单，投资少，适适用于气泡容量较大，虚假水位不严重，负荷较平稳场所。该过程含有虚假水位反向特征，所以，当符合改变较大时，会造成控制器输出误动作，严重影响设备运行寿命和安全，影响控制系统控制品质。蒸汽负荷改变后，要在引发水位改变后才改变给水量，所以控制不立即。（2）方案二双冲量控制系统从物质平衡角度出发，确保给水量永远等于蒸发量就能够确保汽泡水位大致不变。故应在单冲量控制基础上
12、引入蒸汽流量作为前馈信号组成双冲量水位自动控制系统。这种控制方法优点是：蒸汽流量为前馈控制信号，能够消除“虚假水位”对控制系统不良影响。当蒸汽流量改变时给水量也会同方向跟随蒸汽量改变，这就消除了因为“虚假水位”产生误动作，所以大大减小了给水和水位波动，能够改善控制系统静态特征，提升控制品质，其原理图和方框图见图2.3和2.4因为过程控制系统总有滞后特征，总是在扰动量引发被控变量改变后很总是在扰动量引发被控变量改变后很长一段时间才会得到调整，所以控制器参数要达成新稳定状态就要经历相当长时间，滞后时间越长控制器参数改变幅度就越大，偏差连续时间就越长，为了处理这一问题，需要将扰动量前馈，这么扰动一产
13、生，前馈控制器就有输出，在被控变量改变之前，前馈控制器就依据干扰大小改变控制阀开度，被控变量基础不受扰动影响。LCLT蒸汽省煤器汽泡图2.1气泡水位单冲量控制系统 + +给水流量控制器电动调整阀汽泡水位液位变送器图2.2 单冲量控制系统框图（3）方案三三冲量控制系统 为深入改善控制品质，引入给水量信号，形成了用给水流量控制汽泡水位串级控制，这时调整器接收三个输入信号：汽泡水位为被控对象，是主冲量信号，蒸汽流量是前馈信号，给水量是反馈信号，主控制器为液位控制器，副控制器为给水流量控制器。这就是汽泡水位三冲量控制系统。即前馈反馈串级控制系统，被控制系统包含给水量控制回路和汽泡水位控制回路两个控制回
14、路和一个蒸汽流量前馈通道，这么首先能够克服给水量扰动，使给水量自行调整，其次能够有效地抑制“虚假水位”现象。另外工作调整阀为线性，能够直接赔偿给水扰动。蒸汽汽泡LTLCLYFTFC省煤器+f(x)图2.3 双冲量控制系统原理图蒸汽流量设定值+_液位变送器汽泡水位实施器液位流量控制器前馈控制器流量变送器给水流量控制器扰动通道图2.4 双冲量控制系统框图采取三冲量控制系统，当蒸汽负荷忽然改变，蒸汽流量信号使给水阀一开始就向着正确方向移动，即蒸汽流量增加，给水阀门开度增大，抵消了因为“虚假水位”引发反向动作，避免了控制器输出误动作，同时减小了给水量和水位波动幅度。当水压干扰使给水量改变时，控制器能快速消除干扰，假如给数量减小，副控制器会立即依据给水流量信号使阀门开度增加，使水流量基础不变。三冲量控制不仅填补了双冲量能够在给水流量和给水压力等扰动方面控制缺点，另外控制器动作快还能够避免调整过头，降低波动和失调，使汽泡水位极难受到影响，系统稳
