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1、河南城建学院本科毕业设计（论文）摘要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
2、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I河南城建学院本科毕业设计（论文）ABSTRACTABSTRACTThe 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 ra
3、pid 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 stea
4、m drum water level, “unreal water level phenomenon “ is analyzed specithree 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 co
5、ntrol 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 controlII河南城建学院本科毕业设计（论文）目录目录摘要 .1ABSTRACT
6、.1绪论11.1 汽包水位控制系统的发展现状 .11.2 汽包水位调节的任务21.3 本设计的主要工作2.2控制方案设计32.1 虚假水位的形成及对策 32.2 汽包水位的影响因素.4.2.3 汽包水位的控制方案设计63硬件选型143.1 PLC及相关模块选型 143.2 电机的选型1.53.3 变频器的选型153.4 水位传感器的选型 153.5 流量传感器的选型 163.6 接触器的选型.173.7 熔断器的选型183.8 功率三极管的选型183.9 变压器的选型.183.10 设备清单1.94硬件设计204.1 系统总体线路设计 20iii河南城建学院本科毕业设计（论文）目录4.2 控制
7、线路设计 225参数整定与仿真245.1 PID算法简介245.2 三冲量控制系统参数整定 245.3 三冲量控制系统仿真分析306软件设计346.1 程序流程设计 346.2 GX Developer 程序设计36结束语42参考文献43致谢44附录锅炉汽包水位控制系统原理图45#河南城建学院本科毕业设计(论文)1绪论1.1 汽包水位控制系统的发展现状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
8、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1。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。传统的控制方法是以各种分立器件的应用为基础，利用各种检测器件对被控 参数实时进行检测并反馈给控制器件，再根据自动控制理论的有关算法完成相应 的运算并驱动调节机构完成相应的动作，从而达到
9、自动控制的目的。但是这种控 制方式受分立器件的性能影响大，系统各部分之间影响较大，自动化水平不高， 控制效果并非十分理想，而且容易出现故障。现在广泛使用的控制技术还有DCS集散控制系统2 ,但由于DC繇统适合有多个控制回路同时工作的复杂系统，而且集散控制系统往往价格昂贵，对于像汽包水位这样的控制系统来说性价比太高， 因此对于汽包水位控制系统来说并非理想的选择。PLC是70年代发展起来的中大规模的控制器，是集 CPU RAM ROM I/O接口 与中断系统于一体的器件3 ,已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交 通等各种行业。随着计算机在操作系统、应用软件、通信能力上的飞速发展，大 大增
10、强了 PLC通信能力，丰富了 PLC编程软件和编程技巧，增强了 PLC过程控制 能力。因此，无论是单机还是多机控制、生产流水线控制及过程控制都可以采用 PLC技术。PLC控制锅炉技术是近年来开发的一项新技术。它是PLC软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。作为锅炉控制装置，其主要任务 是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。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，
11、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。1.2 汽包水位调节的任务给水自动调节也叫水位自动调节，其主要任务是：(1)维持锅炉水位在允许的范围内，使锅炉的给水量适应于蒸发量。锅炉的水 位是影响安全运行的重要因素。水位过高会影响汽水分离装置的正常工作，严重 时会导致蒸汽带水增加，使过热器管壁和气轮机叶片结垢，造成事故。水位过低， 则会破坏汽水正常循环，以致烧坏受热面。水位过高或过低，都是不允许的。所 以，正常运行时汽包水位应在给定值的 士30mm上下范围波动。(2)保持给水量稳定。给水量稳定，有助于省煤器和给水管道的安全运行。实 践
12、证明，无论是电站锅炉，或者是工业锅炉，用人工操作调节水位，既不安全， 也不经济，其最有效的方法是实现给水自动调节。1.3 本设计的主要工作本次设计的主要工作有：(1)设计锅炉汽包水位控制方案从锅炉汽包水位的动态性能入手，分析影响锅炉汽包水位的主要因素，并对这 些因素对锅炉汽包水位动态性能的影响进行理论研究。根据各个因素对锅炉汽包 水位的影响采用汽包水位三冲量方案，达到控制锅炉汽包水位稳定的目的。(2)硬件设备的选型与设计根据所设计的控制方案合理地选择检测元件、执行机构和控制设备以及其它必 要设备，并在此基础之上根据控制方案合理地进行硬件设计。为整个系统的实现以 及稳定、可靠运行打下基础。(3)
13、控制算法的参数整定与仿真根据被控对象的特点以及它的静态、动态特性按照工程整定的方法进行控制器 的参数整定，设计调节器的各个参数。在此基础之上对整定结果进行仿真，并对整 定结果进行进一步调整判断其可行性，为后续的软件设计工作打下基础。(4) PLC程序根据参数整定和仿真的结果利用相关软件进行PLC梯形图程序设计，最终实现控制算法。#河南城建学院本科毕业设计(论文)2控制方案设计2控制方案设计锅炉是重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要。 汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，如果水位过高，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
14、质量。 如果水位过低，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 坏汽包锅炉。所以锅炉汽包水位过高过低都可能造成重大事故。在锅炉汽包水位 控制系统中被控量是汽包水位，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状态，从而使汽包水位的变化在允许范围之内， 保证锅炉的安全运行，生产出合格稳定的高质量蒸汽，以满足负荷的需要。本设 计的锅炉选用DZL35-0.5- A II型号的锅炉。它是一种单锅筒纵置式锅炉，主要燃 料是R类烟煤。它可以应用在电厂发电、化工厂、食品厂、大型厂矿、集中供热 等方面。本设计控制锅炉的其它主要参数如表 1.1所示：表2.1锅炉主要参
15、数型号DZL35-0.5- AH安装方式组装锅炉循环方式自然循环额定蒸发量35t/h额定水位300mm额定蒸汽压力0.5MP额定蒸汽温度194 c额定供水量335 m/h燃料消耗量3895.5 kg/h额定给水温度20 c2.1 虚假水位的形成及对策“虚假水位”是锅炉运行时不真实的水位。“虚假水位”的产生是由于当汽包 压力突降时，炉水饱和温度下降到压力较低时的饱和温度，使炉水大量放出热量 来进行蒸发。于是炉水内的汽泡增加，汽水混合物体积膨胀，使水位不是下降而 是很快上升，形成“虚假水位”。当汽包压力突升时，则相应的饱和温度提高一部 分热量被用于加热炉水，而用来蒸发炉水的热量则减少，炉水中汽泡量减少，使 汽水混合物的体积收缩，使水位不是上升而是很快下降，形成“虚假水位”。此外当锅炉内热负荷增加或骤减时，水的比容将增大或减小，也会形成虚“假 水位”。锅炉负荷突变、灭火、安全门动作、燃烧不稳时，都会产生“虚假水位” 。 在负荷突然变化时，汽压也相应变化，这时将会出现“虚假水位” 。负荷变化速度 越快，“虚假水位”越明显。如遇汽轮机甩负荷，汽压突然升高，水位将瞬时下降； 运行中燃烧突然增强或减
