过程控制课程设计报告

过程控制课程设计报告

一份好的课程设计报告，需要组员配合完成，下面是过程控制课程设计报告，为大家提供参考。

一、课程设计目的：

1.熟悉并熟练掌握组态王软件；

2.通过组态王软件的使用，进一步掌握了解过程控制理论基础知识；

3.了解典型工业生产过程(锅炉设备)的工艺流程和控制要求；

4.加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，提高解决实际工程问题的能力；

5.培养自主查找资料、收索信息的能力以及实践动手能力与合作精神。

二、组态王简介：

“组态王”是运行于MicrosoftWindows200/NT4.0.XP中文平台的中文界面软件，充分利用了windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，并且采用了多线程。组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠。

“组态王”软件包括由工程浏览器(TouchExplorer)、工程管理器(Proj-Manager)和画面运行系统（TouchVew）三大部分组成。在工程浏览中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库构造、定义外部设备等工作；工程管理器中内嵌了画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统touchMak和运行系统touchVew来完成。

三、锅炉设备的的控制原理及工艺流程：

锅炉是过程工业中不可缺少的动力设备，它所产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥、蒸发等过程提供热源，而且，还可以作为风机、压缩机、泵类驱动透平的动力源。随着石油化学工业生产规模不断强化，生产设备不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高参数、高效率方向发展。为确保安全，稳定生产，对锅炉设备的自动控制就显得十分重要。为实现调节任务，将锅炉设备控制划分为若干个控制系统，主要控制系统有：

（1）给水自动控制系统（即锅炉汽包水位的控制）操纵变量是给水流量，它主要考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许范围内。维持汽包中水位在给定范围内是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件，使锅炉正常运行的主要标志之一。由于锅炉是一个多输入、多输出、多回路、非线性的、相互关联的复杂控制系统，汽包液位控制与给水控制、蒸汽压力控制、送风控制、炉膛负压控制等有关。汽包水位在外界扰动作用下的变化过程与蒸汽流量D、补充给水量W、补充水温T、炉膛热负荷（燃料量M）、汽包蒸汽压力PD等参数有关，其中影响作用较大的主要是蒸汽流量D、炉膛热负荷（燃料量M）、补充给水量W。汽包液位控制分为三种：单冲量控制、双冲量控制、三冲量控制。

（2）锅炉燃烧的自动控制有三个被控变量，蒸汽压力（或负荷）、烟气成分（反映燃烧经济性指标）和炉膛负压。而操纵变量亦有三个：燃料量、送风量和引风量。这三个被控变量和操纵变量互相关联，需要统筹兼顾，从而组成合适的燃烧系统控制方案，以满足燃料燃烧所

产生的热量适应蒸汽负荷的需要；保证燃烧的经济性和锅炉的安全性。炉膛负压保持在一定的范围内。

第一个任务是维持汽压恒定。汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负

荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。第二个任务是保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。第三个任务是调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。对于一台锅炉，燃烧过程的这三项调节任务是不可分隔的，对调节系统设计时应加以注意。

（3）过热蒸汽系统的自动控制以过热蒸汽温度为被控变量，喷水量为操纵变量组成的温度控制系统，以使过热器出口温度保持在允许范围内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。控制方案选择：单回路控制方案：在运行过程中。改变减温水流量，实际上是改变过热器出口蒸汽的热焙，亦改变进口蒸汽温度，如下图所示。从动态特性上看，这种调节方法是最不理想的，但由于设备简单，因此，应用得最多。减温器有表面式和喷水式两种。减温器应尽可能地安装在靠近蒸汽出口处，但一定要考虑过热器材科的安全问题，这样能够获得较好的动态特蛀。但作为控制对象的过热器，由于管壁金属的热容量比较大，使之有较大的热惯性。加上管道较长有一定的传递滞后，如果用下图所示的控制系统，调节器接受过热器出口蒸汽温度t变化后，调节器才开始动作，去控制减温水流量w.w的变化又要经过一段时向才能影响到蒸汽温度t这样，既不能及早发现扰动，又不能及时反映

控制的效果，将使蒸汽温度t发生不能允许的动态偏差。影响锅炉生产的安全和经济运行。

改变减温水量控制蒸汽温度系统

实际中过热蒸汽控制系统常采用减温水流量作为操纵变量，但由于控制通道的时间常数及纯滞后均较大，组成单回路控制系统往往不能满足生产的要求。因此常采用串级控制系统，减温器出口温度为副参数，以提高对过热蒸汽温度的控制质量。串级控制方案：过热器出口蒸汽温度串级控制系统的方框图如下图所示。采用两级调节器，这两级调节器串在一起，各有其特殊任务，调节阀直接受调节器1的控制，而调节器1的给定值受到调节器2的控制，形成了特有的双闭环系统，由副调节器调节器和减温器出口温度形成的闭环称为副环。由主调节器和主信号—出口蒸汽温度，形成的闭环称为主环，可见副环是串在主环之中。

过热蒸汽温度串级调节系统原理图

调节器2称主调节器，调节器1称为副调节器。将过热器出口蒸汽温度调节器的输出信号，不是用来控制调节阀而是用来改变调节器2的给定值，起着最后校正作用。串级系统是一个双回路系统，实质上是把两个调节器串接起来，通过它们的协调工作，使一个被控量准确地保持为给定值。通常串级系统副环的对象惯性小，工作频率高，而主环惯性大，工作频率低。为了提高系统的控制性能，希望主副环的工作频率相差三倍以上，以免频率相近时发生共振现象面破坏正常工作。串级控制系统可以看作一个闭合的副回路代替了原来的一部分

对象，起了改善对象特征的作用。除了克服落在副环内的扰动外，还提高了系统的工作频率，加快过渡过程。串级控制由于副环的存在，改善了对象的特性，使等效副对象的时间常数减小，系统的工作频率提高。同时，由于串级系统具有主、副两只控制器，使控制器的总放大倍数增大，系统的抗干扰能力增强，因此，一般来说串级控制系统的控制质量要比单回路控制系统高。

四、工程建立：

设计思路：首先，一打开运行，就是进入首页，点击“锅炉控制”进入主界面，动作之前，先要给定“水位设定值”，然后点击自动按钮，就可以观察实时曲线；也可以将开关打到手动状态进行手动控制。

设计过程：（一）首先建立工程“锅炉控制”，进入画面界面，点击新建工程画面，进入开发系统界面，确定背景属性，打开工具栏，使用图库（快捷键F2）创建所需的器件：锅炉汽包、炉膛、各种阀门等；并设计水流的动态表示；（二）设置串口；（三）然后打开数据词典，定义所需的变量，注意其变量类型及其后续设置；（四）接下来就是动画连接，双击画面上的器件，输入变量，或点击“？”进入变量浏览器选择所需变量，当设定完成后，进入工程浏览器双击“应用程序命令语言”输入控制程序。

工程创建过程的截图显示：

（一）系统变量定义：

（二）动画连接：

（三）图形界面的设计：

（四）自动运行结果：（设定值为30时）

（五）手动控制运行结果：

五、系统软件编译：

if(点手自动转换开关==0){if(点给水阀==1){点汽包水位=点汽包水位+1;点给水流量=点给水流量+1;}else{点给水流量

=0;}if((点空气阀==1)&&(点燃料阀==1)){点燃料流量=点燃料流量+1;点空气流量=点空气流量+1;点炉膛压力=点炉膛压力-1;}else {点空气流量=0;点燃料流量=0;点炉膛压力=99;}if((点饱和蒸汽阀==1)&&(点过热蒸汽阀==1)&&(点给水阀==0)){点饱和蒸汽流量=点饱和蒸汽流量+1;点饱和蒸汽温度=点饱和蒸汽温度+1;点饱和蒸汽压力=20;点过热蒸汽温度=点过热蒸汽温度+1;点过热蒸汽压力=20;点汽包水位=点汽包水位-1;}if((点饱和蒸汽阀==1)&&(点过热蒸汽阀==1)){点饱和蒸汽流量=点饱和蒸汽流量+1;点饱和蒸汽温度=点饱和蒸汽温度+1;点饱和蒸汽压力=20;点过热蒸汽温度=点过热蒸汽温度+1;点过热蒸汽压力=20;}elseif((点饱和蒸汽阀==1)&&(点过热蒸汽阀==0)){点过热蒸汽压力=10;点饱和蒸汽压力=10;点过热蒸汽温度=20;点饱和蒸汽温度=点饱和蒸汽温度+1;}elseif((点饱和蒸汽阀==0)&&(点过热蒸汽阀==1)){点饱和蒸汽流量=0;点饱和蒸汽温度

=20;

点饱和蒸汽压力=10;点过热蒸汽温度=20;点过热蒸汽压力

=10;}if(点汽包水位>=80){点汽包水位=点汽包水位-1;点给水阀

=0;}}else{if(点汽包水位点汽包水位设定){点过热蒸汽阀=1;点饱

和蒸汽阀=1;点给水阀=0;点给水流量=0;点汽包水位=点汽包水位

-1;}elseif(点汽包水位设定==点汽包水位){点过热蒸汽阀=1;点饱

和蒸汽阀=1;点给水流量=20;

点汽包水位=点汽包水位+1;点给水阀=1;}if(点汽包水

位>=10){点燃料阀=1;点空气阀=1;点空气流量=点空气流量+1;点燃

料流量=点燃料流量+1;点炉膛压力=点炉膛压力-1;}else{点空气流

量=0;点燃料流量=0;点燃料阀=0;点空气阀=0;}}

六、课程设计感想：

通过这次课程设计，我们熟练掌握了组态王软件6.52版的使用。使我对组态软件有了更深刻的理解，特别是组态王软件的应用、组态王软件的系统开发过程。在画面加工上做的更美观，立体感更强。使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。相信以后在使用组态软件设计能够更全面，设计出更方便的实现监控和控制的功能，同时让我在使用编程技巧的熟悉度向前迈了一大步。

七、参考文献：

《过程控制工程》孙洪程李大宇翁维勤编著高等教育出版社出

版

人民邮电《可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术》郭

宗仁吴弈锋郭宁明编著出版社出版

《组态软件控制技术》覃贵礼吴尚庆编著北京理工大学出版社

出版

《过程控制》金以慧编著清华大学出版社出版