锅炉汽包水位控制系统设计说明

锅炉汽包水位控制系统设计说明
锅炉汽包水位控制系统设计说明

南华大学

过程控制仪表课程设计

设计题目锅炉汽包水位控制系统设计学生 _________欧鹏___________

专业班级 _______自动化1201________ 学号 ______________

指导老师 __ ____冲______________

锅炉是典型的复杂热工系统,目前,中国各种类型的锅炉有几十万台,由于设备分散、管理不善或技术原因,使多数锅炉难以处于良好工况,增加了锅炉的燃料消耗,降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点,而汽包水位是工锅炉安全、稳定运行的重要指标,保证水位控制在给定围,对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。

锅炉汽包水位高度,是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数,对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高,汽包容积相对变小,水位变化速度很快,稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中,即使是缺水事故,也是非常危险的,这是因为水位过低,就会影响自然循环的正常进行,严重时会使个别上水管形成自由水面,产生流动停滞,致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故,因此,必须严格控制水位在规定围之。

维持汽包水位在给定围是保证锅护和汽轮机安全运行的必要条件,也是锅炉正常运行的主要指标之一。水位过高,会影响汽包汽水分离效果,使汽包出口的饱和蒸汽带水增多,蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击,引起轴封破损、叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽中含盐量增高,降低过热蒸汽品质,增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。水位过低,则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节,以致局部水冷管壁被烧坏,严重时会造成爆炸事故。这些后果都是十分严重的。随着锅炉容量的增加,水位变化速度愈来愈快,人工操作愈来愈繁重,因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切的要求。

汽包水位的控制是锅炉控制的一个难点,目前,对汽包水位控制大多采用常规PID控制方式,传统的常规PID控制方式是根据控制对象的数学模型建立,由于锅炉水位系统存在非线性、不确定性时滞和负荷干扰、非最小相位特征等,其精确的数学模型往往无法获得而且常规PID控制的参数是固定不变的,难以适应各种扰动及对象变化,其控制效果往往难以满足要求,控制效果不理想。

1.绪论 (1)

1.1锅炉的工作过程简介 (1)

1.2锅炉汽包水位自动控制的意义 (2)

1.3锅炉液位控制的难点 (2)

2. 汽包锅炉水位控制系统的设计 (3)

2.1概述 (3)

2.2单冲量控制系统 (3)

2.3双冲量控制系统 (4)

2.4三冲量控制系统.............................................5

2.4.1单级三冲量控制系统........................................5

2.4.2串级三冲量控制系统........................................6

3. 锅炉汽包水位的动态特性的数学建模 (7)

3.1给水流量作用下的动态特性 (7)

3.2 蒸汽流量扰动下的动态特性 (8)

3.4串级三冲量的框图 (9)

4.硬件选择

4.1流量传感器选择 (10)

4.2水位传感器选择 (10)

4.3电机的选择 (10)

4.4接触器的选择 (10)

4.5阀的开闭选择形式 (10)

5. PID参数的整定和SIMULINK仿真 (11)

5.1串级三冲量仿真电路图的搭建 (12)

5.2串级三冲量PID参数的整定 (13)

5.3仿真分析 (14)

总结. (15)

参考文献. (16)

1.绪论

1.1锅炉的工作过程简介

锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备,锅炉的任务是根据外界负荷的变化,输送一定质量(汽压、汽温)和相应数量的蒸汽。它所产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥等过程提供热源,而且还可以作为风机、压缩机、泵类驱动透平的动力源。

锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。“锅”就是锅炉的汽水系统,如图所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、过热器5、上升管7、给水调节阀2、给水母管1及蒸汽母管6等组成。锅炉的给水用给水泵打入省煤器,在省煤器中,水吸收烟气的热量,使温度升高到本身压力下的沸点,成为饱和水然后引入汽包。汽包中的水经下降管进入锅炉底部的下联箱,又经炉膛四周的水冷壁进入上联箱,随即又回入汽包。水在水冷壁管中吸收炉火焰直接辐射的热,在温度不变的情况下,一部分蒸发成蒸汽,成为汽水混合物。汽水混合物在汽包中分离成水和汽,水和给水一起再进入下降管参加循环,汽则由汽包顶部的管子引往过热器,蒸汽在过热器中吸热、升温达到规定温度,成为合格蒸汽送入蒸汽母管。

图1.1 锅炉的汽水系统

“炉”就是锅炉的燃烧系统,由炉膜、烟道、喷燃器、空气预热器等组成。锅炉燃料燃烧所需的空气由送风机送入,通过空气预热器,在空气预热器中吸收烟气热量,成为热空气后,与燃料按一定的比例进入炉膛燃烧,生成的热量

传递给蒸汽发生系统,产生饱和蒸汽。然后经过过热器,形成一定的过热蒸汽,汇集到蒸汽母管。具有一定压力的过热蒸汽,经过负荷设备调节阀供负荷设备使用。与此同时,燃烧过程中产生的烟气,其中含有大量余热,除了将饱和蒸汽变成过热蒸汽外,还预热锅炉给水和空气,最后经烟囱排入大气。

1.2锅炉汽包水位自动控制的意义

锅炉汽包水位自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量,并维持汽包中的水位在工艺允许的围。

维持汽包水位在给定围是保证锅护和汽轮机安全运行的必要条件,也是锅炉正常运行的主要指标之一。水位过高,会影响汽包汽水分离效果,使汽包出口的饱和蒸汽带水增多,蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击,引起轴封破损、叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽中含盐量增高,降低过热蒸汽品质,增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。水位过低,则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节,以致局部水冷管壁被烧坏,严重时会造成爆炸事故。这些后果都是十分严重的。随着锅炉容量的增加,水位变化速度愈来愈快,人工操作愈来愈繁重,因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切的要求。

1.3 锅炉液位控制的难点

液位的控制技术是通过控制进水或出水阀门的开度,改变水流量来实现的,而水温的控制是通过调节加热的功率来实现的。锅炉液位的控制是锅炉控制系统较为重要和比较难于控制的一项。由于在锅炉运行过程中存在进水量和出水量的变化,所以很难通过调整PID控制器参数来满足所有的运行条件,获得理想的控制效果。调整过量会导致流量回路动作频繁,从而给下游设备带来了额外的干扰。这样就导致液位控制器通常处于欠调正状态允许液位在一定围波动,以减小出水量的变化。然而,欠调正的PID不能及时抑制大扰动,这就可能引起锅炉运行的安全问题。另外,液位的波动也会破坏锅炉运行过程的稳定,使得蒸汽输送等不易控制。影响锅炉液位的关键变量有给水流量,蒸汽出口流量和混合燃料的进料量。各变量都有各自不同的扰动。较冷的给水造成相应的纯滞后。蒸汽流出量的突然增加造成了典型的“假水位”现象,使得过程暂时改变了方向,容易产生误操作而导致发生事故。

2 汽包锅炉水位控制系统的设计

2.1概述

汽包水位的控制问题伴随着锅炉的出现而出现,长久以来一直是控制领域的一个典型的难问题。随着控制理论、控制技术和现代控制方法的发展,锅炉自动化控制的水平也在逐渐提高。其间主要经历了上世纪三四十年代单参数仪表控制,四五十年代单元组合仪表综合参数仪表控制,以及六十年代兴起的计算机控制等几个阶段。通常有如下几种方案:

(1)单冲量控制系统。即汽包水位的单回路水位控制系统;

(2)双冲量控制系统。即在单冲量系统的基础上引入了蒸汽流量信号;

(3)三冲量控制系统。是在双冲量系统的基础上再引入给水流量信号而构

成。

2.2单冲量控制系统

单冲量水位控制系统以汽包水位作为唯一的控制信号,冲量即变量。水位测量信号经变送器送到水位调节器,调节器根据汽包水位测量值H与给定值H

0的偏差,通过执行器去控制给水调节阀以改变给水量,保持汽包水位在允许的围。系统框图为图2.1所示。

图2.1单冲量控制系统框图

这种控制系统结构简单,是典型的单回路定制控制系统。对于水在汽包的停留时间较长,且负荷又比较稳定,“虚假水位”现象不严重的情况下,采用单冲量控制系统,进行PID调节一般就能满足生产要求。

单冲量汽包水位调节的优点是:系统结构简单,在汽包容量比较大、水位在受到扰动后的反应速度比较慢、“虚假水位”现象不很严重的场合,采用单冲量水位调节时能够满足生产要求。

单冲量汽包水位调节存在着一些缺点,主要有:

(1)单冲量控制方案只根据水位信号控制给水量,在锅炉负荷变化大,即阶跃扰动很大时,由于锅炉的“虚假水位”现象,例如负荷蒸汽增加时,水位一开始先上升,调节器只根据水位作为控制信号,就去关小阀门减少给水量,这个动作对锅炉流量平衡是错误的,从而在过程一开始就扩大蒸汽流量和给水流量的波动幅度,扩大了进出流量的不平衡。

(2)从给水扰动下水位变化的动态特性可以看出,由于给水压力变化等原因造成给水量变化时,调节器要等到水位变化后才开始动作,而在调节器动作后又要经过一段滞后时间才能对汽包水位发生影响,因此必将导致汽包水位波动幅度大,过程时间长。

2.3双冲量控制系统

在汽包的水位控制中,最主要的扰动是负荷的变化。双冲量控制系统是以锅炉汽包水位测量信号作为主控信号,以蒸汽流量信号作为前馈信号构成的“前馈-反馈”控制系统。系统框图为图2.2所示。

图2.2双冲量控制系统框图

双冲量控制系统的优点是:引入蒸汽流量前馈信号可以消除“虚假水位”所引起的不良影响。当蒸汽量变化时,就有一个给水量与蒸汽量同方向变化的信号,可以减少或抵消由于“虚假水位”现象引起的假水位;引入蒸汽流量前馈信号,能够改善控制系统的静态特性,提高控制质量。双冲量控制系统存在的问题是:对于给水系统的扰动不能直接补偿,当给水量发生扰动时,要等到汽包水位信号变化时才能通过调节器操作执行调节,滞后时间长,水位波动大。

2.4三冲量控制系统

2.4.1单级三冲量控制系统

三冲量锅炉汽包给水自动控制系统,是以汽包水位H为主控制信号,蒸汽流量D为前馈控制信号,给水流量W为反馈控制信号组成的控制系统。

三冲量控制系统采用蒸汽量进行前馈控制。当负荷(蒸汽流量)突然发生变化,蒸汽流量信号能使给水调节阀一开始就向正方向移动,即当蒸汽流量增加时,给水调节阀开大,抵消了由于“虚假水位”引起的方向误动作。如给水流量减少,调节器立即根据给水流量减少的信号,开大给水阀,从而使给水量保持不变。另外,给水流量信号也是调节器动作后的反馈信号,能使调节器及早知道控制的效果,所以使用三冲量控制系统,能使调节器动作加快,还可以避免调解过量,减少水位波动,防止失控。系统框图为图2.3所示。

图2.3单级三冲量控制系统框图

从系统框图可以看出,单级三冲量控制系统有两个闭合回路:一个是由给水流量W、给水变送器、调节器和调节阀组成的回路;另一个是由汽包水位对象和回路构成的主回路。蒸汽流量D及其蒸汽变送器未包含在这两个闭合回路之。但它的引入可以改善控制质量,且不影响闭合回路工作的稳定性。所以三冲量控制的实质是前馈加反馈的控制系统。

单级三冲量控制系统具有如下优点:相对单冲量和双冲量控制系统,其控

制品质最好,能有效地满足系统对快速性、稳定性、准确性的要求,能有效地避免“虚假水位”现象。与单冲量和双冲量相比,最大的不足是,系统成本高,系统复杂,不容易整定。

2.4.2串级三冲量控制系统

随着生产过程向着大型、连续和强化的方向发展,对操作的要求更加严格,参数间相互关系更加复杂,对控制的精度和功能提出新的要求。为此,需要在单回路的基础上,采取其它措施,组成复杂控制系统。如图所示的三冲量串级控制系统框图中,主调节器接受水位信号作为主控信号和蒸汽流量信号去控制副调节器的给水设定值,副调节器除了接受主调节器的设定信号外,还接受给水流量信号。蒸汽流量信号作为前馈信号对给水流量进行前馈控制,当蒸汽负荷突然发生变化时,蒸汽流量信号使给水调节阀立即向正确的方向移动,即当蒸汽流量增加时,给水调节阀开大,从而抵消了由于虚假水位引起的反向作用,因此减少了水位和给水流量的波动幅度。给水流量信号作为调节阀动作后的反馈信号,能使调节器及早知道控制的效果,做出相应的调整。系统框图为图2.4所示。

图2.4串级三冲量控制系统框图

在实际应用中,由于选定的控制阀门不一样,串级三冲量作为控制系统的设计也就不一样。

3.锅炉汽包水位的动态特性的数学建模

3.1给水流量作用下的动态特性

在给水流量突然增加的瞬间,锅炉的蒸发量还未改变,给水流量大于蒸发

量,但水位一开始并不立即增加,这是因为温度较低的给水进入省煤器及水循

环系统的流量增加了,从原有的饱和汽水混合物中吸取了一部分热量,使水面

下的汽泡容积有所减少。事实上也就是因为给水温度远低于省煤器的温度,即

给水有一定的过冷度,水进入省煤器后,使一部分汽变成了水,特别是沸腾式

省煤器,给水减轻了省煤器的沸腾度,省煤器汽泡总容积减少,因此,进入省

煤器的水首先用来填补省煤器中因汽泡破灭容积减少而降低的水位,经过一段

迟延甚至水位下降后,才能因给水不断从省煤器进入汽包而使水位上升。在此

过程中,负荷还未变化,汽包中水仍在蒸发,因此水位也有下降趋势。由H 曲

线可以清楚地看出给水被控对象扰的特点是:给水扰动刚刚加入时,由于给水

的过冷度影响,水位H 的变化很慢,经过一段时间之后其变化速度才逐渐增加,

最后变为按一定速度直线上升,这时就是物质不平衡在起主要作用了,如果给

水量和蒸汽量不能平衡,水位就不能确定。下面简单介绍一下水位在给水扰动

下的传递函数。

根据物料不平衡和热平衡的关系,锅炉汽包水位调节对象的动态特性方程

经推导,可简化成:

??? ??+-??? ??+=+D D D D W W W W U K dt dU T U K dt dU T dt dh T dt h d T T 12221 (3.1) 式中:h 为汽包水位的高度;

W T 为给水流量项的时间常数;

a T 为蒸汽流量项的时间常数;

I K 为蒸汽流量项的放大倍数; 1T 、2T 为时间常数。

同时D U 、W U 的式子如下: MAX D D D U ?=MAX W D W U ?=

式中:D 为锅炉蒸汽流量;

W 为锅炉给水流量。 可见,引起汽包水位变化的扰动主要是蒸汽流量(称为外扰动)和给水流

量(称为外扰动),因此,在给水流量作用下的汽包水位调节对象的运动方程

式可表示为:

W W W W U K dt

dU T dt dh T dt h d T T +=+12221 (3.3) 两边取拉氏变换,结合工程实际忽略较小的,并考虑到汽包水位在较长一段时间里不随给水量的增加而增加。因此,可得到锅炉汽包水位在给水流量作

用下的动态数学模型如下:

()()()()S T S K S U S H S G a W W +==

11 (3.4)

3.2 蒸汽流量扰动下的动态特性

负荷变化时汽包水位的动态特性具有特殊的形式:负荷增加时,蒸发量大于

给水量,但水位不是下降反而迅速上升;负荷突然减小时,水位却先下降,然

后迅速上升,这就是“虚假水位”现象。虚假水位的变化情况和锅炉的特性有

关,燃料突然减小时(如锅炉灭火),“虚假水位”约在2~4分钟即达到最低

值。在外部负荷突然减小时(如汽轮机甩负荷),“虚假水位”约在20秒即达

到最低值,并且,“虚假水位”达到最低值的时间和负荷达到的最低值的时间

基本相同。汽轮机甩负荷扰动下的“虚假水位”现象是相当严重的,这给组成

水位自动调节系统带来了困难。为了维持水位在允许的围,运行中应对负荷的

一次变动量及负荷变化速度加以限制。

同理,可得到在外扰动下,汽包水位调节对象的动态特性方程为:

??

? ??+-=+D D D D U K dt dU T dt dh T dt h d T T 12221 (3.5) 对上式方程进行拉氏变换,并令()12T T K K D D -=、D K T T 1= 得到锅炉汽包水位

在蒸汽流量作用下的动态数学模型如下:

()()()TS S T K S U S H S G D D 112-+== (3.6)

3.3 控制变量的确定

由于现场采集数据实现比较困难,这里我们设定锅炉的吨位为35t ,并

且取08.01=K ,25=a T ,于是可得到锅炉汽包水位在给水流量作用下的动态数学模型为:

()()()()()S S S T S K S U S H S G a W W 25108.011+=+==

(3.7) 最终可得到锅炉汽包水位在蒸汽流量作用下的动态数学模型为:

()()()S S TS S T K S U S H S G D D 08.01255112-+=-+==

(3.8)

3.4串级三冲量的框图

图3.2汽包水位三冲量控制系统框图

从系统框图可以看出,单级三冲量控制系统有两个闭合回路:一个是由给水流量W 、给水变送器、调节器和调节阀组成的回路;另一个是由汽包水位对象和回路构成的主回路。蒸汽流量D 及其蒸汽变送器未包含在这两个闭合回路之。但它的引入可以改善控制质量,且不影响闭合回路工作的稳定性。所以三冲量控制的实质是前馈加反馈的控制系统。

4 硬件选择

4.1流量传感器选择

根据控制方案可以知道流量传感器用于测量给水流量和蒸汽流量,这两个信号可以有效地改善控制质量,因此合理的选择流量传感器能够有效的改善整个系统的控制质量。正博自动化仪表生产的LUGB-99型涡街流量计是一种基于卡门涡街原理流体振动式新型流量计,它具有测量围广、压损小、性能稳定、准确度高和安装、使用方便等优点,广泛应用于封闭工业管道中液体、汽体和蒸汽介质体积和质量流量的测量。

4.2水位传感器选择

由于该设计的目的是控制水位稳定,而整个控制系统的基础是对水位的准确测量,因此水位能否准确测量直接关系到控制质量的优劣。合理的选择水位传感器在水位控制系统的设计中有关键作用。假设汽包水位应该控制在300±10 mm ,根据过程控制仪表量程选择原则:仪表量程应该为被测量参数的4/3~3/2倍。因此所选传感器的最大量程为:400~450 mm 。而且汽包水位应该控制在300±10 mm,因此所选水位传感器的精度应该高于10/450=2.2%FS ,因此选择该测量精度才可以满足要求。

4.3电机的选择

电机是锅炉汽包供水的动力设备,电机的准确选型关系到汽包能否准确供水进而影响到汽包水位的稳定。假设控制的锅炉蒸发量为:35t/h ,汽包压力0.5MP ,管道直径50mm 因此可以对正常工作时电机的功率作如下估算:

22

3500010/500000 3.14 2.595360010000

W kg m s P K s ????=≈? (4.1) 由计算结果可以知道选用功率为100Kw 的三相异步电动机完全可以满足工作要

求,由于使用变频调速不必选用绕线型异步电动机,选用鼠笼型电机就可以满足要求。华力贝尔机电设备生产的YJTG三相变频调速电机专门为变频调速设计可以根据技术要求设定其额定电压为380V,额定功率为100kw。

4.4接触器的选择

接触器是系统中用到的重要开关设备,接触器的合理选择能保证交流电动机能够准确及时的启动、停止。根据分析三相交流异步电机的最高工作电流是工作于50Hz交流电压下,其工作电流为:

152

A

≈(4.2)

因此根据设计的要求宏立电器生产的HLC-3X系列空调接触器主要适用于50Hz 或60Hz、在AC-7b使用类别额定工作电压为230V或480V时额定电流至40A电路中,适用于起动和控制三相交流电动机(压缩机)及其它三相负载,选择五套该类型接触器同时带动一台电机可以满足设计要求。

4.5阀的开闭选择形式

关于给水调节阀的气开气关的选择,一般都是从安全角度考虑的,人员安全、生产安全、系统设备安全的需要为首要依据。由于工业生产过程的调节阀绝大部分为气动调节阀,所以要选择调节阀的气开气关方式。

锅炉给水调节阀一般采用气关式,一旦事故发生,系统失控,供水调节阀处于全开位置,是锅炉不致因给水中断烧坏,避免爆炸等事故的发生。

5 PID参数的整定和SIMULINK仿真

5.1串级三冲量仿真电路图的搭建

图5.1 串级三冲量仿真电路图

5.2串级三冲量PID参数的整定

根据工程整定及经验公式法粗略估算主控制器的P=20,I=1,D=60,副控制器根据阶跃扰动信号粗略计算得到P=16,I=30,D=0.5.按照上述参数输入控制器。得到的控制图像如下图5.2所示:

图5.2 控制图像

通过图像可以看出在该参数控制下,系统存在较大的超调和震荡,因此我采用增大微分作用和减弱积分时间的方法来提高系统的稳定性。改进参数如下图5.3和5.4所示:

图5.3 主控制器PID

图5.4 副控制器PID 改进控制参数后控制图像如下图5.2所示:

图5.5改进后控制图像

5.3仿真分析

主回路是用于校正水位偏差的,副回路的作用则是快速消除扰,前馈通路用于补偿外扰,克服虚假水位现象。在串级三冲量给水控制系统中给水流量扰动是扰,串级三冲量给水控制系统中主调节器的任务是校正水位,这比单级三冲量给水控制系统的工作更为合理。

前馈控制是将扰动信号经前馈控制器处理后用以消除扰动对被调量的影响,它是按扰动进行的补偿控制,所以前馈控制又叫作“扰动补偿”。由自动控制原理知道,扰动补偿属于开环控制。前馈控制对系统的稳定性无影响,只要原系统是稳定的,施以前馈控制后,系统仍然稳定。

前馈控制只能对于可以测量的扰动作用进行扰动补偿。前馈控制器的结构、参数取决于被控制对象与扰动通道的特性。

从仿真效果可知,串级三冲量给水控制系统对各种典型影响因素的干扰均能做出快速反应,具有较高的调节质量和调节精度,能够维持汽包水位的稳定,保障机组的安全稳定运行

总结

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,从而维持汽包水位在工艺允许的围,是保证锅炉安全生产运行的必要条件。汽包水位控制系统是控制理论和过程控制技术在实际生产过程中的一个典型应用案例,当前生产现场所应用的控制方法也多是本文所论述的三冲量控制方案。大量的实践证明三冲量控制方案在锅炉汽包水位控制系统中是切实可行的,并且取得了理想的控制效果,满足了控制要求,对于企业提高生产效率、节约资源起到了明显的作用。

通过这次过程控制课程设计,我们感触颇深,不仅对书上学习的知识进行了复习与巩固,而且还培养了我独立思考与解决问题的能力。通过将近一周的努力,我终于在规定的时间完成了任务。是我更加深刻地理解了锅炉液位的三冲量控制,而且将我在众多专业课程上所学到的知识相结合,更进一步提高了我们综合运用知识的能力。通过课程设计将所学到的专业知识联

系在一起,我们明白了理论知识的重要性和应用围的宽广,加深了对专业、对工程设计的理解。让我更加明白了在生产实际中,不能对书面的知识生搬硬套,要具体问题具体分析,才能正确快速的解决问题。另外,还让我懂得了在设计制造的道路上,需要不断地探索与创造,坚持不懈,持之以恒。这次的设计经历让我受益匪浅。

参考文献

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2.新民,王燕芳.微型计算机控制技术.高等教育

3.王锦标.计算机控制系统.清华大学

4.士勇.智能控制论.工业大学

5.阮毅,伯时.电力拖动自动控制系统.机械工业

6.发海,王岩.电机与拖动基础.清华大学

锅炉汽包水位控制系统设计

过程控制系统实验报告 专业 ****** 班级 ****** 学生 ****** 学号 ******

锅炉汽包水位控制系统设计 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统,使汽包水位维持在120cm,稳态误差±0.4cm,满足生产要求。G(s)=1/(s^3+10s^2+29s+20),σ%<20%,Ts<10s,Ess=0. 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析,画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量,说明其选择依据 4.设计控制系统方案,如何选择检测仪表,说明其选择原则和仪表性能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真,对参数进行整定,其仿真图要满足动 态性能指标 8.总结实验课程设计的经验和收获

目录 第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理 1了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-------------------------------------------3 1.1锅炉汽包水位自动控制的意义--------------------------------------------------3 1.2了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-----------------------------------------3 第二章锅炉汽包水位控制系统方案的设计 2.1液位控制系统的方框图------------------------------------------------------------5 2.2液位控制系统的方案图------------------------------------------------------------5 2.3检测变送器的选择------------------------------------------------------------------6 2.4调节阀的选择------------------------------------------------------------------------6 2.5仪器性能指标的计算---------------------------------------------------------------6 2.6调节器的选择------------------------------------------------------------------------8 2.7调节器作用方向的选择------------------------------------------------------------8 第三章PID控制 3.1控制规律的比较--------------------------------------------------------------------9 3.2 PID参数的整定--------------------------------------------------------------------10 第四章仿真 4.1 simulink 仿真---------------------------------------------------------------------11 4.2 系统参数整定--------------------------------------------------------------------13 第五章心得体会-----------------------------------------------------------15

锅炉汽包水位测量问题分析及技术措施

浙江省火电厂锅炉汽包水位测量问题分析及改进 孙长生1,蒋健1,刘卫国2,丁俊宏1,王蕙1 (1.浙江省电力试验研究院,杭州市,310014;2.国华浙能发电有限公司,浙江省宁波 市,315612) 摘要:汽包水位是表征锅炉安全运行的重要参数。由于配置、安装、运行及维护不当等因素,导致汽包水位测量系统存在测量值与实际值不符的情况,影响机组安全、经济、稳定运行。本文对浙江省火电厂汽包水位测量、水位保护投入状况进行现场调查,总结存在的问题,分析问题产生的原因,探讨并提出消除或减少这些问题的技术改进措施,供同行参考。 关键词:汽包水位测量;偏差分析;技术措施;锅炉;水位保护;水位计 doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2010.10.000 Analysis of Running Status and Research of T echnical Proposal to the Drum Water Level Measurement Systems of Zhejiang Fired Power Plant SUN Chang-sheng1,JIANG Jian1,LIU Wei-guo2,WANG Huo (1.Zhejiang Provincial Electric Power Test and Research Institute,Hangzhou 310014,China;2.Zhejiang Guohua Zheneng Power Generation Co. Ltd.,Ningbo 315612,Zhejiang Province, China) ABSTRACT:Because of many reasons during installment, operation and maintenance, the drum water level measurement systems often have been found the difference between the observed value and the actual value, that seriously affectes unit's stable operation.This article has investigated many power plants in the Zhejiang Province closely, surveyed the situation of the drum water level measurement and the water level protection conditions of Zhejiang fired power plant, and has gived useful suggestion.of the reference water column. KEYWORDS:drum water level measurement;warp analysis;technical proposal;boiler;water level protection;water level meter 0 引言 汽包水位是表征锅炉安全运行的重要参数,其测量的准确性与其偏差问题(以下简称“水位测量问题”)的解决,是一直困扰火电机组热工测量与安全、经济运行的难题。针对水位测量问题,在浙江省内火电厂进行了专题调查,就存在的水位测量问题进行了深入的专题探讨,提出了提高汽包水位测量系统运行可靠性的改进意见,供同行参考。 1 存在的主要问题 1.1 模拟量测量信号系统存在的问题 目前浙江省蒸发量为400 t/h及以上的汽包炉共有57台,这些锅炉运行中模拟量测量信号系统存在的主要问题包括以下几方面: (1)测量显示偏差。不同测量变送器显示的示值不一致,两侧显示偏差高的超过100 mm,即使是同侧偏差,有时也高达几十mm,且随着机组负荷的变化而不同,难以找出其变化规律。 (2)逻辑故障判断功能不完善。一些机组不具备《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》(请核实是否修改正确)中的汽包水位信号故障后的逻辑判断自动转换功能、水位和补偿用的汽包压力信号坏信号判别功能。 (3)共用测量孔。由于汽包上给出的取样孔不足,因此存在共用取样孔和平衡容器情况,未能做到全程独立。

锅炉汽包水位控制系统设计-毕业论文

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

ABSTRACT The 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 rapid 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 steam drum water level, “unreal water level phenomenon”is analyzed specially, and three 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 control 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 control

锅炉汽包水位补偿公式

锅炉汽包水位补偿公式: 1、汽包水位补偿 水位补偿公式:H=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g 然后用H减去水位零点相对平衡容器下取样点的距离,得到的值就是修正后的汽包水位。 L为平衡容器两个取样管间高度(m) ρ1为凝结水密度(kg/m3) ρ2为饱和水密度(kg/m3) ρ3为饱和蒸汽密度(kg/m3) ΔP为变送器差压(Pa) H为水位高度(m) h0为汽包水位零点至下取样管高度(m),H为补偿后水位(m)。 补偿后水位:h=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g -h0. 再把单位从米转为毫米。 如果L、h0、h单位为毫米,ΔP单位为mmH2O, ρ1、ρ2、ρ2单位为kg/m3。则公式为h=[ L*(ρ1-ρ3)-ΔP*1000 ] / (ρ2-ρ3) -h0 汽包水位测量分析及补偿 [摘要]汽包水位的准确测量值是电厂重要的测量参数之一,其测量方式很多,目前常用的是静压式测量方法中的连通式液位计和压差式液位计。但当液位计与被测汽包中的液体温度有差异时,显示的液位不同于汽包中的液位,而且其误差还会随汽包压力的改变而改变。襄樊电厂300MW机组,应用汽包水位模拟量信号采用差压变送器测量,并进行汽包压力补偿的测量方法,结果表明,汽包水位运行正常,测量准确,满足运行要求。 [关键词]汽包水位测量差压变送器压力补偿 1 准确测量汽包水位的重要性 大型机组都设计全程给水控制系统,在机组启动到满负荷或停机减负荷及负荷波动中,汽包压力在不断地变化,汽包内的蒸汽和水的密度也随之变化,从而影响汽包水位测量的准确性和全程给水控制系统的投运,危及机组的安全。因为汽包水位过高可能造成蒸汽带水,使蒸汽品质恶化,轻则加重管道和汽轮机积垢,降低出力和效率,重则使汽轮机发生事故;汽包水位过低,则对水循环不利,可能导致水冷壁局部过热甚至爆管。因此汽包水位的准确测量值是电厂最重要的测量参数之一。 2 汽包水位的测量方式及存在问题 汽包水位测量方式很多,一般可分为:(1)静压式;(2)浮力式;(3)电气式;(4)超声波式;(5)核辐射式。目前电厂中最常用的是静压式测量方法中的连通式液位计和压差式液位计。连通式液位计包括云母水位计和电接点水位计,这类液位计直观,便于读数,但它们共同的缺点是:当液位计与被测汽包中的液温有差别时,其显示的液位不同于汽包中的液位,而且此误差还会随汽包压力的改变而改变。为了减小因温度差异而引起的误差,

锅炉过热蒸汽温度控制系统设计

课程设计任务书 题目: 锅炉过热蒸汽温度控制系统设计 摘要 本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计。控制系统采用串级控制以提高系统的控制性能,在系统中采用了主控-串级控制的切换装置,使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统,可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化,并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。 关键字:过热蒸汽控制串级控制系统自动控制主控-串级切换 目录 1 生产工艺介绍 .................................................. 错误!未定义书签。 1.1 锅炉设备介绍............................................................................ 3 1.2 蒸汽过热系统的控制................................................................ 52控制原理简介 ..................................................................................... 6 2.1控制方案选择............................................................................. 6 2.1.1单回路控制方案................................................................. 6

锅炉汽包水位控制系统设计

西安建筑科技大学课程设计(论文)任务书 专业班级: 自动化1002 学生姓名: 马千云 指导教师(签名): 一、课程设计(论文)题目 锅炉汽包液位控制 二、本次课程设计(论文)应达到的目的 本次课程设计是自动化专业学生在学习了《计算机控制技术与系统》和《过程控 制及仪表》两门专业必修课程及《单片机原理与应用》、《可编程控制器》等相关专业 选修课程之后进行的一次全面的综合训练,其主要目的是加深学生对计算机控制技术 相关理论和知识的理解,进一步熟悉计算机控制系统工程设计的基本理论、方法和技 能;掌握工程应用的基本内容和要求,整合各专业课程的理论知识和方法,做到理论 联系实际;培养学生分析问题、解决问题的能力和独立完成系统设计的能力,并按要 求编写相关的设计说明书、技术文档和总结报告等。 三、本次课程设计(论文)任务的主要内容和要求(包括原始数据、技术 参数、设计要求等) 锅炉汽包液位的阶跃响应曲线数据如下表所示,控制量阶跃变化5u ?=。试根据 实验数据设计一个超调量 25%p δ≤的无差控制系统。 具体要求如下: (1) 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型; (2) 根据辨识结果设计符合要求的控制系统(控制系统原理图、控制规律选择等); (3) 根据设计方案选择相应的控制仪表;

对设计的控制系统进行仿真,整定运行参数。 (4)撰写课程设计报告一份,要求字数3000~5000字。 四、应收集的资料及主要参考文献: 1.王再英等.过程控制系统与仪表.机械工业出版社,2006 2.潘新民,王燕芳.微型计算机控制技术.高等教育出版社,2001 3.王锦标.计算机控制系统.清华大学出版社,2008 五、审核批准意见 教研室主任(签字) 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统,目前,中国各种类型的锅炉有几十万台,由于设备分散、管理不善或技术原因,使多数锅炉难以处于良好工况,增加了锅炉的燃料消耗,降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点,而汽包水位是工锅炉安全、稳定运行的重要指标,保证水位控制在给定范围内,对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。 锅炉汽包水位高度,是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数,对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高,汽包容积相对变小,水位变化速度很快,稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中,即使是缺水事故,也是非常危险的,这是因为水位过低,就会影响自然循环的正常进行,严重时会使个别上水管形成自由水面,产生流动停滞,致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故,因此,必须严格

影响锅炉汽包水位的因素

影响汽包水位的因素主要有两个方面,一是给水流量的扰动导致的水位变化,另一个是蒸汽流量的变化导致的汽包水位变化。 在通常情况下,增加给水流量,水位应该是增加的,但是由于给水温度低于汽包内饱和水的温度,给水吸收了原有饱和水中的部分热量使水面下气泡容积减小,所以扰动初期水位不会立即升高。当水面下气泡容积的变化过程逐渐平衡,水位就反映出汽包中储水量的增加而逐渐上升的趋势,最后当水面下气泡容积不再变化时,由于进、出物质的不平衡,水位将以一定的速度直线上升。图1中曲线H1为不考虑水面下气泡容积变化,仅考虑物质不平衡时水位变化曲线,为积分环节的特性曲线;H3为不考虑物质不平衡关系,只考虑给水流量变化时,水面下气泡容积变化所引起的水位变化,可以认为是惯性环节的特性。在给水流量扰动下实际水位的变化曲线H2可以认为是H1和H3的合成。因此,水位控制对象的动态特性表现出有惯性的无自平衡能力的特点。 图1 给水流量对汽包水位的影响 图2 蒸汽流量对汽包水位的影响

蒸汽流量的扰动主要来自汽轮机发电机组的负荷变化。如图2所示,当蒸汽流量突然阶跃增大时,如果仅从物质平衡角度来看,这时蒸发量大于给水量,且汽包水位对象是无自平衡能力的,水位曲线如H1所示。但实际水位如H2所示,是先上升再下降,这种现象被称为“虚假水位”现象,当负荷突然减少时,水位反而先下降再升高。产生虚假水位的原因是当锅炉蒸发量突然增加时,汽包水下面的气泡容积也迅速增大,即锅炉的蒸发强度增加,从而使水位升高。但蒸发强度的增加是有一定限度的,其气泡容积增大而引起的水位变化如图中的H3,当气泡容积与负荷适应而不再变化时,水位的变化就仅由物质平衡关系来决定了,这时水位就随负荷的增大而降低。因此,实际水位的变化曲线H2是H1和H3的合成。虚假水位变化的幅度与锅炉的气压和蒸发量变化的大小有关。 图3 炉膛热负荷变化对汽包水位的影响 此外,炉膛热负荷扰动对汽包水位的影响也是很大的(见图3)。此处的热负荷主要指的是燃烧率的扰动,例如燃料量的增加使炉膛负荷增强,从而使锅炉蒸发强度增大。若此时汽轮机负荷尚未增加,锅炉出口压力提高,蒸汽流量也相应增加,这样蒸汽流量大于给水流量,水位应该下降,但是蒸发强度增大的同时也使得水面下气泡容积增大,因此也会出现虚假水位现象。在这种情况下,蒸汽流量增加的同时气压也增大了,因而气泡体积的增加比蒸气流量扰动时要小一些,但持续时间长。

锅炉汽包水位控制系统的设计说明

过程控制系统实验报告 专业 xxxxxx 班级 xxxxxxxxx 学生 xxxxxx 学号 xxxxxxxx

锅炉汽包水位控制系统设计 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统,使汽包水位维持在90CM,稳态误差±0,5CM,以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析,画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量,说明其选择依据 4.设计控制系统方案,如何选择检测仪表,说明其选择原则和仪表性能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真,对参数进行整定,其仿真图要满足动态性能 指标 8.总结实验课程设计的经验和收获

过程控制系统实验报告............................... - 0 -第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理............ - 3 - 1.1概述............................................ - 3 - 1.2锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................ - 3 - 1.3锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 - ............... - 5 - 2.1 对被控对象进行特性分析 ............................ - 5 - 2.2汽包水位控制系统方框图和流程图..................... - 5 - 2.2.1液位控制系统的方框图.................................. - 5 - 2.2.2液位控制系统的方案图.................................. - 6 - 2.3选择被控参数和被控变量............................. - 6 - 2.4选择检测仪表,说明其选择原则和仪表性能指标 ......... - 7 - 2.4.1传感器、变送器选择 ..................................... - 7 - 2.4.2执行器的选择........................................... - 8 - 2.4.3关于给水调节阀的气开气关的选择。 ....................... - 8 - 2.4.4 关于给水调节阀型号的选择。............................. - 8 - 2.4.5 给水流量蒸汽流量..................................... - 8 - 2.5 四个环节的工作形式对控制过程............................... - 8 - ................................... - 10 - 3.1对控制进行PID控制.......................................... - 10 - ........................................... - 11 -

锅炉汽包水位控制系统设计

过程控制系统实验报告 专业****** 班级****** 学生姓名****** 学号******

锅炉汽包水位控制系统设计 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统,使汽包水位维持在120cm,稳态误差± 0.4cm,满足生产要求。G(s)=1/(s^3+10s^2+29s+20), σ%<20%,Ts<10s,Ess=0. 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析,画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量,说明其选择依据

4.设计控制系统方案,如何选择检测仪表,说明其选择原则和仪表性能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真,对参数进行整定,其仿真图要满足动 态性能指标 8.总结实验课程设计的经验和收获

目录 第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理 1了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-------------------------------------------3 1.1锅炉汽包水位自动控制的意义--------------------------------------------------3 1.2了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-----------------------------------------3 第二章锅炉汽包水位控制系统方案的设计 2.1液位控制系统的方框图------------------------------------------------------------5 2.2液位控制系统的方案图------------------------------------------------------------5 2.3检测变送器的选择------------------------------------------------------------------6 2.4调节阀的选择------------------------------------------------------------------------6 2.5仪器性能指标的计算---------------------------------------------------------------6 2.6调节器的选择------------------------------------------------------------------------8 2.7调节器作用方向的选择------------------------------------------------------------8 第三章PID控制 3.1控制规律的比较--------------------------------------------------------------------9 3.2 PID参数的整定--------------------------------------------------------------------10 第四章仿真 4.1 simulink 仿真 ---------------------------------------------------------------------11 4.2 系统参数整定--------------------------------------------------------------------13

锅炉汽包水位计标定的方法

锅炉汽包水位计标定的方法 一、锅炉水位测量原理: 差压式水位计的水位------差压转换原理如图一所示: 图一、差压转换原理 我们在不考虑温度变化而造成水的密度的变化和汽包压力的变化导致水密度的变化等情况,及不考虑补偿的情况下,公式(2)可以简化为: g H L g H g L P P P 水水水ρρρ)(-=-=-=?-+ (3) 式中:L 为平衡容器中参比水柱的高度;H 为汽包实际水位高度;水ρ水的密度, g 为重力加速度;(由式中可知:L 、水ρ、g 是固定的常数,只有H 是瞬时值, 在变化中)。 从公式和图一我们知道(当找零位和满位时,要关闭与汽包的链接的两个阀门): (1)、当H=L 时,△P=0时;证明锅炉汽包处于满水状态,此时变送器输出为20mA;(可以这样理解,当冷凝罐和水侧引压管灌满水后,打开变送器中间阀时,H=L,L=L,P_=P + ,则说明汽包水位处于满水状态)

时;证明锅炉汽包处于缺水状态,此时变送(2)、当H=0时,△P=g L 水 器输出为4mA。(可以这样理解,当冷凝罐和水侧引压管灌满水后,关闭变送器中间阀时,H=0,L=L,则说明汽包水位处于缺水状态) 注:从满位和零位标定看,变化的只有H,且H的变化范围为0~L;L是一直处于满水状态,没有变化。 二、广西四合工贸锅炉水位计结构和变送器安装形式: 图二、锅炉水位计内部结构和变送器安装图 其中:A、B为水位计一次阀;C、D为入变送器的控制阀;E、F为引压管排污阀;P1、P2、P3为压差变送器自带阀门,P1为变送器正端入口切断阀;P2为变送器负端入口切断阀;P3为变送器正负端连通阀。 三、锅炉水位计标定步骤: 1、A、B两个一次阀首先关闭,切断与汽包之间的联系;然后关闭E、F、P3阀,打开C、D、P1、P2阀,准备好灌水工作; 2、把排气孔堵头打开,往单室平衡器内灌水,直到水从排气孔溢流;

锅炉液位控制系统的设计

锅炉液位控制系统的设计 摘要:设计了一种数字式锅炉液位控制系统,并给出了硬件原理图和软件流程图。该控制系统主要由8051单片机、传感器、L E D显示、声光报警、电机驱动、键盘输入等相关硬件来实现,利用传感器(干簧管阵列)监测锅炉液位、CPU循环检测传感器的输出状态,并用光柱和数码管L E D指示液位高度。当液位达到设定值时,系统自动关闭水泵停止上水。当水位处于危险高水位和危险低水位时,单片机发出信号,触发蜂鸣器报警装置,蜂鸣器发出响声。同时,和它并联的发光二极管发光,提醒工作人员采取相应措施,进而避免危险事故发生。该系统结构简单,性能可靠、具有很好的容错能力,简化了系统安装和维护,具有较高的性价比,能很好地完成锅炉液位控制的要求。 关键词;锅炉液位;单片机;传感器;干簧管;报警 0引言 锅炉的液位监控是锅炉运行过程中的一个重要环节。在锅炉运行中,要同时控制锅炉的液位、流量按一定规律变化,才能保证锅炉的正常运行。 目前常用的液位传感器有:旋转编码浮子式传感器(机械式和光电式)、非接触式超声波传感器、压力式传感器、磁浮子接点式传感器(连续式和液位开关式)等。其分辨率从毫米级到厘米级不等,测量范围从几十厘米到几十米。除磁浮子接点式传感器外,其余传感器均比较适合测量范较宽的应用场合。一般压力式和超声波传感器均带有变送部分,即将液位信号转换成标准电流信号(4~20mA)。旋转编码浮子式传感器分为机械式和光电式两种,光电式又分为绝对型和增量型。除智能型一体化传感器外(压力式或超声波),其他传感器一般没有就地显示和数字通信功能,控制和使用都很不方便。 为此,设计了一种数字式锅炉液位控制系统,该系统采用干簧管阵列作为传感器,利用单片机循环检测其输出状态,从而控制锅炉液位达到用户预先设定的高度。当水位超过最高水位或低于最低水位时,系统报警,同时控制停炉。

锅炉汽包液位课程设计

锅炉汽包液位课程 设计

天津城建大学 课程设计任务书 - 第 2学期 控制与机械工程学院电气工程及其自动化专业班级电气12班姓名:学号: 课程设计名称:过程控制 设计题目:锅炉汽包液位控制 完成期限:自年 6 月 20 日至年 6 月 26 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容: 一、设计任务 加热炉出口温度控制系统,测取温度对象的过程为:当系统稳定时,在温度调节阀上做3%变化,输出温度记录如下: 试根据实验数据设计一个超调量25% δ≤的无差控制系统。具体要 p 求如下: (1)根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的数学模型;(2)根据辨识结果设计符合要求的控制系统(控制系统原理图、控制规律选择等); (3)根据设计方案选择相应的控制仪表; (4)对设计的控制系统进行仿真,整定运行参数。

二、设计要求 采用MATLAB仿真;需要做出以下结果: (1)超调量 (2)峰值时间 (3)过渡过程时间 (4)余差 (5)第一个波峰值 (6)第二个波峰值 (7)衰减比 (8)衰减率 (9)振荡频率 (10)全部P、I、D的参数 (11)PID的模型 (12)设计思路 三、设计报告 课程设计报告要做到层次清晰,论述清楚,图表正确,书写工整;详见“课程设计报告写作要求”。 四、参考资料 [1] 何衍庆.工业生产过程控制(1版).北京:化学工业出版社, [2] 邵裕森.过程控制工程.北京:机械工业出版社

[3] 过程控制教材 指导教师(签字): 教研室主任(签字): 批准日期:年月日 摘要 锅炉是典型的复杂热工系统,当前,中国各种类型的锅炉有几十万台,由于设备分散、管理不善或技术原因,使多数锅炉难以处于良好工况,增加了锅炉的燃料消耗,降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点,而汽包水位是工锅炉安

锅炉水位的自动控制

锅炉水位的自动控制 摘要:本文介绍了锅炉汽包水位的动态特性,单冲量、双冲量、三冲量控制方案的特点及工程中需注意的问 题,着重介绍了汽包三冲量控制方案。 关键词:汽包水位;动态特性;控制方案;单冲量;双冲量;三冲量 引言 汽包水位是锅炉运行的主要指标,是一个非常重要的被控变量,维持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件,这是因为: (1) 水位过高会影响汽包内汽水分离,饱和水蒸汽带水过多,同时过热蒸汽温度急剧下降。该过热蒸汽作为汽轮机动力的话,将会 损坏汽轮机叶片,影响运行的安全性与经济性。(2) 水位过低,说明汽包内的水量较少,而当负荷很大时,水的汽化速度加快,则汽包内的水位变化速度亦随之加快,如不及时调节,就会使汽包内的水全部汽化,导致炉管烧坏,甚至引起爆炸。因此,锅炉汽包水位必须严加控制。 1 汽包水位的动态特性 锅炉汽水系统结构如图1 所示。汽包水位不仅受汽包(包括循环水管) 中储水量的影响,亦受水位下汽泡容积的影响。而水位下汽泡容积与蒸汽负荷蒸汽压力炉膛热负荷等有关。因此,影响水位变化的因素很多,其中主要的因素是锅炉蒸发量(蒸汽流量S) 和给水流量W。 1. 1 汽包水位在给水流量作用下的动态特性,见图2 : 图1 锅炉的汽水系统

图2 给水流量作用下水位阶跃响应曲线 上图所示是给水流量W 作用下,水位L 的阶跃响应曲线。如果把汽包的给水看作单容量无自衡过程,水位阶跃响应曲线如上图L1 曲线。但由于给水温度比汽包内饱和水的温度低,所以给水流量W增加后,从原有饱和水中吸收部分热量,这使得水位下汽泡容积有所减少。当水位下汽泡容积的变化过程逐渐平衡时,水位就由于汽包中储水量的增加而逐渐上升,最后当水位下汽泡容积不再变化时,水位变化就完全反映了由于储水量的增加而逐渐上升。因此,实际水位曲线如图中L 线。即当给水量作阶跃变化后,汽包水位一开始不立即增加,而要呈现出一段起始惯性段。给水温度越低,时滞τ亦越大。 1. 2 汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性,见图3 :

火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定

火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定 A 01 备案号:0401-2004 DRZ 电力行业热工自动化标准化技术委员会标准 DRZ/T 01-2004 火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定 Code for level Measuremet System of Boiler drum in Fossil Fuel Power Plant 2004-10-20发布2004-12-20实施 电力行业热工自动化标准化技术委员会发布 前言 本标准根据电力行业热工自动化标准化委员会的安排进行编制。 本标准为电力行业热工自动化标准化技术委员会颁发的新编标准。 本标准由电力行业热工自动化标准化技术委员会提出并归口。 本标准主要起草单位:电力行业热工自动化标准化技术委员会标准起草工作组。 本标准主要起草人:侯子良。 本标准由电力行业热工自动化标准化委员会解释。 目次 1 适用范围 2 汽包水位测量系统的配置 3 汽包水位测量信号的补偿 4 汽包水位测量装置的安装 5 汽包水位测量和保护的运行维护 编制说明

1 适用范围 本标准规定了火力发电厂锅炉汽包水位测量系统的配置、补偿、安装和运行维护的技术要求。 本标准适用于火力发电厂高压、超高压及亚临界压力的汽包锅炉。 2 汽包水位测量系统的配置 2.1 锅炉汽包水位测量系统的配置必须采用两种或以上工作原理共存的配置方式。 锅炉汽包至少应配置1套就地水位计、3套差压式水位测量装置和2套电极式水位测量装置。新建锅炉汽包应配置1套就地水位计、3套差压式水位测量装置和3套电极式水位测量装置或1套就地水位计、1套电极式水位测量装置和6套差压式水位测量装置。 2.2 锅炉汽包水位控制和保护应分别设置独立的控制器。在控制室,除借助DCS监视汽包水位外,至少还应设置一个独立于DCS及其电源的汽包水位后备显示仪表(或装置)。 2.3 锅炉汽包水位控制应分别取自3个独立的差压变送器进行逻辑判断后的信号。3个独立的差压变送器信号应分别通过3个独立的输入/输出(I/O)模件或3条独立的现场总线,引入分散控制系统(DCS)的冗余控制器。 2.4 锅炉汽包水位保护应分别取自3个独立的电极式测量装置或差压式水位测量装置(当采用6套配置时)进行逻辑判断后的信号。当锅炉只配置2个电极式测量装置时,汽包水位保护应取自2个独立的电极式测量装置以及差压式水位测量装置进行逻辑判断后的信号。3个独立的测量装置输出的信号应分别通过3个独立的I/O模件引入DCS的冗余控制器。 2.5 每个汽包水位信号补偿用的汽包压力变送器应分别独立配置。 2.6水位测量的差压变送器信号间、电极式测量装置信号间,以及差压变送器和电极式测量装置的信号间应在DCS中设置偏差报警。 2.7 对于进入DCS的汽包水位测量信号应设置包括量程范围、变化速率等坏信号检查手段。 2.8 本标准要求配置的电极式水位测量装置应是经实践证明安全可靠,能消除汽包压力影响,全程测量水位精确度高,能确保从锅炉点火起就能投入保护的产品,不允许将达不到上述要求或没有成功应用业绩的不成熟产品在锅炉上应用。汽包水位测量系统的其它产品和技术也应是先进的、且有成功应用业绩和成熟的。 3 汽包水位测量信号的补偿 3 .1 差压式水位测量系统中应设计汽包压力对水位-差压转换关系影响的补偿。应精心配置补偿函数以确保在尽可能大的范围内均能保证补偿精度。 3.2 差压式水位表应充分考虑平衡容器下取样管参比水柱温度对水位测量的影响。 应采用参比水柱温度稳定、接近设定温度的平衡容器,或采用经实践证明有成功应用经验的参比水柱温度接近饱和温度的平衡容器。

锅炉汽包水位控制系统的设计

/ 过程控制系统实验报告( 专业 xxxxxx 班级 xxxxxxxxx 学生姓名 xxxxxx < 学号 xxxxxxxx

锅炉汽包水位控制系统设计 < 一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统,使汽包水位维持在90CM,稳态误差±0,5CM,以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析,画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量,说明其选择依据 4.】 5.设计控制系统方案,如何选择检测仪表,说明其选择原则和仪表性能指标 6.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 7.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 8.对锅炉汽包水位进行simulink仿真,对参数进行整定,其仿真图要满足动态性能 指标 9.总结实验课程设计的经验和收获 (

* 过程控制系统实验报告............................... - 0 -第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理............ - 3 -概述............................................ - 3 -! 锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................ - 3 - 锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 - ............... - 5 -对被控对象进行特性分析 ............................... - 5 -汽包水位控制系统方框图和流程图......................... - 5 -液位控制系统的方框图.................................. - 5 - 液位控制系统的方案图.................................. - 6 -选择被控参数和被控变量 ................................ - 6 -; 选择检测仪表,说明其选择原则和仪表性能指标............. - 7 -传感器、变送器选择........................................... - 7 -执行器的选择................................................. - 8 -关于给水调节阀的气开气关的选择。............................. - 8 - 关于给水调节阀型号的选择。.................................. - 8 -

锅炉汽包水位控制系统的设计

锅炉汽包水位控制系统的设计

过程控制系统实验报告 专业 xxxxxx 班级 xxxxxxxxx 学生姓名 xxxxxx 学号 xxxxxxxx 锅炉汽包水位控制系统设计

一、控制要求 设计一个汽包水位控制系统,使汽包水位维持在90CM,稳态误差±0,5CM,以满足生产要求。 二、完成的主要任务 1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程 2.对被控对象进行特性分析,画出汽包水位控制系统方框图和流程图 3.选择被控参数和被控变量,说明其选择依据 4.设计控制系统方案,如何选择检测仪表,说明其选择原则和仪表性 能指标 5.说明单回路控制系统4个环节的工作形式对控制过程 6.对控制进行PID控制说明其参数整定理论 7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真,对参数进行整定,其仿真图要 满足动态性能指标 8.总结实验课程设计的经验和收获

过程控制系统实验报告................................................ 错误!未定义书签。第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理 ........ 错误!未定义书签。 1.1 概述.............................................................. 错误!未定义书签。 1.2 锅炉生产蒸汽工艺简述 ............................... 错误!未定义书签。 1.3 锅炉生产蒸汽工作流程 ............................... 错误!未定义书签。第二章锅炉汽包水位控制系统的方案设计 ................. 错误!未定义书签。 2.1 对被控对象进行特性分析 ................................ 错误!未定义书签。 2.2汽包水位控制系统方框图和流程图................. 错误!未定义书签。 2.2.1 液位控制系统的方框图.......................... 错误!未定义书签。 2.2.2 液位控制系统的方案图.......................... 错误!未定义书签。 2.3选择被控参数和被控变量................................ 错误!未定义书签。 2.4选择检测仪表,说明其选择原则和仪表性能指标错误!未定义书 签。 2.4.1传感器、变送器选择 .............................. 错误!未定义书签。 2.4.2执行器的选择.......................................... 错误!未定义书签。

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