蒸汽发生器液位控制系统课程设计

学号：

课内实践

题目蒸汽发生器液位控制系统

学院自动化学院

专业

班级

姓名

指导教师李向舜

年月日

课内实践任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：李向舜工作单位：自动化学院

题目: 蒸汽发生器液位控制系统

初始条件：

1.先修课程:“调节仪表与过程控制系统”、“计算机控制技术”、“传感与检测技术”、

“自动控制理论”等。

2.熟练使用MATLAB软件、Protel软件等。

3. 主要涉及的知识点：控制系统分析与设计、过程对象建模、仿真等。

4.课程设计参考资料：“过程控制系统及仪表”、“计算机过程控制系统”、“PID

控制原理及应用”、“MATLAB应用宝典”。

要求完成的主要任务:（包括课内实践工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1. 课内实践时间：8学时。

2. 课内实践内容:根据指导老师给定的题目，按规定选择其中一套完成；至少应包括：

1）过程数学模型（2学时）

能够对生产某一过程进行特性分析和建模。

2）执行器、检测仪表（2学时）

根据生产需要对用到的调节阀和检测仪表进行选型。

3）控制系统设计（2学时）

根据工艺需求，完成整个控制系统结构设计，原理分析。

4）控制器参数整定（2学时）

根据和工艺需求和控制方案设计控制器，并对控制器参数整定，应用MATLAB完成仿真验证，完成实践报告。

3. 本课内实践统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目进行理论分析，针对具体设计部分的原理分析、建模、必要的推导和可行性分析，画出系统设计框图，具体设计控制系统软硬件组成，记录实验结果（仿真结果），并对实验结果进行分析和总结。具体设计要求包括：

①复习过程控制系统设计的相关技术与方法；

②针对被控对象的工艺特点，设计工业流程框图。

③根据工艺特点，分析并设计控制系统原理。

④分析并设计系统各个组成部分的结构原理以及组成，并对结果进行验证或仿真。

2.课内实践说明书按学校“课内实践工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：

①目录；

②该过程对象的工艺特点与需求分析；

③结合该过程对象特点及系统功能要求完成系统控制方案的选择。

④设计整个控制系统原理框图，并对各个组成部分进行选型、设计、分析；

⑤重点设计出系统的控制器，并对系统的控制参数进行整定；

⑥给出系统示意框图、工艺流程图、仿真运行结果和图表、以及对结果分析和总结；

⑦课程设计的心得体会（至少500字）；

⑧参考文献；

⑨其它必要内容等。

指导教师签名：年月日

蒸汽发生器俗称锅炉，是发电炼油与化工等工业部门利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的重要能源与热源机械动力设备。蒸汽发生器按照燃料分类可分为电蒸汽发生器、燃油蒸汽发生器、燃气蒸汽发生器等；按照出口压力可分为低压蒸汽发生器、中压蒸汽发生器、高压蒸汽发生器、超高压蒸汽发生器、亚临界压力蒸汽发生器、超临界压力蒸汽发生器等。不同的蒸汽发生器蒸气发生系统和处理系统工作原理基本相同。

蒸汽发生器是一个较为复杂的控制过程，为保证提供合格的蒸气适应负荷需要以及安全运行，工艺参数必须严格控制。被控参数有水位，蒸气压力，蒸气温度，炉膛负压和燃-空配比等；被控变量有给水量，燃料量和送风量等。这些被控参数与控制变量间相互影响。工业上将蒸汽发生器控制主要分为液位控制系统，过热蒸气温度控制系统和燃烧控制系统。

本次课内实践对蒸汽发生器液位控制系统进行研究，并利用matlab对液位控制系统进行仿真验证。

关键词：蒸汽发生器；液位控制系统；仿真

1.需求分析 (1)

2.被控参数和控制变量的选择 (3)

3.被控过程的数学模型 (4)

3.1蒸气流量对水位的影响 (4)

3.2给水流量对水位的影响 (5)

4.方案设计与选择 (6)

4.1单冲量水位控制系统 (6)

4.2双冲量水位控制系统 (6)

4.3方案选择 (7)

5.变送器的选择 (8)

5.1蒸气流量变送器的选择 (8)

5.2液位变送器的选择 (8)

6.调节器的选择 (9)

7.执行器的选择 (10)

8.控制系统示意图 (11)

9.仿真程序设计与仿真结果 (12)

9.1仿真程序设计 (12)

9.2仿真结果 (15)

10.调节器参数整定 (17)

结论 (21)

心得体会 (22)

参考文献 (23)

附录 (24)

附录A 包含前馈控制器的仿真程序图 (24)

附录B 不含前馈控制器的仿真程序图 (25)

附录C 仿真程序代码 (26)

本科生课内实践成绩评定表 (27)

蒸汽发生器液位控制系统

1.需求分析

液位控制的任务是使给水量与蒸汽发生器蒸发量相适应，维持液位在工艺规定的范围内。蒸汽发生器液位体现了蒸气流量与给水量的平衡关系，是一个重要监控参数。液位过高，会使蒸气带液，过热器结垢，影响过热器效率；同时带液蒸气进入汽轮机，会损害汽轮机叶片。水位过低，会破坏水循环而损坏蒸汽发生器。对于大型蒸汽发生器，若停止给水，令存水短时间内完全气化会引起重大事故，甚至爆炸。因此，必须将蒸汽发生器液位控制在工艺允许范围内。蒸汽发生器工艺流程图如图1.1所示。

图1.1 蒸汽发生器工艺流程图