锅炉汽包水位控制系统设计-毕业论文
工业锅炉汽包水位控制系统的设计
工业 蒸汽锅 炉是一个 复杂 的控制对 象 ， 为 了保证
确度 的要求 ， 汽 包水位 控制 系统可 以设计 成单 冲量 调 节， 双冲量调节系统和三冲量调节系统。
没定值 、 当 前与过 去输 出值 ， 进行 Ｐ Ｉ Ｄ运算 ， 计算出当 前控制量去控制进水 阀门 ， 进而调节进水量。 （ １ ） 主控制器的设计 在计算机控制 系统 中 ， 最常见 的控制器有 两种 ： 一
保证锅炉安全 运行 的必要 因素 。近 年来 ， 锅炉 汽包 水
位 的控制得 到了很 大的发 展 ， 笔者 在前 人研 究 的基 础
升， 在这个过程 中 ， 通过压 力传感 器测量 液位 ， 将液 位 信号转变成 电压 信 号 ， 经过 放 大和 Ａ ／ Ｄ转 换之 后 ， 送 到控制器 ， 单片机根据设定液位与实际液位值 的偏差 、
２ ０ １ ３ 年 第２ 期 位 控 制 系 统 的 设 计
刘 秀芝
（ 山东科技 大学信 电学院， 山东 青岛 摘 要 ２ ６ ６ ５ ９ ０ ）
该 文先分析 了蒸 汽锅炉汽包水位控制 的目标 ， 设计 出了以单片机为核心， 压力传感器 、 Ａ ／ Ｄ转换 器、 放大补偿 电路 、 多路 开关 、 硬件看
ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｈ ａ ｒ ｄ ｗｇ ｒ ｅ ｙ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ．Ｔｈ ｅ Ｐ Ｉ Ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｏｌ ｒ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ Ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ
锅炉汽包水位控制系统初步论文
锅炉汽包水位控制系统的初步探析摘要：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范围内。
维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉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，会影响汽包内汽水分离效果，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，因此对汽包水位控制系统的调节愈显迫切。
关键词：锅炉汽包水位、三冲量控制系统、双冲量控制系统、单冲量控制系统abstract: the boiler drum water level to automatically adjust the task is to make water tracking the evaporation capacity of boiler, and maintain the drum water level in the process allows range. maintain the drum water level in a given range is to ensure the safe operation of the boiler and steam turbine necessary conditions, but also the major indexes of the normal operation of boilers, one of high water level, can affect the drum separation in effect, make the export ofsaturated steam drum with more water, steam and water will make steam turbines produce water impact, cause the shaft seal damage, such as impeller fracture accident. at the same time can make saturated steam in increased salinity, reduce the superheated steam quality, increase in superheater tube wall and the steam turbine blade scaling. low water, it may destroy the natural cycle boiler steaming-water circulation system of some of the weak link, so that local water-cooled wall be burnt out, will cause serious explosion accidents. the consequences are serious, along with the increase of boiler capacity, water level changes are increasingly fast, artificial operation more and hard, and so on the drum water level control system and greater regulation of urgent.keywords: boiler drum water level, impulse control system, three double impulse control system, single impulse control system汽包水位的特点汽包锅炉给水自动调节的主要任务是维持汽包水位在允许范围内变化。
锅炉汽包水位的模糊控制系统的设计
诚信申明本人申明：我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。
与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。
若有不实之处，本人承担一切相关责任。
本人签名：年月日锅炉汽包水位的模糊控制系统设计摘要汽包水位是锅炉运行的重要指标。
保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。
水位的过高、过低都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不得的影响。
过高，饱和水蒸气将会带水过多，导致过热器管壁结垢并损坏，进而进入汽轮机的蒸汽带液损坏汽轮机叶片，产生安全事故；反之，水位过低，汽化过快，锅炉供水不足，致使水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。
锅炉汽包水位的控制又比较复杂，其中存在的虚假液位、滞后性、不易检测性等等又使传统控制很难达到较为完善的控制要求。
针对锅炉汽包水位存在虚假水位、控制系统复杂、具有滞后性、难以检测等特性，及采用传统PID控制时，效果不佳，如果控制不及时，甚至会产生安全事故的情况。
同时对比模糊控制的发展现状，可发现其适应性好、鲁棒性强、控制精度高等优势，所以本文设想在传统PID控制中引入模糊控制，改善汽包水位控制系统的静态和动态特性，使汽包水位恒定在一定范围之内，杜绝安全隐患，实现锅炉汽包水位的更精确、更有效的智能控制。
关键词：锅炉汽包水位模糊控制 Matlab仿真设计 PIDThe Suzzy Control Design about Boilder Drum Water LevelSystemAbstractThe drum water level is an important index of boiler operation. Keep the water level in certain scope is to ensure the safe operation of the boiler in the workplace. The low water level higher, and will give boiler and steam the safety of users may not bring the influence of the operation. Too high, saturated steam will bring too much water, resulting in superheater tube wall scaling and damage, and then into the steam turbine with liquid damage turbine blade, produce safety accident; Conversely, low water, vaporizing too fast, boiler water supply shortage, the water wall burn out, and even cause an explosion.The boiler drum water level control and more complex, the existing false liquid level, lagging, easily tested, and so on and that traditional control of it is difficult to reach a perfect control requirements.For boiler drum water level has false water level and control system with delay and complex, difficult to testing and other characteristics, and adopts the traditional PID control, the effect not beautiful, if not in time control, even can produce safety accidents. At the same time compared to current situation of the development of the fuzzy control, find the good adaptability, and robust, control precision higher advantage, so this paper in the traditional PID control idea introducing fuzzy control, improve the drum water level control system static and dynamic characteristics of the drum water level constant in certain limits, eliminate hidden dangers, realize the boiler drum water level of more accurate, more effective intelligent control.Key words:Boiler Drum Water Level Fuzzy Control Design Matlab PID目录前言 (1)第1章锅炉相关控制与前景 (2)第1.1节概述 (2)第1.2节锅炉设备的控制任务 (2)第1.3节研究状况 (3)第2章锅炉汽包水位的控制 (5)第2.1节汽包水位的动态特性 (5)第2.2节汽包水位的几种常规控制方法 (7)第3章模糊控制原理 (12)第3.1节模糊控制的形成与提出 (12)第3.2节模糊控制的优缺点 (13)第3.3节模糊控制的基本原理 (14)第4章锅炉汽包水位的模糊控制系统设计与仿真 (23)第4.1节输入输出变量的选择 (23)第4.2节隶属函数的选择 (25)第4.3节模糊规则表的建立 (26)第4.4节合成推理算法 (29)第4.5节模糊控制表 (32)第4.6节控制参数的自整定 (34)第5章模糊PID控制的MATLAB仿真 (35)第5.1节仿真流程图 (35)第5.2节模糊控制器模块的建立 (36)第5.3节仿真模型的建立 (37)第5.4节模糊PID控制与常规PID控制仿真的比较 (39)结论 (43)参考文献 (44)致谢 (45)前言锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备为确保安全稳定生产对锅炉的自动控制十分重要其中汽水位是一个非常重要的被控变量由于锅炉的水位调节过程难以建立数学模型具有非线性不稳定性时滞等特点传统的锅炉水位三冲量控制系统大都采用PID控制其控制效果还可以进一步提高而模糊控制不要求知道被控对象的精确数学模型只需要操作人员的经验知识及操作数据鲁棒性强非常适合用于非线性滞后系统的控制但其静态性能不能令人满意限制了它的应用为消除模糊控制的稳态误差采用Fuzzy-PID控制是常用的一种方式，所以本论题具有一定的现实意义。
(完整版)汽包锅炉给水水位自动控制系统的设计毕业设计论文
目录引言 (1)第一章第一章给水控制系统的动态特性 (3)1.1锅炉给水控制系统的任务 (3)1.2 给水控制对象和各种扰动下水位变化的动态特性 (3)1.2.1 给水控制对象的动态特性 (3)1.2.2 各种扰动下水位的动态特性 (5)第二章给水自动控制系统的基本要求和基本结构 (9)2.1 给水控制系统的基本要求 (9)2.2 给水控制系统的基本结构及分析 (9)2.2.1 单冲量给水控制系统 (9)2.2.2 前馈-反馈三冲量给水控制系统 (10)2.2.3 串极三冲量给水控制系统分析 (16)第三章给水控制系统的无扰切换 (20)3.1 测量信号的自动校正 (20)3.1.1 水位信号的压力校正 (20)3.1.2 过热蒸汽气流信号的压力、温度校正 (22)3.1.3 给水流量信号的温度校正 (23)3.2 给水控制系统的切换 (24)3.2.1 给水流量测量装置切换系统 (24)3.2.2 大小给水调节阀门的切换 (28)3.2.3 系统的无扰切换 (29)第四章系统的参数整定及MATLAB仿真 (32)4.1 控制系统的参数整定方法 (32)4.1.1 广义频率特性法 (32)4.1.2 工程整定法 (33)4.2 调节器的选取 (35)4.3 参数整定及MATLAB仿真 (36)4.3.1 单冲量调节系统的参数整定及MATLAB仿真 (36)4.3.2 串级三冲量调节系统的参数整定 (37)4.3.3 整个系统和各种扰动量下的SIMULINK结构图和仿真图 (41)结论 (45)参考文献 (46)谢辞 (47)引言自动控制技术在工程和科学发展中起着极为重要的作用，在火电厂的生产过程中也采用了自动控制技术。
在火电厂的生产过程中采用的热工自动控制系统，是伴随着社会对电能需求的日益增加、单机容量的日益扩大和自动控制技术在火力发电厂中应用的深度与广度与日俱增而逐步发展起来的。
电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。
锅炉汽包水位控制系统设计
锅炉汽包水位控制系统设计锅炉汽包水位控制是工业生产中极其重要的环节之一，对于保证锅炉运行的安全、稳定、经济具有十分重要的意义。
本文将对锅炉汽包水位控制系统设计进行阐述。
锅炉汽包是锅炉系统中用于调节锅炉水位的装置，也是一种储存水量的容器。
锅炉汽包通常会在锅炉的高处，且容量较大，同时也具有缓冲作用和膨胀作用。
锅炉汽包水位控制的主要目的是为了保证锅炉工作时的水位稳定，防止因水位不稳定而引起的事故或设备损坏。
1.水位控制方式选择锅炉汽包水位控制的方式通常有三种：手动控制、自动控制、程控系统。
手动控制方式是通过人工调整水位来控制，缺点是易造成人为误操作；自动控制是通过水位控制器对水位的感应和控制，优点是精度高、效率高；程控系统是利用PLC等控制器对水位进行控制和监测，可以实时监测水位变化，减少操作人员的工作量。
水位控制器的选择应该根据锅炉的实际情况进行选择，按照锅炉的类型、规模、水位控制方式等来选择。
具体可选择容易维护、控制精度高，适用于复杂环境的水位控制器。
3.气动执行机构选择气动执行机构是水位控制器的核心部件，主要功能是根据控制信号对锅炉汽包进水和排水进行控制。
在选择时应注意气动执行机构的工作电压、输出信号等等，并根据自身情况进行选择。
4.水位控制系统的组成水位控制系统主要由水位控制器、气动执行机构、水位控制阀和电气控制柜等四部分组成。
其中，水位控制器具有实时感应水位的功能，并对水位进行自动控制；气动执行机构负责执行水位控制器的控制信号，对锅炉汽包进水和排水进行控制；水位控制阀起到控制锅炉汽包进水和排水的作用；电气控制柜是整个系统的电源管理中心，负责实现水位控制器和气动执行机构的联动控制。
水位控制系统的调试是保证系统正常运行的基础，需要根据系统的实际情况进行调试，并记录下调试时的相关参数。
在调试中需要注意的是，锅炉汽包水位应该维持在合理的范围内，避免出现水位太高或太低的情况。
1.水位控制精度的提高为了保证锅炉的正常运行，对水位控制精度的提高显得尤为重要。
锅炉汽包水位控制系统设计
锅炉汽包水位控制系统设计一、引言锅炉汽包水位控制系统是锅炉控制系统中的一个重要部分，它对保证锅炉运行安全稳定起着至关重要的作用。
水位过高或过低都会对锅炉运行产生不良的影响。
因此，本文将详细介绍锅炉汽包水位控制系统的设计方法和关键技术。
二、系统结构1.水位传感器：水位传感器是用来测量锅炉汽包中的水位高度的装置，常用的有浮子式水位传感器和电容式水位传感器，它能将水位高度转换成电信号传给水位控制器。
2.控制阀：控制阀根据水位控制器的信号来调整供给水的流量，保持锅炉汽包的水位稳定在设定水位范围内。
常用的控制阀有电动调节阀、气动调节阀和液动调节阀等。
3.水位控制器：水位控制器是锅炉汽包水位控制系统的核心部件，它接收来自水位传感器的信号，并根据设定的水位范围和控制策略来输出控制信号给控制阀。
水位控制器采用PID控制算法，综合考虑系统响应速度和稳定性。
4.操作界面：操作界面提供了对水位控制系统的监控和调节功能，包括显示当前锅炉汽包水位、设定水位范围、控制方式选择等。
操作界面通常包括触摸屏和物理按键等。
三、系统设计1.水位传感器的选择：根据锅炉汽包的实际情况选择合适的水位传感器。
浮子式水位传感器适用于低压锅炉，安装简单可靠；电容式水位传感器适用于高压锅炉，具有高精度和抗干扰能力。
2.控制阀的选择：根据系统需要选择合适的控制阀。
电动调节阀适用于小型锅炉，可以实现精确的控制；气动调节阀适用于大型锅炉，具有快速响应和稳定性好的特点；液动调节阀适用于需要高压力和高流量的锅炉，具有良好的密封性能。
3.水位控制器的设计：根据锅炉汽包水位控制的需求，选择合适的水位控制器。
水位控制器应具有高可靠性、抗干扰能力和快速响应等特点。
在PID控制算法中，根据锅炉汽包水位变化的特性和系统响应要求来调节控制参数，提高控制系统的稳定性和响应速度。
4.操作界面的设计：操作界面应具有友好的人机交互界面，能够直观地显示当前水位、设定范围和系统运行状态。
锅炉汽包水位控制系统设计
课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能在工业生产中经常要对锅炉汽包的液位进行控制，为了能够精确控制液位高度，保证正常生产，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，采用适合的控制算法，输入设定水位值，并实时显示当前水位。
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、执行器，给出具体型号和参数；3、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式；4、若设计由计算机实现的数字控制系统，应给出系统硬件电气连接图及程序流程图；5、在实验室进行计算机软件仿真，并给出仿真结果；6、按规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上测量范围：20～100cm ；控制精度：±0.5cm ；控制液位：80cm；最大偏差：1cm。
1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。
（2天，分散完成）2、确定系统的控制方案，绘制P&ID图、系统框图。
（1天，实验室完成）3、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数。
（2天，分散完成）4、确定控制器的控制规律、控制器正反作用方式以及保证系统无余差。
（实验室1天）5、仿真分析或实验测试、答辩。
（3天，实验室完成）6、撰写、打印设计说明书（1天，分散完成）摘要关键词：目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (2)2.1概述 (2)2.2虚假水位的行程及对策 (2)2.3汽泡水位的影响因素 (2)2.4汽泡水位控制方案设计 (3)第3章硬件设计 (7)3.1液位传送器选型 (7)3.2流量传送器选型 (7)3.3执行器选型 (8)3.4控制器器选型 (9)第4章锅炉汽泡水位的模型及仿真 (11)4.1仿真分析 (11)4.2仿真分析 (12)第5章课程设计总结 (15)参考文献 (16)第1章绪论锅炉烧水会产生高温高压的蒸汽，其温度可以达到1000多度，这样的蒸汽可以作为强大的动力源，蒸汽锅炉的作用是供给稳定的蒸汽产品，为保证提供合格的蒸汽产品来适应负荷的需要，与其配套的控制系统必须满足各工艺参数。
汽包锅炉给水水位自动控制系统的设计(毕业设计论文)
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
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对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
锅炉汽包水位控制系统仿真设计毕业设计
内蒙古科技大学本科生课程设计论文题目：锅炉汽包水位控制系统仿真设计学生姓名：xxx学号：1267112112专业：测控技术与仪器班级：2012-1指导教师：xxx年月日内蒙古科技大学课程设计任务书目录第1章概述 ..................................................................................................................... - 1 -1.1锅炉汽包水位控制概述 ...................................................................................... - 1 -1.2锅炉汽包水位控制系统分析 .............................................................................. - 3 -1.3仿真软件功能概述 .............................................................................................. - 3 - 第2章总体方案设计 ..................................................................................................... - 4 -2.1汽包水位控制方式 .............................................................................................. - 4 -2.1.1 单冲量控制方式 (4)2.1.2 双冲量控制方式 (4)2.1.3三冲量控制方式 (6)2.2汽包水位控制规律 .............................................................................................. - 7 -2.2.1 调节规律选择 (4)2.2.2 调节器正反方式的选择 (4)第3章simulink建模 ...................................................................................................... - 9 - 第4章simulink仿真与优化设计 ................................................................................ - 10 - 第5章总结 ................................................................................................................... - 12 - 参考文献第1章概述1.1锅炉汽包水位控制概述锅炉是火电厂重要的动力设备，其任务就是根据生产负荷的不同需求，提供相应规格（压力和温度）的蒸汽，同时应保证锅炉经济和安全的进行。
本科毕业论文---基于智能pid的锅炉汽包水位控制系统设计
目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1引言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 国内发展概况 (2)2锅炉汽包水位对象的特点和分析 (3)2.1锅炉的工作过程 (3)2.2“虚假水位”现象 (3)3锅炉汽包水位控制系统的设计 (5)3.1确定控制目标 (5)3.1.1锅炉汽包水位控制系统中被控变量的选择 (5)3.1.2锅炉汽包水位控制系统中的控制变量（操纵量）的选择 (5)3.1.3锅炉汽包水位控制系统中的扰动 (5)3.2确定控制方案 (5)3.3设计模型的构造 (7)3.3.1对象模型的构造 (7)3.3.2汽包水位仿真系统的构造 (10)4控制系统的介绍与设计 (12)4.1串级控制系统 (12)4.1.1串级控制系统的组成 (12)4.1.2 串级控制系统的特点 (12)4.1.3 串级控制系统的设计 (13)4.2 前馈控制系统 (15)4.2.1前馈控制系统的特点 (15)4.2.2前馈控制系统的结构 (15)4.2.3前馈控制系统的设计 (18)5串级三冲量给水控制系统 (20)5.1串级三冲量调节系统的分析 (20)5.2 汽包水位串级三冲量PID控制系统 (21)5.3锅炉汽包水位的串级三冲量PID控制系统MATLAB仿真 (23)6.锅炉汽包水位的模糊控制 (25)6.1 模糊控制系统的组成 (25)6.1.1模糊控制器的工作原理 (26)6.1.2模糊PID控制器的设计 (27)6.2模糊控制系统的建模及仿真 (34)结束语 (40)致谢 (41)参考文献 (42)基于智能PID的锅炉汽包水位控制系统设计摘要锅炉是一种复杂的热工系统，它广泛应用在化工业、发电、造纸业、石油业，是工业生产的重要动力设备。
为了保证蒸汽的品质及锅炉本体及人身的安全，汽包水位是一个重要的参数。
在锅炉中，汽包水位是锅炉运行的重要指标，保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，水位过低，严重时会引起锅炉爆炸，水位过高，会降低蒸汽质量，损坏汽轮机叶片，所以必须对汽包水位进行严格控制。
锅炉汽包水位控制系统-论文
1 绪论在21世纪科学技术发展中起着极为重要的作用的是智能控制技术，这项技术在重工厂、锅炉厂、电子厂等中被广泛应用。
在这些工厂的生产过程中主要采用的智能控制系统，智能控制技术使得工厂的生产效率得到了极大的提高，新型的智能控制技术带来了技术革新，给工业化生产带来了新的曙光。
锅炉是重要的动力设备，其任务是提供合格稳定的蒸汽，以满足机器的运转。
汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，若水位过高，将会破坏汽水分离装置的正常工作，还会导致蒸汽不纯，含水量和含盐量都过大，增加在管壁上的结垢，严重时可能会破坏过热器，最终影响整个蒸汽机组的正常运行和经济指标。
如果水位过低，则会使锅炉正常的水循环被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。
所以锅炉汽包水位过高过低都可能锅炉无法正常工作，甚至可能导致生产事故。
在锅炉汽包水位控制系统中被控量是汽包水位，而调节量则是供水流量，通过对供水流量的调节，使汽包水位达到动态平衡状态，从而使汽包水位在安全范围内变化，保证锅炉能够安全运行，避免工业生产事故的发生。
因此，随着锅炉朝着大容量、高参数的发展，锅炉汽包也随着其发展而发展，这也给锅炉汽包水位控制提出了更大的要求，锅炉汽包水位控制系统采用智能化控制已越来越成为一种不可逆趋势，智能化控制系统能实时准确的调整锅炉汽包水位，保证锅炉汽包水位处于安全范围内，使锅炉能安全稳定的运行，这也间接提高了锅炉的运行效率。
由于采用智能化控制系统，所以减少了员工的工作量，也减少了一些不必要的人为因素对汽包水位控制产生不利的影响。
无论从经济性方面，还是从实用性方面考虑，采用智能化控制技术对锅炉汽包水位进行控制。
1.1 课题背景及意义由于智能化控制技术的日益成熟，在生产生活中的到越来越多的应用。
51单片机作为时下相当流行的一种智能芯片，在很多智能控制系统中的到了很大的运用，所以选用51单片机来作为控制锅炉汽包水位的核心是十分明智的。
锅炉汽包水位极大影响了锅炉是否能安全高效的运作，这直接导致了工业生产能否高效的运转。
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(总28页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--锅炉汽包水位控制系统的设计目录1 引言................................................................................................................................................. 错误!未定义书签。
论文选题背景、目的和意义........................................................................................... 错误!未定义书签。
电厂热工自动化控制的发展................................................................................ 错误!未定义书签。
自动控制理论的发展.............................................................................................. 错误!未定义书签。
控制系统规模、组成结构和硬件的发展.................................................................... 错误!未定义书签。
初级阶段..................................................................................................................... 错误!未定义书签。
常规仪表阶段............................................................................................................ 错误!未定义书签。
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ABSTRACTThe 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目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1汽包水位控制系统的发展现状 (1)1.2汽包水位调节的任务 (2)1.3本设计的主要工作 (2)2 控制方案设计 (3)2.1虚假水位的形成及对策 (3)2.2汽包水位的影响因素 (4)2.3汽包水位的控制方案设计 (6)3 硬件选型 (14)3.1PLC及相关模块选型 (14)3.2电机的选型 (15)3.3变频器的选型 (15)3.4水位传感器的选型 (15)3.5流量传感器的选型 (16)3.6接触器的选型 (17)3.7熔断器的选型 (18)3.8功率三极管的选型 (18)3.9变压器的选型 (18)3.10设备清单 (19)4 硬件设计 (20)4.1系统总体线路设计 (20)4.2控制线路设计 (22)5参数整定与仿真 (24)5.1PID算法简介 (24)5.2三冲量控制系统参数整定 (24)5.3三冲量控制系统仿真分析 (30)6 软件设计 (34)6.1程序流程设计 (34)6.2GX D EVELOPER程序设计 (36)结束语 (42)参考文献 (43)致 (44)附录锅炉汽包水位控制系统原理图 (45)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。
锅炉汽包水位控制系统的设计毕业论文
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............................... - 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 ............................ - 4 -1.3 锅炉生产蒸汽工作流程 ............................ - 4 - 第二章锅炉汽包水位控制系统的方案设计............... - 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............................. - 7 -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 ..................................... - 8 -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.. ............................. - 9 -2.4.5 给水流量蒸汽流量..................................... - 9 -2.5 四个环节的工作形式对控制过程............................... - 9 -第三章PID控制.................................... - 10 -3.1对控制进行PID控制.......................................... - 10 -3.2整定PID理论参数............................................ - 11 -第四章仿真...................................... - 12 -4.1对锅炉汽包水位进行simulink仿真................... - 12 -4.2对系统参数进行整定................................ - 14 -第四章结束语...................................... - 10 -第一章锅炉汽包水位控制系统的组成原理1.1概述随着电子产品的降价及自动化生产线工艺控制连续稳定优势的凸现;越来越多的企业准备将自己的核心生产线改成全自动化生产线或者对个别关键工艺参数采用自动控制..工业应用自控技术在中国的推广使用较晚;但近年来发展较快..国内现在做汽包水位自动控制系统方面的设计公司很多;但由于能够集工艺要求、自动化技术和电气技术三者于一体的设计不多;所以人们清楚地认识到自动控制技术在工业应用中的重要地位和作用..从传统的控制方式来看;结构简单成本低的方案不能有效的控制锅炉汽包“虚假水位”现象;而能够在一定程度上控制“虚假现象”;系统却过于复杂;成本较高..故三种基本结构应运而生：单冲量调节系统结构;单级三冲量调节系统结构;串级三冲量调节系统结构..低负荷阶段;由于疏水和排污等因素的影响;给水和蒸汽流量存在着严重的不平衡;而且流量太小时;测量误差大;故在低负荷阶段;一般采用单冲量调节方式..单冲量水位控制系统是以汽包水位作为唯一的控制信号;冲量即变量..单冲量水位控制系统由汽包、变送器、调节器、执行器及调节阀等组成;系统框图如下所示：图1.1 液位控制系统方框图1.2锅炉生产蒸汽工艺简述水位控制系统的任务是使给水量与锅炉蒸汽量相适应;维持汽包水位在工艺规定的范围内..汽包水位反映了锅炉蒸汽流量与给水量之间的平衡关系;是锅炉运行中非常重要的监控参数..汽包水位过高;会影响汽水分离的效果;使蒸汽带液;过热器结垢;影响过热器的效率；如果使带液蒸汽进入汽轮机;会损坏汽轮机叶片..如果水位过低;会破坏水循坏而损坏锅炉;尤其是大型锅炉;一旦停止给水;汽包存水会在很短时间内完全汽化而造成重大事故;甚至引起爆炸..因此汽包水位需要严格控制..1.3锅炉生产蒸汽工作流程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;输送一定质量气压;气温和相应数量的蒸汽..锅炉是由“锅”和“炉”俩部分组成..“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内火焰直接辐射的热;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;水和给水一起在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、升温到规定温度;成为合格蒸汽送入蒸汽母管..“炉”就是锅炉的燃烧系统;由炉膜、烟道、吸燃器、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;通过空气预热机;在空气预热机中吸收烟气热量;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..具有一定的压力的过热蒸汽;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..第二章锅炉汽包水位控制系统的方案设计2.1 对被控对象进行特性分析在设计锅炉汽包水位控制的过程中首先从汽包锅炉入手;汽包锅炉有自然循环方式和强制循环方式两种;汽包锅炉自动控制的任务与直流锅炉几乎一样;也是主要包括四个方面：1保证系统安全运行；2保持燃烧的经济性；3保持炉膛负压在一定范围内；4运行中保证气轮机所需的蒸汽量;过热蒸汽压力和蒸汽温度的恒定..无论上一自然循环还是强制循环锅炉;其给水控制的任务都是为了保证锅炉负荷和给水的平衡关系..但是;汽包锅炉由于有了汽包的存在;使锅炉的运行方式、锅炉的结构、工作原理与直流锅炉不同;这就使实现控制的方式;采用被调量都有所区别..2.2汽包水位控制系统方框图和流程图2.2.1液位控制系统的方框图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H的偏差;通过执行器去控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0制给水调节阀以改变给水量;保持汽包水位在允许的范围内..系统方框图如下所示..图2.1 液位控制系统方框图这种控制系统结构简单;是典型的单回路控制系统..采用单冲量控制系统;进行PID调节一般就能满足生产要求..2.2.2液位控制系统的方案图以汽包水位为被控参数;给水量作为控制变量可构成如图所示的单回路水位控制系统;工程上也称为单冲量控制系统..这种系统的优点是所用设备少;结构简单;参数整定和使用维护方便..在如图所示的单冲量控制系统中;当锅炉蒸汽负荷流量突然大幅度增加时;由于假水位现象;调节器不但不及时开大给水阀来增加给水量;反而去关小调节阀的开度;减小给水量..这样由于蒸汽量增加、给水量减少使汽包存水量减少..等到假水位消失后;汽包水位会严重下降;甚至会使汽包水位降到危险的程度;以至发生事故..对于负荷变动较大的大、中型锅炉;单冲量控制系统不能保证水位稳定;难以满足水位控制要求和生产安全..而对小型锅炉;由于蒸汽负荷变化时假水位的现象并不明显;如果在配上相应的一些联锁报警装置;这种单冲量控制系统也能满足生产的要求;并保证安全生产..图2.2 液位控制系统方案图 2.3选择被控参数和被控变量被控参数：能在生产过程中借助自动控制保持恒定值或按一定规律变化的变量.. 控制变量：用来克服干扰对被控参数的影响;实现控制作用的变量..又称为操纵变量..最常见的操纵变量是介质的流量;也有以转速、电压等作为操纵变量的..本次实验设计的控制变量为出口流体的流量..控制变量的确定被控变量选定以后;应对工艺进行分析;找出所有影响被控变量的因素..在这些变量中;有些是可控的;有些是不可控的..1、在诸多影响被控变量的因素中选择一个对被控变量影响显著且便于控制的变量;作为控制变量；2、其它未被选中的因素则视为系统的干扰..2.4选择检测仪表;说明其选择原则和仪表性能指标调节器的选型与调节规律的选择对过程控制系统的控制品质有至关重要的影响;也是过程控制系统设计的核心内容之一..调节器的输出决定于被控参数的测量值与设定值之差;被控参数的测量值与设定值变化;对输出的作用方向是相反的..过程控制中;对于调节器的正反作用的定义为：当设定值不变时;随着测量值的增加;调节器的输出也增加;则称为“正作用”方式；同样;当测量值不变;设定值减小时;调节器输出增加;称为“正作用”方式..调节阀正、反作用方式的选择是在调节阀气开、气关方式确定之后进行的;其确定原则是使整个单回路构成负反馈系统..图2.2 液位控制系统流程图2.4.1传感器、变送器选择传感器、变送器完成对被控参数的检测;并将测量信号传送至控制器..测量信号是调节器进行控制的依据;被控参数迅速、准确地测量是实现高性能控制的重要条件..测量不准确或不及时;会产生失调、误调或调节不及时..因此;传感器、变送器的选择是过控系统设计中重要的一环..2.4.2执行器的选择过程控制使用最多的是由执行机构和调节阀组成的执行器..A 、调节阀工作区间的选择B 、调节阀的流量特性选择C 、调节阀的气开、气关作用方式选择2.4.3关于给水调节阀的气开气关的选择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..如果高压蒸汽供给蒸汽透平压缩机的重要负荷;为保护这些设备以选用气开F ．C 阀为宜..如果蒸汽作为工艺生产中的热源时;为保护锅炉;以选用气关F ．O 阀为宜..综合起来考虑;一般选带保”+”-位装置F．IJ的给水阀;即事故状态该阀停在原位..2.4.4 关于给水调节阀型号的选择关于给水调节阀型号的选择..由于流经给水阀的除氧水压力为6．0MPa 温度为104℃ ;极宜产生汽蚀现象..对于轻度汽蚀;一般给水阀的阀芯阀座选用司钛莱合金堆焊即可..对于重度汽蚀;一般给水阀选用多级高压调节阀;使高压除氧水在流过调节阀多级节流孔后逐渐降压;而每级阀芯上只承担一部分压差;使节流后的压力在阀的部分恢复不到流体的饱和蒸汽压力;可以有效的避免汽蚀现象;也有效的防止了汽蚀引起的噪声振动和对阀芯阀座的侵蚀..2.4.5 给水流量蒸汽流量给水流量蒸汽流量的一次元件如果选用节流装置;则差压变送器输出的信号需经开方器后再输入到加法器进行信号叠加..这样可以减少非线性对系统调节品质的影响..若是选用流量变送器则不必加开方器..它们的显示仪表的量程应选择的相同;其范围应比额定蒸汽负荷大一些;以保证锅炉在额定负荷下的给水流量有波动的余地..2.5 四个环节的工作形式对控制过程确定调节系统的方案时;要根据对象的特性和工艺要求;选择合适的调节规律;使组成的调节系统满足预期的品质指标..调节器的调节规律;即它的输出量与输入量偏差值之间的函数关系..P = f e调节器的作用是根据偏差;按规定的调节规律产生输出信号;推动执行机构;对生产过程进行调节..1、比例控制P适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺上没有提出无差要求的系统;2、比例积分控制PI适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、工艺参数不允许有余差的系统..3、比例微分控制PD适用于控制通道滞后较大的系统..例如加热较慢的温度控制系统..4、比例积分微分控制PID适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制质量要求较高的系统;应用最普遍的是温度控制系统与成分控制系统..第三章PID控制3.1对控制进行PID控制求出系统的传递函数;画出液位控制系统方框图..在稳定状态下;水位测量信号等于给定值;水位调节器的输出;蒸汽流量及给水流量等三个信号;通过加法器得到的输出电流为:I0= K1 I1-K2 I2+ K3 I3式中;I1 为液位调节器的输出电流;I2 为蒸汽流量变送器的电流;I3 为给水流量变送器的电流;K1 、K2 、K3 分别为加法器各通道的衰减系数..设计K2 I2= K3 I3此时I0 正是调节阀处于正常开度时所需要的电流信号为了安全调节阀必须用气关阀 ..假定在某一时刻;蒸汽负荷突然增加;蒸汽流量变送器的输出电流I2 相应增加;加法器的输出电流I0 就减少; 从而开大给水调节阀..但是与此同时出现了假水位现象;水位调节器输出电流I1 将增大..由于进入加法器的两个信号相反; 蒸汽流量变送器的输出电流I2 会抵消一部分假水位输出电流I1 ; 所以; 假水位所带来的影响将局部或全部被克服..待假水位过去;水位开始下降;水位调节器输出电流I1 开始减小; 此时; 它与蒸流量信号变化的方向相反; 因此加法器的输出电流I0 减小; 意味着要求增加给水量; 以适应新的负荷需要并补充水位的不足..图3.1 液位控制系统方框图3.2整定PID理论参数调节器参数的工程整定方法在控制系统设计或安装完毕后;被控对象、测量变送器和执行器这三部分的特性就完全确定了;不能任意改变..只能通过控制器参数的工程整定;来调整控制系统的稳定性和控制质量..控制器参数的整定;就是按照已定的控制方案;求取使控制质量最好的控制器参数值..具体来说;就是确定最合适的控制器比例度P、积分时间TI;和微分时间TD..1稳定边界法临界比例度法属于闭环整定方法;根据纯比例控制系统临界振荡试验所得数据临界比例度Pm和振荡周期Tm;按经验公式求出调节器的整定参数..1 若置调节器Ti→∞;Td=0;比例度P →较大值;将系统投入运行..2 逐渐减小P ;加干扰观察;直到出现等幅减振荡为止..记录此时的临界值Pm和Tm..yT图3.2 液位控制系统图根据Pm 和Tm;按经验公式计算出控制器的参数整定值第四章仿真4.1对锅炉汽包水位进行simulink仿真稳定边界法：图4.1比例控制图图4.4 比例控制 simulink仿真结果图4.3系统PID仿真图图4.4 PID控制simulink仿真结果4.2对系统参数进行整定1 置调节器Ti→∞; Td=0;比例度P →较大值;将系统投入运行..2 逐渐减小P ;加干扰观察;直到出现等幅减振荡为止..记录此时的临界值Pm和Tm..3根据Pm和Tm;按经验公式计算出控制器的参数整定值..在控制系统设计或安装完毕后;被控对象、测量变送器和执行器这三部分的特性就完全确定了;不能任意改变..只能通过控制器参数的工程整定;来调整控制系统的稳定性和控制质量..控制器参数的整定;就是按照已定的控制方案;求取使控制质量最好的控制器参数值..具体来说;就是确定最合适的控制器比例度P、积分时间TI;和微分时间TD..1稳定边界法临界比例度法属于闭环整定方法;根据纯比例控制系统临界振荡试验所得数据临界比例度Pm和振荡周期Tm;按经验公式求出调节器的整定参数..1 若置调节器Ti→∞;Td=0;比例度P →较大值;将系统投入运行..2 逐渐减小P ;加干扰观察;直到出现等幅减振荡为止..记录此时的临界值Pm和Tm..第五章结束语这次的锅炉汽包水位控制系统设计;把课堂上学到的东西用了出来;因为每台锅炉都不一样;不能全部说清楚..这次课程设计是使用常规仪表对锅炉汽包水位进行自动控制的典型的方案;让我从中体会到了过程控制的内涵..也为接下来的考试打下了基础..同时感谢老师的精心指导;让我能顺利完成这次课程设计..。
毕业论文_锅炉汽包水位控制系统设计2012
过程控制仪表课程设计报告题目：锅炉汽包水位控制系统的设计指导老师：高飞燕老师学院：电气工程学院班级：自动化062班学号：20064460218姓名：蒋泞骏学年：09-10学年第一学期时间：2010年12月5号--12月19号目录1系统简介2设计方案及仪表选型3控制系统仪表配接图及说明4仪表型号清单5参考文献1 系统简述随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。
而锅炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量和产量。
现代锅炉的生产过程可以实现高度的机械化，这就为锅炉的自动化提供了有利条件。
锅炉自动化是提高锅炉安全性和经济性的重要措施。
目前，锅炉的自动化主要包括自动检测、自动调节、程序控制、自动保护和控制计算五个方面。
实现锅炉自动化能够提高锅炉运行的安全性、经济性和劳动生产率，改善劳动条件，减少运行人员。
锅炉是工业企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽或热水，以满足负荷的需要。
锅炉设备是一个复杂的控制对象，燃气燃油锅炉主要输入变量包括负荷、给水、燃料量、送风和引风量等，主要调节变量包括水位、温度及压力、烟气氧量和炉膛负压等；电加热锅炉主要输入变量包括负荷、锅炉给水和电阻丝电压等，主要调节变量包括水位和温度等。
锅炉生产过程的各个主要参数都必须严格控制。
锅炉系统是一个具有时变和时滞的比较复杂的系统，因此，对锅炉温度进行控制是工业过程控制中一个重要而且困难的问题[3] 。
在生产过程控制中，一些复杂环节，往往需要进行串级控制。
即把两个控制器串联起来，第一个控制器的设定值是控制目标，它的输出传给第二个控制器，作为它的设定值，第二个控制器的输出作为串级控制系统的输出，送到被控系统，作为它的控制“动作”。
控制系统的这种串级形式对于复杂对象的控制往往比单回路控制的效果更好。
串级控制对克服被控系统的时滞之所以能收到好的效果，是因为当用两个控制器进行串级控制时,每个控制器克服时滞的负担相对减小,这就使得整个控制系统克服时滞的能力得到加强。
汽包水位毕业论文---基于PLC工业锅炉汽包水位控制系统的设计
II
4.1.2 确定各变量的隶属度函数和赋值表 ...................................................... 11 4.1.3 模糊控制规则的确定 .............................................................................. 14 4.1.4 模糊控制响应表的生成 .......................................................................... 14 4.2 模糊动态前馈控制器的设计 ...................................................................... 16 4.3 PID 控制的设计 .......................................................................................... 16 4.3.1PID 控制的基本公式 ................................................................................ 16 4.3.2 PID 的参数设置 ...................................................................................... 16
锅炉汽包水位控制系统毕业论文
摘要锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。
汽包水位是锅炉运行的主要指标，汽包水位过高过低都会影响运行的安全与经济性，必须严格加以控制。
本文主要是用MATLAB对锅炉汽包水位控制系统进行仿真研究。
建立了锅炉汽包水位对象的数学模型和控制系统，并用Matlab语言在计算机上编制锅炉汽包水位控制系统的仿真程序。
通过对象特性、最佳PID 参数整定、控制系统比较分析及鲁棒性仿真研究，本文了解了汽包水位对象特性、整定出了最佳PID参数、总结出了各种控制方案的特点与适用场合，并提出用模糊自适应整定PID控制器实现自适应控制的方案。
关键词：锅炉汽包水位；控制系统；仿真研究；MatlabAbstractBoiler is a essential power equipment in chemical industry, oil refining, electricity generation and other industrial production process. Boiler drum water level is a chief indicator of Boiler working, drum water level too high or too low will affect the safe operation and the economy, it must be strictly controlled. This article is mainly about the simulation study of boiler drum water level control system,established the mathematical model and control system of boiler drum water level, and made the simulation programs of boiler drum level control system using Matlab Language on the computer. Through the simulation study of object properties and the Best PID parameters tuning and the Analysis and comparison of control system and robust research, This article acquainted the object characteristics of the drum water level and found out the best PID parameters, summed up the characteristics of kinds of control programs, and proposed the control program of using fuzzy adaptive tuning PID controller .Key words: boiler drum water level; control system; simulation study; matlab目录第1章概述 (1)锅炉的种类 (1)锅炉的工艺流程 (1)锅炉的工艺参数和主要控制系统 (2)第2章锅炉汽包水位对象数学模型的归纳 (4)蒸汽负荷对水位的影响 (4)给水流量对水位的影响 (5)第3章锅炉汽包水位控制系统的方案分析 (7)单冲量控制系统 (7)双冲量控制系统 (8)三冲量控制系统 (9)第4章锅炉汽包水位控制系统程序设计与仿真研究 (11)仿真的目的和意义 (11)仿真软件和最佳PID参数整定方法 (11)锅炉汽包水位对象程序设计与仿真研究 (13)锅炉汽包水位控制系统程序设计与仿真研究 (17)各控制系统鲁棒性的仿真研究 (32)第5章用模糊自适应整定PID控制器实现自适应控制 (39)模糊自适应整定PID控制原理 (39)用模糊自适应整定PID控制实现自适应控制的初步设计 (41)结论 (44)附录 (45)第1章概述锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。
锅炉汽包水位的自动控制 毕业论文外文翻译
英文原文文献Automatic Control of the Level of Boiler BubbleWANG Zhi(Luoyang Petrochemical Engineering Co., Luo yang 471003, China)Abstract:The paper introduced the dynamic characteristics of the level of boiler bubble. The characteristics of automatic control schemes with one variable or two variables or three variables were discussed, as well as some problems concerned in engi-neering. The automatic control scheme of boiler bubble with three variables was recommended specially.Keywords: the level of boiler bubble; dynamic characteristics; automatic control schemes; one variable; two variables; three variables.INTRODUCTIONBoiler drum water level is the major indicators, is a very heavy to the accused variables to maintain the water level in a certain range is to ensure that the boiler The first condition for the entire operation, it is because: (1) high water level will be affect steam Package separator, saturated with water opour too much water, superheated steam temperature In sharp decline. The superheated steam turbine as a driving force, it would Turbine Blade damaged, affecting the safety and economy. (2) water bit too low, the less water in the drum, and when the load is higher, as the water Vaporization of speed, drum changes in the water level has also added speed.Fast, if not promptly adjust, it will cause the drum all vaporization of the water, resulting in Burning furnace tube, or even cause an explosion. Therefore, the boiler drum water level must be strict Canadian control.2 Several Boiler water level control program.2.1-Impulse Control SystemImpulse-control system (the term refers to the impulse is variable, namely single impulse Drum Level) are in direct control of drum water level control valve (Figure 4 below), the drum is the most simple level control of the most basic A form is a typical value for single-loop control system. The system guitar Simple configuration to- 1 -achieve low investment and easy for small low-pressure boiler. Boiler steam because this load is relatively stable, and the relative volume Drum The requirements of users of steam often not very strict, if the control system some alarm interlock devices, but also to meet production requirements. Figure 4 single impulse control system block diagram stay in a relatively short time, large load changes, we can not single.Figure 4 single impulse control system blockImpulse Level Control System. This is because: (1) when the load changes 21.2003 in the first eight chemical technology market "false Level" will reverse regulator dislocation movement, the increase of load - close down small water control valve, when the dust has settled flash evaporation, the water level will decline, a sharp fluctuations in the dynamic regulation poor quality. (2) changes from the decline in the water level to load changes and to control valve movements. Long lag time, if the water level in a small time constant process, the error bound very significant. (3) water supply system disturbances, as changes to the pump pressure, in water immediately, and that an accurate assessment of the water level so that when the control valve dynamic for the same lack of a timely manner.2.2 Pairs of Impulse Control SystemDrum in the water level control, the disturbance is the most important variable load . Then the introduction of steam flow to correction, it can not only compensation- 2 -"false solution "Caused by operation, and the water control valve movements timely, his constitutes a double impulse control systems. In essence, the Doubly-Impulse Control System is a system of feed-forward (steam flow FTS) plus single-loop feedback control the system of composite control system. Adder output = Pc ±λS Ps + Initial deviation. If the high-pressure steam supply steam turbine compressor, for the protection of equipment, to use gas valve to open (FC) valve, when the increased steam flow, water supply also to a corresponding increase in traffic, then use a gas valve, the output should be additive which is λS, should take. If steam as a heat source in the production process, for the protection of equipment. To use gas valve to the Commissioner (FO) valve, when the increased steam flow, water supply also to a corresponding increase in traffic, then use gas valve clearance, the output should be additive Reduce that λS should take dashes. In order to balance these two requirements, with the election to secure his position device (FL) .To the valve, the valve that stops accidents in the state in situ. Initial deviation settings the objectives are: normal load, the regulator and processing implements output can have a relatively moderate value, the best in the normal load with the initial error (steam flow FTS) λS Ps of exactly off Figure 5 pairs of impulse control system block diagramFigure 5 pairs of impulse control system block diagram- 3 -2.3 three impulse control program – feed forward Ⅰ(steam flow) plusFeedback (Level, water flow) Control System .The system can be seen as a comprehensive three-volume signal as a variable charged Single-Loop control system, put into operation and setting single-loop control systems, However, if the system parameters can not be set up to ensure that the material balance, variable load And when the water level will be more than poor. On the coefficient λS λW and the role and settings: (1) to ensure that the material balance That is, △W = a △D under the conditions of steam flow signal λS △Ps Water flow and signal λW /△PW should be the same, based on this principle, Identify and λW /λS ratio. (2) to determine the role of strength feed forward From (1) material balance know λW /λS and the ratio should be the size Determine the basis of the process, the greater its λS feed forward role as strong, a disturbance At present, the control valve opening of the changes also greater. Figure 6 three-block diagram of control program .Figure 6 three-block diagram of control program2.3.1 three impulse control program Ⅱ- steam flow feed forward --Cascade water flow control system and Ⅱprogram similar program, but only the adder position from regulation the former regulator moved after. The program- 4 -regardless of λW /λS and how to set up, When the load changes, the level can be maintained without poor, in order to improve the load disturbance2.3.2 three impulse control program Ⅲ- steam flow feed forward - liquidThe regulation of quality. Figure 7 three-block diagram of control program ⅡAdder output = ±Pc ±λS PS ±λWPW FCCU capacity steam boiler drum and Ms Guan used gas (FO) - 22 CHEMICAL TECHNOLOGY MARKET 2003 section 8 of the valve of the capital, when the increased steam flow, the water has to flow accordingly Increased gas use this valve clearance, boosting the output should be reduced, which should λSad mission minus. When the water flow increases, then choose gas valve clearance, Adder output should be increased, for instance, is λW,. When a heightened level(Regulator positive role), corresponding to water flow also decreased at this time selection Commissioner gas valve, boosting the output should be increased, for instance, is that of Pc.Figure 7 three-block diagram of control program Ⅱ4 ConclusionThis method successfully developed a new compound ammonium bicarbonate anti-caking agent can Crystal size increased ammonium bicarbonate, and has a good- 5 -anti-caking performance, stability good. This product has achieved industrial production was more than ammonium bicarbonate Health Industrial production plant application, the use of a ton of ammonium bicarbonate 0.45 ~ 0.5 kg, Lower production costs, good effect. Received date :2003-03-24 About the author: Chen Yu Long (1964 -) M, Associate Professor, Master, engaged in physical chemistry Teaching and fine chemical development.References[1] Chen yu long. Surfactant inorganic anti-caking agent in the application of daily chemical workers Industry, 2002,32 (4) :48-49[2] Song Xiang, Sun Bao ping, RU-ling were. Anti-caking agent and progress in research methods, chemicals Progress, 2001, (6) :50-52 (Then No. 23)[3] Jiang Wei Sun, Jin-Shou Yu. "Process control engineering." Beijing: hydrocarbon processing Press.[4] Jin-hui. "Process control." Beijing: Tsinghua University Press.[5] Lu Man. "Petroleum and Chemical Control Design Manual." Beijing: the chemical industry She version. 19.2003 in the first eight chemical technology market- 6 -附录B对应的中文翻译锅炉汽包水位的自动控制王智(洛阳石油化工程公司仪电室,河南洛阳471003)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。
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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ABSTRACTThe 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目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1汽包水位控制系统的发展现状 (1)1.2汽包水位调节的任务 (2)1.3本设计的主要工作 (2)2 控制方案设计 (3)2.1虚假水位的形成及对策 (3)2.2汽包水位的影响因素 (4)2.3汽包水位的控制方案设计 (6)3 硬件选型 (14)3.1PLC及相关模块选型 (14)3.2电机的选型 (14)3.3变频器的选型 (15)3.4水位传感器的选型 (15)3.5流量传感器的选型 (16)3.6接触器的选型 (17)3.7熔断器的选型 (17)3.8功率三极管的选型 (18)3.9变压器的选型 (18)3.10设备清单 (19)4 硬件设计 (20)4.1系统总体线路设计 (20)4.2控制线路设计 (22)5参数整定与仿真 (24)5.1PID算法简介 (24)5.2三冲量控制系统参数整定 (24)5.3三冲量控制系统仿真分析 (30)6 软件设计 (34)6.1程序流程设计 (34)6.2GX D EVELOPER程序设计 (36)结束语 (42)参考文献 (43)致 (44)附录锅炉汽包水位控制系统原理图 (45)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围是锅炉运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围，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DCS系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，运算结果输出给执行机构从而实现给水流量的调节，使汽包部的物料达到动态平衡，汽包水位变化在允许围之。
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围，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 30mm上下围波动。
(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）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。
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围之，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-AⅡ型号的锅炉。
它是一种单锅筒纵置式锅炉，主要燃料是Ⅱ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锅炉主要参数2.1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”。