锅炉汽包水位控制系统(过程控制仪表课程设计)

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

锅炉汽包水位控制系统(过程控制仪表课程设计)

过程控制仪表课程设计

题目锅炉汽包水位控制系统指导教师高飞燕

班级自动化071

学号***********

学生姓名丁滔滔

2011年1月5号

附录：仪表配接图 (20)

锅炉汽包水位控制系统

1.系统简介：

控制系统一般由以下几部分组成

图1 自动控制系统简易图

锅炉水位系统如下图：

图2 单冲量控制系统原理图及方框图其单位阶跃响应图如下：

图3 蒸汽流量干扰下水位阶跃曲线

通过电容式液位计将检测来的液位信号变送给成标准信号，再输送给控制器，调节器再通过执行机构和阀来控制进水量，从而达到自动控制锅炉水位。

2．锅炉控制系统：

2.1锅炉：

锅炉是火力发电厂中主要设备之一。它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，井将热量传给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。电厂锅炉与其他行业所用锅炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。

2.2过热器和再热器：

蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽，并要求在锅炉负荷或其他工况变动时，保证过

热气温的波动处在允许范围内。

提高蒸汽初压和初温可提高电厂循环热效率，但蒸汽初温的进一步提高受到金属材料耐热性能的限制。蒸汽初压的提高随可提高循环热效率，但过热蒸汽压力的进一步提高受到汽轮机排气湿度的限制，因此为了提高循环热效率及降低排气湿度，可采用再热器。通常，再热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相近。

过热器和再热器内流动的为高温蒸汽，其传热性能差，而且过热器和再热器又位于高烟温区，所以管壁温度较高。如何使过热器和再热器管能长期安全工作是过热器和再热器设计和运行中的重要问题。

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

锅炉汽包水位控制系统

1.汽包水位的动态特性描述 (1)

1.1.汽包在给水流量作用下的动态特性 (1)

1.2.汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 (2)

2.汽包水位控制方案的选择及其原理 (4)

2.1.三冲量控制原理及各部分的作用 (4)

2.1.1.控制原理 (4)

2.1.2.各部分的作用 (5)

3.前馈-串级控制系统的特点和调节器作用方式判断 (7)

3.1.控制系统的特点 (7)

3.1.1.前馈控制系统的特点 (7)

3.1.2.串级控制系统特点 (7)

3.2.调节器作用方式判断 (7)

3.2.1.判断副调节器的作用方式 (7)

3.2.2.判断主调节的作用方式 (7)

4.控制仪表及技术参数 (8)

4.1.控制仪表的选定 (8)

4.2.各元器件的型号及参数 (8)

5.总结与体会 (10)

参考文献 (11)

在锅炉运行中，水位是一个很重要的参数。若水位过高，则会影响汽水分离的效果，使用气设备发生故障；而水位过低，则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉发生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡，维持汽包内水位在允许的范围内变化。

锅炉汽包水位是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统，讨论了目前通常采用的控制方法,分析了水位对象模型的动静特性。首先从锅炉汽包内水的热平衡、物质平衡原理出发,推导出了用来描述锅炉水位对象的通用机理控制模型,通过对几种控制方案的分析、研究与比较,选三冲量系统作为最佳控制方案,并着力研究三冲量系统的特点。

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。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。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。

锅炉汽包水位控制系统的设计过程控制系统实验报告

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 -

锅炉汽包水位的控制

根据三个冲量在调节系统中引入位置不同,三冲量调节系统有多种方案,下面讨论一种常见的三冲量调节系统:蒸汽流量和给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量系统。
图中所示的三冲量系统,汽包液位是被控变量,是主冲量信号,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。系统将蒸汽流量和给水流量前馈到汽包液位调节系统中去,一旦蒸汽流量或给水流量发生波动,不是等到影响到液位才进行调节,而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正,故大大提高了液位这个被调参数的调节精度。
锅炉汽包水位的控制
待假液位过去,水位开始下降,液位调节器输出电流I1 开始减小,此时,它与蒸汽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液位的不足。调节过程进行到液面重新稳定在给定值,给水量和蒸发量达到新的平衡为止。当蒸汽负荷不变,给水量本身因压力波动而变化时,加法器的输出相应变化,去调节阀门开度,直至给水量恢复到所需的数值为止。由于引进了蒸汽流量和给水流量两个辅助冲量, 起到了“超前信号”的作用,使给水阀一开始就向正确的方向移动, 因而大大减小了液位的波动幅度,抵消了虚假液位的影响,并缩短了过渡过程时间。
② 蒸汽流量D—L 曲线H1——D突然增加，物料平衡，水位下降曲线H2——D突然增加，瞬间汽包压力下降，水沸腾加剧，气泡增加，水位上升曲线H——汽包水位，开始上升，然后再下降，“虚假水位”现象

锅炉汽包水位控制系统工艺流程

一、背景介绍

锅炉是工业生产中常用的设备之一，其作用是将水加热成蒸汽，为工业生产提供动力。在锅炉运行过程中，汽包水位的控制是非常关键的，如果水位过高或过低都会对锅炉的安全运行产生影响。因此，锅炉汽包水位控制系统的设计和运行是非常重要的。

二、锅炉汽包水位控制系统工艺流程

1. 水位计的安装

在锅炉汽包中安装水位计是控制水位的前提。水位计通常安装在汽包侧面，通过测量水位计上下两个电极之间的电阻值来判断汽包水位的高低。

2. 控制系统的设计

控制系统的设计是锅炉汽包水位控制的核心。控制系统通常由水位计、控制器、执行器三部分组成。水位计用于测量汽包水位，将水位信号传输给控制器；控制器接收水位信号，根据设定值进行比较，计算出误差，再将误差信号传输给执行器；执行器根据误差信号控制进水阀门的开度，从而实现对汽包水位的控制。

3. 系统的调试和运行

在系统安装完成后，需要进行调试和运行。首先，需要对系统进行校准，包括水位计的校准和控制器的校准。然后，进行系统的调试，通过调整进水阀门的开度来控制汽包水位的高低。最后，进行系统的运行，监测汽包水位的变化，及时调整进水阀门的开度，保持水位在安全范围内。

三、实例

某工厂的一台锅炉汽包水位控制系统出现故障，导致汽包水位过高，严重影响了锅炉的正常运行。经过检查，发现是水位计的电极出现了故障，导致水位计无法正常测量汽包水位。工程师及时更换了故障的水位计电极，并对控制系统进行了校准和调试，最终成功恢复了锅炉的正常运行。

四、总结

锅炉汽包水位控制系统是保障锅炉安全运行的重要组成部分。在设计和运行过程中，需要严格遵守相关规定和标准，确保系统的可靠性和稳定性。同时，需要定期进行维护和检修，及时发现和排除故障，保证系统的长期有效运行。

锅炉汽包液位智能控制系统设计与仿真研究

一、引言

锅炉汽包是锅炉系统中的重要组成部分，负责储存锅炉产生的蒸汽。

锅炉汽包液位的控制对于锅炉运行的稳定性和安全性具有至关重要的作用。传统的锅炉汽包液位控制方法存在响应速度慢、控制精度低等问题。因此，设计一种智能控制系统用于锅炉汽包液位控制，能够提高控制性能，具有

重要的实际应用价值。

二、设计思路

本文设计的锅炉汽包液位智能控制系统基于PLC（可编程逻辑控制器）技术，通过测量锅炉汽包液位并实时调整进水量，以实现对液位的精确控制。系统的设计思路如下：

1.液位测量：使用液位传感器检测锅炉汽包的液位，并将液位信号传

输给PLC系统。

2.控制策略：采用PID控制策略进行控制，根据液位信号和控制算法，计算出需要调整的进水量。

3.进水调节：利用PLC的输出接口，通过调节进水阀的开度控制进水量，以实现对液位的控制。

三、系统设计及实现

1.硬件设计：

(1)液位传感器：选择合适的液位传感器，如超声波液位传感器，能

够精确测量锅炉汽包的液位。

(2)PLC控制器：选择功能强大的PLC控制器，具备足够的计算能力和稳定性，能够实现液位控制算法的运行。

(3)进水阀：选择适当的进水阀，能够根据PLC的控制信号调整进水量。

2.软件设计：

(1)建立液位控制模型：根据锅炉汽包的特点和液位控制要求，建立液位控制模型，包括控制算法、输入输出接口等。

(2)编写PLC控制程序：根据液位控制模型，编写PLC控制程序，实现液位信号的读取、控制算法的计算和输出信号的生成。

(3)系统仿真验证：使用仿真软件对设计的控制系统进行仿真验证，通过对不同工况的液位控制仿真，评估系统的控制性能。

过程控制系统课程设计

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：自动化0905班

指导教师：傅剑工作单位：自动化学院

题目: 锅炉汽包水位单冲量控制系统的设计

初始条件

锅炉汽包水位自动调节的任务是给水量与锅炉蒸发量相平衡，并维持汽包水位在工艺规定的范围内。汽包水位过高会影响汽水分离效果，水位过低则损坏锅炉。以汽包水位为控制量，以给水量为被控量。该对象的只要蒸汽负荷为扰动量，试设计一控制系统，使汽包水位维持在120㎝，稳态误差±0.4㎝，以满足生产要求。

要求完成的主要任务:

1、了解锅炉生产蒸汽工艺设备及其工作流程

2、基于对象特点分析，绘制液位控制系统方案图

3、确定系统所需检测元件、执行元件、控制器技术参数

4、撰写系统调节原理及调节过程说明书

5、锅炉汽包水位单冲量控制系统进行数值仿真

6、总结课程设计的经验和收获

时间安排

1月14日选题、理解课题任务、要求

1月15日方案设计

1月16日-17日参数计算、撰写说明书

1月18日答辩

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

摘要

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，其中汽包水位是一个非常重要的被控变量。锅炉是一个较为复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，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。汽包水位是锅炉运行的主要指标。保持的水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。因为水位过高，会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸气带水过多，使过热器管壁结垢并损坏，同时使过热蒸汽的温度急剧下降。如果该带液蒸汽被用户用来带汽轮机，将会损坏汽轮机的叶片。水位过低，由于汽包内的水量较少，而负荷很大时，水的汽化速度加快，来不及时加以控制，将使汽包内的水全部汽化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此必须对锅炉汽包水位进行严格控制.

锅炉汽包水位控制系统设计知识讲解

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

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

锅炉汽包水位控制系统的设计讲解

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 ............................ - 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 -

锅炉汽包液位、压力控制系统

锅炉汽包液位、压力控制系统
——过程控制仪表课程设计
班级：生产过程0901 姓名：孙路培顾丽丽彭硕指导老师：张娓娓日期：2011年6月9日
第一章概述
• 锅炉的汽包液位是影响锅炉安全运行的重要参数，液位过高，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的质量。液位过低，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。所以其值过高过低都可能造成重大事故。压力控制系统的结构是闭环的，由压力传感器、压力控制器和被控对象组成。 • 压力传感器测量被控压力，并转换成便于利用的信号形式，比较装置将反映压力大小的信号与给定压力值比较，产生偏差信号。偏差信号通过压力控制器作用到压力调节机构上，按照消除偏差的方向来改变被测点的压力，将其调节到给定的希望值本。设计使用数显PID控制仪控制气罐压力，要使气罐内气压维持恒定,并要求无残差,我全部使用DDZ-Ⅲ型仪表完成设计,但为了系统的稳定,在控制器,执行器和变送器的基础上加入隔离配电器。
图5.2 KSC5接线图

压力变送器型号：YBS 主要技术参数输出信号： 4～20mA；基本误差: 0.5%、 0.2% 输出负载: 4～20mA 0～550Ω （24V供电时）电源电压:24VDC18～36VDC 使用环境: 温度: 防 1爆: -20～+50℃；液晶表头：10～+50℃；其它：-40～+60℃；相对湿度： 5～95% 与膜片接触介质温度＜100℃（高温介质可通过引压管降温引入）压力过载≤2FS（最大量程）重量：1Kg 量程分档：单位MPa