汽化锅炉水位全自动控制系统
锅炉汽包水位自动控制系统
第一章 绪论汽包水位是锅炉安全运行的指标之一,锅炉汽包水位的测量、控制和保护系统的合理配置是保证锅炉安全运行的重要措施。
过高的水位会影响汽水分离装置的汽水分离效果,使锅炉出口的饱和蒸汽的湿度增大,含盐量增多,造成过热器和汽轮机通流部分结垢,从而引起过热器管壁超温甚至爆管。
当水位严重过高时,还将使汽轮机产生水冲击, 引起破坏性事故。
水位过低,会影响锅炉的水循环安全,造成局部水冷壁管过热,严重缺水时造成锅炉爆炸。
因此,准确测量和保持汽包水位在规定的范围内有其重要意义。
我在本设计中，将通过单片机的控制，使锅炉汽包水位，维持在正常的标准下，在水位超过上限或下限的时候，能够及时报警并采取相应措施。
在水位超过上限或下限的时候，能够及时报警并采取相应措施。
第二章 工作原理与方案论证2.1工作原理 图2.1所示即为锅炉汽包水位自动控制系统示意图。
当系统受到扰动后，被控变量（液位）发生变化，通过检测仪表得到其测量值h 。
在自动控制装置（液位控制器LC ）中，将h与设定值h 0比较，得到偏差，经过运算后，发出控制信号算后，发出控制信号，这一信号作用于执行器（在此为控制阀，）改变给水量，给水量，以克服扰动的影响，以克服扰动的影响，以克服扰动的影响，使被控使被控变量回到设定值。
这样就完成了所要求的控制任务。
这些自动控制装置和被控工艺对象组成了一个自动控制系统。
被控工艺对象组成了一个自动控制系统。
2.2方案论证单冲量水位控制系统直接用水位信号与给定值信号相比较，控制器根据该偏差的正负与大小，与大小，输出开关给水调节阀门的信号，输出开关给水调节阀门的信号，输出开关给水调节阀门的信号，但这种系统具有严重的弊病：但这种系统具有严重的弊病：但这种系统具有严重的弊病：在蒸汽流量忽在蒸汽流量忽然增加时，因给水流量小于蒸发量，水位应当下降。
但是由于炉筒内的贮汽减少，内部压力忽降，从而使水面下的炉筒容积扩大，并加速汽化，由于水面下容积扩大，使水位不但不下降，反而迅速上升，产生“虚假水位”现象。
简单锅炉汽泡水位控制流程图,简述该控制系统的工作原理
简单锅炉汽泡水位控制流程图,简述该控制系统的工
作原理
锅炉是化工、电力生产中重要的动力设备。
汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数，同时也是保证锅炉安全运行的重要条件之一。
它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系。
汽包液位过高，汽包蒸汽上部空间减小会造成蒸汽带水，影响过热器运行及汽水分离的效果。
不仅降低了蒸汽的产量和质量，而且会使过热器结垢或使汽轮机叶片损坏;水位过低会造成锅炉水循环破坏，影响省煤器运行，严重时容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。
这就要求汽包液位严格控制在一定范围内，以期适应各种工况的运行。
影响汽包液位的因素除了加热汽化这一正常因素外，还有蒸汽负荷和给水流量的波动。
当负荷突然增大，汽包压力突然降低。
水就会急剧汽化，出现大量汽包，形成虚假液位。
锅炉汽包水位控制系统的研究与应用
加 热等过程 的热源 。 汽包水位是 锅炉 运行 的重要 指标 ， 持 水位 保
单 冲量控 制 系统 的变 量是 汽包 水 位 ， 该 系 但
统无 法克服虚 假水 位 带来 的严重 后果 ， 负荷 不 对
在一定 范 围内是保 证锅 炉安 全运 行 的首 要 条 件 ，
水位过 高或过低 ， 会给 炉 及蒸 汽用户 的安全 都
灵敏 ， 也无法 克 服给 水 干扰 。在单 冲量 控 制系 统
的基础 上引入蒸 汽流 量信 号 ， 就构 成 了双 冲量 控
制 系统 ， 冲量 控制系统 也存在弊端 ， 双 不能及时 克
操作带 来不利 影 响。水 位过 高 ， 影 响 汽包 内 的 会
・
第１ ７卷第 １ 期 ４ 。 ２ １ 年 ２月 ０ ０１
宽厚板
ＷＩ ＤＥ ＡＮＤ ＨＥＡＶＹ ＰＬＡＴ Ｅ
Ｖ０．１ Ｎｏ １ １ ７． ．
Ｆ ｂｕｒ ２ １ ｅ ｒ ａｙ ０ １
锅 炉 汽 包水 位 控 制 系统 的研 究 与 应 用
刘 静
（ 阳钢铁有限责任公司） 舞 摘 要 锅炉是钢铁企业主要的热能生产设备 ， 而汽包水位又是锅炉运行 的重要指标之一 ， 本文主要介绍 锅炉 水位 蒸汽流量 给水流量 三冲量控制
Ａ Ⅱ７
及时加 以控制 ， 将有 可能使汽包 内的水 全部汽化 ；
尤其是 大型锅炉 ， 在汽包 内的停 留时 间极短 ， 水 从
而导致水 冷壁烧坏 ， 至引起爆 炸。 因此 ， 甚 必须对
汽包水 位进行严格 的控制 。
Ａ １ ，＝
（ ｍ ｘ ｍｉ） Ｚ ａ —Ｚ ｎ
（） １
厶 ， “
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。
用于控制锅炉水位的Fuzzy—PID控制算法的改进
水 蒸 汽 的 能 量转 换装 置 ， 炉 的 自动控 制 系统 主 要 是 对 锅 炉 生 产 的 主 锅 ． 数 规 推 要 被 控 参 量 进 行 自 动 控 制 ， 锅 炉保 持 在 良好 的 工 况 下 运 行 ， 中水 ３２ 模 糊 控 制 器 主 要 由模 糊 化 接 口 、 据 库 、 则 库 、 理 机 和 解 模 使 其 位 、 力 、 度 是 锅炉 运 行 质 量 的三 个 重要 指 标 。 汽 包 水 位 过 低 ， 压 温 由于 糊 化接 口等 ５部 分 组 成 。 二 维模 糊 控 制器 是 以偏 差 和偏 差 的变 化 率 作 为 输 入 变 量 的 ， 因此 汽 包 内 的 水 量较 少 ， 而负 荷 （ 汽 ） 却 很 大 ， 的 汽 化 速 度 又 快 ， 得 蒸 量 水 使
【 键 词 】 包水 位 ；Ｉ） 制 ； 糊 控 制 ； 糊 ＰＤ 控 制 关 汽 ＰＥ 控 模 模 Ｉ ＰＤ 控 制 器 的 数 学 模 型 如 下 式 所 示 ： Ｉ
１ 概 述
锅 炉 是 一 种 利用 燃 料 （ 如燃 煤 、 油 ） 的 化 学 能 将 水 加 热 并 产 生 燃 中
科技信息
０科教前沿 ０
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ ＹＩＦ Ｒ ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ Ｏ ＯＧ Ｏ ＭＡＴＯ Ｎ ＩＮ
２１ ０ １年
第 １期
用于控制锅炉水位的 Ｆ ｚｙＰＤ控制算法的改进 ｕｚ— Ｉ
（ 华 大学 北
【 摘
马 占辉 吉 林 吉林
１２ １ ） ３ ０ １
要 】 炉 水 位 系统 是 锅 炉 工 艺 流 程 中最 重要 的 环 节之 一 ， 用 控 制 理 论 对锅 炉 汽 包 水 位 系统 的 自动控 制 进 行 研 究 是 非 常 有 必要 的 。 锅 利
锅炉汽包水位的控制
摘要锅炉是电厂和化工厂里常见的生产设备，为了使锅炉能正常运行,必须维持锅炉的水位在一定的范围内，这就需要控制锅炉汽包的水位。
汽包水位很重要，水位过高会影响汽水分离的效果，使蒸汽带液,损坏汽轮机叶片；如果水位过低会损坏锅炉，甚至引起爆炸。
可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。
本论文设计的是锅炉汽包水位控制系统，利用控制装置和被控对象组成了一个自动控制系统。
被调量是汽包水位，调节量是给谁量。
它主要考虑汽包内部物料平衡，使给水量适应锅炉的挥发量，维持汽包中水位在工艺允许的范围内。
关键词：汽包水位虚假水位给水流量蒸汽流量目录摘要 (1)1 绪论 (3)1.1 锅炉 (3)1。
2 锅炉汽包水位控制系统的发展现状 (3)1。
3 汽包水位调节原理: (4)1.4 本设计的主要工作 (4)2 控制方案设计 (6)2.1 汽包水位的影响因素 (6)2.2 系统方框图 (6)3 硬件选型 (8)3。
1 水位PID控制系统 (8)3.2 PLC的选型 (8)3.3 PLC的I/O分配 (9)3.4 流程控制图 (10)3。
5 PLC程序 (11)4 PID参数整定 (16)4.1 运用试凑法选定PID参数 (16)4。
2 MATLAB仿真结果 (17)5 组态设计 (19)5。
1组态王对PLC的设备组态 (19)5。
2组态王定义数据变量 (19)5.3组态王界面 (19)总结 (21)参考文献 (22)致谢 (23)1 绪论1.1 锅炉锅炉由汽锅和炉子组成。
炉子是指燃烧设备,为化石烯料的化学能转换成热能提供必要的燃烧空间。
汽锅是为汽水循环和汽水吸热以及汽水分离提供必要的吸热和分离空间。
锅炉作为一种把煤、石油或天然气等化石燃料所储藏的化学能转换成水或水蒸气的热能的重要设备，长期以来在工业生产和居民生活中都扮演着极其重要的角色，它已经有二百多年的历史了，但是锅炉工业的迅猛发展却是近几十年的事情。
生产锅炉，主要用于为居民提供热水和供居民取暖。
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 :图3 蒸汽流量作用下水位阶跃响应曲线在蒸汽流量S 扰动作用下,水位的阶跃响应曲线如图3 所示。
大容量锅炉汽包水位的全程自动控制
口 张 奠基
０ ４ ８ ０ ０ ０）
（ 阳城 国际发电有限责任公 司 山西 ・ 晋城 摘
要： 介绍 大容量锅炉的水位全程 自动控制的必要性 ， 及 汽包 水位全程 自动控制的概念、 功能及其组成， 并详
细说 明各 组成部分控制过程。
关键 词 ： 锅 炉 水 位 自动控 制 中图分类号： Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献标识码 ： Ａ
但 是 由于 进 、 …汽 包 的Ｔ 质 流 量 不 ５ 衡， 最 终水 位 将 会 下 降 。 对增加， 汽 水 分 界 面 也会 相 应 提 高 ， 但 足 随着 锅 炉燃 烧 的增 强 ，
汽 包 的产 汽 量 大 于 进 水 流 量 ， 实 际水 位 将 足 呈 下 降 趋 势 的 。
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整 系 统 的 开环 增益 系数 。 时 为 了使 运 行 泉 跳 后 ，需 用 泵
的 踪状 态 。 ３给 水 启 调 阀 的控 制
同样 燃 料 量 突 增 时 ， 锅水的蒸发量增加， 水 面下 汽 泡 总 容 积 相 能 够 及 时 启动 并接 带 负 荷 ，必 须 保 证 嵛 用 状态 的泉 处 于 良好
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图 ２ 蒸汽量扰动 下的水位特性
根据锅炉原理可知， 影响水位的扰动量有多个， 主要有锅
炉 的蒸 发 量 、 给水量、 炉膛 热 负荷 等 ； 分别给ｊ Ｉ 『 【 上 三 种 量 阶
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跃扰动下 的
锅炉液位控制系统原理概述
锅炉液位控制系统原理概述
锅炉液位控制系统是一种用于监测和控制锅炉水位的自动化系统。
它的主要目
的是确保锅炉内的水位始终保持在安全范围内，以防止锅炉爆炸或者其他安全事故的发生。
液位控制系统通常由传感器、控制器和执行器等组成。
传感器用于测量锅炉的
液位，控制器根据传感器提供的信号进行逻辑判断和控制策略的制定，执行器则根据控制器的指令调整水位。
在液位控制系统中，常用的液位传感器有浮球式传感器和电极式传感器。
浮球
式传感器通过浮球的上升和下降来反映液位的高低，电极式传感器则是通过电极与液位之间的电阻变化来测量液位。
控制器是液位控制系统的核心部份，它接收传感器提供的液位信号，并根据预
设的控制策略进行判断和控制。
常见的控制策略有比例控制、积分控制和微分控制，通过调整这些参数可以实现液位的稳定控制。
执行器根据控制器的指令来调整液位。
常见的执行器有电动阀和泵。
电动阀通
过控制阀门的开度来调节进出水量，泵则通过控制水流的大小来调整液位。
除了传感器、控制器和执行器，液位控制系统还包括报警装置和安全保护装置。
报警装置用于监测液位异常情况并发出警报，安全保护装置则用于在液位超出安全范围时自动切断供水或者排水，以保证锅炉的安全运行。
总结起来，锅炉液位控制系统通过传感器测量液位，控制器制定控制策略，执
行器调整液位，报警装置和安全保护装置监测和保护锅炉的安全运行。
这种系统可以有效地控制锅炉的水位，确保锅炉的安全运行，减少事故的发生。
第二章+锅炉自动控制系统
串级三冲量给水控制系统图
燃烧率阶跃扰动下的水位响应曲线
在燃烧率Q阶跃变化时，水位的响应曲线如图2-8所示。水位变化的动态特 性用下列传递函数表示：
GHQ ( s)
——为迟延时间（s）。
H (s) K [ ]e s Q( s ) (1 Ts)2 s
上式与蒸汽流量的扰动影响下的传递函数相类似，但增加了一个纯迟延环节。
(4) 根据运行中汽包“虚假水位”现象的 情况。设定蒸汽流量信号强度系数 D 。如“虚假水位”现象严重，可适当加强蒸 汽流量信号，例如可使蒸汽流量信号强度为 给水流量信号强度的1～3倍。但若因此需要 减小给水流量信号强度，则需要重新修正主、 副调节器的整定参数。 (5) 进行机组负荷扰动试验，要求同单级三 冲量系统。
1） 串级三冲量给水控制系统的组成为： (1) 给水流量W、给水流量变送器 rw 和给水流量反馈装置 aw 、副调节器PI2、 执行机构 K Z 、调节阀 K 组成的内回路（或称副回路）。
(2) 由水位控制对象 W01 s 、水位变送器 rH 、主调节器PI1和内回路组成 的外回路（或称主回路）。 (3) 由蒸汽流量信号D及蒸汽流量测量装置 rD 、蒸汽流量前馈装置
本章主要学习模拟量控制系统中锅炉部分的各主要子控制系统：给水控制系统、气 温控制系统和燃烧控制系统。
一、 模拟量闭环控制系统（MCS）
主要包括以下子系统： 1．锅炉给水控制系统 锅炉给水控制系统是调节锅炉的给水量以适应机组负荷（蒸汽量）的变化， 保持汽包水位稳定（对于汽包锅炉）或保持在不同锅炉负荷下的最佳燃水 比（对于直流锅炉） 2．汽温控制系统 汽温控制的质量直接影响到机组的安全与经济运行。它包括主蒸汽温度控制和 再热蒸汽温度控制 （过热气温调节：喷减温水；再热气温调节：烟气挡板位置）
基于单片机的锅炉自动控制系统
基于单片机的锅炉自动控制系统范子阳机教011班摘要：本文介绍一种新型单片机控制的锅炉采暖自动系统的组成，工作原理及特点。
对改造旧锅炉，提高自动化水平提供了一种有效的方法。
关键字：锅炉；自动控制系统；单片机Abstract：Automatic control system is important guarantee for run of boiler . The composition and work principle and characteristics of thermal auto-regulating system for boiler are introduced in paper which offers an effective method for modification on old boiler and for heat efficiency and coal saving.Keywords:boiler；auto-regulating system；single board computer.1 引言热水锅炉是目前广泛应用于居民住宅采暖的供热设备之一。
供热系统示意图如图１所示。
其工作原理是，热水锅炉将水进行加热，当水温达到要求时，启动循环水泵将供热管道的水进行加压循环，从而使住宅内的散热器升温达到采暖的目的。
图 1 供热系统示意图在供热期间，由于供热管道有一定的水量损失，为保证供热质量，必须通过补水泵对锅炉进行补水。
补水的原则是：在设备和管道承压能力下保证系统水不汽化。
传统的热水锅炉供热系统中，循环泵的启动和停止有由人工操作，而补水泵是由安装在回水管上的电接点压力表控制的。
通过电接点压力表设定的回水管补水压力的上下限值，来控制补水泵的停止和工作。
其中压力上限值应不大于管道和锅炉所承受的最大压力，压力下限值应保证系统水不汽化。
这种补水控制有如下缺点：（１）补水泵频繁启动和停止。
基于MATLAB的锅炉水位控制系统设计和分析
摘要锅炉是化工、炼油、发电、造纸和制糖等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。
锅炉往往成了不少工厂不可或缺的一部分。
因而，对锅炉设备中的自动控制系统进行分析研究是必要的。
锅炉是工业生产过程中重要的动力设备。
锅炉水位控制系统是锅炉生产控制系统中重要的环节，对锅炉生产操作如果不合理往往会引起事故。
这些事故中大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性；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。
汽包水位的控制大多采用PID控制方式，PID控制器参数的整定是在获取对象数学模型的基础上，根据某一整定规则来确定的，能进行在线调整，以适应锅炉汽包水位这样一个复杂多变的控制系统。
本文应用控制技术，设计了一种三冲量PID控制器，对锅炉汽包水位进行控制，实现了锅炉汽包水位的自动调节。
并利用 MATLAB对控制系统进行仿真；结果表明，PID 控制技术响应速度快、精度高，同时对虚假水位有较好的控制效果。
关键词：PID控制；MATLAB；仿真；锅炉汽包水位AbstractThe boiler is absolutely necessary significant power plant of industry productions process such as the chemical industry,heat edible oil,generation of electrical energy,pap ermaking and refines sugar and so on .As a result,it is indispensable systematically to analyze research to the automatic control in the boiler installation.The boiler is the Power Plant that the whole factory,.Segment that the boiler wate r level control system is the most significant in the boiler.To boiler production operati on,if unreasonable will often cause the accident. The majority of these accidents are b oiler water monitor causing improper, obviously the importance of boiler drum water l evel control in the Boiler device control system.Drum water level is too high or too l ow,the consequences are very serious,so the water level must be tightly controlled.The traditional control mode of the drum water level mostly uses PID.PID tunin g parameters to obtain the object is based on the mathematical model,based on a tuni ng rules to determine,on-line can be adjusted to suit the boiler drum level control suc h a complex system.In this paper,control technology,the design of a three impulse PID on boiler drum level control to achieve the automatic adjustment of boiler feed water.And control syst ems using MATLAB simulating;results show,PID technology,fast response,high accuracy, while false water level has good control effect.Keyword:PID;MATLA;boiler feed water;simulating目录1 绪论 01.1 课题背景 01.2 锅炉控制系统 (1)1.2.1 锅炉概述 (1)1.2.2 锅炉控制系统的分类 (2)1.2.3 给水调节的任务 (2)1.3 控制方法的分类 (3)1.4 自动控制方法的发展及现状 (4)1.5 控制方法存在的问题和解决方向 (4)1.6 本文研究的目的和意义 (4)2 PID控制算法的理论基础 (6)2.1 PID控制器发展及应用 (6)2.2 PID控制器的结构 (6)2.3 PID控制器的分类 (8)2.4 PID控制的优缺点 (9)2.5 智能整定 PID 参数 (10)3 MATLAB仿真简介 (12)3.1 仿真环境简介 (12)3.2 MATLAB的新特点 (13)3.3 MATLAB7使用 (13)3.3.1 MATLAB7的安装 (13)3.3.2 MATLAB的编程环境 (14)3.4 MATLAB的仿真实例 (17)3.4.1 MATLAB仿真实例一 (17)3.4.2 MATLAB仿真实例2 (18)3.5 PID 控制器的MATLAB仿真 (19)3.5.1 系统仿真模型的建立 (19)3.5.2 PID控制系统的模型图 (19)4 锅炉汽包水位的动态设计 (23)4.1 锅炉设备的控制 (23)4.1.1 锅炉设备的主要控制要求 (23)4.1.2 锅炉控制的主要控制系统 (23)4.2 工业锅炉汽包水位控制系统 (24)4.2.1 锅炉汽包水位的结构图 (24)4.3 汽包水位在扰动作用下的动态特性 (26)4.3.1 汽包水位在给水扰动作用下的动态特性 (26)4.3.2 汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性 (27)4.4 汽包水位的控制方法 (29)4.4.1 单冲量控制 (29)4.4.2 双冲量控制 (30)4.4.3 三冲量控制 (30)4.5 串级控制简介 (30)4.5.1 串级控制系统的结构 (30)4.5.2 串级控制系统的特点 (31)4.5.3 串级控制系统的设计 (31)5 控制方案 (34)5.1 硬件选型 (34)5.1.1 PLC及相关模块选型 (34)5.1.2 变频器的选型 (34)5.1.3 水位变频器的选型 (35)5.1.4 流量传感器的选型 (36)5.1.5 变压器的选型 (36)5.1.6 汽包水位控制系统的流程图 (37)5.2 串级控制系统参数的整定 (37)5.3 三冲量控制系统的参数整定 (38)5.3.1 汽包水位控制系统的参数整定 (38)5.3.2 副回路参数整定 (39)5.3.3 主回路参数整定 (40)5.4 三冲量控制系统仿真分析 (42)6 MATLAB仿真程序设计 (44)6.1 三冲量控制系统（采用串级控制）仿真程序 (44)6.2 仿真结果 (46)6.3 主回路MATLAB仿真程序（PID控制） (47)结论 (49)致谢 (50)参考文献 (51)附录A 英文文献 (52)附录B 中文文献 (60)1 绪论1.1 课题背景锅炉是我国工业生产和生活上应用面最广、数量最多的热力设备，是化工、炼油、发电、造纸和制糖等工业生产过程必不可少的重要动力设备。
锅炉汽包水位调整与控制
二、汽包水位调节原则
4、正常运行中两台汽动给水泵运行、电泵备用；两 台汽动给水泵转速应尽可能一致，负荷平衡。正常 情况下汽包水位调节由自动装置完成。运行人员加 强水位监视。 5、汽包水位自动调节以差压水位计为基准。 6、正常运行中监视汽包水位以就地双色水位计为准。 正常情况下应清晰可见，且轻微波动。否则应及时 冲洗或联系检修处理。运行中至少有两只指示正确 的低位水位计供监视、调节水位。每班就地对照水 位不少于一次，就地双色水位计指示与其它水位计Fra bibliotek差值≯30mm.
（二）燃烧工况的变化对汽包水位的影响
燃烧工况的改变对水位的影响也很大。在外界负 荷及给水量不变的情况下，当炉内燃料量突然增 加时，炉内放热量增加使锅水吸热量增加，汽泡 增多，体积膨胀，而使水位暂时升高。又由于产 生的蒸汽量不断增加，使汽压上升，饱和温度也 相应地提高了，锅水中汽泡数量又随之减少，又 导致水位下降。此时，对于单元机组，由于汽压 上升使蒸汽做功能力上升，在外界负荷不变的情 况下，汽轮机调节汽门将关小，进汽量减少，而 此时因锅炉的蒸发量减少而给水流量没有变化， 故汽包水位上升。反之，汽包水位变化情况与上 述相反。因此水位波动的大小，取决于燃烧工况 改变的强烈程度以及运行调节的及时性。
1、当电负荷缓慢增加，主蒸汽流量增加，主蒸汽压力下 降、水位降低时，应根据情况适当增加给水流量，使之与 主蒸汽流量相适应，保持水位正常。 2、当电负荷缓慢降低时，主蒸汽流量降低，主蒸汽压力 升高，水位将升高，应根据情况适当减小给水流量。使之 与主蒸汽流量相适应，保持汽包水位正常。 3、当电负荷急剧增加，主蒸汽流量增加，主蒸汽压力下 降，此时汽包水位先上升，但很快会下降，切不可过多减 少给水流量，待水位即将有下降趋势时立即增加给水流量。 使之与主蒸汽流量相适应，保持汽包水位正常 4、当电负荷急剧降低，主蒸汽流量下降，主蒸汽压力升 高，此时汽包水位先降低，但很快会上升，切不可过多增 加给水流量，待水位即将有上升趋势时立即减小给水流量。 使之与主蒸汽流量相适应，保持汽包水位正常。
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..。
三冲量锅炉汽包水位控制系统设计
前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，其中，汽包锅炉给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制，在不需要操作人员干预的情况下，可以很好的完成生产过程中的给水及水位控制，大大提高了生产效率。
汽包锅炉给水控制系统的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中水位保持在一定的范围内。
只有保证汽包水位的波动在允许范围内，才能实现机组安全经济运行。
因此，汽包水位是影响整个机组安全经济运行的重要因素，所以就要有一套较好的控制方案，来实现汽包水位的控制。
从传统的控制方式来看，它们要么系统结构简单成本低，却不能有效的控制锅炉汽包“虚假水位”现象，要么能够在一定程度上控制“虚假现象”，系统却过于复杂，成本投入过大。
目前工业控制急需一种系统简单，并且能够控制“虚假水位”，具有高性价比的控制系统。
汽包锅炉的给水调节系统有三种基本结构：单冲量调节系统结构、双冲量调节系统结构、串级三冲量调节系统结构。
低负荷阶段，由于疏水和锅炉排污等因素的影响，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，很难采用三冲量调节方式，一般均采用单冲量调节方式。
负荷达到一定值以上时，疏水和排污阀逐渐关闭，汽、水趋于平衡，流量逐渐增大，测量误差逐渐减小，这时原则上可采用三冲量调节方式。
但由于单级三冲量调节系统要求蒸汽流量和给水流量信号在稳态时必须相等，否则汽包水位存在静态偏差，而且由于测量装置及变送器的误差等因素的影响，实际上现场这两个信号在稳态时，经常难以做到完全相等，而且单级三冲量调节系统一个调节器参数整定需兼顾的因素多。
因此单级三冲量事实上一般也难以采用。
串级三冲量调节方式，采用主、副两个调节器。
两调节器任务分工明确，整定相对容易，而且不要求稳态时给水流量信号与蒸汽流量信号完全相等，易于得到较好的调节品质，因此现场多采用此控制方式。
在串级控制系统中，参数的整定也是非常重要的，由于在系统中所设计的对象是确定的，所以只有对调节器进行整定，控制系统的参数整定有理论计算方法和工程整定方法，理论计算方法是基于一定的性能指标，结合组成系统各环节的动态特征，通过理论计算求得调节器的动态参数设定值；而工程整定法，则是源于理论分析，结合实验、工程实际经验等一套工程上的方法，其具体方法将在本设计中体现。
锅炉自动化说明
锅炉自动化说明一、引言锅炉是工业生产中广泛使用的热能设备，为了提高锅炉的运行效率和安全性，采用自动化控制系统对锅炉进行控制和监测是必要的。
本文将详细介绍锅炉自动化的原理、功能和应用。
二、原理锅炉自动化控制系统基于现代控制理论和技术，通过采集锅炉运行状态的参数，经过处理和判断，自动调节锅炉的燃烧、供水、排烟等参数，以实现锅炉的稳定运行和能量的高效利用。
三、功能1. 自动点火功能：锅炉自动化控制系统能够根据设定的启动条件，自动点火并控制燃烧过程，确保锅炉的安全启动。
2. 温度控制功能：通过传感器实时监测锅炉的温度，自动调节燃烧器的工作状态，保持锅炉的温度在设定范围内稳定运行。
3. 压力控制功能：锅炉自动化控制系统能够监测锅炉的压力变化，并根据设定的压力范围自动调整供水量，以维持锅炉的正常工作压力。
4. 水位控制功能：通过水位传感器实时监测锅炉的水位，自动控制给水泵的启停，以保持锅炉水位在安全范围内。
5. 排烟控制功能：锅炉自动化控制系统能够监测锅炉的排烟温度和排烟氧含量，自动调整燃烧器的工作状态，以保持锅炉的燃烧效率和排放标准。
6. 报警和故障诊断功能：锅炉自动化控制系统能够实时监测锅炉的运行状态，一旦发生异常情况，系统会及时报警并提供故障诊断信息，方便维修人员进行故障排除。
四、应用锅炉自动化控制系统广泛应用于工业生产中的各类锅炉，如电厂锅炉、化工厂锅炉、纺织厂锅炉等。
通过自动化控制，锅炉的运行效率得到提高，能源消耗减少，同时也提高了生产安全性和稳定性。
五、总结锅炉自动化控制系统是现代工业生产中不可或者缺的重要设备，它通过自动调节锅炉的燃烧、供水、排烟等参数，实现锅炉的稳定运行和能量的高效利用。
该系统具备自动点火、温度控制、压力控制、水位控制、排烟控制、报警和故障诊断等功能，广泛应用于各类工业锅炉中。
通过锅炉自动化控制系统的应用，可以提高锅炉的运行效率和安全性，减少能源消耗，同时也提高了生产的稳定性和可靠性。
锅炉水位操纵
1可编程序操纵器简介和进展趋势什么是可编程序操纵器(PLC)可编程操纵器，英文称Programmable Controller,简称PC。
可是由于PC容易和个人运算机（Personal Computer）混淆，故人们仍适应的用PLC 作为可编程操纵器的缩写。
它是一个以微处置器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采纳可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序操纵、按时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，操纵各类类型的机械或生产进程。
PLC是微机技术与传统的继电器操纵技术相结合的产物，它克服了继电接触操纵系统中的机械触点的接线复杂、靠得住性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处置器的优势，又照顾到现场电气操作维修人员的技术与适应，专门是PLC的程序编制，不需要专门的运算机编程语言知识，而是采纳了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，利用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。
用户在购买到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
可编程序操纵器（PLC）是一种在工业中被普遍应用的自动操纵元件。
但是PLC应用与编程人材欠缺已经成为制约我国自动操纵领域进展的瓶颈。
通过学习PLC可编程操纵器程序设计使学员把握可编程序操纵器的工作原理和PLC操纵系统硬件软件的设计方式，可编写复杂的PLC程序，为从事PLC操纵系统的设计、调试和改造工作打下基础。
1. 2 PLC的进展和特点随着现代工业设备自动化，愈来愈多的工厂设备将采纳PLC人\机介面等自动化器件来操纵，因此设备自动化程度愈来愈高。
对设备的保护人员的技术要求愈来愈严格。
PLC作为工控机的一员,在要紧工业国家中成为自动化系统的大体电控装置。
它具有操纵方便、靠得住性高、容易把握、体积小、价钱适宜等特点。
锅炉的二次运行原理
锅炉的二次运行原理锅炉的二次运行原理是指锅炉产生高温热水或蒸汽后，通过一系列的热交换和输送工艺，将热能传递给用户的供热系统，以满足用户的采暖、供热及生活热水等需求。
锅炉的二次运行原理主要包括锅炉系统、热交换工艺和调节控制系统三个方面。
锅炉系统是锅炉二次运行的基础，它由供水系统、汽水系统、蒸汽系统、烟气系统等组成。
供水系统主要包括给水泵、补水装置、锅炉水位控制等设备，其作用是将锅炉所需的给水输送到锅炉内，维持锅炉水位的稳定。
汽水系统是指在锅炉内同时进行汽化和水循环的系统，其主要设备有汽水分离器、再热器、过热器等，通过对汽水的处理，实现蒸汽的干燥和水循环的高效率。
蒸汽系统是指将蒸汽输送到用户处的系统，主要包括干燥器、分离器和蒸汽管路等，通过对蒸汽的加工和输送，实现对用户的供热需求。
烟气系统是指将燃烧产生的烟气排出锅炉外的系统，主要由引风机、除尘器和烟气管道等组成，通过对烟气进行处理，减少对环境的污染。
热交换工艺是锅炉二次运行的核心部分，主要包括燃烧过程、传热过程和传质过程。
燃烧过程是指将燃料在锅炉内燃烧，释放出的热量通过辐射、对流和传导等方式传递给热交换介质的过程。
燃烧过程的效率直接影响锅炉的热效率和环境污染程度。
传热过程是指热量从燃烧产生的烟气传递给水或蒸汽的过程，主要由辐射传热、对流传热和传导传热三种途径组成。
辐射传热是指热量通过辐射波长传递，对流传热是指热量通过流体传递，传导传热是指热量通过物体内部的传导传递。
传质过程是指气体和液体之间物质的传递过程，主要包括水循环过程和烟气中水分的传质过程，这些过程对锅炉的热效率和可靠性有重要影响。
调节控制系统是锅炉二次运行的重要组成部分，主要包括平衡调节、安全保护和自动控制三个方面。
平衡调节是指通过对供热系统中水、气、电等参数进行调节，使供热系统各部分达到相对平衡的状态，保证整个系统的正常运行。
安全保护是指通过安全阀、超温保护器、水位保护器等设备，对锅炉运行过程中的异常情况进行监测和保护，以确保锅炉和运行人员的安全。
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汽化锅炉水位全自动控制系统
本文结合国内各钢厂汽化冷却系统的实际应用，阐述在炼钢转炉生产中自动上水系统的控制过程。
标签：汽包水位三冲量单冲量
汽化锅炉是炼钢工业生产的重要动力能源设备。
在汽化锅炉的正常运行中，汽包水位值是它最重要的工艺参数指标。
随着现代工艺的不断改进提高，对汽化锅炉而言，允许的汽包水位波动范围也随之减小，将液位控制在一定范围内是保证汽化锅炉安全、正常运行及蒸汽质量的必要条件，同时也是转炉炼钢工业正常生产的首要条件。
理论概述：现在在国内炼钢工业的汽化冷却水位控制，一般都采用三冲量控制方式。
转炉汽化锅炉可采用工艺时序与单冲量与三冲量交叉控制的方式来对汽化锅炉液位进行全自动调节。
即当转炉停止吹炼时，采用单冲量的控制方式进行对锅炉水位的调节。
在转炉开始吹炼一定时间后，采用三冲量的控制方式进行对锅炉水位的调节（如图1所示）。
由于转炉是间歇生产，所以汽化锅炉产生的蒸汽也是断续的，热负荷波动极大，汽包水位急剧变化，系统操作时间短。
因此对对汽化锅炉来讲，必须是汽化锅炉给水根上其负荷的变化，如果给水量跟不上负荷的变化，就会造成设备烧损，严重时会引起爆炸事故，如果给水量太大，会使汽包水位过高，造成蒸汽带水，影响蒸汽质量。
转炉汽化锅炉液位控制，采用工艺时序与单冲量与三冲量交叉控制的方式可以保证在转炉冶炼过程中锅炉液位的稳定。
应用：我们可以根据转炉冶炼过程将汽化锅炉运行分为六个阶段，即未吹炼阶段、吹炼开始过程、补水过程、产汽过程、停吹初期过程、停止吹炼过程。
并且在整个的补水过程中，除氧水箱均保持自动上水状态，即根据除氧水箱和软水箱水位的高低来确定软水泵的启/停，将除氧水箱水位控制在正常的范围内。
在未吹炼过程，要采用单冲量控制的方式给汽包补水。
单冲量调节是只采集汽包的水位一个量作为DCS或PLC 中PID调节器的输入值，再通过PID运算后得到的值作为DCS或PLC的输出值，作用于给水调节阀（如图2所示）。
使给水调节阀作出相应的动作，补水完成后锅炉水位和锅炉压力是稳定的，也没有蒸汽的外送，这个过程给锅炉给水流量及锅炉蒸汽流量均为零。
吹炼开始过程，转炉吹氧点火后，随着热负荷不断增加，使锅炉汽包内水中的气泡量增大，此时锅炉汽包水位将会迅速上升，形成假水位。
为了避免假水位过高，要使DCS或PID调节的水位设定值稳定，避免上水调节阀打开。
补水过程，这时汽包中的假水位已经下降，产汽量增加，用水量也随之增加。
这时要给汽包补水。
如果此时的DCS或PID调节的水位设定值不变的话，那么锅炉的给水调节阀开启的就相对滞后一段时间，所以这时一定要提高锅炉水位的给定值。
也就是说，我们通过DCS或PLC采集信号，当吹炼开始后由DCS或PLC进行计时，在一定时间后由DCS或PLC自动提高PID调节的水位给定值，同时也要投入三冲量自动调节程序。
三冲量调节是根据汽包水位、汽包出口蒸汽流量、汽
包给水流量这三个量进行调节（如图3所示）。
在这三个量中，其中把锅炉出口蒸汽流量信号为负信号，锅炉水位和锅炉给水流量信号均为正信号，PID起正作用。
这三个信号在DCS或PLC中进行叠加运算形成一个正确输出后与锅炉液位的给定值相比较，然后将输出控制信号调节给水量的大小。
当给水流量减少或是汽包液位减少时，相当于DCS或PLC的输出信号减小，就会使信号小于汽包液位的给定值，使给水量增大，给锅炉补水。
当锅炉出口蒸汽流量增大时，由于它是负信号，所以DCS或PLC的输出也会减小，同样也会使给水量增大。
但在补水过程一般蒸汽用量较小，所以锅炉出口蒸汽流量一般也很小，DCS或PLC的输出信号会增大，给水調节阀不会动作。
产汽过程，这时蒸汽用量会快速增大，给水调节阀会自动打开进行锅炉的自动补水，水位——给水流量——蒸汽流量三冲量串级调节完全构成。
停吹初期过程，转炉停止吹炼后，锅炉热负荷及蒸汽用量会快速减少，给水调节阀会接到DCS或PLC给的减小的输出信号，会关闭给水调节阀停止向锅炉补水。
停止吹炼过程，此时由于锅炉对外供汽，会使锅炉内压力减小，汽包内的水会在压力减小的过程中汽化使锅炉液位降低。
DCS或PLC也会接到停止吹炼的连锁信号，控制方式会自动转成单冲量调节过程，降低水位设定值，使调节阀做出相应的动作，给汽包补水。
在实际水位预设定水位相等时，给水调节阀自动关闭，补水完成，周期结束。
全自动补水过程趋势图如图4所示。
在整个过程中必须注意汽包内的压力波动，在产气阶段汽包很有可能通过放散阀放散，由于切断阀只有两个状态，会直接影响汽包压力的稳定，这样会直接导致蒸汽流量猜测的不准确，对流量的温压补偿后的计算值影响极大。
所以一般应采用气动调节阀，调节阀根据汽包压力检测值，采用PID调节可以保证汽包在产气阶段的压力稳定。
结束语：汽化锅炉水位全自动控制系统是一种新型的调节控制方式，可以排除干扰信号，消除虚假水位对给水调节阀的影响，避免了锅炉亏水所造成的事故，提高了蒸汽质量，节省了水资源。
由此可见，这种调节系统会对转炉汽化冷却系统起到重要的作用。