组态王水位控制

汽包水位控制设计

1. 工艺流程：

除氧水通过给水泵进入给水调节阀，通过给水调节阀进入省煤器，冷水在经过省煤器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成温水进入汽包，在汽包内加热至沸腾产生蒸汽，为了保证有最大的蒸发面因此水位要保持在锅炉上汽包的中线位置，蒸汽通过主蒸汽阀输出。

空气经过鼓风机进入空气预热器，在经过空气预热器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成热空气进入炉膛。煤经过煤斗落在炉排上，在炉排的缓慢转动下煤进入炉膛被前面的火点燃，在燃烧过程中发出热量加热汽包中的水，同时产生热烟气。

在引风机的抽吸作用下经过省煤气和空气预热器，把预热传导给进入锅炉的水和空气。通过这种方式使锅炉的热能得到节约。降温后的烟气经过除尘器除尘，去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出。

图2-1工业锅炉工艺流程

2. 系统设计任务

该系统通过PID控制调节电子调节阀的开度，以使锅炉汽包液位按给定值变化。且当系统干扰变化时，液位能最终稳定在给定值。

该液位监控系统由水箱控制对象系统、I/O 接口板、计算机和组态王软件组成。

根据题目要求，详细分析液位监控系统的设计要求，并进行软硬件的总体设计。在完成总体设计后，进行硬件的详细设计，利用组态王软件完成锅炉液位监控系统的设计工作。同时进行控制软件的流程设计和编制工作，并用仿真PLC 完成控制软件的仿真调试工作。

根据汽包锅炉给水系统动态特性，我们可以确定给水控制的一些基本思想。（1）由于对象的内扰动特性存在一定延迟和惯性，若采用以水位为被调量的单回路系统，则控制中水位会出现较大的偏差，所以我们设计采用串级控制方案。由于对象在蒸汽内负荷扰动时，有“虚假水位”的现象，若采用单回路系统，则在扰动的初始阶段，调节器将给水流量变化相反的方向，从而夸大了锅炉进、出流量的不平衡。

所以我们采用串级前馈控制，串级控制系统和单回路系统相比控制效果更稳定，响应速度更快，进度高，前馈控制可以改善给水控制系统的控制品质。

（2）锅炉的给水系统，汽包液位的动态特性似乎与单容水槽一样，但是实际情况却要复杂的多。其中最突出的一点就是水循环系统中充满了夹带着大量的蒸汽气泡的水，而蒸汽气泡的总体积是随着气泡压力和炉膛热负荷的变化而改变的。如果有某种原因使蒸汽泡的总体积改变了，即使水循环系统中的总水量没有变化，汽包水位也会随之发生改变。

于是，我们采用电厂锅炉汽包水位控制常用的单级三冲量给水控制系统。

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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。综上所述，本系统应选用水位串级控制。主回路用于直接控制水位，主调节器一般都采用比例积分动作，维持水位不变。副回路是流量系统，副调节器可以用比例或比例积分动作。结合题意设计系统框图如下：

Gp(s)

Kw

Kh

其中，Hr――水位设定值

W ——给水量

H - 水位值

Gc1 (s)――主控制器

Gc2 (s) 副控制器

Gp (s)――被控对象传递函数

Kd ――蒸汽流量检测变送器放大倍数

Kw ――给水流量检测变送器放大倍数

Kh ――水位检测仪表放大倍数

4.在组态王内部是以I/O变量来存储外部信号的状态和数值的，必须把这些不同的变量与外部信号之间的对应关系做出明确的定义，才能够正确的设计出控制程序。对于锅炉液位控制系统，有两个摸拟信号需要输入到计算机：锅炉液位。工业控制机有一个模拟信号需要输出到电动调节阀。

输入信号：(1)汽包液位

(2)流量

输出信号：调节阀的动作

其中汽包液位和流量可以为模拟量，调节阀的动作是开关量。

3、计算机控制系统设计

1、硬件

DCS空制系统（体系结构）

组成：监控层——操作员站、工程师站

控制层——IPC+过程通道（ADAM50Q0

现场层——现场设备（传感器、变送、执行器）——（模拟信号、开关信号）硬件选型

列表说明：

气动调节阀型号厂家输入型号行程作用

分配IO 点，例如

L1,水箱液位，4-20mA 0-10m,备注

（1 ）传送器选型由于该设计的目的是控制气泡水位平衡，而整个控制系统的基础为水位的精确测量，只有水位的测量精确，才能使整个系统的稳定性更好，控制质量更高。合理的选择水位传感器是整个控制系统的关键。已知汽泡水位应该控制在80cm，根据过程控制仪表选择原则：所选传送器的最大量程应为：0到160cm而且汽泡水位应该控制在80cm左右，因此所选传感器精度应该高于0.5%FS,因此满足该测量精度才可以满足要求。

再者液位变送器的选择还要考虑到其灵敏度，其对信号的反应速度要足够快，因为这样可以提高系统的工作效率，使系统能够快速的调节，扰动的影响，增强系统的调节作用，是系统更稳定。

采用型号为：CYB3 1—I I 系列变送器其主要参数为：

量程：0〜100cm （水位高度）

精确度：± 0.5%FS

输出信号：4〜20mA （二线制）0〜5V,1〜5V,0〜10V（三线制）供电电压：24V （12〜36V）

负载电阻：R= （U-12.5 ）/ 0.02-R D

防护等级：IP67

响应时间：w 1ms

使用时可使用24V直流电源供电以保证传感器的正常工作。

（2）执行器选型

此系统的执行器选择控制阀，因为它可以直接改变给水量，反应时间短，有利于系统控制品质的改善，它是控制系统一个非常重要的环节，它接收控制器的输出信号，