锅炉汽包液位课程设计

天津城建大学

课程设计任务书

2013 -2014学年第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 2014 年 6 月 20 日至 2014 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

t/min 0 2 4 6 8 10 12

θ270.0 270.0 267.0 264.7 262.7 261.0 259.5

/o C

t/min 14 16 18 20 22 24 26

θ258.4 257.8 257.0 256.5 256.0 255.7 255.4

/o C

t/min 28 30 32 34 36 38 40

θ255.2 255.1 255.0 255.0 255.0 255.0 255.0

/o C

δ≤的无差控制系统。具体要求如下：

试根据实验数据设计一个超调量25%

p

（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，2004

[2]邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000

[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，目前，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全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。

锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常危险的，这是因为水位过低，就会影响自然循环的正常进行，严重时会使个别上水管形成自由水面，产生流动停滞，致使金属管壁局部过热而爆管。无论满水或缺水都会造成事故，因此，必须严格控制水位在规定范围之内。

维持汽包水位在给定范围内是保证锅护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上的结垢。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，因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切的要求。

汽包水位的控制是锅炉控制的一个难点，目前，对汽包水位控制大多采用常规PID控制方式，传统的常规PID控制方式是根据控制对象的数学模型建立，由于锅炉水位系统存在非线性、不确定性时滞和负荷干扰、非最小相位特征等，其精确的数学模型往往无法获得而且常规PID控制的参数是固定不变的，难以适应各种扰动及对象变化，其控制效果往往难以满足要求，控制效果不理想。

关键词：冲量，汽包水位控制，PID控制，仿真

目录

1、绪论 (1)

1.1锅炉的工作过程简介 (1)

1.2锅炉汽包水位自动控制的意义 (2)

1.3 锅炉液位控制的难点 (2)

2、汽包锅炉水位控制系统的设计 (2)

2.1概述 (2)

2.2单冲量控制系统 (3)

2.3双冲量控制系统 (4)

2.4三冲量控制系统 (4)

2.4.1单级三冲量控制系统 (4)

2.4.2串级三冲量控制系统 (5)

3、锅炉汽包水位的动态特性的数学建模 (6)

3.1给水流量作用下的动态特性 (6)

3.2 蒸汽流量扰动下的动态特性 (8)

3.3 根据所给数据进行曲线拟合 (8)

3.3.1相关MATLAB程序及结果 (8)

3.3.2控制变量的确定 (9)

3.4串级三冲量的框图 (10)

4、硬件选择 (11)

4.1流量传感器选择 (11)

4.2水位传感器选择 (11)

4.3电机的选择 (11)

4.4接触器的选择 (12)

4.5阀的开闭选择形式 (12)

5、PID参数的整定和SIMULINK仿真 (12)

5.1串级三冲量仿真电路图的搭建 (12)

5.2串级三冲量PID参数的整定 (13)

5.3仿真分析 (15)

总结 (15)

参考文献 (16)