锅炉汽包水位控制系统的设计

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..................... - 6 -

2.2.1 液位控制系统的方框图.................................. - 6 -

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