模拟汽包水位控制系统
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。
汽包水位及其控制系统
汽包水位是锅炉及其控制系统中最重要的参数之一，双室平衡容器在其中充当着不可或缺的重要角色。
但是由于一些用户对于双室平衡容器及其测量补尝等方面缺少全面的必要的了解或者疏漏，致使应用中时有错误发生，甚至形成安全隐患。
例如胜利油田胜利发电厂一期工程，该工程投入运行早期其汽包水位测量系统的误差竟达70～90mm，特殊情况下误差将会更大（曾因此造成汽包满水停机事故）。
迄今为止，据不完全了解，目前仍有个别用户存在一些类似的问题或者其它问题。
汽包水位是涉及机组安全与和运行的重要参数和指标，因此不允许任何人为的误差。
为使用户能够更好地掌握双室平衡容器在汽包水位测量中的应用。
3.双室平衡容器的工作原理3.1.简介双室平衡容器是一种结构巧妙，具有一定自我补偿能力的汽包水位测量装置。
它的主要结构如图1所示。
在基准杯的上方有一个圆环形漏斗结构将整个双室平衡容器分隔成上下两个部分，为了区别于单室平衡容器，故称为双室平衡容器。
为便于介绍，这里结合各主要部分的功能特点，将它们分别命名为凝汽室、基准杯、溢流室和连通器，另外文中把双室平衡容器汽包水位测量装置简称为容器。
3.2.凝汽室理想状态下，来自汽包的饱和水蒸汽经过这里时释放掉汽化潜热，形成饱和的凝结水供给基准杯及后续环节使用。
3.3.基准杯它的作用是收集来自凝汽室的凝结水，并将凝结水产生的压力导出容器，传向差压测量仪表——差压变送器（后文简称变送器）的正压侧。
基准杯的容积是有限的，当凝结水充满后则溢出流向溢流室。
由于基准杯的杯口高度是固定的，故而称为基准杯。
3.4.溢流室溢流室占据了容器的大部分空间，它的主要功能是收集基准杯溢出的凝结水，并将凝结水排入锅炉下降管，在流动过程中为整个容器进行加热和蓄热，确保与汽包中的温度达到一致。
正常情况下，由于锅炉下降管中流体的动力作用，溢流室中基本上没有积水或少量的积水。
3.5.连通器倒T字形连通器，其水平部分一端接入汽包，另一端接入变送器的负压侧。
汽包水位串级控制系统设计
差 ， 取 即
。
２、串级控制系统设计
串级控制是改善控制系统品质的有效方法之一 ， 在工业过程控 制中应用很广泛 。 串级系统在结构上形成两个 闭环 。 串级系统的计 算 顺序 是 先 主环 后 副 环 。 环 在 控 制 过 程 中起 着 “ 调 ” 用 ， 环 副 粗 作 主 用来完成 “ 细调” 的任务 ， 以最终保证被调量满足工艺要求 。 串级控 制系统如 图１ １ 示。 －所
本文 汽包 水位 控制 系统 采用 三冲 量Ｐ Ｄ串级 控 制系统 如 图 Ｉ １２ — Ｎ示 。 一般 串级 系统 不 同的 是引入 了蒸汽流量 作为静态 前 与 馈信 号 ， 是一个 带有 静态 前馈的 串级控 制系统 。 串级系 统 比三冲 量 系 统 多 用 了 一 个 调 节 器 ， 它 对 信 号 的 静 态 配 合 要 求 不 很 严 但 格， 这是 因为 主调节 器能 自动校 正信号 配合 不准所 引起 的误差 。 水 位偏 差 控 制 采用 蒸 汽 流量 与 给水 流 量对 消的 方 式来 消 除偏
１、 引 言
汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数 ， 它反映了锅炉负 荷 与给 水 的 平衡 关系 。 包 液 位 过 高 会 造成 蒸 汽 带 水 影 响过 热 器 运 汽 行， 影响汽水分离效果 ； 水位过低会造成锅炉水循环 的破坏 ， 影响省 煤器运行 ， 容易使水全部汽化烧坏锅炉甚 至爆炸 。 对于一般锅炉汽 包 液 位 的控 制 来 说 ， 典 三 冲 量 控 制 在 一 定 范 围 内是 成 功 的 。 对 经 但 于 热 源 的 不 稳定 变 化 来说 ， 典 三 冲 量 控 制 即显 得 力 不从 心 。 成 经 形 余热锅炉的液位稳定性的两个重要因素为假液位及 热源的变化 ， 针 对这样 的问题 ， 根据本人多年的工程经验及所学的理论知识 ， 串 将 级控 制应用于三 冲量 系统 中 ， 对次要 问题简化后 ， 是完全可以达到 控 制要求及应用 目的。
「单片机锅炉汽包水位控制系统设计」
「单片机锅炉汽包水位控制系统设计」单片机锅炉汽包水位控制系统是一种利用单片机控制技术设计的锅炉汽包水位控制系统。
本文将对该系统进行详细设计。
一、系统功能需求分析1.实时监测锅炉汽包的水位情况。
2.根据水位情况及设定的水位范围，控制进水和排水装置的开闭。
3.发出报警信号，提醒操作人员处理异常情况。
二、系统硬件设计1.传感器选择：选择合适的水位传感器，如浮球传感器，根据具体需求选择。
2.进水和排水装置：选择适当的进水和排水装置，并根据实际情况设计相应的控制电路。
3.控制单元：使用单片机作为控制核心，通过编程实现水位控制和报警功能。
4.人机界面：设计合适的人机界面，如液晶屏显示水位情况及相关信息。
三、系统软件设计1.初始化设置：设置初始水位范围，进水和排水装置的控制参数。
2.检测水位：利用传感器实时检测水位，并将水位信息传输给控制单元。
3.水位控制：根据水位情况和设定的水位范围，控制进水和排水装置的开闭。
4.报警处理：当水位超过上限或低于下限时，发出报警信号，提醒操作人员处理异常情况。
5.人机交互：通过人机界面显示水位情况及相关信息，提供操作界面和参数设置功能。
四、系统运行流程设计1.系统初始化：设置初始水位范围、进水和排水装置控制参数。
2.水位检测：系统实时检测水位，获取水位信息。
3.水位控制：根据水位情况和设定范围，控制进水和排水装置的开闭。
4.检测报警：判断水位是否超过上限或低于下限，若是则触发报警。
5.报警处理：发出报警信号，提醒操作人员及时处理异常情况。
6.人机交互：通过人机界面显示水位情况及相关信息，提供操作界面和参数设置功能。
五、系统可靠性设计1.设计合适的传感器保护措施，避免传感器损坏影响系统正常运行。
2.设计冗余控制策略，确保系统失效时能够自动切换到备用控制。
3.对系统进行适当的稳定性和可靠性测试，并在实际使用中及时维护和保养。
六、系统特点1.采用单片机控制技术，具有较高的控制精度和灵活性。
锅炉汽包水位控制系统设计
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，选择合适的水位控制器。
水位控制器应具有高可靠性、抗干扰能力和快速响应等特点。
在PID控制算法中，根据锅炉汽包水位变化的特性和系统响应要求来调节控制参数，提高控制系统的稳定性和响应速度。
4.操作界面的设计：操作界面应具有友好的人机交互界面，能够直观地显示当前水位、设定范围和系统运行状态。
汽包水位自动控制系统设计
汽包水位自动控制系统设计摘要：本文从分析影响汽包水位的各种因素出发，提出了采用串级三冲量给水控制系统控制汽包水位，进行了参数整定并获得了最佳控制参数，并以MATLAB为仿真平台进行仿真，仿真结果表明此控制系统具有较高的调节质量和调节精度，能够维持汽包水位的稳定，并使其平稳运行关键词：汽包水位参数整定MATLAB锅炉是工业生产及人民生活的主要的动力及能源。
汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标，水位过高会导致蒸汽带水进入过热器，并在过热管内结垢，影响传热效率，严重的将引起过热器爆管；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环引起水冷壁局部过热而爆管[1]。
高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，水位的时间常数很小。
大容量锅炉若给水不及时，数秒之内就可能达到危险水位，所以锅炉汽包水位的控制显得非常重要。
因此，必须采取有效、精确的自动调节，严格控制汽包水位在规定范围内。
影响汽包水位变化的因素很多，如燃煤量、给水量和蒸汽流量。
燃煤量对水位变化的影响是比较缓慢的，容易克服。
因此，主要考虑给水量和蒸汽流量对水位的影响。
锅炉水位调节对象的原理结构如图1所示。
1 串级三冲量给水控制系统分析国产大型汽包锅炉的控制对象给水内扰动态特性延迟和惯性大，且无自平衡能力，给水控制系统若采用以水位为被调量的单回路系统，控制过程中水位将出现较大的动态偏差，给水流量波动较大，因此，考虑采用三冲量给水控制系统方案。
串级三冲量给水控制系统的原理图如图2所示。
这个系统有三个回路，Ⅰ为主回路，包括水位被控对象WD1(S)、水位变送器γH斜率、主调节器WT1(S)和副回路；Ⅱ为副回路，包括给水量W、副调节器WT2(S)、执行器放大系数KZ、阀门系数Kf、给水流量变送器斜率γG和给水流量分压系数nG；Ⅲ位前馈通路，包括蒸汽流量变送器斜率γD和蒸汽流量分压系数nD、副回路和被控对象WD2(S)。
此系统使用了两个调节器，构成串级控制系统。
锅炉汽包水位控制系统的设计与仿真
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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 -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。
锅炉汽包水位控制系统设计
课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能在工业生产中经常要对锅炉汽包的液位进行控制，为了能够精确控制液位高度，保证正常生产，要求设计液位闭环反馈控制系统，能抑制流量波动，且系统无余差。
本设计要求设计一个锅炉汽包液位闭环反馈控制系统，采用适合的控制算法，输入设定水位值，并实时显示当前水位。
设计任务及要求1、确定控制方案并绘制P&ID图、系统框图；2、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数；3、确定控制器的控制规律以及控制器正反作用方式；4、若设计由计算机实现的数字控制系统，应给出系统硬件电气连接图及程序流程图；5、在实验室进行计算机软件仿真，并给出仿真结果；6、按规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上测量范围：20～100cm ；控制精度：±0.5cm ；控制液位：80cm；最大偏差：1cm。
1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。
（2天，分散完成）2、确定系统的控制方案，绘制P&ID图、系统框图。
（1天，实验室完成）3、选择传感器、变送器、控制器、执行器，给出具体型号和参数。
（2天，分散完成）4、确定控制器的控制规律、控制器正反作用方式以及保证系统无余差。
（实验室1天）5、仿真分析或实验测试、答辩。
（3天，实验室完成）6、撰写、打印设计说明书（1天，分散完成）摘要关键词：目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (2)2.1概述 (2)2.2虚假水位的行程及对策 (2)2.3汽泡水位的影响因素 (2)2.4汽泡水位控制方案设计 (3)第3章硬件设计 (7)3.1液位传送器选型 (7)3.2流量传送器选型 (7)3.3执行器选型 (8)3.4控制器器选型 (9)第4章锅炉汽泡水位的模型及仿真 (11)4.1仿真分析 (11)4.2仿真分析 (12)第5章课程设计总结 (15)参考文献 (16)第1章绪论锅炉烧水会产生高温高压的蒸汽，其温度可以达到1000多度，这样的蒸汽可以作为强大的动力源，蒸汽锅炉的作用是供给稳定的蒸汽产品，为保证提供合格的蒸汽产品来适应负荷的需要，与其配套的控制系统必须满足各工艺参数。
3-9 汽包水位控制系统
第三篇 第九章 汽包锅炉给水自动控制系统汽包水位是锅炉运行中的一个重要参数,维持汽包水位是保持汽机和锅炉安全运行的重要条件。
锅炉汽包水位过高会造成汽包出口蒸汽中水分过多，使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时还会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低则可能导致锅炉水循环工况破坏，造成水冷壁管供水不足而烧坏。
汽包锅炉给水自动控制的任务是维持汽包水位在一定的范围内变化。
随着锅炉参数的提高和容量的扩大，对给水控制提出了更高要求。
因为汽包水位变化得更快，锅炉负荷变化对水位的影响更大，给水系统也相应更复杂。
对大容量、高参数锅炉来讲，给水系统采用自动控制是必不可少。
第一节 汽包水位动态特性汽包水位动态特性较为复杂：一是对汽包水位的扰动有四个来源；二是“虚假水位”问题的存在。
特别是后一个问题迫使人们设计出“三冲量”给水控制系统。
了解、掌握汽包水位动态特性是搞好汽包锅炉给水自动控制系统调试工作的基本要求。
一、给水量扰动下水位变化的动态特性给水量W 的扰动是给水自动系统中影响汽包水位的主要扰动之一，因为它是来自控制侧的扰动，又称为内扰。
在给水扰动下水位变化的阶跃响应曲线如图3-9-1所示。
由给水阶跃曲线求滞后时间τ和响应速度ε。
延长H 曲线的直线段与时间轴的交点为A ，与纵坐标虚线轴的交点为 B ，则(mm) OA = τOB = ΔHΔH ε= w tg ∆β=WH ∆∆τ图3-9-1给水扰动时的水位阶跃响应曲线由水位H 曲线可以看出给水被控对象内扰的特点是：给水内扰刚刚加入时，由于给水过冷度影响， H 变化很慢，经过一段时间以后其变化速度才逐渐增加，最后变为按一定速度直线上升，这时就是物质不平衡在起主要作用，如果给水量和蒸汽量不能平衡，水位将不能稳定。
汽包水位在给水扰动下的传递函数可表示如下：W h = W H = )1(s s τε+二、蒸汽流量扰动下水位变化的动态特性蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电机组的负荷变化，属于外部扰动。
锅炉汽包液位控制系统matlab设计
锅炉汽包液位控制系统matlab设计一、引言锅炉汽包液位控制是锅炉控制系统中的重要组成部分，其作用是保证锅炉运行安全稳定。
本文将介绍如何使用MATLAB设计锅炉汽包液位控制系统。
二、锅炉汽包液位控制系统的基本原理锅炉汽包液位控制系统的基本原理是通过对水泵、给水阀、汽阀等设备进行控制，使得锅炉内部的水位保持在一定范围内。
具体来说，当锅炉内部水位过低时，需要通过水泵将水加入到锅炉中；当锅炉内部水位过高时，则需要通过给水阀和汽阀来调节蒸汽排放量和给水量。
三、MATLAB设计锅炉汽包液位控制系统的步骤1. 建立模型在MATLAB中，我们可以使用Simulink工具箱来建立模型。
首先，我们需要确定模型所需的输入和输出信号。
在这里，我们需要输入给水流量和蒸汽流量，并输出液位信号。
2. 设计PID控制器PID控制器是一种常用的控制器类型，在这里也可以使用该类型的控制器来进行设计。
在MATLAB中，我们可以使用Simulink中的PID 控制器模块来进行设计。
需要注意的是，在设计PID控制器时，需要根据实际情况进行参数调整。
3. 进行仿真在完成模型和控制器的设计后，可以进行仿真以验证系统的性能。
在MATLAB中，我们可以使用Simulink中的仿真功能来进行仿真。
4. 调整参数根据仿真结果，可以对模型和控制器参数进行调整以优化系统性能。
5. 实现控制最后，在完成模型和控制器参数调整后，我们可以将其应用到实际系统中进行控制。
四、总结本文介绍了如何使用MATLAB设计锅炉汽包液位控制系统，包括建立模型、设计PID控制器、进行仿真、调整参数和实现控制等步骤。
通过该方法，我们可以有效地提高锅炉运行安全稳定性。
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 -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............................. - 6 -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 ..................................... - 7 -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。
CCS功能说明
2.模拟量控制系统（CCS）设计说明2.1概述本文为CCS系统的功能说明。
2.1.1 CCS系统的组成·机炉协调控制系统·燃料控制·磨煤机出口温度控制系统·磨煤机风量控制系统·燃油压力控制系统·炉膛压力控制系统·一次风母管压力控制系统·汽包水位控制系统·送风控制系统·甲（乙）过热蒸汽温度控制系统·摆动火嘴控制系统·甲（乙）再热器喷水控制系统·空预器冷端温度控制系统·凝汽器水位控制系统·5～8号低加水位控制系统·1～3号高加水位控制系统·除氧器水位控制系统·除氧器压力控制系统·给水泵最小流量控制系统·主凝结水泵最小流量控制系统·小汽机冷油器控制系统·二次风控制系统·辅汽压力控制系统另有一些单回路这里不一一列出2.1.2关于CCS系统变送器冗余对于CCS系统使用的过程变量信号,特别重要的参数采用三个变送器测量,这三个信号在计算机内选取中间值。
当三个信号选取中间值时，如果有一个信号超出正常范围或与中间值偏差大于一定值，仅触发报警，不影响控制系统的工作；如果有两个信号超出正常范围或与中间值偏差大于一定值，则使用到该信号的控制系统将强制切换到手动控制并报警。
对于比较重要的参数采用两个变送器测量,正常情况下这两个信号在计算机内平均值，此时如两个信号偏差大但都在正常范围之内，则使用到该信号的控制系统将强制切换到手动控制并报警。
运行人员可以在画面上人为选择使用两个测量信号或只使用其中的某一个信号。
如果两个信号中有一个超出正常范围，则只输出另一个信号并报警，不影响控制系统的工作。
如果两个信号均超出正常范围，则使用到该信号的控制系统将强制切换到手动控制并报警。
对于一般的参数只采用一个变送器测量，如果该信号超出正常范围，则使用到该信号的控制系统将强制切换到手动控制并报警。
锅炉汽包水位控制系统有哪些特点
锅炉汽包水位控制系统有哪些特点锅炉的运行过程中根据其容量、调节精度及负荷变化速度的相关要求，目前锅炉汽包水位控制系统通常有单冲量控制系统、位式控制系统、双冲量控制系统、三冲量控制系统等。
（1）单冲量锅炉汽包水位控制系统具有设计成本低、系统结构简单、参数整定便捷等优点。
但在实际的生产过程中会有“虚假水位”的存在，在生产中如果突然增加用气量时，实际的水位值是下降的，而这种单冲量控制系统的反馈却是上升的，当系统接收到这种错误信号后会减少水的流入量及减少阀门的开度。
等“虚假水位”现象消散之后，会导致其水位发生骤降而引起安全事故。
这种控制系统不适用于蒸汽流量变化较大的大中型锅炉。
（2）双冲量水位控制系统目前采用的是“前馈-反馈”的复合结构，在长期生产实践探索中得出：直接利用蒸汽流量的变化作为输入量，不经过闭环通道，直接作用于水阀门，从而进行相关补偿，这样就会有效的解决了单冲量汽包水位控制系统中难以解决的问题，高效抑制了“虚假水位”对系统的影响。
（3）三冲量水位控制系统是根据“汽包水位、蒸汽流量、给水流量”的变化控制汽包的水位，并通过给水调节阀来实现水位变化达到稳定的目的。
在锅炉启动过程中就对过热器、汽包、省煤器、水冷壁、再热器等相关设备进行保护。
对汽包的保护：严格控制上水温度及上水速度；严格控制汽包上、下壁温度差及内、外壁温差低于规定值；严格控制升温及升压速度。
三冲量水位控制系统，目前这种控制系统采用的是“串级-前馈”复合结构。
在控制系统中将给水流量、汽包水位作为系统的主调节部分，副调节相关参数则在前馈通道中进行补偿，在副回路中完成稳定调整。
这种复合结构有效的满足了系统对“稳准快”的要求，抑制了“虚假水位”。
具有系统稳定，抗干扰性强等特点，普遍适用于大中型锅炉。
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目录1题目背景与意义 (1)2理论基础 (2)2.1锅炉控制的流程 (2)2.2锅炉汽包水位的控制 (4)2.3锅炉水位控制系统的重要性 (4)3设计题目介绍 (5)3.1影响汽包水位的影响因素 (5)3.2锅炉汽包水位特性 (6)3.2.1汽包水位在给水流量作用下的动态特性 (7)3.2.2包水位在蒸汽流量作用下的动态特性 (8)4汽包水位控制 (9)4.1 单冲量控制系统 (10)4.2 三冲量控制系统 (11)5汽包水位控制系统的MATLAB仿真 (13)5.1控制系统的分析和整定 (14)5.2汽包水位控制系统Simulink 模型设计 (15)5.3汽包水位控制系统仿真 (15)6控制系统程序设计 (17)6.1控制系统流程图 (17)6.2梯形图程序 (18)7设计总结 (19)参考文献 (20)1题目背景与意义水位是锅炉运行中一个常重要的参数。
保持锅炉汽包水位在正常范围内是锅炉运行的一项重要的安全性能指标，由于水流量、燃烧状况及给负荷等因素的变化，汽包水位会经常发生变化。
过高的水位会影响汽水分离的效果,使用电气设备发生故障;而过低水位,则会破坏汽水正常循环,严重时导致锅炉爆炸。
炉汽包水位应当根据设备的运行状况进行实时调节加以严格控制以保证锅炉的安全运行。
锅炉水位自动控制的任务,就是控制给水流量与蒸发量的动态平衡,维持汽包内水位在允许的范围内变化。
同时，汽包水位在正常范内波动是保证锅炉安全生产运行的必要条件。
锅炉汽包水位是锅炉运行中的一个重要监控参数，它间接地体现了锅炉负荷和给水之间的平衡关系。
传统的控制方法是基于各种分立器件，利用多种检测器对被控参数进行实时检测并反馈给控制器件，再根据自动控制理论的有关算法完成相应的运算并驱动调节机构完成相应的动作，从而达到自动控制的目的。
这种控制方式受分立器件的性能影响大，系统各部分之间影响较大，自动化水平不高，控制效果并非十分理想，并且易出现故障，不利于系统的长期安全、高效运行。
现在广泛使用的控制技术还有DCS集散控制系统，DCS系统适合有多个控制回路同时工作的复杂系统，而且集散控制系统往往价格昂贵，对于像汽包水位这样的控制系统来说性价比太高，因此对于汽包水位控制系统来说并非理想的选择。
PLC是上世纪70年代发展起来的一种中大规模的控制器，是集RAM、ROM、I/O接口、CPU与中断系统于一体的器件，已经被广泛应用于各种行业。
随着计算机在应用软件、操作系统、通信能力上的飞速发展，增强了PLC过程控制能力和通信能力，丰富了PLC编程软件和编程技巧。
因此，无论是单机还是多机控制、生产流水线控制及过程控制都可以采用PLC技术。
PLC控制锅炉技术是近年来开发的一项新技术。
它是PLC软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。
作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。
采用PLC控制技术，能实现对锅炉运行过程的自动检测、自动控制等多项功能。
它的被控量是汽包水位，而调节量则是汽包给水流量，通过对汽包水位的实时检测并进行反馈，PLC对反馈信号和给定信号进行比较，然后根据控制算法对二者的偏差进行相应的运算，运算结果输出给执行机构从而实现给水流量的调节，使汽包内部的物料达到动态平衡，汽包水位变化在允许范围之内。
2理论基础2.1锅炉控制的流程蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量与蒸发量保持动态平衡，维持汽包水位在工艺允许的范围内，是保证锅炉安全生产运行的必要条件，也是锅炉正常生产运行的主要指标之一。
所有各种锅炉，虽然燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本相同的。
图2-1工业锅炉工艺流程工艺流程的步骤：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。
2.2锅炉汽包水位的控制锅炉包水位控制的主要被控变量是汽包水位，操纵变量是给水流量。
主要考虑的是汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包水位在工艺允许范围内。
维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉、气轮机安全运行的必要条件之一，是锅炉正常运行的指标。
2.3锅炉水位控制系统的重要性锅炉是一种受压又直接受火的特种设备，是工业生产中的常用设备。
对锅炉生产如果操作不合理，管理不善，处理不当，往往会引起事故，轻则停炉影响生产，重则造成爆炸，造成人身伤亡，损坏厂房、设备，后果十分严重。
因此，锅炉的安全问题是一项非常重要的问题，必须引起高度重视。
工业锅炉中最常见的事故有：锅内缺水，锅炉超压，锅内满水，汽水共腾，炉管爆破，炉膛爆破，二次燃烧，锅炉灭火等。
其中以锅炉缺水事故比例最高。
这些事故中的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。
3设计题目介绍3.1影响汽包水位的影响因素在控制系统中，扰动量有，蒸汽流量，给水流量等，当蒸汽流量增加时，气泡温度上升，气泡压力减小，气泡蒸发变快气泡增多，出现虚假水位现象，反之也同样会有虚假水位的现象，虚假水位打破了系统原有的平衡状态，破换了洗头的稳定性，如果调解不及时，严重者会导致干锅现象，损坏锅炉设备，降低了谁把诶诶的寿命。
当给水量增加时液位升高，导致液位温度下降，造成蒸发温度低，出现蒸汽带液，供给动力不足，设备生产效率降低，同时由于温度降低气泡内压力增大，使用于蒸发水的热量减小，气泡减少，炉水体积收缩，产生虚假水位现象。
此外他是一个具有延时时间的积分环节，水的温度越低延时时间就会越长，系统衰减比增大，俞差为零，最大偏差减小，系统达到稳态的时间变长，控制作用下降。
此外还有汽轮机耗气量的多少，汽轮机耗气量变大时，使供给炉水加热的温度减小，打破了系统原有的物料平衡，还会导致虚假液位的现象产生。
由以上分析可知，给水量扰动下的水位相应有迟滞性，负荷扰动下的水位有“假水位”现象，这些特性使得气泡水位的变化受到多种因素的影响，因而对他的控制就变得比较复杂。
3.2锅炉汽包水位特性工业锅炉汽水系统结构见图2-1。
汽包及蒸发管系统中储藏着蒸汽和水,储藏量的多少是以被控量水位来表征的。
汽包的流入量是给水量,流出量是蒸汽量, 当给水量等于蒸发量时, 汽包水位就能恒定不变。
引起水位变化的主要扰动是蒸汽流量的变化和给水流量的变化。
如果只考虑主要扰动,那么,汽包水位对象的动态特性可用方程式表示为:式中: T1,T2为时间常数;T w为给水流量项时间常数;T D为蒸汽流量项时间常数;K w为给水流量项的放大系数;K D为蒸汽流量项的放大系数。
图3-1锅炉汽水系统3.2.1汽包水位在给水流量作用下的动态特性给水量是锅炉的输入量,如果蒸汽负荷不变,那么在给水流量发生变化时, 汽包水位对象的微分方程式可以表示为:从而可以得到汽包水位在给水流量作用下的传递函数:T w的数值一般很小常常以忽略不计,对于一些锅炉,在给水量增加时,在较长的一段时间里,汽包水位并不增加,存在一段较长的起始惯性段,用下式近似表示,其响应曲线图见图3-2。
图3-2给水流量阶跃变化时的汽包响应曲线（4）由图3-2可知,在给水流量阶跃输入作用下,当突然加大给水量(蒸汽量不变),使给水量大于蒸发量,汽包水位一开始并不立即增加,而呈现出一段起始惯性段。
这是因为温度较低的更多的给水进入了水循环系统,使它从原有的饱和汽水中吸取了一部分热量,汽包和汽水管路中由于热量的损失,汽泡体积减少经省煤器进入汽包的给水,首先必须填补由于汽水管路中蒸汽减少让出的空间。
这时,虽然给水量增加,但水位基本不变但水面下汽包容积变化过程逐渐平静时,汽包水位才由于贮水量的增加而逐渐上升当水面下汽泡容积不再变化,完全稳定下来时,水位就随着贮水量的增加而直线上升。
3.2.2包水位在蒸汽流量作用下的动态特性汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性(给水量不变)可用下式表示为：:（5）则其传递函数可以用两个动态环节的并联来等效,其汽包的阶跃响应曲线见图2-3。
图3-3 汽包水位在蒸汽流量阶跃作用下的响应曲线（6）图3-3可知,当负荷蒸汽流量增加时,汽包水位开始不但不降反而上升,即先上升后下降;当蒸汽负荷量突然减小时,则汽包水位变化的情况相反,先降后升。
造成“虚假液位”的原因有:一是锅炉蒸汽负荷增加使炉管和汽包中汽水混合物的汽水比例发生变化( 汽容积增加) 而引起汽包水位上升,这是引起汽“虚假液位”的主要原因。
二是蒸汽流量增加, 汽包气压下降,炉水沸点下降。
由于炉水位饱和水的气化,使汽包水位随压力下降而升高。
4汽包水位控制汽包水位控制的目的是要克服锅炉负荷变化所引起的“虚假液位”的影响和各种干扰对水位的影响, 维持汽包水位在允许的范围内变化。
在工业汽包水位的自动控制中, 针对不同的控制信号有单冲量控制系统、双冲量控制系统和三冲量控制系统。
4.1 单冲量控制系统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。
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, 单冲量水位控制系统信号管路见图4-1，原理图见4-2图4-1 单冲量水位控制系统信号管路图图4-2 单冲量水位控制系统信号原理图其特点为：结构简单，投资少，适用于气泡容量较大，虚假水位不严重，负荷较平稳的场合。
该过程具有虚假水位的反向特性，因此，当符合变化较大时，会造成控制器输出误动作，严重影响设备的运行寿命和安全，影响控制系统的控制品质。
蒸汽负荷变化后，要在引起水位变化后才改变给水量，因此控制不及时。
这种控制系统是典型的单回路定值控制系统。
对于水在汽包内的停留时间较长,且负荷又比较稳定的情况,“虚假水位”现象不严重,采用单冲量控制系统, 进行PID调节一般就能满足生产要求然而,在其他的场合,尤其是在水停留时间较短, 且负荷变化较大的锅炉中,由于控制作用缓慢,不能及时克服干扰,采用单冲量控制系统就不太合适。
4.2 三冲量控制系统三冲量锅炉汽包给水自动控制系统是以汽包水位为主控制信号, 蒸汽流量为前馈控制信号, 给水流量为反馈控制信号组成的控制系统。
当负荷( 蒸汽流量) 突然发生变化, 蒸汽流量信号能使给水调节阀一开始就向正确方向移动, 即当蒸汽流量增加时, 给水调节阀开大, 抵消了由于“虚假水位”引起的反向误动作。