基于PLC的锅炉汽包水位控制系统设计

摘要

汽包水位是影响锅炉安全运行的一个重要参数，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。PLC技术的快速发展使得PLC广泛应用于过程控制领域并极大地提高了控制系统性能，PLC已经成为当今自动控制领域不可缺少的重要设备。

本文从分析影响汽包水位的各种因素出发，重点分析了锅炉汽包水位的“假水位现象”，提出了锅炉汽包水位控制系统的三冲量控制方案。按照工程整定的方法进行了PID参数整定，并进行了仿真研究。根据控制要求和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，利用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完成PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用。

关键词：汽包水位三冲量控制PLC PID控制

ABSTRACT

The steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both high and low steam drum water level may lead to extremely serious consequence; therefore it must be strictly to be controlled. With the rapid development of PLC technology, it can widely be applied to the process control domain and enhances the performance of control system enormously. PLC has already become the essential important equipment in automatic control domain.

Based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unreal water level phenomenon”is analyzed specially, and three impulses control plan for steam drum water level control system is proposed. According to the needs of control, the selection of control requirements hardware and system hardware design as well as system software design are carried out. Finally the application of PLC in boiler steam drum water control system is completed.

Key words:Steam drum water level Three impulses control PLC PID control

目录

1绪论 (1)

1.1汽包水位控制系统的发展现状 (1)

1.2本设计的主要工作 (2)

2控制方案设计 (4)

2.1汽包水位的影响因素 (4)

2.2汽包水位的控制方案设计 (7)

3硬件选型 (13)

3.1水位传感器选型 (13)

3.2流量传感器的选型 (14)

3.3电机的选型 (16)

3.4变频器的选型 (17)

3.5接触器的选型 (17)

3.6熔断器的选型 (18)

3.7功率三极管的选型 (18)

3.8PLC及相关模块的选型 (19)

3.9硬件工作原理 (22)

4硬件设计 (25)

4.1系统总体线路设计 (25)

4.2控制线路设计 (27)

5控制算法及参数整定 (29)

5.1PID算法简介 (29)

5.2三冲量控制系统参数整定 (30)

6软件设计 (37)

6.1程序流程设计 (37)

6.2DeviceNet网络组态 (39)

6.3RSLogix5000程序设计 (42)

7监控界面设计 (48)

8结束语 (51)

参考文献 (53)

致谢 (53)

附录 (55)

1绪论

1.1汽包水位控制系统的发展现状

蒸汽锅炉是企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽产品，以满足负荷的需要。锅炉是一个十分复杂的控制对象，为保证提供合格的蒸汽产品以适应负荷的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。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，由于负荷、燃烧状况及给水流量等因素的变化，汽包水位会经常发生变化[1]。因此锅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。

工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量使其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，锅炉汽包水位也是锅炉运行中一个重要的监控参数，它间接地体现了锅炉负荷和给水之间的平衡关系。

传统的控制方法是以各种分立器件的应用为基础，利用各种检测器件对被控参数实时进行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。但是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，而且容易出现故障，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[2]，但由于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。