华电科院过程控制课程设计

科技学院

课程设计报告

(2012--2013年度第1学期)

名称：过程控制课程设计

题目：给水控制

院系：动力工程系

专业：

设计周数：1周

姓名学号分工成绩

成员

被控对象动态特性分析；使用

matlab、visio；总结、写报告

画控制原理图；控制系统仿真

实验，控制器参数整定

画SAMA图、画控制系统工

艺流程图

日期：2013 年1 月11 日

《过程控制》课程设计

任务书

一、目的与要求

“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。通过实际工业

过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图纸的绘制等基础设计和设计

说明的撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完成工程师基本

技能训练。

二、主要内容

1．根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，给出控制系统原理图；

2．根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，绘制控制系统工艺流程图（PID

图）；

3．根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图（包

括系统功能图和系统逻辑图）；

4．对所设计的系统进行仿真试验并进行系统整定；

5．编写设计说明书。

三、进度计划

四、设计（实验）成果要求

1．绘制所设计热工控制系统的的SAMA图；

2．根据已给对象，用MATABL进行控制系统仿真整定，并打印整定效果曲线；

3．撰写设计报告

五、考核方式

提交设计报告及答辩

学生姓名：

指导教师：马平

2013年1 月11 日

一、课程设计的目的与要求

“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。通过实际工业过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图纸的绘制等基础设计和设计说明的撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完成工程师基本技能训练。 二、设计正文

1．基本任务和要求：

任务：1.维持汽包水位在一定的范围内。 2.维持稳定的给水量。

要求：1.了解实现给水全程控制的关键技术；

2. 能够进行汽包锅炉给水控制系统的设计、仿真与工程实现(画出SAMA 图)。 2．给水控制对象的动态特性：

①给水流量扰动下汽包水位的动态特性：

原因分析：

开始阶段，给水量虽大于蒸发量，但给水温度低于汽包内饱和水的温度，给水吸收了原有饱和水中一部分热量，使得水面下汽泡容积减小，因此扰动初期水位不会立即升高，有一定的迟延。（热平衡角度）

由于给水流量大于蒸发量，进、出工质流量不平衡，因此汽包水位会逐渐上升。（物质平衡角度）

特点：

有迟延，无自平衡 ②蒸汽流量扰动下的水位的动态特性：

③燃烧率扰动下汽包水位的动态特性：

（燃烧率：单位时间燃料燃烧发热量。）

总结：

蒸汽量扰动主要取决于汽轮机的运行工况，属于外部扰动，锅炉燃烧率扰动其实也是一种间接的外部扰动。很显然这两种物理量是不可能作为调节汽包水位的调节手段的，调节作用量只能选择给水量。

3．锅炉汽包水位控制系统及使用范围：

目前较为成熟的锅炉汽包水位控制方案中有单冲量水位控制系统，双冲量水位控制系统及三冲量水位控制系统。锅炉水位的控制方案应根据锅炉系统的具体情况选择。

①单冲量水位控制系统：

单冲量水位控制系统是典型的单回路调节系统，由被控对象，测量变送单元，调节器和执行器组成，通过给水流量调节汽包液位，这里指的单冲量即汽包液位。其控制方案如图2所示。

单冲量水位控制系统

②双冲量水位控制系统：

双冲量水位控制系统是在单冲量水位控制的基础上，将蒸汽流量作为前馈信号引入控制系统，这样就可消除“虚假现象”对调节系统的不良影响，从而改善调节特性，提高调节质量，且投资增加不多，其控制方案如图3所示

双冲量水位控制系统

该控制方案依旧存在不能及时反映给水流量对水位调节的干扰，因此双冲量水位控制适用于负荷变化较频繁的小型低压锅炉，而不适用于给水母管压力经常有波动的锅炉系统。③三冲量水位控制系统：

一般情况下锅炉容量越大，汽包的相对水位容量就越小，允许的水位波动越小，如果给水中断，就可能在极短的时间内发生危险水位，这就要求水位的控制必须能够及时的反映给水流量对水位的干扰。为此，在双水位控制的基础上再引进一个给水流量变化的信号进行控制，就构成所谓的三冲量水位控制系统，其控制方案如图4所示。

三冲量水位控制系统

该系统中，汽包水位是被控量，是主冲量信号，而蒸汽流量和给水流量是2个辅助冲量信号，通过2个辅助冲量的引入，既克服了“虚假现象”对控制质量的影响，又能及时反映出给水量对水位的干扰，克服了控制过程中的滞后现象。因此，对于大中型高中压锅炉采用三冲量水位控制系统较为适宜。

4：设计方案及仪表选型：

从上面的分析可知，三冲量水位控制系统结合了串级控制和前馈控制的优点。当系统发生外扰（蒸汽流量）或内扰（给水流量）后，经过前馈信号的补偿作用和内回路的快速动作，已基本维持了对象内部的物质平衡，水位偏离给定值不会太远，经过主回路的校正作用，最终使水位回到给定值。

因此，本次设计采用串级三冲量给水控制系统。

给水控制系统方框图

给水控制系统原理图

控制系统工艺流程图（PID图）5．给水控制系统的参数整定：

(1)先整定内回路：

整定参数：K=16

整定后的阶跃响应曲线：