锅炉液位串级控制方案
锅炉温度串级控制系统的设计说明书
1 前言 (1)2 控制系统的总体方案 (2)2.1 概述 (2)2.2 控制方式的确定 (2)2.3检测元件和执行机构的选择 (3)2.4微型计算机的选择 (4)2.5输入输出通道及外围设备的选择 (6)2.6系统的原理框图 (6)3 控制算法的选择和参数计算 (8)3.1 控制算法的选择 (8)3.2 参数的计算 (8)4系统硬件设计 (16)4.1概述 (16)4.2 系统的硬件设计 (16)4.3系统电气原理图 (33)4.4 元器件明细表 (34)5 软件程序的编制 (35)5.1概述 (35)5.2程序流程图 (35)5.3 地址分配 (40)5.4程序设计 (40)6 控制系统的调试与实验 (42)6.1单元电路调试 (42)6.2 程序调试 (42)6.3 系统调试 (43)6.4 系统实验和结果分析 (43)7 设计总结 (44)7.1 系统具备的主要功能 (44)7.2 系统的测量精度 (44)7.3 存在的问题及改进措施 (44)参考文献 (46)致谢 (47)1 前言随着我国国民经济的快速发展，锅炉的使用范围越来越广泛。
而锅炉温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制,有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量,因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常必要的。
而锅炉系统是一个具有时变和时滞的比较复杂的系统，因此，对锅炉温度进行控制是工业过程控制中一个重要而且困难的问题。
由于串级控制具有有效改善过程的动态特性、提高工作频率、减小等效过程时间常数和加快响应速度等特点，所以在克服被控系统的时滞方面能够取得较好的效果[1]。
由于PLC具有高可靠性、易于实现等优点，在工业控制领域中得到了广泛的应用。
进入21世纪以来，PLC已经由原来的逻辑控制器发展成具有较强的数据处理能力、通讯能力的标准工控设备，用其进行各种算法的实现是工控领域的发展趋势。
本设计以锅炉为被控对象，以锅炉出口水温为主被控参数，以炉膛内水温为副被控参数，以加热炉电阻丝电压为控制参数，以PLC为控制器，构成锅炉温度串级控制系统；采用PID 算法，运用PLC梯形图编程语言进行编程，实现锅炉温度的自动控制[2]。
模块一液位串级控制方案
某水库采用了液位串级控制方案，通过合理配置和控制水泵、闸门等设备，实现了对水库液位的精确控制。该方 案有效保障了供水安全和稳定，提高了水资源利用率，为当地经济发展提供了有力支持。
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THANKS
能耗较高。
维护成本高
03
由于液位串级控制系统的复杂性，维护和调试成本相对较高。
安全性问题
泄漏风险
液位串级控制涉及多个储罐和管道，存在一定的泄漏风险， 需要采取安全措施以降低泄漏事故发生的可能性。
01
压力安全
在液位控制过程中，储罐内的压力可能 会发生变化，需要采取措施确保压力在 安全范围内。
02
03
保障安全
对液位进行实时监控和调节，可 以防止因液位过高或过低引起的 溢流、空罐等安全问题。
节约资源
精确的液位控制有助于减少不必 要的液体浪费，节约资源，降低 生产成本。
液位串级控制方案的历史与发展
历史回顾
液位串级控制方案的发展可追溯至上世纪末，随着工业自动化技术的不断进步，该方案 逐渐得到广泛应用。
精确度高
液位串级控制方案采用多级控制，能够显著提高液位控制的精确度， 减少误差。
适用范围广
该方案可应用于各种液体容器的液位控制，如水箱、油罐等，具有广 泛的适用性。
灵活性高
液位串级控制方案可根据实际需求调整各级控制器的参数，实现灵活 的控制效果。
液位串级控制方案的重要性
提高生产效率
精确的液位控制能够确保生产过 程中的稳定性和连续性，从而提 高生产效率。
技术革新
近年来，随着智能传感器、物联网等技术的快速发展，液位串级控制方案在精度、稳定 性和智能化方面得到了进一步优化和提升。
未来展望
电厂锅炉水位的串级控制
电厂锅炉水位的串级控制目录1、前言 (2)2、系统的概述及其动态特性 (3)2.1 系统概述 (3)2.2 锅炉汽包的动态特性 (3)2.2.1 给水扰动 (4)2.2.2 负荷扰动 (4)2.2.3燃料量扰动 (5)3、汽包水位的控制方案 (6)3.2 串级控制系统控制方案 (6)3.2.1 副回路控制分析 (7)3.2.2 主回路控制分析 (8)4.3 系统影响分析 (10)5、仪表的选择 (12)5.1 测量元件及变送器的选择 (12)5.2 调节阀的选择 (12)5.3 调节器的选择 (12)6、系统参数的整定 (13)6.1 汽包水位串级控制原理图 (13)6.2 调节器的参数整定 (13)6.2.1 两步整定法概述 (14)6.2.2 两步法的整定步骤 (15)7、实例参数整定及其仿真 (16)8、结论 (19)9、设计体会 (20)参考文献 (21)1、前言在火力发电厂，最基本的工艺过程是用锅炉生产蒸汽，使汽轮运转，进而带动发电机发电。
锅炉控制是火力发电生产过程自动化的重要组成部分，它的主要任务是根据负荷设备（汽轮机）的需要，供应一定规格（压力、流量、温度和纯度）的蒸汽。
锅炉是生产蒸汽的主要设备，是工业生产中几乎不可缺少的设备，应用十分广泛。
保证锅炉内的水位在一定范围内波动对系统的安全运行是非常重要的。
如果水位过低，锅炉可能被烧干，引起设备的损坏，甚至爆炸；如果水位过高，会导致生产的蒸汽含水量大，而且水还可能溢出，从而使生产过程中断，造成经济损失。
因此对水位进行控制是保证锅炉正常运行所必不可少的。
当锅炉的给水量与蒸汽的蒸发量保持平衡时，锅炉的水位保持不变，此时，锅炉工作状态良好。
如果锅炉的给水量和蒸汽量不平衡，水位就会发生波动。
因此，我们必须根据水位的变化，调整给水量，使它跟随蒸汽的负荷的大小而增减，以达到保持水位在规定的范围内的目的。
水位的变化量h由液位传感器检测，并由液位变送器转换为统一的标准信号后送到调节器（即控制器），与水位的设定值进行比较和运算以后由调节器发出控制指令，执行器（电动或气动执行机构）改变调节阀阀门的开度，调节给水流量，以保持给水量与蒸发量之间的平衡，这就是锅炉水位自动控制过程。
锅炉温度-流量串级控制方案设计
锅炉温度-流量串级控制方案设计下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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金属冶炼余热锅炉汽包液位串级控制方法
金属冶炼余热锅炉汽包液位串级控制方法张月响（青海盐湖镁业有限公司，青海 格尔木 ８１６０００）摘 要：汽包液位的参数设置会影响余热锅炉的安全性，传统的方法无法有效制止假液位的现象，为此研究金属冶炼余热锅炉汽包液位串级控制方法。
串级控制方法由经验丰富的技术人员，通过不断调试汽包液位的参数，将实验中的信息收集整理，设计出串级控制方法。
串级控制方法可以有效控制大范围的负荷，保证汽包液位稳定，确保在安全的使用范围内，不需要投入大量的人力，方便工作人员进行调试。
关键词：汽包液位；余热锅炉；金属冶炼；假液位 中图分类号：Ｇ６４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１８）１４－００１２－２Cascade control method for drum level of metal smelting waste heat boilerZHANG Yue-xiang（Ｑｉｎｇｈａｉ Ｓａｌｉｎｅ Ｌａｋｅ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｇｏｌｍｕｄ ８１６０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｄｒｕｍ ｌｅｖｅｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｅｔｔｉｎｇ ｗｉｌｌ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｂｏｉｌｅｒ， ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｎｏｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｔｏｐ ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｏｆ ｆａｌｓｅ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ， ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｒｅａｓｏｎ， ｍｅｔａｌ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｂｏｉｌｅｒ ｄｒｕｍ ｌｅｖｅｌ ｃａｓｃａｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｃａｓｃａｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄ ｔｅｃｈｎｉｃｉａｎｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｄｒｕｍ ｌｅｖｅｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ， ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｏｒｔｉｎｇ ｏｕｔ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ． Ｃａｓｃａｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ａ ｌａｒｇｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｌｏａｄｓ， ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｄｒｕｍ ｌｅｖｅｌ， ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｏｐｅ， ｄｏ ｎｏｔ ｎｅｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｍａｎｐｏｗｅｒ， ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｆｏｒ ｓｔａｆｆ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ．Keywords: ｄｒｕｍ ｌｅｖｅｌ； ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｂｏｉｌｅｒ； ｍｅｔａｌ ｓｍｅｌｔｉｎｇ； ｆａｌｓｅ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ汽包液位设置的参数会影响工业锅炉的安全性，汽包液位参数太高，不利汽水分离。
锅炉汽包液位控制系统各环节设计要点
锅炉汽包液位控制系统各环节设计要点为了确保锅炉的稳定运行，汽包液位是要重点控制的关键环节。
通常情况下，锅炉汽水是否平衡会对液位造成影响。
鉴于此，为了避免液位因负荷变化而产生大幅度波动与消除虚假液位影响，需在前期阶段就采用消除蒸汽流量的方式干扰液位。
本项目中，不仅主要调节了回路液位变量，还引入前馈信号蒸汽流量和作为串级副回路测量信号的给水流量两个辅助变量。
主、副调节回路以及前馈控制构成了锅炉汽包串级三冲量控制系统，其中，三冲量分别指液位、蒸汽流量和给水流量这3个变量。
汽包液位控制系统各环节设计主要内容有：（1）汽包液位变送器。
锅炉汽包液位采用3台相同的差压液位变送器（锅炉生产厂商自带）进行液位测量，三重化仪表设计主要是为了测量的可靠性，提高安全等级。
（2）锅炉给水流量计。
锅炉给水进汽包之前设置1台标准孔板流量计，通过差压变送器测量出进入汽包内的锅炉给水量。
（3）锅炉产出蒸汽流量计。
由于工艺条件要求锅炉产出蒸汽分3部分，绝大部分用于发电或者其他用汽区域，其余两部分用于驱动锅炉给水泵和鼓风机运行。
虽然这两部分用汽量很小，但是为了能够精确控制汽包液位，必须将3部分蒸汽量求和作为实际锅炉蒸汽产量。
因为总管上并未设置流量计，只能通过3路流量计之和作为液位调节的前馈量，3台流量计根据流量特性选择了3台不同孔径的标准孔板流量计。
（4）给水阀。
作为汽包液位调节系统的执行单元，设置了2台并联的锅炉给水气动隔膜式调节阀，2 台阀门口径不同，主控阀大于副控阀，2 台阀门采用分程控制的原则进行调节，稳定汽包内液位。
由于本项目锅炉生产的蒸汽主要用于驱动汽轮机，保护这些设备的安全最重要，防止蒸汽带液进入透平内，调节阀选择气开式。
液位串级控制系统调试
一步整定主回路参数
二、液位串级控制系统的调试
中水箱
LT1
LC1
F2
F3
LC2
下水箱
LT2
1、准备工作
正确联接线路 调整管路联接
F4
F1
串级系统结构图
二、液位串级控制系统的调试
1、准备工作
检查仪表性能 检查调节阀性能
二、液位串级控制系统的调试
系统投运
1、将主、副控制器切换到手动状态，副回路处于 外给定（主控制器始终为内给定）； 2、副控制器手动操纵控制阀，使系统处于要求的 工况，然后用主控制器手动输出使副控制器的偏差 为”零“，最后将副控制器切换到“自动”； 3、适当调整主控制器的输出，使得其偏差为“零 ”，将主控制器运行方式切换到“自动”状态。
三、串级控制的特点及参数选择
串级控制 等效处理
x1 +
e 1
z
1
主调节器
执行器
y
2
副对象
y
1
主对象
主变送器
x1 +
e 1
z
1
主调节器
x
e
2+
2
-z 2
副调节器
执行器 副变送器 主变送器
yy21Fra bibliotek副对象
主对象
1、串级控制特点
改善对象特性 提高系统频率
提高干扰能力 有自适应能力
由于等效副回路 的时间常数和放大系数 都比原副对象的小，使 系统的响应速度加快， 控制及时，提高了控制 质量。
四、小结，学生课后自学布置
1、小结
通过本次课学习，在能力应达到： 1）能正确联接管路、电路，并熟练操作监控系统。 2）能熟练使用差压变送器和智能PID调节器。 3）能正确整定串级控制系统的参数。 4）熟悉串级控制系统的投运步骤。
锅炉液位串级控制系统
4.启动水泵，等高水位水箱溢流后， （恒压状态）开始做实验。调整 P.I.D 参数使系统达 到最佳效果，记录 P、I、D 数值；将主调节器仪表设定为自整定状态，观察系统的调节过程， 记录 P、I、D 参数。 5.待系统稳定后，加 5%的扰动，重复步骤 4，观察主动、从动量变化情况
五、实验报告要求 观察系统的调节过程，按照 5s 的时间间隔，记录 20 组数据，描绘出液位随时间变化的曲 线。
2）副（流量）调节器参数设置： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 符号 SL0 SL1 SL2 SL3 DE BT F1 F2 F3 IN2 PIDL PIDH OUTL OUH SVL SVH FU0 FU1 FPB FUL FUH 设定值 14 0 1 2 1 5 1 1 0 2 0 100 0 300 0 300 3 0 0 0 300 作用 输入分度号，14=（1~5）V 显示无小数点 第一报警为下限报警 第二报警为上限报警 设备号（通讯用） 通讯波特率=9600 PID 反作用方式 PID 为电压、电流输出 SV 显示控制目标值 双路输入外给定控制 PID 输出下限幅值（%） PID 输出上限幅值（%） 设定变送输出的下限量程 设定变送输出的上限量程 输入信号的测量下限量程 输入信号的测量上限量程 SV 输入分度号（1~5V） SV 显示无小数点 SV 显示输入零点迁移 SV 测量量程的下限 SV 测量量程的上限
实验题目 实验室 实验类别 一、实验目的 实验时间
锅炉液位串级控制系统 同组人数
1.掌握以流量为副参数以锅炉液位为主参数串级控制系统构成参数整定方法； 2.进一步熟练智能调节仪表的基本操作与参数设定方法； 3.研究串级控制系统对扰动的调节作用及克服二次扰动能力。 二、实验设备 1.过程控制对象：1 套 2.控制系统操作台：1 套 3.PID 自整定数字调节仪：2 块 框图如图 3.1 所示，系统由一个定值控制的主参数回路和一个跟随主参数变化 的随动控制回路组成。
过控课程设计题目—锅炉液位多回路控制系统方案
过程控制与自动化仪表课程设计任务书题目：锅炉液位多回路控制系统设计与实现一、目的：(1) 熟悉液位－流量串级控制系统的结构和组成(2) 熟悉前馈控制系统的结构和组成(3) 掌握液位－流量串级控制系统的投运与参数整定方法(4) 主、副调节器参数的改变对系统性能的影响(5) 研究阶跃扰动分别作用于主、副对象，对系统主控制量的影响(6) 研究前馈控制对系统主控制量的影响(7) 研究锅炉液位三冲量控制系统的构成方式和控制品质(8) 熟悉工业组态软件的使用方法二、设备：(1) EFAT/P-Ⅱ过程控制实验装置(2) 计算机、组态王软件、RS232-485转换器1只，串口线1根(3) 万用表1只三、原理.本次课程设计控制系统的主控对象为锅炉液位，锅炉液位L为主被控参数；副参数为锅炉进水管道流量Q1,前馈参数为锅炉出水管道流量Q2(用水负荷) 。
执行元件为电动调节阀，控制量为阀门开度。
四、内容(1) 根据实验原理图进行方案设计，构建锅炉液位多回路控制系统框图；(2) 利用计算机中组态软件绘制锅炉液位多回路控制系统结构图，通过计算机与调节器的通讯端口采集和显示控制对象各个参量，实现数据实时曲线及历史曲线的调用功能。
(3) 利用实验室装置搭建锅炉液位多回路控制系统结构，调节主、副控制器参数实现控制目标，并利用计算机记录响应曲线。
(4) 在系统达到稳定后，分别输入扰动信号以及前馈扰动作用于控制系统，观察、记录和分析系统的输出响应曲线。
(5) 自行设计方案实现锅炉液位的三冲量的变比值实现方法。
五、提示(1) 副回路是一个随动系统，要求副回路的输出正确、快速的复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量L的控制目的，因此副调节器可采用P或PI控制。
(2) 调节器参数设置（参考）六、思考问题(1) 如果副回路中的反馈通道开路，系统能否正常运行？(2) 如果主回路中的反馈通道开路，系统能否正常运行？七、报告格式(1) 预习报告封面和正文格式如下：手写，不允许打印，纸张为16K白纸（不能采用实验报告纸）预习报告封面预习报告正文格式(2) 设计报告封面和正文格式如下：手写，不允许打印，纸张为16K白纸（不能采用实验报告纸）设计报告正文中的图形结果可以打印，不允许复印。
液位串级控制
液位串级控制系统结构图
8
(二)解决方法——稳定进水流量 解决方法——稳定进水流量
串级控制方框图
x1 + e1 x2 + e2
2 1
主被控变量,简称主变量. 中水箱液位称为主被控变量,简称主变量.调节阀阀后的进水流量称为副被控变 简称为副变量.液位调节器称为主调节器,流量调节器称为副调节器. 量,简称为副变量.液位调节器称为主调节器,流量调节器称为副调节器.从调节阀 阀后到中水箱液位这个液位对象称为主对象.调节阀阀后流量对象称为副对象. 阀后到中水箱液位这个液位对象称为主对象.调节阀阀后流量对象称为副对象.由副 调节器,调节阀,副对象,副测量变送器组成的回路称为副回路. 调节器,调节阀,副对象,副测量变送器组成的回路称为副回路.而整个串级控制系 统包括主对象,主调节器,副回路等效环节和主变量测量变送器,称为主回路, 统包括主对象,主调节器,副回路等效环节和主变量测量变送器,称为主回路,又称 主环或外环. 主环或外环.
6
(二)解决方法——稳定进水流量 解决方法——稳定进水流量
1,独立流量控制
系统特点:简便,易于实现,控制效果好而在实际 系统特点:简便,易于实现, 中有较多的应用,但费用较高. 中有较多的应用,但费用较高.
7
(二)解决方法——稳定进水流量 解决方法——稳定进水流量
2,控制方法改进 ——串级控制 ——串级控制
2,作业布置
串级控制系统中的主,副回路如何区分? 1)串级控制系统中的主,副回路如何区分?作用各是 什么? 什么? 串级控制系统的控制质量一定比单回路好? 2)串级控制系统的控制质量一定比单回路好?请说明 理由. 理由.
11 锅炉汽包水位前馈-串级控制
锅炉汽包水位前馈-串级控制
《深入浅出过程控制-小锅带你学过控》
实验目的
掌握前馈-串级控制系统的结构与特点 掌握锅炉汽包水位的三冲量控制
2
基础知识
汽包水位控制的任务
使得给水量和锅炉蒸发量相平衡，保证锅炉汽包水位维持在工艺 规定的范围内。 给水流量调节时，汽包水位的响应具有纯时延 蒸汽负荷扰动时，汽包水位的响应具有虚假水位现象 影响汽包水位的主要因素：锅炉给水流量和蒸汽负荷。
汽包水位 设定值
-
主 IC
控制器
前馈控制器
Kf
Kf IF
I
副
I0 -
控制器
蒸汽流量IF
蒸汽流量-汽包水位 影响关系
调节阀
给水流量 测量变送
调节阀给水流量 影响关系
给水流量汽包水位 影响关系
汽包水位 测量变送
汽包水位
6
三冲量控制系统
三冲量控制系统的其他形式：
蒸汽
汽包
LC
汽包
蒸汽流量
+
省 煤 器
FC
控制系统中。
14
实验步骤
前馈-串级控制器参数整定。
15
实验步骤
前馈-串级控制系统投运
将控制器LIC1102、FIC1101置手动，确认FV1105开度为30 确认乘法器和加法器的设置。
模块
参数
乘法器
输入符号U10 输入符号U20
1 2.3
取值
说明 与FI1105数据采集点连接 静态前馈增益
省 煤 器
LC
给水流量
锅炉给水
锅炉给水
蒸汽
汽包
LC
蒸汽流量
+
锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统
第五节锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统一、实验目的1．熟悉温度-流量串级控制系统的结构与组成。
2．掌握温度-流量串级控制系统的参数整定与投运方法。
3．研究阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4．主、副调节器参数的改变对系统性能的影响。
二、实验设备（同前）三、实验原理本实验系统的主控量为锅炉内胆的水温T，副控量为锅炉内胆循环水流量Q，它是一个辅助的控制变量。
内胆内的电热管持续恒压加热，执行元件为电动调节阀，它控制管道中流过的冷水的流量大小，以改变内胆中的水温。
副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量T的控制目的，因而副调节器可采用P控制。
但选择流量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。
引入积分作用的目的不是消除静差，而是增强控制作用。
显然，由于副对象管道的时间常数远小于主对象锅炉内胆的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路的调节作用可快速消除扰动的影响。
本实验系统结构图和方框图如图5-21所示。
图5-21 锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统(a)结构图 (b)方框图四、实验内容与步骤本实验选择锅炉内胆和循环水组成串级控制系统。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-12、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-11、F2-12关闭，其余阀门也关闭。
将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆和夹套贮满水。
然后关闭变频器、关闭阀F1-12，打开阀F1-13，为给锅炉内胆供循环冷水作好准备。
具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照本章第二节水箱液位串级控制中相应方案进行，实验的接线可按照下面的接线图连接。
智能仪表1常用参数设置如下，其他参数按照默认设置：HIAL=9999，LoAL=-1999,dHAL=9999, dLAL =9999, dF=0, CtrL=1,Sn=21, dIP =1, dIL =0, dIH =100, oP1=4, oPL=0, oPH=100,CF=0,Addr=1,bAud=9600。
锅炉汽包水位控制方案
三、锅炉汽包水位控制方案在本方案中最重要的控制对象是锅炉汽包水位，汽包水位是锅炉安全运行的一个非常重要的工艺参数，必须被控制在一个非常严格的工作范围内，由于引起汽包水位变化的因素较多，如锅炉负荷、燃烧工况、给水压力等，加上锅炉特有的虚假水位现象，简单的单回路控制难以满足对控制的要求，尤其是对于我厂这样的工况变化频繁，变化幅度大，对于水位的控制来说仅仅使用传统的仪表控制是非常困难的，即使是使用了专用的进口多回路可编程调节仪表对水位进行控制，但是仅能够在工况下满足控制的需要，在工况产生突变的情况下，仪表根本无法对水位进行控制，所以在此次的改造中我们着重在水位的控制方面提出了严格的要求。
图2在方案中我们足够采用三冲量串级调节方式（如图2所示），该系统接收汽包水位、蒸汽流量、给水流量三个信号，两个控制器（主调和副调）相串联，称为三冲量串级给水调节系统。
上述三信号经相应的变送器转换为统一的电流信号，再经输入组件进行电流/电压转换，分别作为主调的测量信号、补偿信号及副调的测量信号，其中主调将汽包水位测量值与给定值进行比较积分运算，运算结果再与蒸汽流量信号相加，作为副调的给定信号，副调将给水流量测量信号一给定信号相比较，并对偏差进行比例积分运算，再经高低限限幅、电压/是流转换，且输出信号控制执行机构动作，改变给水量，以维持一定水位。
在实际的程序的编制中，我们对原方案进行了相应的改造，汽包水位作为主被控变量，给水流量和蒸汽流量的差值作为副被控变量构成串级调节控制系统，并且在程序中引入众多的逻辑比较条件，严格限定给水调节阀的开关状态以保证给水调节系统一直处于安全的运行状况，从而克服汽包水位现象，维持汽水平衡，保证汽包一定的水位。
以下是在PLC编程中利用的技巧。
四、PLC的编程技巧首先该系统要实现精确控制的先决条件是得到精确的测量值，所以如何克服系统的干扰和准确测量是必须首先考虑的。
因为我厂原控制系统设计中没有充分考虑电力信号产生的干扰，在照明用电和动力用电方面，均有零线和地线混接的现象，很多动力线和信号线是混合敷设的，仪表信号控制电缆没有单独敷设，所以现场的干扰很大，如果现场的干扰不加以过滤的话，对DCS系统的影响是很严重的，不仅是测量不到信号，严重的时候甚至烧毁I/O模块，为防止干扰，该系统采取了单独接地的措施。
锅炉液位控制方案
4.2 PID 控制器的参数整定
控制器的参数整定对系统的控制质量起到了决定性的作用。 确定控制器最佳 过渡过程中的比例带δ， 积分时间 TI 和微分时间 TD 的数值称为控制器参数整定。 控制器参数整定的方法，在工程上常用的有以下几种工程整定法。 1、经验法： 其整定参数的顺序是， 先整定比例带δ，待过渡过程稳定后再加入积分作用 以消除余差，最后加入微分，以加快过渡过程，进一步提高控制质量。 PID 控制器的经验法整定：先将 TD 置为 0，置 TI 为∞，先整定比例带使之 达到 4：1 衰减过程，然后将比例带放大（10%-20%） ，而积分时间 TI 由大到 小 逐步加入 ， 直 至达到 4 ： 1 的 衰 减过程， 然后将 比例 带减小 到 比 原值 小 （10%-20%）的位置，而积分时间也适当减小，再把 TD 由小到大加入，观察 曲线，直到满意的过程为止。 2、稳定边界法： 这是一种闭环的整定方法。具体步骤如下： 置控制器积分时间逐渐减小比例带，直到系统出现等幅振荡。此时的临 界比例带δK 及两个波峰的时间 TK 利用δK 和 TK 值，按稳定边界法计算表 给出的相应公式求出控制器的稳定参数δ、TI、TD。 3、衰减曲线法： 它是在经验法和稳定边界潜藏顾虑，针对它们的不足，反复实验而得出的一 种参数整方法。具体步骤如下：将控制器积分时间 TI 为最大值，微分时间 为 0，在纯比例作用下，系统试运行。待系统稳定后，作设定值阶跃扰动， 并观察系统响应如图 4.1。若系统响应衰减太快，则减小比例带，反之，则
1
华北水利水电大学课程设计
摘
要
本文是针对锅炉水位控制系统进行的分析和设计。 控制系统采用模糊控制与 常规 PID 控制相结合的控制方式以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统， 可 以使得锅炉液位在允许的范围内变化，并保护锅炉液位满足安全要求。
锅炉水位控制方案
锅炉水位控制方案一、背景锅炉是工业生产中广泛使用的设备，用于产生蒸汽或加热水。
在锅炉运行过程中，水位的控制至关重要。
控制不当可能导致水位过高或过低，从而影响锅炉的安全性和正常运行。
因此，设计一个可靠有效的锅炉水位控制方案是十分重要的。
二、目标三、方案1. 电极式水位控制电极式水位控制是常见的一种控制方法。
它通过使用电极探头检测锅炉内的水位，并根据检测到的水位信号控制水位的调节阀。
该方案的优点是简单易行，可靠性高。
但需要定期检查电极的工作状态，并及时对电极进行清洗和维护，以确保准确的水位检测。
2. 超声波水位控制超声波水位控制是一种非接触式的水位检测和控制方法。
通过发送超声波信号，并利用超声波的反射或传播时间来测量水位的高度。
根据测量结果，可以控制水位调节阀以实现水位的自动控制。
该方案适用于高温、高压工况下的锅炉，具有精准度高、安装方便等优点。
3. 压力差水位控制压力差水位控制是一种使用压力传感器测量锅炉内外的压力差，并根据压力差的变化来控制水位的方法。
该方案简单可靠，适用于存在压力差的情况下。
然而，在压力差变化较大的情况下，可能会导致水位控制的不稳定性，需要进行适当的调整和校准。
4. 液位控制系统液位控制系统是一种使用液位传感器来测量锅炉的水位，并通过信号传输和处理来实现自动控制的系统。
该方案具有准确性高、稳定性好的优点，适用于对水位控制要求较高的场景。
但需要注意液位传感器的选择和维护，以确保准确的测量结果。
四、总结锅炉水位控制方案的选取应根据具体的应用场景和要求进行评估和选择。
不同的方法各有优缺点，需要根据实际情况进行权衡取舍。
在实施方案时，需要注意定期检查和维护相关设备，以确保水位控制的准确性和可靠性。
此外，合理的操作和维护锅炉设备也是保证水位控制有效的重要因素。
锅炉液位串级控制方案
过程控制系统课程设计报告姓名：班级：专业：自动化指导教师：2010年 6月 30日目录一、题目要求……………………………………………………………二、系统器件选择…………………………………………………………三、总体设计方案…………………………………………………………四、硬件设计（包括电气接线）…………………………………………五、控制算法选择…………………………………………………………六、控制参数整定………………………………………………………七、心得体会………………………………………………………一、题目要求：锅炉液位串级控制方案工艺基本要求：由于用户的蒸汽用量经常变化，造成锅炉液位上下变动而导致危险，应采取措施以保证锅炉的运行安全。
炉高2m，液位要求保持在炉体的中部。
炉内压力为0.6MPa。
采用串级控制方案克服单回路锅炉控制系统因干扰而导致的控制品质下降。
设计任务：1．绘制控制系统方块图2．选择串级控制规律3．参数整定方法：可选择二步整定法或一步整定法4．通过仿真求出输出响应呈4：1 衰减时的主调节器的参数；5．观察并分析副调节器的比例度大小对系统动态性能的影响。
二、总体设计方案串级控制系统性能特点：串级控制系统即在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环——双闭环。
就其主回路来看是一个定值控制框图，而副回路则为一个随动系统。
副回路对液位起“粗调”的作用，主回路对液位起“细调”的任务。
1）串级控制系统由于副回路的存在，对于进入其中的扰动具有较强的克服能力，改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率所以控制质量比较高。
2)对二次干扰有较强的克服能力。
3）对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。
因此对于控制质量要求较高，扰动大，滞后时间长的过程当采用单回路控制系统达到质量要求时，采用串级控制方案往往可以获得满意结果。
不过串级控制比单回路控制系统所需仪表多，系统的投运和参数整定相应地也要复杂一些。
模拟锅炉液位串级控制方案课件
锅炉液位控制的好坏直接影响 到锅炉的运行安全和能源效率。
传统锅炉液位控制多采用单回 路控制，但随着生产工艺的复 杂化，单回路控制已无法满足 生产需求。
研究目的与意 义
研究目的
针对传统锅炉液位控制的不足， 提出一种模拟锅炉液位串级控制 方案，以提高锅炉液位控制的稳 定性和鲁棒性。
研究意义
通过实施模拟锅炉液位串级控制 方案，可有效提高锅炉液位控制 的质量和效率，降低生产成本， 保障生产安全。
实验结果分析
实验结果表明，串级控制在模拟锅炉液 位控制中具有良好的控制效果，能够有
效地减小液位波动，提高控制精度。
实验过程中发现，主控制器和从控制器 实验结果还表明，串级控制在模拟锅炉 的参数调节对控制效果有很大影响，需 液位控制中具有良好的稳定性和鲁棒性。
要进行精细调节。
05
PID控制在模拟锅炉液位控制中 的应用
形成闭环控制。
实验结果分析
控制精度评估
通过实验测试PID控制器的控制精度，如液位控制误差、响应速度 等指标。
鲁棒性验证
在不同工况下验证PID控制器的鲁棒性，如蒸汽流量波动、给水流 量波动等干扰因素下的表现。
稳定性检验
通过长时间运行测试，检验PID控制器的稳定性及抗扰动性能。
06
对比与分析
控制效果对比
节能减排潜力 虽然所设计的串级控制方案在液位控制方面具有较好的效 果，但在节能减排方面还有潜力可挖，需要进一步探索和 研究。
08
参考文献
参考文献
《控制工程基础》
本书是高等院校自动化专业基础教材，全面介绍了控制工程的基本概念、原理和应用。
《过程控制与自动化仪表》
本书主要介绍了过程控制的基本概念、原理、方法和应用，以及自动化仪表的组成、原理 和应用。
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过程控制系统课程设计报告
姓名：
班级：
专业：自动化
指导教师：
2010年 6月 30日
目录
一、题目要求……………………………………………………………
二、系统器件选择…………………………………………………………
三、总体设计方案…………………………………………………………
四、硬件设计（包括电气接线）…………………………………………
五、控制算法选择…………………………………………………………
六、控制参数整定………………………………………………………
七、心得体会………………………………………………………
一、题目要求：
锅炉液位串级控制方案
工艺基本要求：由于用户的蒸汽用量经常变化，造成锅炉液位上下变动而导致危险，应
采取措施以保证锅炉的运行安全。
炉高2m，液位要求保持在炉体的中
部。
炉内压力为0.6MPa。
采用串级控制方案克服单回路锅炉控制系统因
干扰而导致的控制品质下降。
设计任务：
1．绘制控制系统方块图
2．选择串级控制规律
3．参数整定方法：可选择二步整定法或一步整定法
4．通过仿真求出输出响应呈4：1 衰减时的主调节器的参数；
5．观察并分析副调节器的比例度大小对系统动态性能的影响。
二、总体设计方案
串级控制系统性能特点：
串级控制系统即在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环——双闭环。
就其主回路来看是一个定值控制框图，而副回路则为一个随动系统。
副回路对液位起“粗调”的作用，主回路对液位起“细调”的任务。
1）串级控制系统由于副回路的存在，对于进入其中的扰动具有较强的克服能力，改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率所以控制质量比较高。
2)对二次干扰有较强的克服能力。
3）对一次扰动的克服能力和对回路参数变化的自适应能力。
因此对于控制质量要求较高，扰动大，滞后时间长的过程当采用单回路控制系统达到质量要求时，采用串级控制方案往往可以获得满意结果。
不过串级控制比单回路控制系统所需仪表多，系统的投运和参数整定相应地也要复杂一些。
因此如果单回路控制系统能够解决的问题就尽量不采用串级控制系统方案。
模糊PID 控制器调节阀
汽包对象
1
()
G s
2
()
G s
D
H
W
水位
设定值
蒸汽流量
锅炉液位串级控制系统框图
锅炉液位串级控制Matlab仿真图
三、系统器件选择（包括器件参数）
1、执行器：采用电动调节阀（气关式）
执行器正作用：执行器（调节阀）是气关式，< 0
执行器反作用：执行器（调节阀）是气开式，> 0
2、控制器：采用PID
控制器正作用：控制器测量值增加（或减少），其输出量亦增加（或减少）
控制器反作用：控制器测量值增加（或减少），其输出量亦减少（或增加）3、变送器：采用液注式压力检测仪表
变送器的静态放大倍数通常为正，即> 0
4、被控对象：采用液体管道压力
对象正作用：对象的输入量增加（或减少），其输出量亦增加（或减少）
对象反作用：对象的输入量增加（或减少），其输出量亦减少（或增加）
四、硬件设计方案
4-20mA 11
10
L
N 54
0-220V
+
L 1L 2L 3N
离心泵
U
V W
11121314151617181920
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
24V
变送器
250Ω
五、控制算法选择
调节器的控制规律是指其输出信号与输入偏差的函数关系，工业用调节器常用PID 控制规律。
本次控制系统中采用算法为智能PID 控制规律，智能PID 具有微处理功能。
智能PID 调节器技术参数：全球通用的100—240VAC 输入范围开关电源或24VDC 电源供电，并且具备多种外形尺寸供客户选择；采用先进的AI 人工智能算法，无超调，具备自整定（AT ）功能；采用先进的模块化结构，提供丰富的输出规格。
调节方式：位式调节方式（回差可调），AI 人工智能调节，包含模糊逻辑PID 调节及参数自整定的先进控制算法。
六、控制参数整定
由上图可知，此时
50
1
s
，22
s T 衰减曲线法计算公式如下表
使用PI 调节：得到
024.02
.1s
，115.0s I
T T 。
故得到：
7.411
p
K 75
.02
.0*I
P I
T K K δ
TD
TI P PI PID
s
δs 1.2δs
0.8δs
0.5T
s
3T
0.s
0.1T
规律
参数
将PID 控制系参数之位7.41p K ，75.0I
K ，得到阶跃响应曲线如下：
当系统的副调节器比例度增大时系统超调量增大，系统稳定性不变，当系统的副调节器比例度减小时系统超调量减小，系统稳定性不变。
七、心得体会
此次课程设计可以说是一次知识的综合应用。
本设计的内容涉《过程控制》、《自动控制原理》、《计算机控制理论与应用》、《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》等多方面知识，通过实际运用与调试仿真，完成本次设计，
收获颇多。
通过计算设计系统模型及控制系统方块图，再通过Matlab仿真对系统进行输出响应呈4：1 衰减时的主调节器的参数系统稳定，并利用Simlink完成了系统整个流程的仿真涉及。
系统的调试也是一个很重要的部分，调试就是不断地改变参数的过程，使
系统最后工作在最佳的工作状态下。
当然，可能由于设计时少考虑了一些因素，使得无论怎么调试参数，都不能满足设计要求，这时，就要重新设计，再调试，直到满足所有的指标。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，
可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够
的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。