锅炉汽包水位控制系统-课程设计

滨州学院

工业过程控制

课程设计

课题名称锅炉汽包液位控制系统

专业电气工程与自动化

班级* * * *

学号********************

姓名* * *

指导教师* * *

设计时间2013.6.3~2013

设计成绩：指导老师：

本栏目由指导教师根据大纲要求审核后，填报成绩并签名。

过程控制设计任务书

摘要

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。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。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。

一汽包水位调节的任务

给水自动调节也叫水位自动调节，其主要任务是：

(1)维持锅炉水位在允许的范围内，使锅炉的给水量适应于蒸发量。锅炉的水位是影响安全运行的重要因素。水位过高会影响汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增加，使过热器管壁和气轮机叶片结垢，造成事故。水位过低，则会破坏汽水正常循环，以致烧坏受热面。水位过高或过低，都是不允许的。所以，正常运行时汽包水位应在给定值的 30mm上下范围波动。

(2)保持给水量稳定。给水量稳定，有助于省煤器和给水管道的安全运行。实践证明，无论是电站锅炉，或者是工业锅炉，用人工操作调节水位，既不安全，也不经济，其最有效的方法是实现给水自动调节。

二设计锅炉汽包水位控制方案

从锅炉汽包水位的动态性能入手，分析影响锅炉汽包水位的主要因素，并对这些因素对锅炉汽包水位动态性能的影响进行理论研究。根据各个因素对锅炉汽包水位的影响采用汽包水位PID方案，达到控制锅炉汽包水位稳定的目的。

1 PID控制原理

在控制系统中,控制器最常用的控制规律是PID控制。常规PID控制系统原理框图如图3-1所示。系统由PID控制器和被控对象组成。

PID控制系统原理图

PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成控制偏差e(t)=r(t)-y(t)。将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控制对象进行控制。

2 汽包水位串级控制系统

串级控制系统图

串级控制系统具有以下较好的控制性能，它对二次干扰有很强的克服能力，对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力，改善了对象的动态特性，提高了系统的工作能力。

控制线路设计如下

三 硬件的选择

根据所设计的控制方案合理地选择检测元件、执行机构和控制设备以及其它必要设备，并在此基础之上根据控制方案合理地进行硬件设计。为整个系统的实现以及稳定、可靠运行打下基础。

1电机的选型

电机是锅炉汽包供水的动力设备，电机的准确选型关系到汽包能否准确供水进而影响到汽包水位的稳定。控制的锅炉蒸发量为：35t/h ，汽包压力0.5MP ，管道直径50mm 因此可以对正常工作时电机的功率作如下估算：

22

3500010/500000 3.14 2.595360010000

W kg m s P K s ⨯⨯⨯⨯=≈⨯

由计算结果可以知道选用功率为100Kw 的三相异步电动机完全可以满足工作要求，由于使用变频调速不必选用绕线型异步电动机，选用鼠笼型电机就可以满足要求。

2变频器的选型

变频器是电机的供能设备，合理选择变频器关系到电机能否正常为汽包供水。由电机的选型可以知道电机在50Hz 三相交流电下工作时电机的功率大约是

100Kw ，当三相交流电动机在基频以下工作时为恒转矩输出，而此时电机的转速会小于额定转速，因此电机的输出功率也会小于额定功率，同时由于电机的转矩保持不变，其工作电流同在50Hz 三相交流电下工作时电流基本一致。根据以上的分析可以选择三菱变频器 FR-F740系列的变频器。

3水位传感器的选型

由于该设计的目的是控制水位稳定，而整个控制系统的基础是对水位的准确测量，因此水位能否准确测量直接关系到控制质量的优劣。合理的选择水位传感器在水位控制系统的设计中有关键作用。知道汽包水位应该控制在300±30mm ，根据过程控制仪表量程选择原则：仪表量程应该为被测量参数的4/3～3/2倍。因此所选传感器的最大量程为:400～450 mm 。而且汽包水位应该控制在300±30 mm ，因此所选水位传感器的精度应该高于10/450=6.7%FS 。可用CR-6031型智能锅炉汽包液位计。

4 流量传感器的选型

根据控制方案可以知道流量传感器用于测量给水流量和蒸汽流量，这两个信号可以有效地改善控制质量，知道所要控制的是35t/h 锅炉的汽包水位，水位稳定时供水量为：35 m3/h 。可用LUGB-99型涡街流量计。

5接触器的选型

接触器是系统中用到的重要开关设备，接触器的合理选择能保证交流电动机能够准确及时的启动、停止。根据分析三相交流异步电机的最高工作电流是工作于50Hz 交流电压下，其工作电流为：

152

A ≈ (3.2)

因此根据设计的要求选用HLC-3X 系列空调接触器，

6变压器的选型

液位传感器、流量传感器设备需要在DC24V 电压下才能正常工作。SA-100-24型变压器采用脉冲宽度调制(PWM)方式。该变压器效率高，工作温度低，体积小，重量轻，电压变动率低。内附突入电流抑制电路、具有短路保护、过载保护、过压保护等功能。进口器材，高可靠性高，内置滤波器，低纹波。可长期满载使用。

四 串级控制系统的参数整定

在控制系统中，按照给定信号和反馈信号之间的偏差的比例（P ）、积分（I ）