项目一(1)——锅炉液位定值控制方案doc-湖州职业技术

湖州职业技术学院

《过程控制与自动化仪表》

教案

讲说人：高志宏

机电工程分院

2006年12月

课前准备：多媒体课件制作、演示实验设备调试、以4人/小组进行分组。

一、感知——自动化技术的神奇（15分钟）

1、图片展示

利用多媒体展示自动化技术在石油、冶金、化工、机械等行业的应用，以了解自动化技术的神奇与重要性。

2、技术说明

结合图片教师对断续过程控制（如加工过程自动化、数控技术等）和连续过程控制作及时解释，并说明本课程应用范围属连续过程控制，主要是对温度、压力、流量、物位等参数进行控制。

二、明确课程目标与考核方法（30分钟）

1、问题提出——拟定电加热锅炉自动控制方案。

锅炉是一个产生蒸汽的热能设备，在工业上有极其广泛的应用。由于加热方式的不同其控制方法有一定的差别，但液位控制方法基本相同。图1是电加热锅炉的简易流程图，电加热器加热水产生一定压力的水蒸汽，并通过上部的输汽管供给用户或下一个工序，为了及时补充因蒸发而不断减少的锅炉水量，在锅炉下部用水泵连续的加入冷水。

图1 电加热锅炉的简易流程图工艺基本要求：1）产生的蒸汽必须压力恒定以满足用户需求；2）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。

根据工艺要求，请学生以小组为单位进行讨论，初步拟定一个自动控制方案。

2、集体讨论

选取1～2个小组，由代表汇报小组讨论后形成的集体意见。

3、教师点评、提出教学要求

学生积极参与、开动脑筋寻求合理的处理方法的学习精神应充分肯定，但从小组代表的

汇报情况，电加热锅炉的自动控制方法还存在许多不足之处，个别小组根本无从下手。

电加热锅炉的自动控制，在工业上将其分为二个问题：1）电加热的恒温自动控制；2）

液位的定值自动控制。其实现并不难，事实上本课程正是以电加热锅炉自动控制为实例，来

介绍过程控制及自动化仪表的应用技术，同学们经过一学期的学习与训练，不仅能掌握电加

热锅炉自动控制的实现，同时，基于此能解决工业上常见的自动控制问题。

通过本课程学习，使同学们掌握基本的过程控制理论及自动化仪表知识基础上，重点学会——常用仪表的选用与维护、典型控制系统的调试与投运、简单控制系统的开发与实施。

整个课程设计一个大的总体项目——电加热锅炉自动控制系统开发与实施。

4名同学一组，各组在整个学期学习过程中必须完成基本篇的四个项目——单回路液位

控制系统集成与调试、液位流量串级控制系统集成与调试、单回路温度控制系统集成与调试、

电加热锅炉恒温供水控制系统的开发与实施。前三个项目属于学习和探索，每次按项目要求通过“教、学、做”一体化的教学方法，完成系统集成与调试任务，主要是熟悉系统组成原理、学会仪表的使用、掌握系统调试方法、验证实验结论。第四个项目为综合实践项目，要求综合应用知识与各种方法，完成电加热锅炉恒温供水控制系统开发与实施，通过组内学生之间的分工与协作，自我分析问题、解决问题，以强化综合应用能力的培养，最后每组集体答辩。提高篇的二个训练项目——基于SLPC可编程调节器的蒸汽流量温压补偿测量、锅炉二冲量控制系统开发。至此，锅炉二冲量实用控制系统的开发与实施已基本完成。

改革考核方式

（1）对学生实行以能力为中心的开发性项目式考核：第一，考核范围开放，以项目作为主要依据；第二，考核方式开放，以项目在学习过程中进行；第三，考试标准开放，以项目要求作为主要评分标准；第四，考核知识点与技能点全面开放，以项目带动知识点的学习。

（2）全程化考核：学习过程的全程化考核，考核内容包括学生平时课堂参与状况、作业完成情况、实践教学的表现等；平时考核、项目考核、期末考试各占总分数的20%、50%、30%。

（3）考核形式多样化：包括课堂展现、笔试、口试、现场演示，每一种考核形式都赋予了分数。

基本篇

图2 课程项目结构图

三、知识学习——确定控制方案（20分钟）

确定控制方案是自动控制系统开发的第一步，也是最关键的一步。为此，我们就第一个子项目——锅炉液位定值自动控制的控制方案进行讨论。为了突出液位控制问题、便于分析与实现，对锅炉的工艺流程稍作变动——水从上部（上一个工序）连续不断地流入锅炉中，并经下部管路送出。

1、存在问题

从流程图可以看出，由于流入量的波动会引起锅炉液位的波动，严重时会溢出或流空。

因此，必须采取措施防止锅炉液位的波动。

2、解决方法

最简单的解决方法是操作人员以锅炉液位为操作指标，以改变进水阀门开度为控制手段。当液位上升时，将进水阀门开小，液位上升越多，阀门开得越小；反之，当液位下降时，就开大出口阀门，液位下降越多，阀门关得越大。通过控制出口阀门开度而使液位保持在这一高度上，这样就不会出现锅炉液位过高或液位过低而出现危险。归纳起来，操作人员所进行的工作有三方面：

（1）检测——用眼睛观察玻璃管液位计（测量元件）中液位的高低，并通过神经系统告诉大脑；

（2）运算（思考）、命令——大脑根据眼睛看到的液位高度，加以思考，并与要求的液位进行比较，得出偏差的大小和正负，然后根据操作经验，经思考，决策后发出命令；

（3）执行——根据大脑发出的命令，通过手去改变阀门开度，以改变流出量Q，从而把液位保持在所需高度上。

眼、脑、手三个器官，分别担负了检测、运算和执行三个任务，来完成测量、求偏差、再控制以纠正偏差的全过程。

图3 人工液位调节过程

3、控制方法改进

由于人工控制受到生理上的限制，满足不了大型现代化生产的需要，为了提高控制精度和减轻劳动强度，可以用一套自动化装置来代替上述人工操作，这样，就由人工控制变为自动控制了。锅炉和自动化装置一起构成了一个自动控制系统，如图4所示。如果绘制工艺控制流程图，一般表示成图5的形式，由图可知，自动化装置主要包括三部分。