锅炉汽包水位课程设计说明书.docx
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1、锅炉汽包水位控制系统(SP=70CM)学生学号: 学生姓名: 专业班级: 分 院: 机电工程学院 指导教师: 起止日期:2008.12.272009.1.08中国计量学院China Jiliang University目 录课程设计任务书4第一章 课程设计的目的5第二章 目前锅炉汽包水位控制现状62.1.单冲量控制62.2.三冲量控制62.3.模糊控制7第三章 系统工艺过程83.1.保持汽包水位正常83.2.保持给水流量稳定8第四章 控制方案的确定和要求94.1.单冲量水位控制系统94.2三冲量控制系统94.3.系统控制方法确定104.4.系统要求:11第五章 设备选型和仪表规格表125.1.
2、对流量信号输入、通讯和变送采用AI-808H型仪表:125.2.采用CAP-3011型智能电容液位计:135.3仪表规格表13第六章 系统的监控软件组态156.1.三维力控组态:156.2.系统组态:17第七章 软件功能介绍187.1.软件主界面:187.2功能报表:187.3.趋势曲线:197.4报警:197.5 设定值的设定(SP=70cm):207.6 策略控制生成器:217.7 DDE通信:21第八章 系统仿真和结果分析228.1系统在matlab7.0下simulink中的仿真框图:228.2.仿真曲线如下(输入为最终值为1的阶跃相应):228.3.结果分析23第九章 设计体会24参
3、考文献:24课程设计任务书一、设计题目:基于PID的锅炉汽包水位控制系统二、设计目的1.掌握三维力控组态软件的应用及其策略控制生成器的开发。 2.学习应用MATLAB软件对系统过程进行仿真。 3.掌握PID控制的具体过程和参数的整定。4对工程控制设计有一定的了解。三、设计任务及要求 设计并实现锅炉水位在扰动作用下稳定在某一设定值:1具有查看实时趋势、报警记录、当前实测液位、设定液位;2具有一定的抗扰动能力;四、设计时间及进度安排设计时间共十一天(2008.12.272009.1.08),具体安排如下表:时间安排设 计 内 容设计时间前五天学习三维力控的应用和锅炉汽包水位控制的相关方法,matl
4、ab软件在系统仿真中的应用,完成和确定具体控制的方法和相关参数的计算及其在matlab中的仿真2008.12.272009.1.01后六天在三维力控中完成界面的制作,并用策略控制生成器中完成该液位的PID控制,并演示正确,完成系统说明书的书写,课程答辩2009.1.022009.1.08第一章 课程设计的目的课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节,是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力,为毕业设计(论文)奠定基础。1进一步巩固和加深学生所学一门或几门相关专业课(或专业基础课)理论知识,培养学生设计、计算、绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能;
5、2培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际问题的能力;3培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。第二章 目前锅炉汽包水位控制现状 锅炉汽包是一个多输入、所输出对象,有多个被控量和相应的控制变量。与上述控制任务有关的被控量是主蒸汽压力、主蒸汽温度、汽包水位、过剩空气系数和炉膛负压;相应的控制变量有燃烧量、减温水量、给水流量、送风量和引风量等。这些被控量之间是相互关联的,改变其中一个控制变量会同时影响几个被控量。在这些控制中给水自动控制是前提,方法也很多,现在的控制系统主要包括单冲量和三冲量及模糊控制。2.1.单冲量控制汽包水位控制系统的单冲量控制是根据水位信
6、号量去调节给水流量以稳定汽包水位。汽包两侧各有两个汽包水位差压变送器。由汽包压力作补偿后,得出汽包水位信号,再把两侧汽包水位信号经二取一选择作为汽包水位的测量值。汽包压力信号也是汽包两侧的压力值经三取平均值得到。调节模块PID参数调整:控制系统为单回路,调节器为比例积分调节器。 V为设定值,H为实时液位2.2.三冲量控制三冲量控制根据汽包水位、蒸汽流量和给水流量等3个信号量去调节给水流量以稳定汽包水位,其中汽包水位是主信号,蒸汽流量为前馈信号,给水流量为副信号,三冲量控制对象为电泵和气泵。其主要方法可分为单级三冲量控制和串级三冲量控制两种,如右图W为给水量,D为蒸汽量,Q为锅炉燃烧率,H为实时
7、液位。2.3.模糊控制 因为水位调节对象有迟延且无自平衡能力,它的纯迟延时间和时间常数都比较大,干扰因素多,对象模型不确定,是可控性较差的一个调节系统。目前锅炉汽包水位控制中,应用较广泛的是传统PID方法。这种方法在系统符合稳定时能够取得很好的控制效果,但当系统负荷较大时有较大波动,则难以稳定及时地对系统进行控制。故采用基于模糊控制的变参数PID控制器,可以改善控制品质。 第三章 系统工艺过程3.1.保持汽包水位正常使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量,保持汽包水位在给定的范围内变化。汽包水位的稳定程度反映了给水流量和蒸汽流量之间的物质平衡关系。汽包水位的高低是直接影响锅炉安全运行和蒸汽品质指标的重
8、要因素。如果汽包水位过高。会影响汽包内汽水分离装置的正常工作,造成出口蒸汽带水、带盐。使过热器管壁和汽轮机喷嘴、叶片结垢,严重时,可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶轮;汽包水位过低,则可能破坏锅炉水循环,造成水冷壁管供水不足而烧坏、锅炉在运行中的正常水位一般规定在汽包中心线一下100200mm,允许波动范围为50mm。3.2.保持给水流量稳定给水流量稳定对于省煤器和给水管道的安全运行有极大的意义。在负荷不变时,给水流量不应出现忽大忽小的剧烈波动。在控制过程中上述两任务是相互矛盾的,为了提高水位控制的准确性,往往会使给水流量在控制过程中频繁波动。因此控制时必须全面考虑这两个指标,在满足汽包水位要求的
9、基础上保持给水流量的动态稳定。随着锅炉容量和参数的提高,汽包的溶剂相对减少,锅炉蒸发热面的热负荷显著提高,因此,加快了负荷变化时水位的变化速度。为了保证机组的安全运行,减轻运行人员的劳动强度,锅炉运行中迫切要求对给水实现自动控制。 第四章 控制方案的确定和要求4.1.单冲量水位控制系统图631所示是一单冲量水位控制系统。这里的冲虽一例 指的是变量,单冲量即汽包水位。这种控制系统结构简单,是典型的单回路定值控制系统,在汽包内水的停留时间较长,负荷又比较稳定的场合这样的控制系统再配上一些联锁报警装置,也可以保证安全操作。然而,在停留时间铰短,负荷变化较大时,采用中冲量水位控制系统就不能适用。这是由
10、于:(1)负荷变化时产生的“虚假水位”,将使调节器反向错误动作,负荷增大时反向关小给水调节阀。一到闪急汽化平息下来,将使水位严亟下降,被动很厉害动态品质很差、(2)负荷变化时,控制作用缓慢、即使“虚假水位”现象不严重,从负荷变化到水位下降要有一个过程,再由水位变化到阀动作已滞后一段时间。如果水位过程时间常数很小,偏差必然相当显著。(3)给水系统出现扰动时动作作用缓慢。假定给水泵的压力发生变化,进水流量立即变化,然而到水位发生煽差而使调节阎动作,同样不够及时。4.2三冲量控制系统 双冲量控制系统还有两个弱点3Bp调节阎的工作特性不一定是线性,这样要做到静态补偿就比较园难;同时对于给水系统的扰动不
11、能直接补偿。为此将给水流量信号引入,构成三冲量控制系统。 (1)三冲量控制方案之一 图634所示是三冲量控制方案之一。该方案实质上是前馈(蒸汽流量)加反馈控制系统。这种三冲量控制方案结构简单,只需要一台多通道调节器,整个系统亦可看作三冲量的综合信号为被控变量的单回路控制系统,所以投运和整定与单回路一样;但是如果系统设置不能确保物料平衡,当负荷变化时,水位将有余差。(2)三冲量控制方案之二 三冲量控制方案之二如图635所示,该方案与方案之一相类似,仅是加法器位置从调节器前移至调节器后。该方案相当于前馈串级控制系统,而副回路的调节器比例度为100。该方案不管系数。和。w如何设置,当负荷变化时,液位
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