基于plc的锅炉汽包液位控制系统设计

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1、内蒙古科技大学过程控制课程设计论文摘要锅炉是钢铁、石油、化工、发电等工业过程中必不可少的重要动力设备，所产生的高压蒸汽既可作为驱动的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。例如电厂里的汽轮发电机，就是靠锅炉产生的一定温度和压力的过热蒸汽来推动的，化工厂里许多换热器的热源大多是锅炉提供的蒸汽。为适应生产的需要，锅炉的大小、型号也是各种各样。锅炉的大小是以锅炉每小时产生的蒸汽量来衡量的，小型锅炉每小时产几吨蒸汽，大的锅炉每小时能产200t以上的蒸汽，蒸汽压力有高、中、低之分。在应用类型上，可将锅炉分为

2、动力锅炉和工业锅炉，其中工业锅炉又分为辅助锅炉、废热锅炉、快装锅炉、夹套锅炉等。锅炉的燃料也各不相同，有燃气型、燃油型、燃煤型和化学反应型等。锅炉产生蒸汽的压力和温度是否稳定、锅炉运行是否安全，直接影响到生产能否正常进行，更关系到人员和设备的安全与否，因此，锅炉的过程控制十分重要。工业蒸汽锅炉是一个复杂的控制对象，为了保证锅炉能够提供合格的蒸汽，生产过程中的各工艺参数必须严格控制。在这些工艺参数中，锅炉汽包水位是一个非常重要的参数，水位的大小不仅是影响蒸汽质量的主要因素，而且将水位控制在一定的范围之内是保证锅

3、炉安全运行的必要因素。关键词：锅炉汽包；三冲量；PLC；PID；18内蒙古科技大学过程控制课程设计论文目录第一章锅炉的工艺流程描述3第二章锅炉汽包水位控制系统的设计62.1系统的硬件设计9(1)主控制器的设计9（2)检测电路的设计9（3）输出控制电路102.2系统软件设计：11第三章PID调节规律的选择及参数整定133.1比例调节作用对系统性能的影响133.2积分调节作用对系统性能的影响133.3微分调节作用对系统性能的影响143.4整定的基本方法14（1）临界比例度法(闭环整定）14（2）衰减曲线法(闭环整

4、定）14（3）反应曲线法（动态特性参数法）14（4）现场实验整定法143.5调节规律的确定原则15总结16参考文献17附录:1818内蒙古科技大学过程控制课程设计论文第一章锅炉的工艺流程描述锅炉的工艺流程如图1.1所示。图1.1锅炉工艺流程图燃料和热空气按一定的比例混合后进入燃烧室燃烧，加热汽包内的水产生饱和蒸汽Ds，经过热器后形成一定温度的过热蒸汽D，再汇集到蒸汽总管PM，最后经过负荷设备调节阀供给负荷设备使用。燃料在燃烧时产生的烟气，其热量一部分将饱和蒸汽变成过热蒸汽，另一部分经省煤器对锅炉供水和空气进行

5、预热，最后由引风机从烟囱排入大气。18内蒙古科技大学过程控制课程设计论文锅炉的正常运行必须要保持物料（水）平衡和热量平衡。在物料平衡中负荷是汽包内水的蒸发量，被控变量是汽包的水位，操纵变量是锅炉的给水量；在热量平衡中负荷是蒸汽带走的热量，被控变量是蒸汽压力，操纵变量是燃料量。上述的物料平衡和热量平衡是相互关联、互相影响的。汽包水位不仅受到给水流量的影响，而且也受到热量变化的影响。例如，当热量平衡被破坏，蒸汽压力发生变化后，会影响到汽包水面下蒸发管中的汽水混合物的体积，使汽包水位发生变化。同样蒸汽压力不仅受到燃

6、料输入量的影响，而且进水量的变化也会影响到蒸汽压力的稳定。例如，给水流量增加时，由于冷水的温度低，会使汽包内的蒸发量减少，导致蒸汽压力下降。综上所述，锅炉的运行主要包括以下三个方面的过程控制系统：（1）汽包水位控制系统：是锅炉安全运行的必要保证，它要维持汽包内的水位在工艺允许的范围内；（2）燃烧系统的控制：通过使燃料量与空气量保持一定的比值，以保证经济燃烧和锅炉的安全运行，同时保证引风量与送风量相适应，维持炉膛内的负压恒定不变，其最终目的是使燃料产生的热量满足蒸汽负荷的需要；（3）过热蒸汽系统的控制：这是一个

7、温度控制系统，其作用主要有2个：一是保持过热器出口温度在允许范围内；二是保证管壁的温度不超过允许的工作温度。影响汽包水位的主要因素是给水量和蒸汽流量，其他因素都可以作为干扰因素另作考虑。当负荷增大时，蒸汽流量增大，会使得汽包水位下降，当突然增加蒸汽流量会使得蒸汽压力减小，汽包水位不降反增，出现虚假水位现象，这是设计中必须要考虑的因素。给水量对汽包水位的影响存在惯性区，但基本是线性的。汽包水位是锅炉运行的重要指标，对锅炉的安全运行非常重要，保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，水位过高或过低，18内

8、蒙古科技大学过程控制课程设计论文都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利影响。过高会影响汽水分离效果，蒸汽过湿，饱和水蒸汽将会带水过多，导致过热器管壁结垢并损坏，使过热蒸汽的温度严重下降，若以此过热蒸汽带动汽轮机，将因蒸汽带液损坏汽轮机的叶片，造成运行的安全事故。然而，水位过低，则因汽包内的水量较少，而负荷很大，加快水的汽化速度，使汽包内的水量变化速度很快，若不及时加以控制，将有可能使汽包内的水全部汽