锅炉液位控制系统原理概

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1、锅炉液位控制系统的设计一.锅炉液位控制系统原理概述锅炉是电厂和化工厂里常见的生产蒸汽的设备。为了保证锅炉的正常运行，需要维持锅炉液位为正常标准值。锅炉液位过低，易烧干锅而发生严重事故；锅炉液位过高，则易使蒸汽带水并有溢出危险。因此，必须通过调节器严格控制锅炉液位的高低，以保证锅炉正常安全的运行。常见的锅炉液位控制系统示意图如图1-1所示。图1-1锅炉液位控制系统示意图当蒸汽的耗气量与锅炉进水量相等时，液位保持为正常标准值。当锅炉的给水量不变，而蒸汽负荷突然增加或减少时，引起锅炉液位发生变化。不论出现哪种情况，只要实际液

2、位高度与正常给定液位之间出现了偏差，调节器均应立即进行控制，去开打或关小给水阀门，使液位恢复到给定值。图1-2是锅炉液位控制系统的方框图。图中，锅炉为被控对象，其输出为被控参数液位，作用于锅炉上的扰动是指给水压力变化的产生的内外扰动；测量变送器为差压变送器，用来测量锅炉液位，并转变为一定的信号输至调节器；调节器是锅炉液位控制系统中的调节器，有电动，气动等形式，在调节器内将测量液位与给定液位进行比较，得出偏差值，然后根据偏差情况按一定的控制律[如比例（P），比例-积分（PI），比例-积分-微分（PID）等]发出相应的输出

3、信号去推动调节阀动作；调节阀在控制系统中执行元件作用，根据控制信号对锅炉的进水量进行调节，阀门的运动取决于阀门的特性，有的阀门与输入信号成正比关系，有的阀门与输入信号成某种曲线关系变化。大多数调节阀呈为气动薄膜调节阀，若采用电动调节器，则调节器与气动调节阀之间应有电-气转换器。气动调节阀的气动阀门分为气开与气关两种。气开阀指当调节器输出增加时，阀门开大；气关阀指当调节器输出增加时，阀门保持打开位置，以保证汽鼓不致烧干损坏。18锅炉液位控制系统的设计图1-2锅炉液位控制系统方块图二．应用元件介绍2．1气动调节阀介绍气动调

4、节阀由气动薄膜执行机构和调节阀两大部分组成，它与气动调节器、减压阀、定位器或其它仪表配合使用，达到控制管道内的温度、压力、液位、流量等工艺参数的目的。气动薄膜调节阀由气动薄膜执行机构与调节阀二大部分组成（在配用电――气转换器和阀门定位器后，可与电动调节仪表及微型计算机配套使用）。它按照调节仪表来的信号，改变阀门的开户度，从而达到对压力、温度、流量和液位等参数的调节。2．2电-气转换器介绍电-气转换器是电动单元组合仪表转换单元 中一个品种，接受的电动调节仪表给出的直流信号，按比例地转换输出20～100KPa气动信号，作 

5、为气动薄膜调节阀、气动阀门定位器的气动控制信号，也可作为气动仪表的气源，实质上它起到 电动仪表与气动仪表之间的信号转换作用。 电-气转换器设计成本质安全型（防爆型式 iaⅡBT5），隔爆增安复合型（防爆型式deⅡBT4），因此被广泛应用于石油、化工、冶金、轻工、电站等工业部门的自控系统中。电气转换器是工业自动化仪表中电动和气动仪表之间的信号转换元件。用以将电动调节仪表输出的电流信号4-20mA或0-10mA，经转换器成比例的转换成20～100Kpa气动模拟信号，产品广泛应用于石化、电力、冶金等工业部门的自控系统中。电气

6、转换器的工作原理见图2-118锅炉液位控制系统的设计所示，它是按力平衡原理设计和工作的。在其内部有一线圈，当调节器（变送器）的电流信号送入线圈后，由于内部永久磁铁的作用，使线圈和杠杆产生位移，带动挡板接近（或远离）喷嘴，引起喷嘴背压增加（或减少），此背压作用在内部的气动功率放大器上，放大后的压力一路作为转换器的输出，另一路馈送到反馈波纹管。输送到反馈波纹管的压力，通过杠杆的力传递作用在铁芯的另一端产生一个反向的位移，此位移与输入信号产生电磁力矩平衡时，输入信号与输出压力成一一对应的比例关系。即输入信号从4mA.DC改变

7、到20mA.DC时，转换器的输出压力从0.02～0.1MPa变化，实现了将电流信号转换成气动信号的过程。    图2-1中调零机构，用来调节转换器的零位，反馈波纹管起反馈作用。图2-1电气转换器原理图2.3各种基本控制规律介绍2．3．1比例（P）控制规律具有比例控制规律的控制器，称为P控制器，如图2-2所示。其中Kp称为P控制器增益。P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在信号变换过程中，P控制器只改变信号的增益而不改变其他相位。在串联校正中，加大控制器增益Kp，可以提高系统的开环增益，减小系统稳态误差，从而提高系

8、统的控制精度，但会降低系统的相对稳定性，甚至可能造成闭环系统的不稳定。因此，在系统校正设计中，很少单独使用此比例控制规律。KpKpKpKpKp图2-2P控制器18锅炉液位控制系统的设计2．3．2比例-微分（PD）控制规律具有比例-微分控制规律的控制器，称为PD控制器，其输出m(t)与输入e(t)的关系如下式所示：式中，Kp为比例系