过控课程设计-锅炉汽包液位三冲量控制系统的设计

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1、唐山学院过程控制系统课程设计题目锅炉汽包液位三冲量控制系统的设计系(部)信息工程系班级11自动化姓名学号412014年12月15日至12月26日共2周1131313课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（20分）课设答辩（20分）设计成果（60分）总成绩（100分）提问（答辩）问题情况综合评定指导教师签名：年月日目录11313131工程背景42锅炉汽包水位52.1锅炉系统概述52.2锅炉汽包水位的系统结构63锅炉水位PID控制系统设计73.1PID控制原理73.2PID对控制的影响83.2.1比例P调节83.2.2积分I调节83.2.3微分D调节8

2、3.2.4PID控制器的参数整定94汽包水位调节系统的设计94.1三冲量水位调节系统的分析10附录1211313131工程背景锅炉是发电和供热生产过程中的主要动力设备,汽包水位则是确保安全生产、稳定性、经济性以及提供优质蒸汽的一个重要监控参数,必须保持在某一期望值附近。它反映了锅炉蒸发量和给水量之间的一种动态平衡关系。水位高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热管内结垢,使传热效率和蒸汽品质下降,影响供气的质量;过低时会破坏部分水冷壁的水循环,影响省煤器运行效率,甚至造成干锅和锅炉爆炸的危险。因此汽包水位必须控制在一定范围内,而影响锅炉水位的因素很多,最主要的是蒸发量和给水量的波动。汽包

3、锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量,维持汽包水位在一定范围内波动,这对机组的安全、稳定、经济运行有着重要的影响。由于控制对象在给水量扰动时有一定的惯性,而且在负荷扰动时又存在“虚假水位”,采用串级三冲量给水控制系统能有效地消除这些扰动。该系统以汽包水位为主信号,任何导致水位变化的扰动都会使调节器动作;蒸汽流量是前馈信号,它的作用是防止“虚假水位”引起的调节器的误动作,改善蒸汽流量扰动时的调节质量;给水流量是介质反馈信号,因给水流量信号对给水流量变化的响应很快,使调节器能够在水位还没变化时就对前馈信号的变化作出反应,消除内扰,使调节过程比较稳定,充分保证了调节

4、系统的稳定运行。汽包水位系统，由于它存在非线性、不确定性、时滞非最小相位特征，使得它的精确数学模型往往是很难获得的。而且，常规的PID控制方式，建立于汽包水位系统的数学模型之上，同时PID控制参数是固定不变的，因此难以适应各种扰动和对象变化，其控制效果欠佳，但是PID控制能够实现无差控制。因此出现了模糊控制方法。模糊控制，建立于人工经验，它能够将熟练操作员的经验加以总结和描述，并用语言表达出来，得到定性的、不精确的制规则，不需要对象的数学模型。本设计主要以传统PID控制方案作为手段，结合过程控制方法，实现对汽包水位的稳定控制。在过程控制系统中，前馈控制，能够快速的消除干扰；串级控制

5、，如果副回路包含大部分干扰，则能够对干扰起到很好的抑制效果。影响汽包水位的主要因素是蒸汽流量（负载变化），给水流量，燃烧量。结合影响因素，重点对蒸汽流量、给水流量和汽包水位三个变量的关系进行研究，并充分利用前馈控制盒串级控制的特点，得到汽包水位三冲量前馈-串级控制系统。此系统能够有效地对负载干扰作出正确、快速动作；对给水干扰，抑制效果明显。能够实现无差控制。11313132锅炉汽包水位2.1锅炉系统概述锅炉是一种承受一定工作压力的能量转换设备.其作用就是有效地把燃料中的化学能转换为热能,或再通过相应设备将热能转化为其它生产和生活所需的能量形式,长期以来在生产和居民生活中都起很重要的

6、作用。根据锅炉的作用不同，可分为电站锅炉，工业锅炉，生活锅炉等。其中电站锅炉主要用于发电，工业锅炉主要用于工农业生产，而生活锅炉主要用于供热取暖。随着工业生产规模不断扩大，生产过程不断强化，生活设备不断革新，锅炉向大容量、高参数、高效率方向发展。为确保生产生活安全，对锅炉设备的自动控制就显得十分重要。锅炉系统的主要包括燃烧系统、送引风系统、汽水系统及辅助系统等。其主要工艺流程如图1所示。图1锅炉主要工艺流程图11313132.2锅炉汽包水位的系统结构锅炉汽包水位自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量并维持汽包的水位在工艺允许的范围内。维持汽包水位在给定范围内是保证锅护和汽轮机安全

7、运行的必要条件，也是锅炉正常运行的主要指标之一。水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽中含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。水位过低，则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统中某些薄弱环节，以致局部水冷管壁被烧坏，严重时会造成爆炸事故。这些后果都是十分严重的。随着锅炉容量的增加，水位变化速度愈来愈快，人工操作愈来愈繁重，因此对汽包水位实现自