电厂锅炉水位单级三冲量控制系统设计.docx

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电厂锅炉水位单级三冲量控制系统设计

本科毕业设计论文

题目电厂锅炉水位单级三冲量控制系统设计

专业名称

学生姓名

指导教师

毕业时间

毕业设计任务书

一．题目

电厂锅炉水位单级三冲量控制系统设计

二、指导思想和目的要求

通过毕业设计使学生对所学自动化基本知识和专业理论加深理解，掌握工业生产过程控制系统设计和仿真的基本方法，培养独立开展设计工作的能力。

要求在毕业设计中：

1.分析研究大中型火力发电厂锅炉汽包水位控制要求，特点及控制系统设计方法，设计蒸汽锅炉汽包水位单级三冲量控制系统，其主要技术指标达到设计要求；

2.开展控制系统方案论证，建立系统数学模型，进行水位控制系统分析；

3.设计水位三冲量控制系统控制规律，进行参数整定；

4.进行数学仿真，验证设计；

三、主要技术指标

1.锅炉汽包内径1.8m,筒身长20m；

2，正常水位在汽包几何中心线下100mmmm处；

给水流量W=0~450t/h，蒸汽流量D=0~500t/h；

3.在给水流量变化和蒸汽流量扰动下，锅炉汽包水位控制系统能稳定运行，衰减系数；

4.过程动态性能指标为：

1）水位波动最大偏差不超过mm；

2）水位恢复到mm范围内的时间不大于；

5．锅炉稳定运行时，汽包水位应在给定值的mm范围内变化。

1.1-3周：

收集查阅资料；

2.4-6周：

完成总体方案设计和建模；

3.7-8周：

完成系统分析和控制规律设计；

4.9-11周：

完成仿真验证及修改；

5.12-13周：

完成毕业设计论文.

五、主要参考书及参考资料

1金以慧等《过程控制》，清华大学出版社，2002年；

2张栾英，孙万云，《火电厂过程控制》，中国电力出版社，2004年；

3于希宁，刘红军，《火电场自动控制理论》，中国电力出版社，2004年.

学生指导教师系主任

摘要

电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术先进与否和企业现代化的重要标志。

汽包锅炉给水控制系统的任务是使给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在允许的范围内。

汽包水位是影响锅炉安全运行的重要因素。

水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结垢，甚至使汽轮机发生水冲击而损坏叶片；水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁的破裂。

只有保证汽包水位的波动在允许范围内，才能实现机组安全经济运行。

因此，汽包水位是整个机组安全经济运行的重要因素。

本设计采用单级三冲量控制系统，特点是：

整定方法容易掌握，控制系统所用设备少，给水流量调节动作平稳，结构简单，一般情况下能满足锅炉生产的控制要求。

在单级控制系统中，参数的整定也很重要，在系统中所设计的对象是确定的，即只有对调节器进行参数整定才符合条件。

控制系统的参数整定有理论计算方法和工程整定方法。

理论计算方法是基于一定的性能指标，由理论计算求得调节器的动态参数设定值；工程整定法，是源于理论分析，结合实验、工程实际经验等一套工程上的方法。

本设计的目的是采用单级三冲量给水控制系统控制汽包水位，使其平稳运行,并通过MATLAB仿真，证明所设计的系统可以较好的克服系统的内、外扰动，实现汽包锅炉水位控制的要求。

关键词：

汽包水位，单冲量，单级三冲量，MATLAB仿真

ABSTRACT

Thermalpowerplantisameasureofthelevelofautomationofadvancedornot,andanimportantsymbolofmodernenterprisesplantproductiontechnology.Drumboilerfeedwatercontrolsystemtaskistomaketoadapttowaterevaporationboilerdrumlevelinordertomaintaintheallowablerange.Thewaterlevelistoohigh,itwilldisruptthenormalworkingsteamseparatordevicewillleadtoanincreaseinserioussteamwithwater,therebyincreasingthescaleonthewallsuperheaterandturbineblades,andeventheoccurrenceofwaterhammerdamageturbineblades.Onlyguaranteedrumlevelfluctuationswithintheallowablerange,inordertoachievetheunitsafeandeconomicoperation.So,drumlevelisanimportantfactorinsafeandeconomicoperationoftheentireunit.Thisdesignusesasingle-stagethree-impulsecontrolsystem,characterizedby:

simplestructure,undernormalcircumstancestomeetthecontrolrequirementsofboilerproduction.

Inasingle-levelcontrolsystems,parametertuningisalsoimportantobjectsinthesystemdesignisdeterminedthatonlytheparametersofthecontrollertuningbeforequalifying.Theoreticalcalculationsarebasedoncertainperformanceindicators,obtainedfromthetheoreticalcalculationsofthedynamiccontrollerparametersettings;engineeringentiretitration,isderivedfromthetheoreticalanalysis,combinedwithexperimentalmethods,practicalexperienceofaprojectonotherprojects.

Thepurposeofthisdesignistheuseofasingle-stagethree-impulsedrumsimulationshowsthatthedesignedsystemcanbetterovercomewithinthesystem,outsidedisturbances,achievedrumboilerwaterlevelcontrol.

KEYWORDS:

drumlevel,single-shot,single-stagethreeimpulse,MATLABsimulation

第一章引言

1.1课题的研究背景及意义

火力发电厂在我国电力工业中占有主要地位，是我国的重点能源工业之一。

大型火力发电具有效率高、投资省、自动化水平高等优点，在国内外发展快。

随着电力需求的日益增长，以及能源和环保的要求，我国的火电建设开始向大容量、高参数的大型机组靠拢。

但是，火电机组越大，其设备结构就越复杂，自动化程度也要求越高。

给水控制系统是火电厂非常重要的控制子系统。

汽包水位是锅炉安全运行的重要参数，同时他还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志。

随着机组容量的增大，运行参数的不断提高，对汽包水位的控制品质要求也越来越高，为了机组的安全、经济运行，需要采用设计更合理、功能更完善的控制系统，给水自动控制系统可以大大减轻人员的劳动强度，汽包水位的稳定性也得到极大提高，保障了机组的安全、稳定的运行。

为了实现电能生产的“高效、洁净、经济、可靠、安全”的要求，火电厂汽轮机的参数经历了低压、中压、高压、超高压、亚临界和超临界参数的发涨阶段，目前正向超临界参数的方向发展。

1.2国内外控制系统的发展情况

1.2.1国外控制系统的发展情况

自70年代以来，由于工业过程控制的需求，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅猛，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面日本、美国、德国、瑞典等国家技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用，它们主要有如下特点：

（1）能适应于大惯性、大滞后等复杂控制系统的控制。

（2）能适应于受控系统数学模型难以建立的控制系统的控制。

（3）能适应于受控系统过程复杂、参数时变的控制系统的控制。

（4）这些控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工智能等理论，运用先进的算法，适应的范围广泛。

（5）控制系统具有控制精度高、抗干扰力强的特点。

目前，国外控制系及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面发展。

1.2.2国内控制系统的发展情况

在现代工业控制中，过程控制技术是一历史较为久远的分支。

在上世纪30年代就已有应用。

过程控制技术发展到今天，在控制方式上经历了三个发展阶段，它们是：

分散控制阶段、集中控制阶段、集散控制阶段。

目前，过程控制正朝着高级阶段化发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统：

以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。

我国工业锅炉的自动化控制，经历了三四十年的单参数仪表控制，四五十年代的单元组合式综合参数仪表控制，从六十年代开始，人们对锅炉水位系统进行了许多更深入的研究，采用了更先进的计算机控制方法，如数字PID控制、最优控制等。

近年来，集散控制系统迅速发展并为锅炉控制提供了强有力的手段，使汽包水位得到更好地控制，总得来说，汽包水位控制正经历一个由单元组合式仪表到计算机控制、由PID控制到更高级的智能控制、由直接现场控制到集散控制的发展过程。

1.3锅炉水位控制系统的设计任务要求及分析

1.3.1设计的任务要求

汽包锅炉给水控制的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中的水位保持在一定的范围内，要求如下：

（1）维持汽包水位在一定范围内。

汽包水位是影响锅炉安全运行的重要因素。

水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结垢，甚至使汽轮机发生水冲击而损坏叶片；水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁的破裂。

正常运行时的水位波动范围：

50mm～±30mm

汽包异常情况：

±190mm

汽包事故情况：

>±300mm

（2）保持稳定的给水量。

稳定工况下，给水量不应该时大时小的剧烈波动，否则，将对省煤器和给水管道的安全运行不利。

1.3.2设计任务分析

（1）简述汽包锅炉水位自动控制系统的背景、意义以及其技术在