过程控制系统课程设计书.doc
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学号：
0120911360214
课程设计
题目
锅炉给水冲量控制系统设计
学院
自动化学院
专业
自动化
班级
自动化0902班
姓名
何润
指导教师
刘小珠
2013
年
1
月
16
日
武汉理工大学《过程控制系统与仪表》课程设计说明书
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
自动化0902
指导教师：
刘小珠工作单位：
自动化学院
题目:
锅炉给水冲量控制系统设计
初始条件：
1.课程设计辅导资料：
“过程控制系统和应用”、“过程控制系统与仪表”、“过程控制仪表及控制系统”、“过程控制系统及仪表”等；
2.先修课程：
仪表与过程控制系统等。
3.主要涉及的知识点：
过程控制仪表、控制系统、被控过程等
要求完成的主要任务:
（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1.课程设计时间：
2周；
2.课程设计内容：
根据指导老师给定的题目，按规定选择其中1套完成；
本课程设计统一技术要求：
研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。
3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：
①目录；
②摘要；
③生产工艺和控制原理介绍；
④控制参数和被控参数选择；
⑤控制仪表及技术参数；
⑥控制流程图及控制系统方框图；
⑦总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）；
⑧课程设计的心得体会（至少500字）；
⑨参考文献（不少于5篇）；
⑩其它必要内容等。
I
摘要
现代大型锅炉的水位动态特性复杂，汽包存在着严重的“虚假水位”现象，为了给水系统的安全可靠，有多种设计方案，三冲量给水系统包括单级三冲量给水系统和串级三冲量给水系统，设计中重点针对串级三冲量给水系统进行了详细的设计及仿真研究。
本次设计是根据实验给定的参数，用理论计算的方法整定调节器的参数，同时借助MATLAB应用软件整定调节器的参数，并与单冲量给水控制系统进行分析比较。
理论计算时，副回路需要用试探法，只能在仿真中进行整定；而主回路要结合所学的专业课知识，用经验公式计算主、副调节器的参数；再用结合实际的工程整定法也就是衰减曲线法来选择调节器参数并进行仿真。
设计中介绍了冲量给水系统的结构组成及工作原理，接着根据理论计算，并结合工程整定方法，详细论述了系统的参数整定问题。
参数整定后要使串级冲量系统的副回路成为一个快速随动系统，主回路成为一个衰减率为四分之一的衰减振荡系统。
最后分析了水位扰动、蒸汽流量扰动下的系统的性能和蒸汽流量信号丢失后的水位变化情况。
关键词：
汽包锅炉水位；冲量给水控制系统
0
II
Abstract
Thedynamiccharacteristicofmodernlarge-scaleboilerwaterleveliscomplicated,thevaporisexisting"thefalsewaterlevel"phenomenon,inordertokeepwatersupplysystemreliableandsafe,wecanadoptthreemethodstocompletethisdesign,WaterLevelControlSystemofCascadeThreeParametersControlBoilerincludessinglestagethreeimpulseswatersupplysystemandcascadethreeimpulseswatersupplysystem,inmystudy,IhavemadeadetailedintroductionofwaterLevelControlSystemofCascadeThreeParametersControlBoilerandhascarriedoutsimulatedcurve.
Thisdesignusetheoreticalmethodtoadjustthecontrollerparameterbasingonparameterofexperiment.ItchoosesthecontrollerparameterbyusingMATLABapplicationsoftwareandmakesacomparationwithwaterLevelControlSystemofCascadeSingleParametersControlBoilerDrum.Intheprocessoftheoreticalcalculating,theinnercircuitneedstouseheuristicapproach,itcancarryoutadjustingprocessonlyinsimulation;But,theoutsidecircuitneedstocombinewithspecializedcourseknowledgethatwehavelearned,theparameterwascalculatedbyusingEmpiricalformula.Subsidiarycontroller;Adjusterparameterischoosedandsimulatedbypracticalengineeringmethod.
DesignhasmadeaintroductionofthestructureandprincipleofWaterLevelControlSystemofCascadeThreeParametersControlBoiler,adjustingmethodcombiningwithaprojecthasdiscussedsystematicparameterindetailed.Thewaterlevelhavinganalyzedwaterlevelperturbationmotion,lowersystematicsteamrateofflowperturbationmotionfunctionandsteamrateofflowsignalfinallyafterbeinglostwaterlevelthatchangescondition.
Keywords:
waterlevelofsteamdrumboiler;elementswatersupplycontrolsystem
III
目录
1概述 1
2锅炉给水控制系统 2
2.1锅炉控制系统介绍 2
2.2锅炉控制系统要求 3
3调节器的调节规律 4
3.1比例调节对控制性能的影响 4
3.2积分调节对控制性能的影响 5
3.3微分调节对控制性能的影响 8
4单回路控制系统的介绍 10
4.1单回路控制系统的概述 10
4.2单回路控制系统各组成部分的选择 11
4.3对象特性对控制过程的影响 12
4.3.1对象放大系数对控制过程的影响 12
4.3.2对象时间常数对控制过程的影响 13
5汽包锅炉给水控制系统 14
5.1汽包锅炉简介 14
5.2汽包锅炉给水控制系统的任务及基本要求 16
5.3锅炉给水冲量给水控制系统 18
6仪表的选用 21
6.1检测类仪表 21
6.1.1压力仪表的选型 21
6.1.2液位仪表的选型 21
6.1.3流量仪表的选型 21
6.2调节阀的选型 22
7总结 23
参考文献 24
IV
锅炉给水冲量控制系统设计
1概述
工业锅炉是生产和生活中重要的动力源，在整个能源消耗中占有相当大的比重。
目前，我国有百分之九十以上的锅炉燃煤，耗煤量占全国原煤消耗量的1/3以上，而且锅炉燃用的主要是中低质煤，工业污染十分严重；同时，锅炉形式比较陈旧，生产效率和自动化程度低，这又进一步加重了环境污染的程度，因此，调整能源消费结构，逐步提高使用液体燃料和气体燃料的比例是加强环境保护、实施可持续发展战略的措施之一；同时有必要对工业锅炉进行技术改造，提高运行的自动化水平，这样将获得较为理想的控制效果，其节能效果也是十分可观的。
给水控制的任务是维持汽包水位在工艺允许范围内。
由于影响汽包水位的几个因素中，燃料量的扰动影响较小，因此，汽包水位的控制中，主要的目的是以汽包水位为被控变量，以调节给水流量为控制手段。
同时，由于汽包水位不仅受锅炉侧的影响，也受到汽轮机侧的影响，当锅炉负荷变化或汽轮机用汽量变化时，给水控制都应该能限制汽包水位只在给定的范围内变化。
目前，对汽包水位的控制大部分采用常规PID控制方式。
此方式是根据被控对象的数学模型建立，使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内，同时保持稳定的给水流量。
汽包水位是一个重要的监控参数，反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系。
另外还有汽包水位控制方式（单冲量、双冲量及三冲量控制），其中的冲量指的是变量。
2锅炉给水控制系统
2.1锅炉控制系统介绍
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烧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暖取暖。
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明显[4][5]。
锅炉系统主要包括燃烧系统、送引风系统、汽水系统及辅助系统等。
其工艺流程如下：
图2.1锅炉主要工艺流程图
由图2.1可知，给水泵、给水调节器、省煤器、汽包及循环管等构成了蒸汽发生系统。
燃烧和空气按一定比例进入燃烧室燃烧，生成的热量传给蒸汽发生系统，生产饱和蒸汽Ds，然后经过过热器，形成具有一定温度的过热蒸汽D，汇聚至蒸汽母管。
压力为PM的过热蒸汽，经负荷设备调节控制机构，提供给生产负荷设备使用。
与此同时，燃烧过程中产生的烟气，将饱和蒸汽变成过热蒸汽后，再经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后由引风机送往烟囱排出。
2.2锅炉控制系统要求
锅炉是工农业生产的主要设备之一，其生产任务是根据外界负荷的变化，输送一定质量（汽压、气温）和相应数量的蒸汽给汽轮机，以满足生产的要求。
为了满足负荷设备的要求，保证锅炉本身运行的安全性和经济性，提高锅炉的自动化水平，
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