锅炉汽包水位操纵系统设计.docx

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锅炉汽包水位操纵系统设计

进程操纵系统实验报告

专业******

班级******

学生姓名******

学号******

锅炉汽包水位操纵系统设计

一、操纵要求

设计一个汽包水位操纵系统，使汽包水位维持在120cm，稳态误差±，知足生产要求。

G（s）=1/（s^3+10s^2+29s+20）,σ%<20%,Ts<10s,Ess=0.

二、完成的要紧任务

1.掌控锅炉生产蒸汽工及其工作流程

2.对被控对象进行特性分析，画出汽包水位操纵系统方框图和流程图

3.选择被控参数和被控变量，说明其选择依据

4.设计操纵系统方案，如何选择检测仪表，说明其选择原则和仪表性能指标

5.说明单回路操纵系统4个环节的工作形式对操纵进程

6.对操纵进行PID操纵说明其参数整定理论

7.对锅炉汽包水位进行simulink仿真，对参数进行整定，其仿真图要知足动态性能指标

8.总结实验课程设计的体会和收成

第一章锅炉汽包水位操纵系统的组成原理

1了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-------------------------------------------3

1.1锅炉汽包水位自动操纵的意义--------------------------------------------------3

1.2了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程-----------------------------------------3

第二章锅炉汽包水位操纵系统方案的设计

2.1液位操纵系统的方框图------------------------------------------------------------5

2.2液位操纵系统的方案图------------------------------------------------------------5

2.3检测变送器的选择------------------------------------------------------------------6

2.4调剂阀的选择------------------------------------------------------------------------6

2.5仪器性能指标的计算---------------------------------------------------------------6

2.6调剂器的选择------------------------------------------------------------------------8

2.7调剂器作用方向的选择------------------------------------------------------------8

第三章PID操纵

操纵规律的比较--------------------------------------------------------------------9

PID参数的整定--------------------------------------------------------------------10

第四章仿真

simulink仿真---------------------------------------------------------------------11

系统参数整定--------------------------------------------------------------------13

第五章心得体会-----------------------------------------------------------15

第一章锅炉汽包水位操纵系统的组成原理

1.了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程

锅炉汽包水位自动操纵的意义

锅炉汽包水位自动调剂的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量，并维持汽包中的水位在工艺许诺的范围内。

维持汽包水位在给定范围内是保证锅护和汽轮机安全运行的必要条件，也是锅炉正常运行的要紧指标之一。

水位太高，会阻碍汽包内汽水分离成效，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，引发轴封破损、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。

水位太低，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，严峻时会造成爆炸事故。

这些后果都是十分严峻的。

随着锅炉容量的增加，水位转变速度愈来愈快，人工操作愈来愈繁重，因此对汽包水位实现自动调剂提出了迫切的要求。

了解锅炉生产蒸汽工艺及其工作流程

图1锅炉汽包水位系统流程

水位操纵系统的任务是使给水量与锅炉蒸发量相适应，维持汽包水位在工艺规定的范围内。

整个锅炉汽包水位操纵系统可分成多个时期：

（1）水注入锅炉的进程：

那个过程中，水经变频器操纵的水泵和调剂器注入锅炉中；

（2）水经加热变成蒸汽的进程：

水在锅炉内加热变成蒸汽，同时在水中产生汽包，水位同时转变；（3）蒸汽供负载利用的进程：

蒸汽通过管道调剂阀供负载利用。

汽包水位反映了锅炉蒸汽流量与给水量之间的平稳关系，是锅炉运行中一个超级重要的监控参数。

汽包水位太高，会阻碍汽水分离的成效，使蒸汽带液，过热器结垢，阻碍过热器的效率；若是带液蒸汽进入汽轮机，会损坏汽轮机叶片。

若是水位太低，会破坏水循环而损坏锅炉，尤其是大型锅炉，一旦停止给水，汽包存水会在很短时刻内完全汽化而造成重大事故，乃至引发爆炸。

因此，在锅炉运行中必需将汽包水位严格操纵在工艺许诺的范围。

第二章锅炉汽包水位操纵系统方案的设计

2.1液位操纵系统的方框图

单冲量水位操纵系统以汽包水位作为唯一的操纵信号，冲量即变量。

水位测量信号经变送器送到水位调剂器，调剂器依照汽包水位测量值

与

的误差，通过执行器去操纵给水调剂阀以改变给水量，维持汽包水位在许诺的范围内。

系统

方框图如下所示。

图液位操纵系统原理框图

2.2

液位操纵系统的方案图

以汽包水位为被控参数，给水量作为操纵变量可组成如图所示的单回路水位操纵系统，工程上也称为单冲量操纵系统。

这种系统的优势是所用设备少，结构简单，参数整定和利用保护方便。

在如图所示的单冲量操纵系统中，当锅炉蒸汽负荷（流量）突然大幅度增加时，由于假水位现象，调剂器不但不及时开大给水阀来增加给水量，反而去关小调剂阀的开度，减小给水量。

如此由于蒸汽量增加、给水量减少使汽包存水量减少。

等到假水位消失后，汽包水位会严峻下降，乃至会使汽包水位降到危险的程度，以至发生事故。

关于负荷变更较大的大、中型锅炉，单冲量操纵系统不能保证水位稳固，难以知足水位操纵要求和生产安全。

而对小型锅炉，由于蒸汽负荷转变时假水位的现象并非明显，若是在配上相应的一些联锁报警装置，这种单冲量操纵系统也能知足生产的要求，并保证安全生产。

图液位操纵系统方案图

检测变送器的选择

进程操纵系统顶用于参数检测的变送器是系统中获取信息的装置，其完成对被控参数和其他一些参数、变量的检测，并将信号传送至操纵器。

测量信号是调剂器进行操纵的大体依据，被控参数迅速、准确地测量是实现高性能的重要条件。

足以说明变送器的选择是操纵系统中重要的一环。

变送设备的选择与利用，要紧依照被检测参数的性质和操纵系统设计的整体功能要求来决定。

被测参数的性质、测量精度、响应速度要求和对操纵性能要求等都阻碍变送器的选择与利用，在系统设计时，要从工艺的合理性、经济性、可替换性等方面加以综合考虑。

现在选取的是液位变送器。

调剂阀的选择

执行器是由执行机构和调剂阀组成。

在进程操纵系统设计中，确信操纵阀的口径尺寸是选择操纵阀的重要内容之一，在正常工况下要求调剂阀的开度在15%-85%之间。

调剂阀的流量特性选择一样分俩步进行：

第一确信工作流量特性，然后依照工作流量特性相关于理想流量特性的畸变关系，求出对应的理想流量特性，确信阀门的选型。

调剂阀的气开、气关作用方式的选择：

气开式调剂阀随着操纵信号的增加而开度加大，当无压力信号时，阀门处于全关闭状态；与之相反，气关式调剂阀随着信号压力的增大，阀门慢慢关小，当无信号时，阀门处于全开状态。

选择遵循的原则：

（1）人身安全、系统与设备安全原则

（2）保证产品质量原则（3）减少原料和动力浪费的经济原则（4）基于介质特点的工艺设备安全原则；综上所述现在选取的是气关式，为“反”作用。

仪器性能指标的计算

精度

检测仪表的精度反映测量值接近真实值的准确程度，一样用绝对误差、大体误差和精准度来衡量。

1、绝对误差

在测量进程中，由于所利用的检测仪表存在误差及周围环境存在干扰，测量结果必然存在误差。

这种检测仪表的指示值

与被测量真值

之间存在的差值成为绝对误差

，可表示为

（1）

仪器在标尺范围内各点读数的绝对误差中最大的绝对误差称为最大绝对误差

。

2、大体误差

大体误差又称引用误差或相对百分误差，是一种简化的相对误差。

相对误差等于某一点的绝对误差

与标准表在这一点的指示值

之比。

仪器的大体误差概念为

（2）

而

（3）

仪表的大体误差表明了仪表在规定的工作条件下测量时，许诺显现的最大误差限。

3、精准度（简称精度）

为了便于量值传递，国家统一规定了仪表的精准度（精度）品级系列。

目前，我国生产的仪表经常使用的精度品级有、、、、、、、、、、等。

灵敏度与分辨率

灵敏度表征模拟仪表指针指示的灵敏程度。

概念为：

单位被测参数转变所引发的仪表指针位移的距离（或转角），用公式表示为

（4）

式中

为仪表灵敏度；

为仪表指针位移的距离（或转角）；

为引发

的被测参数转变量。

变差

变差是仪表在外界条件不变的情形下，被测参数从量程起点慢慢增大到终点，再慢慢由大到小降到起点的校验进程中，仪表正反行程示值校验曲线间的最大绝对差值与量程之比。

计算公式为：

（5）

调剂器的选择

调剂器正、反作用方式的选择是在调剂阀气开、气关方式确信以后进行的，其确信原则是使整个单回路组成负反馈系统。

调剂器作用方向的选择

调剂器的选型与调剂规律的选择对进程操纵系统的操纵品质有相当重要的阻碍，也是进程操纵系统设计的核心内容之一。

调剂器的输出决定于被控参数的测量值与设定值之差，被控参数的测量值与设定值转变，对输出的作用方向是相反的。

进程操纵中，关于调剂器的正反作用的概念为：

当设定值不变时，随着测量值的增加，调剂器的输出也增加，则称为“正作用”方式；一样，当测量值不变，设定值减小时，调剂器输出增加，称为“正作用”方式。

图液位操纵系统流程图

第三章PID操纵

操纵规律的比较

选择调剂规律是为了使调剂器与被控进程专门好的配合，组成知足工艺要求的操纵系统。

选择什么样的调剂规律与具体的被控进程匹配是一个比较复杂的问题，需要综合考虑多种因素才能取得合理的解决。

在具体操纵工程的实施进程中，调剂规律的最终确信还要依照被控进程特性、负荷转变情形、要紧扰动特点和生产工艺要求等实际情形进行分析。

同时还应考虑生产进程经济性和系统投运、保护等因素。

固然，最终的结果还要通过工程实践最后验证。

下面简述选择调剂规律的大体准则。

1.比例调剂

比例调剂是最简单的调剂规律，它对操纵作用和扰动作用的响应都很迅速。

比例调剂只有一个参数，整定简便。

比例调剂的要紧缺点是系统存在静差。

对象调剂通道

小、负荷转变与外部扰动小、工艺要求不高、许诺有静差的调剂系统，能够选择比例调剂。

2.积分调剂

积分调剂的特点是没有静差。

可是，积分调剂的动态误差较大、调剂时刻长，只能用于有自衡特性的简单系统。

3.比例积分调剂

比例积分调剂既能排除静差，又能产生较积分调剂快得很的动态响应。

关于一些调剂通道容量滞后较小、负荷转变不大的调剂系统，比例积分调剂能够起到专门好的成效。

4.比例微分调剂

微分作用提高了系统的稳固性，使系统比例系数增大，加速调剂进程，减小动态误差和静差。

在有高频干扰的场合，由于系统对高频干扰专门灵敏，不能太大，不然会阻碍系统正常工作。

在高频干扰频繁或存在周期性干扰的场合，不能利用微分调剂。

5.比例积分微分调剂

调剂器是常规调剂中性能最好的一种调剂器，它综合了各类调剂规律的优势，既能改善系统的稳固性，由能排除静差。

关于负荷转变大、容量滞后大、操纵品质要求高的操纵对象（如温度操纵、操纵等）均能适应。

但关于对象滞后专门大，负荷转变猛烈、频繁的被控进程，采纳调剂还达不到工艺要求的操纵品质时，则应选用串级操纵、前馈操纵等复杂操纵系统。

PID参数的整定

调剂器参数的工程整定方式

在操纵系统设计或安装完毕后，被控对象、测量变送器和执行器这三部份的特性就完全确信了，不能任意改变。

只能通过操纵器参数的工程整定，来调整操纵系统的稳固性和操纵质量。

操纵器参数的整定，确实是依照已定的操纵方案，求取使操纵质量最好的操纵器参数值。

具体来讲，确实是确信最适合的操纵器比例度P、积分时刻TI，和微分时刻TD。

1）稳固边界法（临界比例度法）

属于闭环整定方式，依照纯比例操纵系统临界振荡实验所得数据（临界比例度Pm和振荡周期Tm），按体会公式求出调剂器的整定参数。

（1）若置调剂器Ti→∞，Td=0，比例度P→较大值，将系统投入运行。

（2）慢慢减小P，加干扰观看，直到显现等幅减振荡为止。

记录现在的临界值Pm和Tm。

图液位操纵系统图

依照Pm和Tm，按体会公式计算出操纵器的参数整定值

第四章仿真

simulink仿真

稳固边界法：

图比例操纵图

图比例操纵simulink仿真结果

Kp’=270,Ts=.由Kp’=1/Pm得：

Pm=，Tm=Ts=.

PI校正：

P=,且Kp=1/P=,Ti=*Tm=,现在由于图像可知：

仅仅用PI调剂不能知足系统的工艺要求，故需用PID校正。

PID校正：

图系统PID仿真图

P=,且Kp=1/P=,Ti=*Tm=，Td=,现在的系统大体知足了要求，还需进行微调，如下是通过微调的图像：

现在的Kp=70.

图PID操纵simulink仿真结果

对系统参数进行整定

（1）置调剂器Ti→∞，Td=0，比例度P→较大值，将系统投入运行。

（2）慢慢减小P，加干扰观看，直到显现等幅减振荡为止。

记录现在的临界值Pm和Tm。

（3）依照Pm和Tm，按体会公式计算出操纵器的参数整定值。

在操纵系统设计或安装完毕后，被控对象、测量变送器和执行器这三部份的特性就完全确信了，不能任意改变。

只能通过操纵器参数的工程整定，来调整操纵系统的稳固性和操纵质量。

操纵器参数的整定，确实是依照已定的操纵方案，求取使操纵质量最好的操纵器参数值。

具体来讲，确实是确信最适合的操纵器比例度P、积分时刻TI，和微分时刻TD。

1）稳固边界法（临界比例度法）

属于闭环整定方式，依照纯比例操纵系统临界振荡实验所得数据（临界比例度Pm和振荡周期Tm），按体会公式求出调剂器的整定参数。

（1）若置调剂器Ti→∞，Td=0，比例度P→较大值，将系统投入运行。

（2）慢慢减小P，加干扰观看，直到显现等幅减振荡为止。

记录现在的临界值Pm和Tm。

第五章终止语

通过这次的锅炉汽包水位操纵系统设计，使我把许多的理论知识取得了实践应用，使我真实的感受到的进程操纵系统在实际生活的应用，尽管这次设计实验课程时刻较短，实验进程中也碰到不同的困难，但我仍是在我自己的尽力和同窗、老师的帮忙下完成了，我超级感激他们，同时，这次实验设计更使我对结课考试加倍有了信心，因此这次实验使我收成颇丰。