辽宁工业大学过程控制系统课程设计（论文）题目：锅炉双冲量控制系统的设计
院（系）：电气工程学院
专业班级：测控081
学号： 080301026
学生姓名：宁雪
指导教师：霍春宝
起止时间： 2011.12.00-2011.12.00
课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电气工程学院教研室：测控技术与仪器Array
注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要
锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工业锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于提高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有重要意义。模糊控制是建立在人工经验基础之上的，它能将熟练操作员的实践经验加以总结和描述，并用语言表达出来，得到定性的、不精确的控制规则，不需要被控对象的数学模型。模糊控制易于被人们接受，构造容易，鲁棒性和适应性好。本文分析了汽包水位对象的动态特性，介绍传统的控制方式。由于锅炉水位控制系统的调节器输入端常加有两个输入量，极易引起水位控制偏差，本文提出了如何消除水位偏差的方法，即辅助信号自消方法。根据双冲量水位调节系统控制水位误差,设计采用了双冲量PID串级控制方式采用辅助信号蒸汽流量和给水流量对消方法消除水位偏差。根据锅炉控制现状，提出了参数自整定模糊控制规则，设计了二输入三输出自适应模糊PID控制器对汽包水位进行控制，克服了传统控制方式的控制效果不精确和参数难以调整等缺点。利用MATLAB对传统PID控制系统和双冲量自适应模糊PID 控制系统仿真，结果表明后者的自适应能力更强，抗干扰能力和鲁棒性更好，保证水位的稳定。
关键词：汽包水位；双冲量；串级系统； PID控制；模糊控制
目录
第1章绪论 (1)
1.1锅炉工作过程简介 (1)
1.2产品设计的意义 (2)
第2章方案论证 (3)
2.1系统实现功能 (3)
2.2系统方案论证 (3)
2.3气包水位串级双冲量调节系统图 (5)
2.4前馈调节介绍 (6)
第3章仪表选型 (8)
3.1调节阀的选择 (8)
3.2控制仪表的选择 (8)
3.3控制器设计 (9)
3.4变送器选择 (10)
3.5执行器的选择 (12)
第4章系统分析及参数整定 (13)
4.1给水控制系统分析及整定 (13)
4.2锅炉双冲量控制的总体结构及仿真 (13)
第5章课程设计总结 (15)
参考文献 (16)
第1章 绪论
1.1 锅炉工作过程简介
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作用。
锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备，锅炉的任务是根据外界负荷的变化，输送一定质量(汽压、汽温)和相应数量的蒸汽。它所产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥等过程提供热源，而且还可以作为风机、压缩机、泵类驱动透平的动力源。
锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。“锅”就是锅炉的汽水系统，如图 1.1所示。由省煤器3、汽包4、下降管8、过热器5、上升管7、给水调节阀2、给水母管1及蒸汽母管6等组成。锅炉的给水用给水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收烟气的热量，使温度升高到本身压力下的沸点，成为饱和水然后引入汽包。汽包中的水经下降管进入锅炉底部的下联箱，又经炉膛四周的水冷壁进入上联箱，随即又回入汽包。水在水冷壁管中吸收炉内火焰直接辐射的热，在温度不变的情况下，一部分蒸发成蒸汽，成为汽水混合物。汽水混合物在汽包中分离成水和汽，水和给水一起再进入下降管参加循环，汽则由汽包顶部的管子引往过热器，蒸汽在过热器中吸热、升温达到规定温度，成为合格蒸汽送入蒸汽母管。
图1.1锅炉的汽水系统
“炉”就是锅炉的燃烧系统，由炉膜、烟道、喷燃器、空气预热器等组成。锅炉燃料燃烧所需的空气由送风机送入，通过空气预热器，在空气预热器中吸收烟气热量，
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成为热空气后，与燃料按一定的比例进入炉膛燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽。然后经过过热器，形成一定的过热蒸汽，汇集到蒸汽母管。具有一定压力的过热蒸汽，经过负荷设备调节阀供负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，其中含有大量余热，除了将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还预热锅炉给水和空气，最后经烟囱排入大气。
经上介绍，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。
1.2 产品设计的意义
锅炉汽包水位控制是维持锅筒水位在允许的范围内，使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量。由于锅炉的水位受到负荷变化的影响，因此当锅炉用汽量变化时，通过给水调节系统保持锅炉的水位正常是保证锅炉安全运行的重要条件。水位过高或过低，都是不允许的。水位过高会影响汽水分离器的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增加，使过热器管壁结垢，造成工业事故，同时锅炉出口蒸汽带水过多还会使过热蒸汽温度产生急剧变化。水位过低，则会破坏正常水循环，危及水冷壁受热面的安全。一般要求锅筒水位维持在设计值±75~±100mm范围内。
通过以上分析，锅炉水位的控制是十分必要的，随着自动化水平的不断提高，设计一款简单、方便的过程控制系统来对水位进行自动控制及处理也显得十分必要。
第2章方案论证
2.1系统实现功能
通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。
2.2 系统方案论证
2.2.1 串级控制介绍
过热器出口蒸汽温度串级控制系统的方框图如下图所示。采用两级调节器，这两级调节器串在一起，各有其特殊任务，调节阀直接受调节器1的控制，而调节器1的给定值受到调节器2的控制，形成了特有的双闭环系统，由副调节器调节器和减温器出口温度形成的闭环称为副环。由主调节器和主信号—出口蒸汽温度，形成的闭环称为主环，可见副环是串在主环之中。
图2.1 过热蒸汽温度串级调节系统原理图
调节器2称主调节器，调节器1称为副调节器。将过热器出口蒸汽温度调节器的输出信号，不是用来控制调节阀而是用来改变调节器2的给定值，起着最后校正作用。
串级系统是一个双回路系统，实质上是把两个调节器串接起来，通过它们的协调工作，使一个被控量准确地保持为给定值。通常串级系统副环的对象惯性小，工作频
率高，而主环惯性大，工作频率低。为了提高系统的控制性能，希望主副环的工作频率相差三倍以上，以免频率相近时发生共振现象面破坏正常工作。串级控制系统可以看作一个闭合的副回路代替了原来的一部分对象，起了改善对象特征的作用。除了克服落在副环内的扰动外，还提高了系统的工作频率，加快过渡过程。
串级控制由于副环的存在，改善了对象的特性，使等效副对象的时间常数减小，系统的工作频率提高。同时，由于串级系统具有主、副两只控制器，使控制器的总放大倍数增大，系统的抗干扰能力增强，因此，一般来说串级控制系统的控制质量要比单回路控制系统高。
在炉温过热蒸汽温度控制系统中，为了获得更好的控制精度，所以采用串级控制系统以得到良好的控制特性。
2.2.2 串级控制方案论证
串级控制是随着工业的发展，新工艺不断出现，生产过程日趋强化，对产品质量要求越来越高，简单控制系统已不能满足工艺要求的情况下产生的。
图2.2 串级控制系统方框图
由上图可知，主控制器的输出即副控制器的给定，而副控制器的输出直接送往控制阀。主控制器的给定值是由工艺规定的，是一个定制，因此，主环是一个定值控制系统；而副控制器的给定值是由主控制器的输出提供的，它随主控制器输出变化而变化，因此，副环是一个随动控制系统。
串级控制系统中，两个控制器串联工作，以主控制器为主导，保证主变量稳定为目的，两个控制器协调一致，互相配合。若干扰来自副环，副控制器首先进行“粗调”，主控制器再进一步进行“细调”。因此控制质量优于简单控制系统。
串级控制有以下优点
1、由于副回路的存在，减小了对象的时间常数，缩短了控制通道，使控制作用
更加及时；
2、提高了系统的工作频率，使振荡周期减小，调节时间缩短，系统的快速性增强了；
3、对二次干扰具有很强的克服能力，对客服一次干扰的能力也有一定的提高；
4、对负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力。
一般来说，一个设计合理的串级控制系统，当干扰从副回路进入时，其最大偏差
将会较小到控制系统的 ，即便是干扰从主回路进入，最大偏差也会缩小到
单回路控制系统的 。但是，如果串级控制系统设计得不合理，其优越性就不能够充分体现。因此，串级控制系统的设计合理性十分重要。
2.3 气包水位串级双冲量调节系统图
图2.3中所示的双冲量调节系统,汽包水位是被控变量,是主冲量信号,蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。系统将蒸汽流量和给水流量前馈到汽包水位调节系统中去,一旦蒸汽流量或给水流量发生波动, 不是等到影响到水位才进行调节,而是在这两个流量改变之时就能通过加法器立即去改变调节阀开度进行校正,故大大提高了水位这个被调参数的调节精度。
图2.3中所示的串级控制系统有一个明显的特点:在结构上有两个闭环。一个环在里面，称之为副环或副回路，在控制过程中起着“粗调”的作用;一个环在外面，称之为主环或主回路，用来完成“细调”任务，以最终保证被调量满足工艺要求。在串级控制系统中，主调节器和副调节器的任务不同，主调节器的任务是校正水位偏差。副调节器的任务是用以消除给水压力波动等因素引起的给水流量的自发性扰动以及当蒸汽负荷改变时迅速调节给水流量，以保证给水流量和蒸汽流量平衡。主调节器具有自己独立的设定值，它的输出作为副调节器的设定值，而副调节器的输出信号则送到执行机构去控制生产过程。这样，当负荷变化时，水位稳定值是靠主调节器来维持的，并不要求进入副调节器的蒸汽流量信号的作用强度按所谓“静态配比”来进行整定.恰恰相反，在这里可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度，从而改变负荷扰动下的水位控制品质。
图2.3 汽包水位双重量调节系统框图
1
1
~
1010011
~35
2.4 前馈调节介绍
比较前馈系统，反馈系统的最大缺点是在干扰作用下，必须形成偏差，才能进行调节（或偏差即将形成）那么能否在干扰作用发生后，在未影响被控变量时，就开始调节，使被控变量保持不变。而前馈系统是按干扰进行调节的开环调节系统，在干扰发生后，被控变量未发生变化时，前馈控制器根据干扰幅值，变化趋势，对操纵变量进行调节，来补偿干扰对被控变量的影响，使被控变量保持不变的方法。
图 2.4 前馈系统方框图
其中G PD 表示干扰通道对象特性，G PC 表示控制通道对象特性，G ff 表示前馈控制器传函。
根据不变性原理，即被控变量与干扰量绝对无关，或被控变量对干扰完全独立，则()/()0T s F s =，即()0T s =
()/()0PD ff PC T s F s G G G =+?=
所以()()/()ff PD PC G s G s G s =-
即()ff G s =-干扰通道对象特性/控制通道对象特性 上式的负号表示控制通道与干扰通道作用相反。
所以前馈控制器传函由控制通道对象特性和干扰通道对象特性决定。
2.4.1 串级前馈调节系统
为克服调节阀的变差（滞环），阀前后压差变化，引起阀和流量变化（如蒸汽压力变化）增加一个流量付环，其目的在于通过设置副变量来提高对主变量的控制质量，由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响，同时系统对负荷改变时有一定的自适应能力。
图2.5 串级前馈系统模型
图2.6 串级前馈控制系统方框图
串级前馈模型传递函数：
综上两种调节系统的比较，我们可以看出，采用串级前馈调节具有更大的优势，故在在此设计方案中，采用串级前馈的控制方式来对其进行控制。
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C v PC ff PC P
D m C v PC G s G s G s F s G s G s G s H s G s G s G s +=+
第3章仪表选型
3.1 调节阀的选择
在本系统中，调节阀是系统的执行机构，是按照控制器所给定的信号大小和方向，改变阀的开度，以实现调节流体流量的装置。
调节阀的口径的大小，直接决定着控制介质流过它的能力。为了保证系统有较好的流通能力，需要使控制阀两端的压降在整个管线的总压降中占有较大的比例。
调节阀的开、关形式需要考虑到以下几种因素：
1、生产安全角度：当气源供气中断，或调节阀出故障而无输出等情况下，应该确保生产工艺设备的安全，不至发生事故；
2、保证产品质量：当发生控制阀处于无源状态而恢复到初始位置时，产品的质量不应降低；
3、尽可能的降低原料、产品、动力损耗；
4、从介质的特点考虑。
综合以上各种因素，在锅炉过热蒸汽控制系统中，调节阀选择气开阀。
调节阀的流量特性的选择，在实际生产中常用的调节阀有线性特性、对数特性和快开特性三种，在本系统中调节阀的流量特性选择线性特性。
阀门定位器的选用，阀门定位器是调节阀的一种辅助装置，与调节阀配套使用，它接受控制器来的信号作为输入信号，并以其输出信号去控制调节阀，同时将调节阀的阀杆位移反馈到阀门定位器的输入端而构成一个闭环随动系统，阀门定位器可以消除阀膜头和弹簧的不稳定以及各运动部件的干摩擦，从而提高调节阀的精度和可靠性，实现准确定位；阀门定位器增大了执行机构的输出功率，减少了系统的传递滞后，加快阀杆的移动速度；阀门定位器还可以改变调节阀的流量特性。
3.2 控制仪表的选择
控制仪表的主要类型大致分为电动或气动，电动I型、II型、III型，单元组合仪表或是基地是仪表等。常用的控制仪表有电动II型、III型。在串级控制系统中，选用的仪表不同，具体的实施方案也不同。
电动III型和电动II型仪表就其功能来说基本相同，但是其控制信号不相同，控制II型典型信号为0~10mADC，而电动III型仪表的典型信号为4~20mADC，
此外。III型仪表较II型仪表操作、维护更为方便、简捷，同时III型仪表还具有完善的跟踪、保持电路，使得手动切换非常方便，随时都可以进行切换，且保证无扰动。所以在本设计中选用电动III型仪表。
由电动III型仪表构成的串级控制系统的基本方案有如下两种：
图3.1 方案1结构框图
该方案中采用了两台控制器，主、副变量通过一台双笔记录仪进行记录。由于副控制器输出的是，而控制阀只能接受0.02~0.1MPa气压信号，所以在副控制器与控制阀之间设置了一个电气转换器。
图3.2 方案2结构框图
该方案较于上一方案多设置了一个主控-串级控制切换开关，可以根据不同情况使控制系统工作于主控方式和串级控制方式下。
在本设计中采用第二种方式将可以控制系统更好的工作，得到更稳定的控制输出。
3.3 控制器设计
由上文论述可知，系统的控制结构选择串级控制。
3.3.1控制器控制规律选择
在串级控制中，主变量直接关系到产品的质量或生产的安全，所以主变量一般要求不得有余差，而对副变量的要求一般都不很严格，允许有一定的波动和余差。从串级控制的结构上看，主环是一个定制系统，主控制器起着定值控制作用，为使其稳定，主控制器通常选用比例积分控制器，对于本系统由于控制通道容量之后较大，为克服容量滞后，选用比例积分微分控制器作为主控制器。
副环是一个随动系统，它的给定值随主控制器输出的变化而变化，为了加快跟踪，副控制器一般不带积分作用。若副控制器有微分作用，一旦主控制器航五输出稍有变化，控制阀就将大幅度变化，这对控制系统很不利，故副控制器只选用比例控制器。
3.3.2控制器正反作用选择
对于串级控制系统，主、副控制器正、反作用的选择顺序应该是先副后主。
副控制器的正、反作用要根据副环的具体情况决定，而与主环无关。为了使副环回路构成一个稳定的系统，副环的开环放大系数的符号必须为“负”，即副环内所有各环节放大倍数符号的乘积应为“负”。在本设计中随着调节阀的开度增加，减温水量增加，副对象即减温器后端蒸汽温度会降低，所以调节阀对副对象的作用为“负”；而调节阀为气开阀，即其控制作用为“正”，所以负调节器的控制作用应为负作用。
主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定，同时可将副回路视为一放大倍数为“正”的环节来看待，因为副回路是以随动系统。这样只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求，就可以确定主控制器的正、反作用。在本系统中，主对象的放大倍数为的符号为“正”，所以主控制器应选“负”作用。
3.4变送器选择
3.4.1 温度变送器的选择
热电偶作为温度传感元件，能将温度信号转换成电动势（mV）信号，配以测量毫伏的指示仪表或变送器可以实现温度的测量指示或温度信号的转换。具有稳定、复现性好、体积小、响应时间较小等优点、热电偶一般用于500°C以上的高温，可以在1600°C高温下长期使用。
热电阻也可以作为温度传感元件。大多数电阻的阻值随温度变化而变化，如果某材料具备电阻温度系数大、电阻率大、化学及物理性能稳定、电阻与温度的关系接近线性等条件，就可以作为温度传感元件用来测温，称为热电阻。热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电阻两类。大多数金属热电阻的阻值随其温度升高而增加，而大多数
半导体热敏电阻的阻值随温度升高而减少。
铂铑10－铂热电偶传感器测温范围在0~1600℃，WRP型铂铑10－铂热电阻性能可靠、耐高温、抗氧化，可长期工作在0~1600℃环境下。
本系统选择PCT/TT系列温度变送器。PCT/TT系列温度变送器有很好的性价比，解决所有温度测量问题，变送器精确，耐用，可靠。为了满足所有工业标准，对于不同的介质提供大量的测量配置。PCT/TT系列提供二类温度变送器，PCT/TT100用100ΩA级，铂金电阻式热探测器输入，PCT/TT1000用1000ΩA级，铂金电阻式热探测器输入。变送器在二线制系统中产生4-20mA的线性输出。变送器的输入电源可以是7-35V的直流电，非稳压，并且极性不敏感。
3.4.2 流量变送器的选择
本系统选择电磁流量计TI046D，法拉第电磁感应定律指出，导体在磁场中运动时会产生感应电压。在电磁仪表中，流动介质相当于运动的导体。与流速成比例的感应电压用两个测量电极检出并传送到放大器。流体体积根据管道直径进行计算，恒定磁场由交变极性的开关直流电流产生。工作原理如图3.3所示
图3.3 电磁流量计原理图
Ue = B ? L ? v
Q = A ? v
Ue = 感应电压
B = 磁感应强度（磁场）
L = 电极间距
V = 流速
Q = 体积流量
A = 管道截面积
该流量计电源为3-30V的直流电，测量范围0.01 … 10 m / s，输出可选择电流输出或脉冲输出。在本系统中选择电流输出，其大小为4 - 20 mA。
3.5 执行器的选择
执行器位于控制回路的最终端，因此，又称为最终元件。执行器直接与被控介质接触，在高低温、高压、腐蚀性、粉尘和爆炸性环境运行时，执行器的选择尤为重要。
控制器的动作是由调节器的输出信号通过各种执行机构来实现的，在由电信号作为控制信号的控制系统中，目前广泛使用的是以下三种控制方式：
1．按动力来源分，有气动和电动两大类；
2．按动作极性分，有正作用和反作用两大类；
3．按动作特性分，有比例和积分两大类。
本系统采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。电动调节阀的型号为QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性强、操作方便等优点。电源为单相220V，控制信号为4-20mA或1-5VDC，输出为4-20mADC的阀位信号，使用和校正非常方便。
第4章 系统分析及参数整定
4.1给水控制系统分析及整定
根据串级双冲量给水控制系统的工作原理, 对主回路和副回路分别进行分析整定。
4.1.1 副回路的分析和整定
根据串级控制系统的分析整定方法, 应将副回路处理为具有近似比例特性的快速随动系统, 以使副回路具有快速消除内扰及快速跟踪蒸汽流量的能力。用试探的方法选择副调节器的比例带,以保证内回路不振荡为原则。在试探时,给水流量反馈装置的传递函数可设置为任意数值,以得到满意的比例带值。如果传递函数以后需要改变,则应相应地改变比例带值,使传递函数与比例带的比值保持为试探时的值,以保证内回路的稳定性。因为调节通道放大系数较大,副调节回路可等效为反馈回路的倒数。
4.1.2 主回路的分析和整定
在主回路中, 如果把副回路近似看作为比例环节, 则主回路等效为一个单回路控制系统。如果以给水流量W 作为被控对象的输入信号, 水位变送单元的输出为输出信号, 可以把主调节器与副回路两者看作为等效主调节器。主回路仍按单回路系统的整定方法整定, 如通过试验方法求取主回路被控对象的阶跃响应曲线,并由曲线求得参数, 再按响应曲线法中给定的公式计算等效调节器的整定参数。
4.2 锅炉双冲量控制的总体结构及仿真
通过前述各方面的分析，我们可以作出锅炉水位控制的结构图如图4.1所示。
图4.1 锅炉水位前馈串级控制结构图
其中前述G 1(s)和G 2(s)分别为控制回路的扰动通道的传递函数，D γ、W γ、别为
蒸汽流量、给水流量和汽包水位测量器件的传递系数，D 、W α分别为蒸汽流量和给水流量的分压系数，Z K 、P K 分别为执行机构和阀们的特性系数，回路C c (s)采用PID 控制以快速消除给水扰动，外回路采用预测PID 来抑制蒸汽扰动，其算法为：
当忽略蒸汽扰动和给水扰动时，系统的传递函数可以表示为如下：
()s G =
取工程书中广泛采用的参数对设计进行模拟仿真，037
.01==f k k ，301=T ，6.32=k ，152=T ，083.0==w D αα，21.0==w D γγ，033.0=H γ，.2,10==P Z K K
预测PI 控制器的比例系数5.2=K ，内回路控制器取纯比例控制()1=s G c ，为了便于比较控制效果，在考虑了扰动抑制性能后，取5.1=P K ，005.01=K ，由以上所取的数值，可得控制系统仿真图如图4.2所示。
图4.2 采用广义参数的系统仿真图
由图可以看出，经过P —PID 控制系统控制的锅炉水位输出的超调量有所减小，在蒸汽扰动作用下，水位波动范围也减小了，达到了控制的目的。
()()C s
R s =
()()()()()()()111C Z P w w Z P C Z P H
G s K K U s G s G s K K G s K K U s G s αγγ?-?+?+???11
()(1)()[()()
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u t K e t u t u t T T T =+---
第5章课程设计总结
锅炉是典型的复杂热工系统，锅炉燃烧过程控制有许多被控量和控制变量，这些变量互相关联，要对其建立一个精确的数学模型相当困难。汽包水位是锅炉安全运行的重要参数之一，本文采用的PID控制方式在锅炉水位的自动调节中参数是固定不变，在稳定的工况下可以投入自动，应用PID控制对汽包水位进行控制。本设计中的PID控制方法对锅炉水位进行的控制，通过比较前馈调节系统和串级前馈系统的优缺点，最终选用了串级前馈调节系统参与整个控制，内循环采用PID控制快速消除了控制通道的给水扰动，外回路采用的PID方法克服了蒸汽扰动的影响，并通过采用广泛的工程参数进行仿真，可以看出用此系统可以有效的控制锅炉汽包水位。
参考文献
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锅炉控制系统简介 本锅炉控制系统设计遵循先进、可靠、安全、经济、适用、开放的原则。系统控制器采用DCS、计算机系统，能实现锅炉及辅机的热工控制、电气检测、联锁保护、自动调节及控制等，实现锅炉房生产过程控制自动化。 系统组成及技术要求 1系统组成 锅炉采用DCS控制系统集中监控，在锅炉房就地控制室内布置锅炉控制设备。整个锅炉系统的监视及控制功能将通过DCS控制系统实现，DCS将对锅炉系统所有被控对象进行监控，包括闭环控制、设备启、停控制，设备启停状态、远方/就地切换、主要工艺参数的监视（数据采集、LCD画面显示、参数处理、越限报警、制表打印等），并完成设备的连锁保护。机组正常运行时，运行人员主要在锅炉房就地控制室中通过LCD液晶显示器、键盘、鼠标来完成锅炉系统控制功能，只有非正常状态下，运行人员通过就地手操进行控制。 锅炉控制系统采用一套带冗余配置的DCS系统控制器及操作员站，实现对锅炉系统的集中监控，能对锅炉系统进行按键操作的全自动启动和停止的控制。控制系统由下述几部分组成：传感器、变送器，调节器及电动执行器等。同时系统能实现 对重要设备的手/自动切换和必要的手操功能。 锅炉自动调节系统包含下列项目： a 汽包水位自动调节； b 炉膛压力自动调节； c 蒸汽温度自动调节； DCS控制系统按dcS系统进行设计，其系统的配置及主要特性如下： 2、控制方式 采用集控、单机控制方式，集控方式下可以通过操作员站
的键盘和鼠标，对主、辅机设备进行启停，并由联锁功能；对各调节回路进行手动和自动控制；在手动方式下，通过备用操作盘启停设备和用硬手操对调节回路进行控制。系统主要运行在集控方式，只有控制系统故障时才在单机方式下运行。 集控方式下控制的设备有：引风机，鼓风机，给煤机，给水泵等。集控方式下的调节回路有：锅炉喂煤调节，炉膛负压调节，主蒸汽温度自控调节、汽包水位三冲量调节等。 3、主要画面监视及操作功能： 流程图参数显示 调节回路操作显示 电机控制显示 顺序启停操作 事件、报警显示 趋势记录显示保护报警显示 信号一缆表显示报表打印
工业锅炉控制系统设计 The following text is amended on 12 November 2020.
工业锅炉控制方案设计 学生学号： 学生姓名：曹新龙 专业班级：自动化12102班指导老师：赵莹萍 目录
引言 锅炉是国民经济中主要的供热设备之一。电力,机械，冶金，化工，纺织，造纸，食品等工业和民用采暖都需要锅炉供给大量的蒸汽。各种工业的生产性质与规模不同，工业和民用采暖的规模大小也不一样，因此所需的锅炉容量，蒸汽参数，结构，性能方面也不尽相同。锅炉是供热之源，锅炉机器设备的任务在于安全，可靠，有效地把燃料的化学能转化成热能，进而将热能传递给水，以生产热水和蒸汽。为了提高热量及效率，锅炉向着高压，高温和大容量等方向发展。供热锅炉，除了生产工艺有特殊要求外，所生产的热水不需要过高温的压力和温度，容量也无需很大。 随着生产的发展，锅炉日益广泛的应用于工业生产的各个领域，成为发展国民经济的重要热工设备之一。在现代化的建设中，能源的需求是非常大的，然而我国的能源利用率极低，所以提高锅炉的热效率，具有极为重要的实际意义。此外，锅炉是否能应地制宜地有效地燃用地方燃料，并满足环境保护的各项要求而努力解决烟尘污染问题，以提高操作管理水平，减轻劳动强度，保证锅炉额定运行及运行效率，安全可靠地供热等课题。 锅炉微机控制，是近年来开发的一项新技术，它是微型机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。工业锅炉数量大、分布广，我国现有中、小型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。因此,提高热效率，提高自动化水平及防止环境污染, 降低耗煤量与耗电量，均是设计工业锅炉需考虑的重要因素。用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。 本课题的主要方向就是采用过程控制对工业锅炉进行控制，采用先进的控制算法，以达到优化技术指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争能力的作用。
锅炉三冲量简介及组态 一、实验装置硬件组成 实验平台是个过程控制综合实验系统，系统由实验控制对象、实验控制台、和上位监控PC机三部分组成。对象参数包括了液位、流量、压力、温度等热工参数，并可设置纯滞后环节。控制设备配置了智能仪表与PLC两种形式，可以实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制。 1. 系统总貌：
2.装置简述： 装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。供水系统有两路：一路由三相（380V恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及手动调节阀组成。 3. 仪表显示控制箱： 仪表控制箱左上方标有本套装置的具体型号，面板示意图如图1-3： 图1-3 仪表控制箱面板图 1.2.3.1无纸记录仪： 本无纸记录仪表可以对现场变送器输出的变量电压值和阻值进行实时曲线和历史曲线的记录，当记录间隔为1S时，
可连续记录36H的数据，当记录间隔为4min时可记录360天的数据。它拥有128*64点阵式液晶显示屏、三通道万能输入和RS485通讯功能，是一款功能强大的无纸记录仪表。4.智能调节仪： 本套装置配备两只智能调节仪，可同时控制两个执行器作用于不同的对象系统，每套仪表均带有三种输入规格、一路4～20mA电流信号输出、测量/输出分屏显示、模糊PID算法控制及RS485通讯功能，是工业中最常见的仪表之一。 5.流量积算仪： 与智能仪表不同的是流量积算仪不仅可以采集模拟量信号，而且可以将流量信号进行时间轴上的累积，并可进行相应的流量批量控制实验，这些都是工业现场常用的功能，此外流量积算仪还具有RS485通讯功能。 6.各种传感器、变送器和控制信号接口： 本套对象系统共配置10件检测装置，它们接口按输出信号的不同，分类排列在面板上，以供仪表引用。两套执行器的输入信号，位于检测信号的下面，它们主要由仪表控制输出连接用。另外还有一路开关量控制离心泵自动运转开关，为仪表控制箱流量积算仪最下面位置的两排强电接线柱，由流量积算仪作批量控制时自动控制泵的开启。 7. 检测装置： 1）扩散硅液位变送器：
； 济南铁道职业技术学院 电气工程系 毕业设计指导书 课题名称： 锅炉控制系统的组态设计《 专业电气自动化 班级电气0831 姓名 cmy ~ 设计日期至 指导教师 ly ? 2010、11
济南铁道职业技术学院电气工程系 毕业设计指导书 2010、11 一、设计课题: ！ 锅炉控制系统的组态设计 锅炉设备是工业生产中典型的控制对象，而组态控制技术是当今自动化系统应用广泛的技术之一。本课题采用组态王组态软件设计上位机监控画面，实时监控液位参数，并采用实时趋势曲线显示液位的实时变化。由此组成一个简单的液位控制系统。 二、设计目的： 通过本课题的设计，培养学生利用组态软件、PLC设计控制系统的能力，理解、掌握工业中最常用的PID控制算法，有利于进一步加深《自动控制原理》、《组态软件》和《过程控制》等课程的理解，为今后工作打好基础。 三、设计内容： 掌握锅炉生产工艺，实现锅炉自动控制的手段，利用“组态王”软件做出上位机监控程序，具体有主监控画面、实时曲线、历史曲线；掌握PID参数调整方法。 — 四、设计要求及方法步骤： 1．设计要求： （1）监控系统要有主监控画面和各分系统的控制画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。 （2）各控制画面要有手/自动切换。
（3）掌握PID控制算法。 2．运用的相关知识 （1）组态控制技术。 （2）过程控制技术。 ~ 3．设计步骤： （1）熟悉、掌握锅炉的生产工艺。 （2）设计各分系统的控制方案。 （3）构思系统主监控画面和分画面，包括实时曲线、历史曲线和报表等。 （4）编写设计论文。 五、设计时间的安排： 熟悉题目、准备资料 1周 @ 锅炉控制系统的工艺了解 1周 监控画面的设计 2周 控制算法的编制和系统调试 3周 论文的编写 2周 准备毕业设计答辩 1周 六、成绩的考核 在规定时间内，学生完成全部的设计工作，包括相关资料的整理，然后提交给指导教师，指导教师审阅学生设计的全部资料并初步通过后，学生方可进入毕业答辩环节，若不符合设计要求，指导教师有权要求学生重做。 … 答辩时，设计者首先对自己的设计进行10分钟左右的讲解，然后进行答辩，时间一般为30分钟。 成绩根据学生平时的理论基础、设计水平、论文质量和答辩的情况综合考虑而定。 成绩按优秀、良好、中、及格、不及格五个等级进行评定。
DCS控制系统设计 一．被控对象： 图1 锅炉设备工艺 二．工艺要求 燃料和热空气按一定比例送入燃烧室燃烧，生成热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽Ds,然后经过热器，形成一定气温的过热蒸汽D，汇集至蒸汽母管。压力为Ph的过热蒸汽经负荷设备调节阀供给生产设备负荷用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱，排入大气。 三．DCS选型 本控制系统选择浙大中控Webfield JX-300XP系统。 四．硬件 ①控制站硬件 1.机柜：SP202 结构：拼装 尺寸：2100*800*600 ESD：防静电手腕 散热：两风扇散热 接地：工作接地，安全接地 2.机笼 电源机笼：四个电源模块，型号：XP521 I/O机笼：20个槽位，用于固定卡件 3.接线端子板 冗余端子板：XP520R 4.端子转接板 5.主控卡：XP243X 地址范围：2到127。 后备锂电池模块：JP2，保持参数不丢失。 6.数据转发卡：XP233
地址范围：0到15 7.I/O卡件 (a)I/O点数计算 Ⅰ.锅炉控制系统中数字量输入点数： 启动；停止；点火；手动关闭蒸汽阀 以上共计四个数字量输入。 Ⅱ.锅炉控制系统中数字量输出点数： 给风；1号风机；给燃料；2号风机；蒸汽阀 以上共计五个数字量输出。 Ⅲ.锅炉控制系统中模拟量输入点数： 汽包液位、温度、压力。 以上共有三个模拟量输入（为了使模拟信号可以远传，变送器均选择电压式）。 (b)卡件选择 Ⅰ.XP363：触点型开关量输入卡。8路输入，统一隔离。 Ⅱ.XP362：触点型开关量输出卡。8路输出，统一隔离。 Ⅲ.SP314X:电压信号输入卡。4 路输入，点点隔离，可冗余 Ⅳ.XP221：电源指示灯。 ②操作员站硬件 1.PC机： 显示器；主机；操作员键盘，鼠标；操作员站狗； 2.Windows XP操作系统 3.安装Advan Trol-Pro实时监控软件。 ③工程师站硬件 1.PC机 显示器；主机；工程师键盘，鼠标；工程师站狗 2.工程师站硬件可以取代操作员站硬件 3.Windows XP操作系统 4.安装Advan Trol-Pro实时监控软件 5.安装组态软件包 ④通信网络 (a)信息管理网 通讯介质：双绞线（星形连接），50Ω细同轴电缆、50Ω粗同轴电缆（总线形连接，带终端匹配器），光纤等； 通讯距离：最大 10km； 传输方式：曼彻斯特编码方式； (b)过程控制网络（SCnet Ⅱ网） 传输方式：曼彻斯特编码方式； 通讯控制：符合 TCP/IP 和 IEEE802.3 标准协议； 通讯速率：10Mbps； 节点容量：最多 15个控制站，32个操作站、工程师站或多功能站； 通讯介质：双绞线，50Ω细同轴电缆、50Ω粗同轴电缆、光缆；
锅炉温度控制系统上位机设计 1.设计背景 锅炉是化工、炼油、发电等工业生产过程中必不可少的重要的动力设备。它所产生的高压蒸汽，既可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源，又可作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，生产设备的不断创新，作为全厂动力和热源的锅炉，办向着大容量、高参数、高效率发展。为了确保安全，稳定生产，锅炉设备的控制系统就显得愈加重要。随着经济的迅猛发展，自动化控制水平越来越高，用户对锅炉控制系统的工作效率要求也越来越高，为了提高锅炉的工作效率，较少对环境的污染问题，所以利用计算机与组态软件技术对锅炉生产过程进行自动控制有着重要的意义。 2.任务要求 (1) 按照题目设计监控画面及动态模拟； (2) 在数据字典中定义需要的内存变量和I/O变量； (3) 实现监控系统的实时、历史曲线及报警界面显示； (4) 实现保存数据和参数报表打印功能； (5) 实现登陆界面和帮助界面。 3. 界面功能 3.1 系统说明 本系统的目的是实现锅炉的温度控制，所以在监控界面设置了加热部分和降温部分，同时通过观察相应仪表，操作者手动的实现对锅炉温度的控制，而且在加热过程和降温过程中有信号灯可以清楚地显示系统工作在什么阶段。此外，在监控界面加入了液位控制部分，通过对进水量和出水量的控制实现液位平衡。实时曲线和历史曲线可以让操作者清楚地观察到锅炉内液体的液位高度和温度，从而更加准确的操作系统，达到控制要求。实时报警界面可以随时进行提醒，防止发生意外情况。帮助界面可以让初次登陆该系统的用户快速学会如何操作系统。登陆界面中加入用户登陆部分，只有有相应权限的操作者也可以控制系统。该系统还加入历史曲线打印功能和对系统相关变量的保存功能，用户可以随时查看历史记录。 3.2主监控界面 主控界面实现的是操作者观察仪表，得到锅炉内液体温度和液位的实时信息，通过调节电磁阀1、2，使得锅炉内液体液位保持在要求范围内，通过加热按钮和降温按钮对
xxxx大学 本科生课程设计论文 题目：锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真学生姓名： 学号： 专业： 班级： 指导教师： 时间：2013年12月8日
内蒙古科技大学课程设计任务书
目录 第一章汽包水位控制的概述.................................................................................................... - 1 - 1.1 锅炉汽包水位的动态特性........................................................................................... - 1 - 1.1.1 给水流量W对汽包水位H的影响 ................................................................. - 1 - 1.1.2汽包水位在蒸汽流量D扰动下的影响 ............................................................ - 2 - 第二章三冲量串级给水控制系统设计.................................................................................... - 4 - 2.1 单冲量水位控制系统的介绍....................................................................................... - 4 - 2.2 双冲量水位控制系统的介绍....................................................................................... - 5 - 2.3 三冲量汽包水位控制原理........................................................................................... - 5 - 2.3.1 三冲量控制方案之一........................................................................................ - 5 - 2.3.2三冲量控制方案之二......................................................................................... - 7 - 2.3.3三冲量控制方案之三......................................................................................... - 8 - 第三章汽包三冲量控制算法的MATLAB仿真设计 ........................................................... - 10 - 3.1 控制系统模型图的绘制............................................................................................. - 10 - 3.1.1 Simulink模块的调用 ....................................................................................... - 10 - 3.1.2 PID子系统的建立以及封装 ........................................................................... - 10 - 3.2 PID控制器的参数整定 .............................................................................................. - 12 - 第四章总结.............................................................................................................................. - 15 - 参考文献.................................................................................................................................... - 16 -
锅炉温度控制系统设计方案 第1章绪论 1.1课题背景及研究的意义 锅炉是工业生产中最常用的能量转换设备之一，它通过转化燃料中的化学能或利用电能转化为能，成为人们广为依赖的采暖工具。在电锅炉中，利用电阻在通电流状态下发热的原理，通过对电流的大小的控制对温度的控制。由于电流易控制的特点，电锅炉在小型锅炉和精密控温的到使用者的青睐。但是，在大部分城市中，由于国家实行“西气东输”计划，燃气价格为普通人家所接受，经数据统计和计算，燃气锅炉更便宜，比电锅炉应用更受欢迎。 锅炉温度的稳定是锅炉性能的一项重要指标，温度过高和温度过低都会给锅炉的稳定运行和生产造成重大的的影响，甚至发生安全事故。温度过高，导致锅炉金属材料和相关部件的超温过热，加速管材金属氧化，降低锅炉和相关部件的使用寿命；温度过低，假定在保持锅炉蒸发量不变的情况下，锅炉的损耗将大幅上升，能源利用率因此下降，而且负荷也将受到限制。所以，限定锅炉在安全温度成为每一个温度控制系统的核心部分。 随着科技发展，人们对采暖方式和热水方式渐渐发生变化，家用燃气锅炉进入寻常百姓家，但是国燃气锅炉的开发与应用还处于较落后的阶段，市场上的大多数此类商品还是以国外为主，所以燃气锅炉依然有广大市场与研究价值。 本设计以家用燃气锅炉为研究目标，使用AT89C51单片机为控制核心组成温度控制系统，采用热电阻感应温度的变化，单片机实现收集数据、处理数据、发送控制命令的功能，从各方面详细的说明单片机在温度控制的应用。 1.2 温度传感技术 自工业时代以来，随着大型机械的出现和广泛应用，温度对机械工作性能的影响越来越被人们所重视，对温度的未知可能造成机械损坏或发生重大事故。于是温度传感器便应运而生。温度传感器用在生活的方方面面，从冶金行业到每一个人身边中的一部分，它已经随着时代的步伐在进步。 目前使用的较为先进的温度传感器是数字传感器。数字传感器的优点是不需要像传统方式一样加入转换部分，利用当今成熟的集成技术，在其部已经集成了感应温度系统和温度转换系统，尤其是它单端数据输出的功能，极大减少对主控
东北大学秦皇岛分校自动化工程系自动控制系统课程设计 基于力控组态软件的锅炉监控系统设计 专业名称自动化 班级学号 学生姓名 指导教师 设计时间2011.6.27~2011.7.8
东北大学秦皇岛分校自动化工程系 《自动控制系统》课程设计任务书 专业自动化班级姓名 设计题目：基于力控组态软件的锅炉监控系统设计 一、设计实验条件 地点：自动化系实验室 实验设备：PC机 二、设计任务 1、根据题目要求进行资料收集及监控方案的设计。 2、利用力控组态软件，完成控制系统软件组态，包括：建立实时数据库；绘制控制主界面；包括数据采集、显示（界面动画等）、报警组态、数据保存、历史数据查询、报表打印等功能。 3、撰写课程设计说明书 三、设计说明书的内容 1、设计题目与设计任务（设计任务书） 2、前言（绪论）(设计的目的、意义等) 3、主体设计部分 4、参考文献 5、结束语 四、设计时间与设计时间安排 1、设计时间：6月27日～7月8日 2、设计时间安排： 熟悉课题、收集资料：3天（6月27日～6月29日) 具体设计（含上机实验）：6天（6月30日～7月5日) 编写课程设计说明书：2天（7月6日～7月7日) 答辩：1天（7月8日）
前言 随着工业自动化水平的迅速提高和计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种要求。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好的解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。目前世界上组态软件品种繁多，国外产品有美国Wonderware公司的InTouch、美国Intellution公司的iFIX等，国内产品有三维力控、组态王、MCGS等。 一般的组态软件都由下列组件构成：图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件、控制功能组件。 力控组态软件主要解决的问题：如何与采样、控制设备间进行数据交换；使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；处理数据报警及系统报警；存储历史数据并支持历史数据查询；各类报表的生成和打印输出；为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；最终生成的应用系统运行稳定可靠；具有与第三方程序的接口，方便数据共享。 本文以锅炉对象为例，利用三维力控PCAuto组态软件开发了一个小型的监控系统。 1.力控组态软件PCAuto 1.1软件的认识 力控监控组态软件PCAuto是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，是在自动控制系统监控层一级的软件平台，它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便地向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件系统进行集成。 力控监控组态软件PCAuto最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实践方法，用户只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大地提高了集成效
1 引言 锅炉是发电厂及其它工业企业中最普遍的动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，国内大多数工业锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。工业锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，扰动因数也很多，许多参数之间明显地存在着复杂的耦合关系。对于工业锅炉这个复杂的系统，由于其内部能量转换机理过于复杂，采用常规的方式进行控制，难以达到理想的控制效果，因此，必须采用智能控制方式控制，才能获得最佳控制效果。 2 系统的组成 系统运行的示意图如图1所示。 图1 系统运行示意图 由图1可知，燃料和空气按一定比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，经负荷设备调节阀供给负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。 锅炉是个较复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，生产过程各主要工艺参数必须加以严格控制。主要调节项目有;负荷、锅炉给水、燃烧量、减温水、送风等。主要输出量是:汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。这些输入量与输出量之间是互相制约的，例如，蒸汽负荷变化时，必然会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化;燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、空气量和炉膛负压等。对于这样复杂的对象，工程处理上作了一些简化，将锅炉控制系统划分为若干个调节系统。主要的调节系统有: (1) 汽包水位调节系统 被调量是汽包水位，调节量是给水流量，它主要考虑汽包内部物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在工艺允许范围内。 (2) 过热蒸汽温度调节系统 维持过热器出口温度在允许范围之内，并保证管壁温度不超过允许工作温度。 (3) 燃烧调节系统
PLC在工业锅炉自动控制系统中的应用 1 引言 锅炉是发电厂及其它工业企业中最普遍的动力设备之一，它的功能是把燃料中的贮能，通过燃烧转化成热能，以蒸汽或热水的形式输向各种设备。目前，国内大多数工业锅炉都是人工控制的，或简单的仪表单回路调节系统，燃料浪费很大。工业锅炉作为一个设备总体，有许多被控制量与控制量，扰动因数也很多，许多参数之间明显地存在着复杂的耦合关系。对于工业锅炉这个复杂的系统，由于其内部能量转换机理过于复杂，采用常规的方式进行控制，难以达到理想的控制效果，因此，必须采用智能控制方式控制，才能获得最佳控制效果。 2 系统的组成 系统运行的示意图如图1所示。 图1 系统运行示意图 由图1可知，燃料和空气按一定比例进入燃烧室燃烧，产生的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，经负荷设备调节阀供给负荷设备使用。与此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。
锅炉是个较复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，生产过程各主要工艺参数必须加以严格控制。主要调节项目有;负荷、锅炉给水、燃烧量、减温水、送风等。主要输出量是:汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气等。这些输入量与输出量之间是互相制约的，例如，蒸汽负荷变化时，必然会引起汽包水位、蒸汽压力和过热蒸汽温度的变化;燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、空气量和炉膛负压等。对于这样复杂的对象，工程处理上作了一些简化，将锅炉控制系统划分为若干个调节系统。主要的调节系统有: (1) 汽包水位调节系统 被调量是汽包水位，调节量是给水流量，它主要考虑汽包内部物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在工艺允许范围内。 (2) 过热蒸汽温度调节系统 维持过热器出口温度在允许范围之内，并保证管壁温度不超过允许工作温度。 (3) 燃烧调节系统 使燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要;使燃料量与空气量之间保持一定比例，以保证经济燃烧;使引风量与送风量相适应，以保持炉膛负压稳定。 这里将讨论锅炉汽包水位调节系统、燃烧调节系统及蒸汽温度调节系统。 2.1 系统的检测信号及锅炉的控制任务 锅炉设备的检测信号包括:蒸汽流量、汽包水位、汽包蒸汽压力、加水量、炉膛负压、鼓风量、烟气含氧量、当已知检测信号的情况下，锅炉的控制任务是:在用户蒸汽机需要的情况下，PLC控制加水阀、输煤量、鼓风量与引风量，使保持锅炉汽包水位稳定，蒸汽压力稳定，炉膛负压稳定，烟气稳定，使燃料能量最充分地燃烧，以取得最大的热效率。 2.2锅炉的主要控制流程 (1) 锅炉水位控制流程 水位自动控制的主信号为水位差压变送器输出的信号。前馈信号可以
课程设计任务书 题目: 锅炉过热蒸汽温度控制系统设计 摘要 本文是针对锅炉过热蒸汽温度控制系统进行的分析和设计。控制系统采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。 关键字：过热蒸汽控制串级控制系统自动控制主控-串级切换 目录 1 生产工艺介绍 .................................................. 错误！未定义书签。 1.1 锅炉设备介绍............................................................................ ３ 1.2 蒸汽过热系统的控制................................................................ ５2控制原理简介 ..................................................................................... ６ 2.1控制方案选择............................................................................. ６ 2.1.1单回路控制方案................................................................. ６
汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上， 即三个被控变量对应一个调节器。 工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值；蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作；给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰， 使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。 锅炉汽包水位三冲量调节系统是火电厂锅炉核心控制之一。汽包水位三冲量调节系统的给水调节阀动作频繁，锅炉水位对给水调节阀执行机构的动作比较敏感，稍有不慎就可能出现严重的危险情况，汽包水位三冲量调节系统关系到整个机组的安全运行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过低，会造成锅炉“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。汽包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统运行要平稳。 目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成熟，但在实际锅炉运行中会各种原因导致水位自动调节系统投入困难，甚至自动不能投入。这种现象让人对串级三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。为此云润与大家交流运用心得，对级三冲量调节系统进行定性分析，并对一些异常情况的处理办法进行探讨。 1、水位三冲量调节控制策略 汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。 汽包水位作为主调（PID调节器）的输入信号，去抑制水位本身的偏差。副调（外给定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰动和虚假水位。各种介绍汽包水位三冲量调节系统的书籍中，都有对传递函数的计算，这些计算对系统设计很重要。如果用经验调节法对于系统维护，则完全可以抛开理论计算。在此只对其物理意义进行定性思考和作一番揣测。 1.1?反馈信号 反馈信号指给水流量信号，也叫内扰。 水位三冲量调节系统中被调量发生变化的时候，PID 经过运算，去控制执行机构进行合理的动作，执行机构改变给水调节阀的开度，阀门控制介质变化，达到控制给水流量的目的。可是给水调节阀执行机构特性、水位三冲量调节系统的运行状况存在很多差异，这些差异主要有： （1）执行机构线性：执行机构改变开度后，流量随之改变的大小。 （2）执行机构死区：PID 输出每变化多少，执行机构才能动作一次。 （3）执行机构空行程：执行机构在改变动作方向的时候，改变多少开度，给水流量才发生变化（减去死区的值）。 （4）执行机构回差：执行机构进行开、关两个方向的动作的时候，流量变化不相等，这个流量变化绝对值的差叫回差。 （5）执行机构及阀门的特性曲线改变：阀门线性改变，阀门每变化1%，流量变化量与以往不同。 （6）水位三冲量调节系统软故障：偶尔发生的系统故障使得给水流量变化不均匀，或者时有停顿。 （7）系统介质参数发生变化：指因给水压力、蒸汽压力变化导致给水流量变化。
FGR的循环型工业锅炉节能控制系统设计分析 摘要：氮氧化物是雾霾产生的一大成因，也是燃气锅炉排放的主要污染物。已颁布的《北京市锅炉大气污染物排放标准》将工业锅炉氮氧化物的排放标准大幅提高。 关键词：FGR循环型工业锅炉；节能控制系统设计； 工业锅炉是重要的热能动力设备，我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家。我国锅炉制造业特别是改革开放以来随着国民经济的蓬勃发展，全国有千余家持有各级锅炉制造许可证的企业可以生产各种不同等级的锅炉。由于节能环保日益严格，而工业锅炉又处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产运行状态，因此对工业锅炉推广应用各种新技术、新工艺、新管理是实现节能降耗、减少污染的重要途径。随着工业生产规模的不断扩大，生产过程不断强化。 一、烟气循环FGR的主要原理 烟气循环参与再燃烧有两种方式：烟气内部循环和烟气外部再循环。烟气内部循环一般用于普通低氮应用，利用燃烧器喷嘴流速产生卷吸烟气的效应，使少量烟气再次参与燃烧，降低火焰温度，排放目标值为80 mg／m3；而烟气外部再循环是通过风机的机械力量大幅度增加再循环烟气的流量，再循环烟气量可占总烟气量的25％，大幅度降低火焰温度，更低的氮氧化物排放。 二、FGR的循环型工业锅炉节能控制系统设计分析 1.物料出口温度控制。经过分析可知，影响锅炉物料出口温度的因素包括物料流量、燃烧工况以及空气量与燃料量比值等，在控制系统中，物料出口温度是通过改变燃料流量来控制的，但受到燃烧工况、风量的跟随作用以及风量与燃料量的比值影响。为了使物料出口温度稳定在目标温度，必须保证燃料能够充分燃烧，释放出足够的能量，因此选择采用串级控制系统。该控制系统中，物料出口温度控制回路为串级控制系统的主回路。在控制方案中，当物料出口温度由于某种干扰变化时，通过物料出口温度控制器的输出来改变燃料控制器的给定值，使燃料量随之变化。然后通过比值控制器使空气量也发生改变，保持燃料量和空气量的流量比不变。但从动态角度看，因蒸汽出口温度变化首先反应到燃料量给定值的变化，使燃料量随之变化，再经过燃料量测量变送器、比值器，改变空气量控制器的给定值，空气量才发生变化。显然，空气量的变化滞后于燃料量，即动态比值不能得到保证。在实际工业生产中，为了使燃料完全燃烧，在提升负荷时要求先提升空气量，后提升燃料量;在降低负荷时，要求先降低燃料量，后降低空气量，即所谓具有逻辑提降量的比值控制系统。通过增加两个选择器HS、LS 组成具有逻辑提降功能的燃烧过程控制系统，空气量与燃料量的比值。燃烧系统要减少稳态误差，同时由于流量噪声比较大，不能采用微分作用。因此，燃料流量控制器和空气流量控制器均采用控制器。如有微分作用时，一旦主控制器和输出稍有变化，调节阀将大幅度变化，不利于控制，所以副控制器选用控制器，主控制器采用PID 控制器。 2.烟气含氧量闭环控制。烟气含氧量是指燃料燃烧之后排出的烟气中氧气的含量，它主要与燃料的燃烧状况有关。烟气含氧量的影响因素是燃烧工况。燃烧过程的燃料量与空气量比值控制系统存在一个不足，即不能保证两者是最优比，这是由于流量测量的误差以及燃料质量的变化所造成的。为此，文中方案采用烟气氧含量作为送风量的校正信号。锅炉燃烧过程中烟气含氧量的闭环控制方案，烟气含氧量作为被控变量，其设定值是锅炉燃烧效率最高情况下的最优烟气含氧
锅炉燃烧控制系统 摘要 锅炉的燃烧控制对于锅炉的安全、高效运行和节能降耗都具有重要意义，其控制和管理随之要求也越来越高。本设计主要针对锅炉燃烧控制系统的工作原理，根据控制要求，设计了一套基于PLC的锅炉燃烧控制系统。 在控制算法上，综合运用了单回路控制、串级控制、比值控制、前馈控制等控制方式，实现了燃料量控制调节蒸汽压力、送风量控制调节烟气含氧量、引风量控制炉膛负压，并有效地克服了彼此的扰动，使整个系统稳定的运行。 在可编程控制器的选择上，采用了AB公司Logix5000系列PLC，设计了控制系统的硬件配置图、I/O模块接线图，并用其编程软件编写了实现控制算法的梯形图。同时，采用RSView32设计监控界面，使得在上位机上能够实时监控系统的运行状况并可以设置系统的工作参数，使对系统的控制简单易行。 关键词：锅炉燃烧控制系统，控制方式，PLC，监控
ABSTRACT The control of the boiler combustion which is for boilers safe, efficient operation and energy saving are of great significance, and its subsequent control and management is getting higher and higher requirements. According to the control requirements and the working principle, we design a system of a PLC based on the boiler combustion control system. In the control algorithm, we integratedly applied the single-loop control, cascade control, ratio control, feed-forward control and so on which is moded the control to achieve a fuel vapor pressure control regulator, air-conditioning of flue gas oxygen content control, citing the negative air volume control of the furnace pressure.It also effectively overcome the disturbance of each other, so that the operation of the entire system is stable. Choice in the programmable logic controller, we choose AB, Logix5000 series PLC, and applied it to the design of the control system hardware configuration diagram and I / O module wiring diagram. Then we use the preparation of its programming software control algorithm to achieve the ladder. At the same time, the use of RSView32 interface to design monitor makes PC can run real-time monitoring of system status and can set the system parameters, so that the system is easy to control. Keywords: boiler combustion control system, control, PLC ,supervisory control
锅炉三冲量简介及组态一、实验装置硬件组成 实验平台是个过程控制综合实验系统，系统由实验控制对象、实验控制台、和上位监控PC机三部分组成。对象参数包括了液位、流量、压力、温度等热工参数，并可设置纯滞后环节。控制设备配置了智能仪表与PLC两种形式，可以实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制。 1. 系统总貌：
2.装置简述： 装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。供水系统有两路：一路由三相（380V恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及手动调节阀组成。 3. 仪表显示控制箱： 仪表控制箱左上方标有本套装置的具体型号，面板示意图如图1-3： 图1-3 仪表控制箱面板图 1.2.3.1无纸记录仪： 本无纸记录仪表可以对现场变送器输出的变量电压值和
阻值进行实时曲线和历史曲线的记录，当记录间隔为1S时，可连续记录36H的数据，当记录间隔为4min时可记录360天的数据。它拥有128*64点阵式液晶显示屏、三通道万能输入和RS485通讯功能，是一款功能强大的无纸记录仪表。4.智能调节仪： 本套装置配备两只智能调节仪，可同时控制两个执行器作用于不同的对象系统，每套仪表均带有三种输入规格、一路4～20mA电流信号输出、测量/输出分屏显示、模糊PID 算法控制及RS485通讯功能，是工业中最常见的仪表之一。 5.流量积算仪： 与智能仪表不同的是流量积算仪不仅可以采集模拟量信号，而且可以将流量信号进行时间轴上的累积，并可进行相应的流量批量控制实验，这些都是工业现场常用的功能，此外流量积算仪还具有RS485通讯功能。 6.各种传感器、变送器和控制信号接口： 本套对象系统共配置10件检测装置，它们接口按输出信号的不同，分类排列在面板上，以供仪表引用。两套执行器的输入信号，位于检测信号的下面，它们主要由仪表控制输出连接用。另外还有一路开关量控制离心泵自动运转开关，为仪表控制箱流量积算仪最下面位置的两排强电接线柱，由