过控课程设计说明书.doc

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 刘峰 学 号 4110218143 指导教师 王墨琦 2014 年 12 月 15 日至 12 月 26 日 共 2 周 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 1 工程背景 4 2锅炉汽包水位 5 2.1 锅炉系统概述 5 2.2 锅炉汽包水位的系统结构 6 3 锅炉水位 PID 控制系统设计 7 3.1 PID 控制原理 7 3.2 PID 对控制的影响 8 3.2.1比例 P调节 8 3.2.2 积分I调节 8 3.2.3微分D调节 8 3.2.4 PID控制器的参数整定 9 4 汽包水位调节系统的设计 9 4.1三冲量水位调节系统的分析 10 附录 12 1 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，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。 2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作用。 根据锅炉的作用不同，可分为电站锅炉，工业