鍋爐汽泡水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 過(guò)程控制過(guò)程控制 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目： 鍋爐汽泡水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)鍋爐汽泡水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化自動(dòng)化092092班班 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 起止時(shí)間：起止時(shí)間： 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名韓忠鈺專(zhuān)業(yè)班級(jí)自動(dòng)化課程設(shè)計(jì)（論文）題目鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)

2、課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常要對(duì)鍋爐汽包的液位進(jìn)行控制，為了能夠精確控制液位高度，保證正常生產(chǎn)，要求設(shè)計(jì)液位閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，能抑制流量波動(dòng)，且系統(tǒng)無(wú)余差。本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)鍋爐汽包液位閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，采用適合的控制算法，輸入設(shè)定水位值，并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前水位。設(shè)計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1、確定控制方案并繪制 P&ID 圖、系統(tǒng)框圖；2、選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號(hào)和參數(shù)；3、確定控制器的控制規(guī)律以及控制器正反作用方式；4、若設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字控制系統(tǒng)，應(yīng)給出系統(tǒng)硬件電氣連接圖及

3、程序流程圖；5、在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件仿真，并給出仿真結(jié)果；6、按規(guī)定的書(shū)寫(xiě)格式，撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)在 4000 字以上技術(shù)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)：測(cè)量范圍：20100cm ；控制精度：0.5cm ；控制液位：80cm； 最大偏差：1cm。進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。 （2 天，分散完成）2、確定系統(tǒng)的控制方案，繪制 P&ID 圖、系統(tǒng)框圖。 （1 天，實(shí)驗(yàn)室完成）3、選擇傳感器、變送器、控制器、執(zhí)行器，給出具體型號(hào)和參數(shù)。 （2 天，分散完成）4、確定控制器的控制規(guī)律、控制器正反作用方式以及保證系統(tǒng)無(wú)余差。 （實(shí)驗(yàn)室 1 天）5、仿真分析或?qū)嶒?yàn)

4、測(cè)試、答辯。 （3 天，實(shí)驗(yàn)室完成）6、撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（1天，分散完成）指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)注：成績(jī)：平時(shí) 20% 論文質(zhì)量 60% 答辯 20% 以百分制計(jì)算精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)摘要鍋爐是生產(chǎn)過(guò)程中必不可少的設(shè)備。它所生產(chǎn)蒸汽不緊供生產(chǎn)過(guò)程作為熱源，而且還作為蒸汽透平熱力源。鍋爐控制裝置其主要作用是保障鍋爐的安全，穩(wěn)定運(yùn)行準(zhǔn)則。因此，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)要求供給蒸汽量應(yīng)適應(yīng)負(fù)荷變化需要或保持給定負(fù)荷，蒸汽壓力，過(guò)熱蒸汽溫度，氣泡水位，爐膛負(fù)壓都應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)。本

5、設(shè)計(jì)的被控變量為氣泡水位，操縱便能量為給水量，給水量的高低直接影響著鍋爐和汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，過(guò)高會(huì)影響汽水分離機(jī)的正常運(yùn)行，過(guò)低會(huì)破壞正常水循環(huán)。所以過(guò)高過(guò)低都是不允許的。本設(shè)計(jì)是針對(duì)鍋爐氣泡水位做出合理的設(shè)計(jì)方案，使氣泡水位維持在一定的范圍內(nèi)，以保證鍋爐設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞：鍋爐汽泡；水位控制；蒸汽流量精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)目 錄第 1 章 緒論 .1第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案 .22.1 概述 .22.2 虛假水位的行程及對(duì)策 .22.3 汽泡水位的影響因素 .22.4 汽泡水位控制方案設(shè)計(jì) .3第 3 章 硬件設(shè)計(jì) .73.1 液位傳送器選型.73.2 流量傳送

6、器選型.73.3 執(zhí)行器選型.83.4 控制器器選型.9第 4 章 鍋爐汽泡水位的模型及仿真 .114.1 仿真分析 .114.2 仿真分析.12第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .15參考文獻(xiàn) .16精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)第 1 章 緒論鍋爐燒水會(huì)產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，其溫度可以達(dá)到 1000 多度，這樣的蒸汽可以作為強(qiáng)大的動(dòng)力源，蒸汽鍋爐的作用是供給穩(wěn)定的蒸汽產(chǎn)品，為保證提供合格的蒸汽產(chǎn)品來(lái)適應(yīng)負(fù)荷的需要，與其配套的控制系統(tǒng)必須滿(mǎn)足各工藝參數(shù)。保持鍋爐汽泡水位在一個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)變化，對(duì)于鍋爐的安全運(yùn)行是非常重要的，由于鍋爐的水位同時(shí)受到鍋爐側(cè)，汽輪機(jī)側(cè)，燃燒狀況及給水量等因素的干

7、擾，而使其水位經(jīng)常變化。因此鍋爐氣泡水位應(yīng)根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，以嚴(yán)格保證設(shè)備的安全運(yùn)行。工業(yè)鍋爐氣泡水位控制的任務(wù)是讓生產(chǎn)的蒸汽量與給水量形成一個(gè)平衡，這樣既保證了蒸汽產(chǎn)品的供應(yīng)量與質(zhì)量，又使整個(gè)系統(tǒng)得以安全運(yùn)行，同時(shí)鍋爐氣泡水位也間接的體現(xiàn)了鍋爐負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系。以前的工作的過(guò)程是以各分立元件做基礎(chǔ)，利用各個(gè)檢測(cè)器件對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)與反饋，反饋信號(hào)經(jīng)控制器運(yùn)算輸出到執(zhí)行器來(lái)改變各量，使系統(tǒng)恢復(fù)正常與穩(wěn)定。達(dá)到自動(dòng)控制的目的，但是這種方法分立器件多，系統(tǒng)反饋回路相對(duì)復(fù)雜，受分立器件性能影響大，系統(tǒng)內(nèi)部各部分的影響也較大，使自動(dòng)控制能力下降。液位控制是通過(guò)控制閥改變開(kāi)度影

8、響給水量控制的，而水溫的控制是通過(guò)調(diào)節(jié)加熱的功率實(shí)現(xiàn)的。由于鍋爐運(yùn)行過(guò)程中存在進(jìn)水量和出水量的變化，很難通過(guò)調(diào)節(jié) PID 控制參數(shù)來(lái)滿(mǎn)足所有的運(yùn)行條件，而獲得理想的控制結(jié)果。給水量，蒸汽的出口流量和燃料的進(jìn)料量是使液位變化的主要擾動(dòng)量，其擾動(dòng)影響各不相同。本設(shè)計(jì)的主要工作有：設(shè)計(jì)鍋爐氣泡水位的控制方案從水位的的動(dòng)態(tài)變化入手，找出影響液位的主要原因，選擇合適的操縱變量使水位在干擾作用下得到穩(wěn)定的調(diào)節(jié)，來(lái)恢復(fù)平衡。硬件設(shè)備的選擇在選擇硬件設(shè)備時(shí)一定要選擇參數(shù)與你設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)基本吻合的，這樣可以減少系統(tǒng)內(nèi)部各部分別的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。PID 參數(shù)PID 參數(shù)設(shè)置一定要合理，這樣才能使

9、液位得到很好的調(diào)整。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)第 2 章 課程設(shè)計(jì)的方案2.1 概述本次設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)鍋爐汽泡液位控制系統(tǒng)，并在實(shí)踐的基礎(chǔ)上提高對(duì)知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用過(guò)程控制知識(shí)的能力，并初步掌握小系統(tǒng)的過(guò)程設(shè)計(jì)方法。應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用于鍋爐液位控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)器，控制器，執(zhí)行器等器件，完成對(duì)液位的控制。系統(tǒng)功能介紹：能顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)液位數(shù)值，擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)后，不需要任何人工參與便可回到穩(wěn)態(tài)值，實(shí)現(xiàn)了液位的自動(dòng)控制，確保了系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。2.2 虛假水位的行程及對(duì)策虛假水位是鍋爐運(yùn)行時(shí)不真實(shí)的水位，氣泡壓力突降時(shí)，爐水飽和溫度下降到壓力較低時(shí)的飽和溫度

10、，使?fàn)t水大量放熱蒸發(fā)，使?fàn)t水內(nèi)的氣泡增加，汽水混合物體積膨脹，使水位很快上升形成虛假水位，當(dāng)氣泡壓力突增時(shí)，飽和溫度升高，部分爐溫被用于加熱爐水，相應(yīng)的蒸發(fā)露水的熱量減少，爐水氣泡減少，爐水體積收縮，形成虛假水位。此外鍋爐內(nèi)外負(fù)荷增加或驟減時(shí)，水的比熱容增大或減小，也會(huì)形成虛假水位。在輸入端引入蒸汽流量信號(hào)，設(shè)置水位系統(tǒng)的前饋調(diào)節(jié)，當(dāng)蒸汽流量增大或減小時(shí)，給水量也會(huì)相應(yīng)增大或減小，給水量增多或減小使溫度下降或升高，反之當(dāng)給水量增大或減小時(shí)，蒸氣流量也會(huì)相應(yīng)的增加或減小，蒸汽流量增加或減小使?fàn)t溫升高或下降，有利于克服“虛假水位”的影響。2.3 汽泡水位的影響因素在控制系統(tǒng)中，擾動(dòng)量有，蒸汽流量，

11、給水流量等，當(dāng)蒸汽流量增加時(shí)，氣泡溫度上升，氣泡壓力減小，氣泡蒸發(fā)變快氣泡增多，出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象，反之也同樣會(huì)有虛假水位的現(xiàn)象，虛假水位打破了系統(tǒng)原有的平衡狀態(tài)，破換了洗頭的穩(wěn)定性，如果調(diào)解不及時(shí)，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致干鍋現(xiàn)象，損壞鍋爐設(shè)備，降低了誰(shuí)把誒誒的壽命。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)當(dāng)給水量增加時(shí)液位升高，導(dǎo)致液位溫度下降，造成蒸發(fā)溫度低，出現(xiàn)蒸汽帶液，供給動(dòng)力不足，設(shè)備生產(chǎn)效率降低，同時(shí)由于溫度降低氣泡內(nèi)壓力增大，使用于蒸發(fā)水的熱量減小，氣泡減少，爐水體積收縮，產(chǎn)生虛假水位現(xiàn)象。此外他是一個(gè)具有延時(shí)時(shí)間的積分環(huán)節(jié)，水的溫度越低延時(shí)時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，系統(tǒng)衰減比增大，俞差為零，最大偏差

12、減小，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間變長(zhǎng)，控制作用下降。此外還有汽輪機(jī)耗氣量的多少，汽輪機(jī)耗氣量變大時(shí)，使供給爐水加熱的溫度減小，打破了系統(tǒng)原有的物料平衡，還會(huì)導(dǎo)致虛假野味的現(xiàn)象產(chǎn)生。由以上分析可知，給水量擾動(dòng)下的水位相應(yīng)有遲滯性，負(fù)荷擾動(dòng)下的水位有“假水位”現(xiàn)象，這些特性使得氣泡水位的變化受到多種因素的影響，因而對(duì)他的控制就變得比較復(fù)雜。2.4 汽泡水位控制方案設(shè)計(jì)（1）方案一單沖量控制系統(tǒng)從反饋與自動(dòng)控制的角度出發(fā)，很容易想到氣泡水位作為被控對(duì)象，給水量作為操縱變量構(gòu)成單回路自動(dòng)控制系統(tǒng)，即水位單沖量控制系統(tǒng)，如圖 2.1 所示，這是一個(gè)最基本的控制方案，其方框圖為 2.2，其特點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少

13、，適用于氣泡容量較大，虛假水位不嚴(yán)重，負(fù)荷較平穩(wěn)的場(chǎng)合。該過(guò)程具有虛假水位的反向特性，因此，當(dāng)符合變化較大時(shí)，會(huì)造成控制器輸出誤動(dòng)作，嚴(yán)重影響設(shè)備的運(yùn)行壽命和安全，影響控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。蒸汽負(fù)荷變化后，要在引起水位變化后才改變給水量，因此控制不及時(shí)。（2）方案二雙沖量控制系統(tǒng)從物質(zhì)平衡的角度出發(fā)，保證給水量永遠(yuǎn)等于蒸發(fā)量就可以保證汽泡水位大致不變。故應(yīng)在單沖量控制基礎(chǔ)上引入蒸汽流量作為前饋信號(hào)構(gòu)成雙沖量水位自動(dòng)控制系統(tǒng)。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是：蒸汽流量為前饋控制信號(hào)，可以消除“虛假水位”對(duì)控制系統(tǒng)的不良影響。當(dāng)蒸汽流量變化時(shí)給水量也會(huì)同方向跟隨蒸汽量變化，這就消除了由于“虛假水位”產(chǎn)生的誤動(dòng)作

14、，因而大大減小了給水和水位的波動(dòng)，能夠改善控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高控制品質(zhì)，其原理圖和方框圖見(jiàn)圖 2.3 和 2.4由于過(guò)程控制系統(tǒng)總有滯后特性，總是在擾動(dòng)量引起被控變量變化后很總是在擾動(dòng)量引起被控變量變化后很長(zhǎng)一段時(shí)間才會(huì)得到調(diào)節(jié)，因此控制器參數(shù)要達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)就要經(jīng)歷相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，滯后時(shí)間越長(zhǎng)控制器參數(shù)變化的幅度就越大，偏差持續(xù)的時(shí)間就越長(zhǎng)，為了解決這一問(wèn)題，需要將擾動(dòng)量前饋，這樣擾動(dòng)一產(chǎn)生，前饋控制器就有輸出，在被控變量變化之前，前饋控制器就根據(jù)干擾大小改變控制閥開(kāi)度，被控變量基本不受擾動(dòng)影響。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)LCLT蒸汽省煤器汽泡圖 2.1 氣泡水位單沖量控

15、制系統(tǒng) + +給水流量控制器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥汽泡水位液位變送器圖 2.2 單沖量控制系統(tǒng)框圖（3）方案三三沖量控制系統(tǒng) 為進(jìn)一步改善控制品質(zhì)，引入給水量信號(hào)，形成了用給水流量控制汽泡水位的串級(jí)控制，這時(shí)調(diào)節(jié)器接受三個(gè)輸入信號(hào)：汽泡水位為被控對(duì)象，是主沖量信號(hào)，蒸汽流量是前饋信號(hào)，給水量是反饋信號(hào)，主控制器為液位控制器，副控制器為給水流量控制器。這就是汽泡水位的三沖量控制系統(tǒng)。即前饋反饋串級(jí)控制系統(tǒng)，被控制系統(tǒng)包含給水量控制回路和汽泡水位控制回路兩個(gè)控制回路以及一個(gè)蒸汽流量前饋通道，這樣一方面可以克服給水量擾動(dòng)，使給水量自行調(diào)節(jié)，另一方面可以有效地抑制“虛假水位”現(xiàn)象。此外工作調(diào)節(jié)閥為線性，可以直接補(bǔ)

16、償給水?dāng)_動(dòng)。蒸汽汽泡LTLCLYFTFC省煤器+f(x)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖 2.3 雙沖量控制系統(tǒng)原理圖蒸汽流量設(shè)定值+_液位變送器汽泡水位執(zhí)行器液位流量控制器前饋控制器流量變送器給水流量控制器擾動(dòng)通道圖 2.4 雙沖量控制系統(tǒng)框圖采用三沖量控制系統(tǒng)，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然變化，蒸汽流量信號(hào)使給水閥一開(kāi)始就向著正確的方向移動(dòng)，即蒸汽流量增加，給水閥門(mén)開(kāi)度增大，抵消了由于“虛假水位”引起的反向動(dòng)作，避免了控制器輸出誤動(dòng)作，同時(shí)減小了給水量和水位的波動(dòng)幅度。當(dāng)水壓干擾使給水量改變時(shí)，控制器能迅速消除干擾，如果給數(shù)量減小，副控制器會(huì)立即根據(jù)給水流量信號(hào)使閥門(mén)開(kāi)度增加，使水流量基本不

17、變。三沖量控制不但彌補(bǔ)了雙沖量可以在給水流量和給水壓力等擾動(dòng)方面的控制缺點(diǎn)，此外控制器動(dòng)作快還可以避免調(diào)節(jié)過(guò)頭，減少波動(dòng)和失調(diào)，使汽泡水位很難受到影響，系統(tǒng)穩(wěn)定性很強(qiáng)不易被破壞。其結(jié)構(gòu)框圖和原理圖如圖 2.5 和 2.6。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)蒸汽流量設(shè)定值+_液位變送器汽泡水位執(zhí)行器液位流量控制器前饋控制器流量變送器給水流量控制器擾動(dòng)通道圖 2.5 三沖量控制系統(tǒng)方框圖f(x)LCLTFCFTLY汽泡FC+FT蒸汽過(guò)熱器省煤器 圖 2.6 三沖量控制系統(tǒng)原理圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)第 3 章 硬件設(shè)計(jì)3.1 液位傳送器選型由于該設(shè)計(jì)的目的是控制氣泡水位

18、平衡，而整個(gè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)為水位的精確測(cè)量，只有水位的測(cè)量精確，才能使整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好，控制質(zhì)量更高。合理的選擇水位傳感器是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。已知汽泡水位應(yīng)該控制在80cm，根據(jù)過(guò)程控制儀表選擇原則：所選傳送器的最大量程應(yīng)為：0 到 160cm。而且汽泡水位應(yīng)該控制在 80cm 左右，因此所選傳感器精度應(yīng)該高于 0.5%FS,因此滿(mǎn)足該測(cè)量精度才可以滿(mǎn)足要求。再者液位變送器的選擇還要考慮到其靈敏度，其對(duì)信號(hào)的反應(yīng)速度要足夠快，因?yàn)檫@樣可以提高系統(tǒng)的工作效率，使系統(tǒng)能夠快速的調(diào)節(jié)，擾動(dòng)的影響，增強(qiáng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，是系統(tǒng)更穩(wěn)定。采用型號(hào)為：CYB31II 系列變送器其主要參數(shù)為：量程：010

19、0cm（水位高度）精確度：0.5%FS輸出信號(hào)：420mA (二線制) 05V,15V,010V(三線制)供電電壓：24V（1236V）負(fù)載電阻：R=（U-12.5）0.02-RD防護(hù)等級(jí)：IP67響應(yīng)時(shí)間：1ms使用時(shí)可使用 24V 直流電源供電以保證傳感器的正常工作。3.2 流量傳送器選型根據(jù)控制方案可以知道流量傳感器用于測(cè)量給水流量和蒸汽流量，這兩個(gè)信號(hào)可以有效的改善控制質(zhì)量，因此合理選擇流量傳感器能夠有效的改善整個(gè)系統(tǒng)的控制質(zhì)量，根據(jù)液位控制參數(shù)給定估算鍋爐正常工作時(shí)每小時(shí)蒸發(fā)的水量為90t 左右，即水位穩(wěn)定時(shí)供水量應(yīng)該為：90m3h。LUGB99 型渦街流量計(jì)是一種基于卡門(mén)渦街原理流

20、體振動(dòng)式新型流量計(jì)，它具有測(cè)量范圍廣壓損小性能穩(wěn)定準(zhǔn)確度高和安裝使用方便等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于封閉管道中液體汽體和蒸汽介質(zhì)體積和流量的測(cè)量。該流量計(jì)的技術(shù)參精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)數(shù)如下：測(cè)量介質(zhì)：蒸汽汽體液體傳感器的感應(yīng)元件不直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，性能穩(wěn)定可靠性高傳感器內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而牢固，壓損小，維擴(kuò)量小，使用壽命長(zhǎng)。范圍寬度：10:115:1測(cè)量范圍：正常工作范圍雷諾數(shù)為：20000；輸出信號(hào)不受介質(zhì)壓力，溫度，粘度的影響。精度等級(jí)：液體指示值的0.1%FS；蒸汽，指示值的1.5%FS輸出信號(hào)：低電平：01V；高電平：大于 4V；占空比：50%電源電壓：24V3.3 執(zhí)

21、行器選型此系統(tǒng)的執(zhí)行器選擇控制閥，因?yàn)樗梢灾苯痈淖兘o水量，反應(yīng)時(shí)間短，有利于系統(tǒng)控制品質(zhì)的改善，它是控制系統(tǒng)一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它接收控制器的輸出信號(hào)，執(zhí)行最終任務(wù)，氣動(dòng)控制閥分為氣開(kāi)和氣關(guān)兩種形式?？刂崎y開(kāi)關(guān)形式的選擇應(yīng)根據(jù)一下三個(gè)方面考慮：(1)從工藝生產(chǎn)安全的角度考慮。主要考慮當(dāng)漏氣或控制閥門(mén)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)避免破壞設(shè)備和傷人。事故情況下控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)危害性小，則應(yīng)選氣開(kāi)發(fā)，例如，加熱爐燃料一般選擇氣開(kāi)閥，以保證在控制閥失氣時(shí)能處于全關(guān)狀態(tài)切斷進(jìn)爐燃料，從而避免加熱爐溫度過(guò)高造成事故。（2）從介質(zhì)特性上考慮。如果介質(zhì)是易凝，易結(jié)晶，易聚合的的物料，控制閥開(kāi)關(guān)形式選擇應(yīng)考慮介質(zhì)的這些特

22、性。防止控制閥失氣時(shí)閥門(mén)關(guān)閉，停止蒸汽進(jìn)入而導(dǎo)致再沸器和塔內(nèi)液體的結(jié)晶和凝聚，造成堵塞。如果介質(zhì)易結(jié)焦，則一般選擇氣開(kāi)閥。（3）保證產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)損失最小的角度考慮。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)盡量減小原料和動(dòng)力消耗，但要保證產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)汽泡數(shù)量增多時(shí)閥門(mén)相應(yīng)關(guān)閉以免浪費(fèi)，當(dāng)汽泡數(shù)量少時(shí)閥門(mén)相應(yīng)打開(kāi)，保證蒸汽質(zhì)量?？刂崎y口徑選擇是否合適直接影響控制效果。在不同的自控系統(tǒng)中，由于參數(shù)千差萬(wàn)別，在選擇閥口徑時(shí)，要嚴(yán)格計(jì)算閥孔徑，來(lái)提高控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)3.4 控制器器選型控制器是控制系統(tǒng)的核心部件，它將測(cè)量變送信號(hào)與給定值比較產(chǎn)生偏差信號(hào)，并按一定的控制規(guī)律對(duì)該偏差進(jìn)行

23、運(yùn)算，輸出的信號(hào)送執(zhí)行器?？刂破鞯倪x擇主要包括控制規(guī)律的選擇和正反作用方式的選擇。(1) 控制規(guī)律選擇比例控制器（P）比例控制是最基本的控制規(guī)律，其特點(diǎn)是控制規(guī)律簡(jiǎn)單，調(diào)整方便；缺點(diǎn)是會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生余差，雖然通過(guò)增加比例放大系數(shù)可以減小余差，但是系統(tǒng)穩(wěn)定程度降低。所以比例控制系統(tǒng)適用于控制通道滯后及時(shí)間常數(shù)均較小，干擾幅度較小，負(fù)荷變化不大，控制質(zhì)量要求不高，允許有余差的場(chǎng)合。比例積分控制（PI）比例積分控制是使用最多，應(yīng)用最廣的的控制規(guī)律，在反饋控制系統(tǒng)中約有75%是采用 PI 控制規(guī)律的。積分作用的引入，使系統(tǒng)具有消除余差的能力。另外積分作用的滯后特性有利于減小高頻噪音的影響。但是加入積分作

24、用后，會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，必須減小比例放大系數(shù)以保持系統(tǒng)原有的穩(wěn)定。對(duì)于容量滯后較小，負(fù)荷變化不太大，工藝參數(shù)不允許有余差的場(chǎng)合。比例微分控制器（PD）由于微分作用的引入，使系統(tǒng)具有超前控制功能，因而控制更加及時(shí)，可有效減小動(dòng)態(tài)偏差，適用于控制對(duì)象容量滯后較大的場(chǎng)合。比例積分微分控制（PID）其綜合了各種控制規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，所以適當(dāng)調(diào)整靜態(tài)增益，積分時(shí)間，微分時(shí)間，可以使系統(tǒng)獲得較高的控制質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)其適用于容量滯后較大，負(fù)荷變化大，控制質(zhì)量要求高的場(chǎng)合。綜上分析本設(shè)計(jì)選擇 PID 控制器，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)對(duì)控制器控制質(zhì)量要求高，切鍋爐負(fù)荷變化大。 (2) 控制器正反作用選擇對(duì)于一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，

25、若要使系統(tǒng)穩(wěn)定，系統(tǒng)應(yīng)采用負(fù)反饋。在實(shí)際系統(tǒng)分析中，為了保證能夠成負(fù)反饋控制系統(tǒng)，主要考慮控制器，被控對(duì)象，測(cè)量變送器各個(gè)環(huán)節(jié)放大系數(shù) KcKvKoKm的符號(hào)連乘得負(fù)。只要事先知道了對(duì)象，控制閥，測(cè)量變送器放大系數(shù)的正負(fù)，再根據(jù)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)放大系數(shù)乘積必須為負(fù)的原則，很容易就能確定控制器的正反作用方式。環(huán)節(jié)正負(fù)的確定：輸入增加，輸出也增加，則該環(huán)節(jié)放大系數(shù)符號(hào)為正，反之輸出減小則為負(fù)，精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)本設(shè)計(jì)給水流量選擇氣關(guān)閥 Kv小于零，又已知系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)增益為正，所以當(dāng)閥門(mén)打開(kāi)時(shí)給水量增加，輸入副控制器的偏差減小，應(yīng)使輸入執(zhí)行器的信號(hào)增加而使閥門(mén)開(kāi)度減小使給水量減少

26、，所以副控制器為正作用，主回路當(dāng)給水量增多時(shí)氣泡水位上升輸入主控制器偏差減小為保證副控制器輸入信號(hào)為正主控制器應(yīng)為反作用。AI808 型人工智能控制器，是功能增強(qiáng)型的控制器，其具備外給定，手動(dòng)自動(dòng)切換，手動(dòng)自整定和顯示輸出值功能。能精確控制溫度，壓力，流量，液位等各種物理量。其參數(shù)如下：控制方式：AI 人工智能調(diào)節(jié)及 PID 調(diào)節(jié)輸入規(guī)格：Sn=33,15V 電壓輸入輸入下限顯示值：一般為 DIL=0輸入上限顯示值，液位一般為 DIH=100輸出方式：420mA 線性電流輸出系統(tǒng)功能選擇：CF=0 為內(nèi)部給定，反作用調(diào)節(jié)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)第 4 章 鍋爐汽泡水位的模型及

27、仿真4.1 仿真分析本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)為前饋反饋串級(jí)控制系統(tǒng)，被控變量為汽泡水位，操縱變量為給水流量，擾動(dòng)前饋量為蒸汽流量，介于其原理和調(diào)節(jié)過(guò)程以及各個(gè)變量的性質(zhì)可以用以水箱液位作為被控變量，變頻器支路流量作為操縱變量，電動(dòng)閥支路流量作為擾動(dòng)前饋，的前饋反饋串級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)模擬，反應(yīng)出系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程以及參數(shù)設(shè)置方面的要求，測(cè)試方案的合理性，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及控制質(zhì)量，模擬硬件連接電路如圖 4.1。所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備如下：1. THSA-1 型過(guò)控綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置2. 計(jì)算機(jī)上位機(jī) MCGS 軟件RS232-485 轉(zhuǎn)換器 1 只串口線 1 根3. SA-11SA-12SA-14 掛件各一個(gè)4.

28、萬(wàn)用表一只圖 4.1 模擬硬件連接電路圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)4.2 仿真分析控制器參數(shù)設(shè)置為：主控制器：P=60，I=20，dil=0,dih=50,Addr=1,Sn=33；副控制器：P=60,I=0,dil=0，dih=100,Addr=2,Sn=32,CF=8；前饋控制器參數(shù)：P=60,I=0,dil=0,dih=100,Sn=33,Addr=3,CF=0。（1）其他參數(shù)不變加入擾動(dòng)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度設(shè)為 70，液位設(shè)定值為 8。其變化曲線如下圖： 圖 4.2 液位調(diào)節(jié)仿真圖由上圖觀察發(fā)現(xiàn) 54:24 前曲線上升快，原因?yàn)橄滤涑鏊y開(kāi)度小，進(jìn)水出水量偏差過(guò)大，導(dǎo)致系

29、統(tǒng)擾動(dòng)過(guò)強(qiáng)而使系統(tǒng)調(diào)節(jié)不過(guò)來(lái)。曲線出現(xiàn)振蕩，幅度大約相等，即出現(xiàn)等幅振蕩，原因?yàn)椋红o態(tài)增益過(guò)大導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)解不及時(shí)，系統(tǒng)平衡被破壞，此時(shí)應(yīng)相應(yīng)調(diào)節(jié) Rp 使其增大來(lái)降低擾動(dòng)加入比例，或調(diào)節(jié)出水閥使其開(kāi)度增加。（2）將（1）中出水閥開(kāi)度調(diào)到最大，將下水箱水全部放出，當(dāng)主控制器顯示數(shù)位數(shù)值接近零時(shí)，變頻器接正轉(zhuǎn)上水，擾動(dòng)控制閥開(kāi)度改為 73，設(shè)定值為8，從開(kāi) MCGS 頁(yè)面得出水位變化如下圖：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖 4.3 液位調(diào)節(jié)仿真圖觀察上圖在 19:24 之前出現(xiàn)等幅振蕩，前饋控制增益選取過(guò)大應(yīng)及時(shí)調(diào)節(jié) Rp使系統(tǒng)能夠及時(shí)調(diào)節(jié)回到平衡，19:24 后波動(dòng)幅值變小且在逐漸趨

30、于平衡，說(shuō)明系統(tǒng)正在相應(yīng)并有效調(diào)節(jié)，但整個(gè)調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)說(shuō)明，積分控制作用不強(qiáng)或沒(méi)起作用，應(yīng)適度增大積分時(shí)間使系統(tǒng)調(diào)節(jié)加快，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)控制質(zhì)量。（3）將 2 中下水箱中水全部放出，當(dāng)控制器顯示水位接近零時(shí)，將出水閥調(diào)至合適開(kāi)度，水位設(shè)定值改為 10，其他均不變，其水位調(diào)節(jié)曲線如下圖：精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)由 4.2 和 4.3 圖一起觀察發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，說(shuō)明比例參數(shù)設(shè)置過(guò)大，系統(tǒng)失去調(diào)節(jié)作用或調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，這在工業(yè)生產(chǎn)中將導(dǎo)致嚴(yán)重后果，使整個(gè)系統(tǒng)被破壞，此時(shí)應(yīng)及時(shí)改變控制器 P，I 參數(shù)使他們減小到合適的比例系數(shù)，同時(shí)減小前饋控制增益 K 的減小擾動(dòng)，是系統(tǒng)恢

31、復(fù)調(diào)節(jié)能力并調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡。（4）將 4.3 中水全部放出，液位設(shè)定值改為 8，從新啟動(dòng)變頻器上水，從開(kāi)MCGS 頁(yè)面，將 P 改為 80，I 改為 30，其液位調(diào)節(jié)曲線如下圖：圖 4.5 液位調(diào)節(jié)仿真圖由上圖分析，液位曲線逐漸于設(shè)定值穩(wěn)定，說(shuō)明系統(tǒng)有較強(qiáng)的控制作用，但調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)并出現(xiàn)衰減振蕩，說(shuō)明比例參數(shù)設(shè)置過(guò)大，應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)比例參數(shù)，使系統(tǒng)的控制作用增強(qiáng)，提高控制品質(zhì)。綜上仿真分析可知，主控制器為系統(tǒng)的核心控制器，其參數(shù)設(shè)置關(guān)系著整個(gè)控制器的控制作用和控制質(zhì)量，時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵。此外前饋控制增益的設(shè)置，和其他如閥門(mén)開(kāi)度大小，及口徑，影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮這些問(wèn)題，在選擇應(yīng)將上一定要做到嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計(jì)參數(shù)一定要和理，來(lái)保證控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)第 5 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)鍋爐水位控制的方案多種多樣，因每鍋爐的特性及實(shí)際工況的不同而各異，本文介紹的是使用常規(guī)儀表對(duì)鍋爐汽泡水位進(jìn)行自動(dòng)控制的幾個(gè)比較典型的控制方案，隨著社會(huì)