三沖量汽包液位控制系統(tǒng)設計

/第一章工程實例1、三沖量汽包液位限制系統(tǒng)應用1.1三沖量限制系統(tǒng)的構成在三沖量限制系統(tǒng)中，汽包液位、蒸汽流量及給水流量等3個被控變量會安裝相應的調(diào)整器，在鍋爐運行的過程中，這三個信號作用于調(diào)整器，會適時調(diào)整，做相應的變更。在三沖量限制系統(tǒng)中，汽包液位、蒸汽流量、給水流量都是串聯(lián)關系，其中汽包液位是三者中的主沖量，能夠反映整個汽包的工作狀態(tài)和運行狀況；而蒸汽流量和給水流量分別擔當協(xié)助沖量，蒸汽流量就是一個前饋系統(tǒng)，通過這個系統(tǒng)，能夠消退“假液位”現(xiàn)象，保證整個系統(tǒng)的精確性；給水流量是一個反饋系統(tǒng)，它能夠副回路削減水壓變更對汽包液位的影響。主沖量和協(xié)助沖量之間相互協(xié)作、相互影響，共同保證前饋-串級反饋的三沖量限制系統(tǒng)的正常有效運行。1.2三沖量限制系統(tǒng)的工作原理三沖量限制系統(tǒng)的工作原理是：將三個信號中的汽包液位當做主信號，當鍋爐中的水位變更時，和之相對應的調(diào)整器輸出也會發(fā)生相應的變更，在此基礎上的給水流量也會發(fā)生變更，這樣就能夠使鍋爐的水位達到給定值。在這個過程中，蒸汽流量充當著前饋作用，其作用是防止“假液位”干擾調(diào)整器的工作。而給水流量充當著反饋的作用，當前饋的蒸汽流量發(fā)出干擾信號時，給水流量會在鍋爐水位未變更之前，消退這種干擾，使調(diào)整器正常工作，使給水流量更加穩(wěn)定。1.3三沖量限制系統(tǒng)在鍋爐汽包液位中的應用在鍋爐生產(chǎn)中，三沖量限制系統(tǒng)作為前饋-串級反饋系統(tǒng)，其運行遵循著主限制器的正作用和副限制器的反作用原則。在三沖量限制系統(tǒng)中，流量限制器FC作為主限制器，起著正作用功能；水位限制器LC作為副限制器，起著反作用的功能；而調(diào)整器則起著調(diào)整閥的作用。通常當鍋爐的水位上升時，LC就會產(chǎn)生反作用，其輸出就會相應削減，通過加法器，F(xiàn)C的給定值削減，而調(diào)整器的輸出卻增加，故而要減小調(diào)整器的閥門開度，縮小FA2101（給水流量），使水位下降至給定值。在FAQ2102（蒸汽流量）增加的狀況下，F(xiàn)C的給定值會相應的削減，而調(diào)整器的輸出增加，故而要擴大調(diào)整器的閥門開度，增加給水流量，平衡蒸汽流量，使水位保持在給定值上。當FA2102（給水流量）增加時，F(xiàn)C調(diào)整器的輸出也會相應增加，這時要減小調(diào)整閥開度，削減給水流量，平衡蒸汽流量，保持水位不變。另外，在選擇給水流量的調(diào)整閥時，要保證鍋爐的平安。比如當生產(chǎn)的熱源是蒸汽時，就應當選擇氣關閥來愛護鍋爐；而當蒸汽的供應超過蒸汽壓縮機時，就應當選擇氣開閥來愛護鍋爐設備。通過三沖量限制系統(tǒng)，能夠利用調(diào)整器的開關閥對鍋爐生產(chǎn)中的汽包液位、蒸汽流量和給水流量進行有效調(diào)整，消退了“虛假液位”現(xiàn)象，保證水位的穩(wěn)定，很好地限制了鍋爐汽包液位，保證整個鍋爐系統(tǒng)和整個生產(chǎn)工藝的平安牢靠，同時也促進了鍋爐生產(chǎn)技術的改進和完善。2.系統(tǒng)限制流程圖圖1-1系統(tǒng)限制的程序流程圖第2章標準節(jié)流裝置設計及計算程序設計1.給水調(diào)整對象的動態(tài)特性鍋爐的給水系統(tǒng)，汽包液位的動態(tài)特性好像和單容水槽一樣，但是實際狀況卻要困難的多。其中最突出的一點就是水循環(huán)系統(tǒng)中充溢了夾帶著大量的蒸汽氣泡的水，而蒸汽氣泡的總體積是隨著氣泡壓力和爐膛熱負荷的變更而變更的。假如有某種緣由使蒸汽泡的總體積變更了，即使水循環(huán)系統(tǒng)中的總水量沒有變更，汽包水位也會隨之發(fā)生變更。汽包液位過高會造成蒸汽帶水，影響汽水分別效果；水位過低簡單使水全部被汽化燒壞鍋爐。影響汽包液位的因素，除了加熱汽化外，還有蒸汽負荷和給水流量的波動，當負荷突然增大、汽包壓力突然降低時，水就會被急劇汽化，出現(xiàn)大量氣泡，形成“虛假液位”。依據(jù)所給任務書中的要求，水位H和給水W之間的傳遞函數(shù)為一個一階對象，時間常數(shù)為5s，靜態(tài)放大倍數(shù)為8。2.系統(tǒng)限制框圖單級三沖量限制系統(tǒng)如下圖所示：圖2-1三沖量限制系統(tǒng)從系統(tǒng)框圖可以看出，單級三沖量限制系統(tǒng)有兩個閉合回路：一個是由給水流量W、給水變送器、調(diào)整器和調(diào)整閥組成的內(nèi)回路；另一個是由汽包水位對象和內(nèi)回路構成的主回路。蒸汽流量D及其蒸汽變送器未包含在這兩個閉合回路之內(nèi)。但它的引入可以改善限制質(zhì)量，且不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性。所以三沖量限制的實質(zhì)是前饋加反饋的限制系統(tǒng)。綜上所述，本系統(tǒng)應選用水位串級限制。主回路用于干脆限制水位，主調(diào)整器一般都采納比例積分動作，維持水位不變。副回路是流量系統(tǒng)，副調(diào)整器可以用比例或比例積分動作。結合題意設計系統(tǒng)框圖如下：Hr+Hr+Gc1(s)Gc2(s)KuKwKhGp(s)KdHW————其中，Hr——水位設定值W——給水量H——水位值Gc1（s）——主限制器Gc2（s）——副限制器Gp（s）——被控對象傳遞函數(shù)Kd——蒸汽流量檢測變送器放大倍數(shù)Kw——給水流量檢測變送器放大倍數(shù)Kh——水位檢測儀表放大倍數(shù)第3章調(diào)整閥選型及計算1.給水流量計的選擇及KW的計算依據(jù)所給離心泵的參數(shù)，給水壓力3MPa，水流量為25T/h。正常的蒸汽量為10T/h，因此在穩(wěn)定的狀況下，須要的給水量應等于蒸發(fā)量，即正常的給水量為10T/h。選擇輸入量程所對應的給水流量為20T/h。輸出量程為4~20mAKW=（20-4）/（20-0）=0.8mAh/T1.1蒸汽流量計的選擇及KD的計算依據(jù)所給的蒸汽流量穩(wěn)定值為10T/h，選擇輸入量程所對應的蒸汽流量為20T/h.輸出量程為4~20mA。KD=（20-4）/（20-0）=0.8mA/T1.2調(diào)整閥的選擇及Ku的計算選擇電動調(diào)整閥，輸入量程為4~20mA，輸出量程為0~25T/h。Ku=（25-0）/（20-4）=1.56T/hmA1.3差壓式水位測量儀表及KH的計算依據(jù)題目所給的最大允許波動為±30mm，因此儀表輸入選擇為±60mm，輸出為4~20mA。KH=（20-4）/（60-（-60））=0.133mA/mm2.PID限制器的參數(shù)整定首先，對副環(huán)進行整定，由上面選擇的調(diào)整器可以得到，副環(huán)是一個比例環(huán)節(jié)，因此在整定副環(huán)時，只要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性就可以了。其次，對主環(huán)進行整定，先將PI調(diào)整器的積分常數(shù)置成無窮大，然后給比例系數(shù)，若系統(tǒng)響應衰減太快，則減小比列帶；反之，系統(tǒng)響應衰減過慢，應增大比例帶。通過不斷調(diào)整是系統(tǒng)穩(wěn)定，然后調(diào)整積分常數(shù)Ti，最終得到的是一個衰減比在4：1~10：1的衰減震蕩過程。各個調(diào)整器的參數(shù)如下：副調(diào)整器：K2=5主調(diào)整器：K1=8，Ti=0.38s，=0.135，衰減比為10：1其衰減振蕩的曲線如下：圖3-1衰減振蕩曲線3.鍋爐汽包水位總體設計的仿真圖3-2串級三沖量限制系統(tǒng)SIMULINK仿真模型得到的響應曲線如下圖所示。圖3-3串級三沖量限制系統(tǒng)響應曲線仿真結果分析：串級三沖量限制系統(tǒng)在快速性、抗干擾性上優(yōu)越，響應曲線平穩(wěn)，對蒸汽流量擾動的抑制也很強。4.硬件設計實現(xiàn)限制過程為:利用由高亮二極管和光敏三極管所組成的液位傳感器把液位的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成模擬信號，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809把輸出狀態(tài)干脆接到單片機的I/O接口，單片機經(jīng)過運算限制，輸出地數(shù)字信號再通過DAC0832轉(zhuǎn)化成為模擬信號。4.1限制器的選擇選擇51單片機作為系統(tǒng)限制器。首先給出鍋爐水位的正常工作范圍，由于水不斷蒸發(fā)使水位下降，8051單片機發(fā)出限制信號，限制執(zhí)行機構，使給水閥門開打，注水量增加，水位復原到規(guī)定范圍內(nèi)；當水位高于規(guī)定值時，8051單片機再次發(fā)出限制信號，使給水閥門變小，注水量降低，水位又復原到規(guī)定范圍。51單片機和AD和DA的接口連接如下圖所示：圖3-451單片機和AD和DA的接口4.2限制的程序框圖圖3-5系統(tǒng)限制的程序流程圖4.3AD轉(zhuǎn)換器AD轉(zhuǎn)換器選擇ADC0809,ADC0809是一種逐次比較式的8路模擬輸入，8路數(shù)字輸出的A/D轉(zhuǎn)換器。AD轉(zhuǎn)換器的電路設計：AD轉(zhuǎn)換結束后，EOC腳輸出高電平，此時單片機接收EOC信號，讀取AD轉(zhuǎn)換的結果，將EOC腳經(jīng)反相器和單片機的INT0腳相連。AD轉(zhuǎn)換結果由P0口讀入，故將AD轉(zhuǎn)換器的輸出和單片機P0口相連，凹凸位依次相連。經(jīng)以上分析，設計AD轉(zhuǎn)換器的接口電路如圖所示圖3-6AD轉(zhuǎn)換器的接口電路4.4DA轉(zhuǎn)換器DA轉(zhuǎn)換器選擇DAC0832,DAC0832是具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC,它能干脆和51單片機相連。DA轉(zhuǎn)換器的電路設計：選擇DAC為單緩沖方式，即輸入寄存器工作于受控狀態(tài)，DAC寄存器處于直通狀態(tài)，由DAC0832的引腳特性，將DAC0832的引腳接發(fā)如下：CS：片選端，低電平有效，干脆接低電平ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許限制端，高電平有效，干脆接高電平。WR2：DAC寄存器寫選通限制端，低電平有效，由于其處于直通狀態(tài)，故干脆接低。XFER：數(shù)據(jù)傳送限制，低電平有效，故干脆接地。WR1；第一級輸入寄存器寫選通限制，低電平有效。其輸入為上升沿時，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器，故將該腳和單片機P2.2口相連，由程序限制。經(jīng)以上分析，設計DA轉(zhuǎn)換器的接口電路如圖所示圖3-7DA轉(zhuǎn)換器的接口電路第四章課程設計心得通過這次過程限制課程設計，我們感受頗深，不僅對書上學習的學問進行了復習和鞏固，而且還培育了我獨立思索和解決問題的實力。通過將近一周的努力，我最終在規(guī)定的時間內(nèi)完成了任務。是我更加深刻地理解了鍋爐液位的三沖量限制，而且將我在眾多專業(yè)課程上所學到的學問相結合，更進一步提高了我們綜合運用學問的實力。通過課程設計將所學到的專業(yè)學問聯(lián)系在一起，我們明白了理論學問的重要性和應用范圍的寬廣，加深了對專業(yè)、對工程設計的理解。讓我更加明白了在生產(chǎn)實際中，不能對書面的學問生搬硬套，要詳細問題詳細分析，才能正確快速的解決問題。另外，還讓我懂得了在設計制造的道路上，須要不斷地探究和創(chuàng)建，堅持不懈，持之以恒。這次的設計經(jīng)驗讓我受益匪淺。完成了這次設計以后，對我以后的生活和工作都有很大的幫助，熬煉了自己的動手實力，讓自己對所學的學問進行了一個升華，更深化的了解了這門課程的真諦，我以后也應當多多動手，不能只學習課本上的理論學問，應當更多地把理論和實際結合到一起，這樣才能學有所用。為了讓自己以后更好的適應到這個行業(yè)，我應當更多的去實踐，而不是