汽包水位控制系统设计.doc

摘要锅炉是众多工业部门必不可少的重要动力设备。锅炉汽包水位是一个非常重要的被控变量，汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。锅炉的水位调节过程难以建立数学模型，具有非线形、不稳定性、时滞等特点。PLC技术的快速发展使得PLC广泛应用于过程控制领域并极大地提高了控制系统性能，PLC已经成为当今自动控制领域不可缺少的重要设备。本设计从分析影响汽包水位的各种因素出发，重点分析了锅炉汽包水位的“假水位现象”，提出了锅炉汽包水位控制系统的三冲量控制方案。按照工程整定的方法进行了PID参数整定，并进行了仿真研究。根据控制规定和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，运用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完毕PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用。关键词：汽包水位三冲量控制PLCPID控制目录1.引言32.工业锅炉的理论基础42.1工业锅炉的控制规定与工艺流程42.2锅炉汽包水位的控制62.3锅炉水位控制系统的重要性63.锅炉汽包水位的基本特性和汽包水位控制系统方案选择63.1锅炉汽包水位控制对象的基本特性63.2影响汽包水位的影响因素73.3锅炉汽包水位控制系统及控制方案选择83.3.1单冲量水位控制系统83.3.2双冲量水位控制系统103.3.3三冲量水位控制系统114.PID控制的设计124.1PID控制的基本公式124.2PID算法简介124.3单冲量仿真电路搭建144.4PID参数整定144.5仿真结果分析165.PLC选型及资源配置175.1PLC选型175.2PLC的资源配置176.控制系统程序设计196.1控制系统流程图196.2梯形图程序207.上位机组态设计217.1组态王简介217.2组态王主画面228.设计总结26参考文献28引言水位是锅炉运营中一个常重要的参数。保持锅炉汽包水位在正常范围内是锅炉运营的一项重要的安全性能指标，由于水流量、燃烧状况及给负荷等因素的变化，汽包水位会经常发生变化。过高的水位会影响汽水分离的效果,使用电气设备发生故障;而过低水位,则会破坏汽水正常循环,严重时导致锅炉爆炸。炉汽包水位应当根据设备的运营状况进行实时调节加以严格控制以保证锅炉的安全运营。锅炉水位自动控制的任务,就是控制给水流量与蒸发量的动态平衡,维持汽包内水位在允许的范围内变化。同时，汽包水位在正常范内波动是保证锅炉安全生产运营的必要条件。锅炉汽包水位是锅炉运营中的一个重要监控参数，它间接地体现了锅炉负荷和给水之间的平衡关系。传统的控制方法是基于各种分立器件，运用多种检测器对被控参数进行实时检测并反馈给控制器件，再根据自动控制理论的有关算法完毕相应的运算并驱动调节机构完毕相应的动作，从而达成自动控制的目的。这种控制方式受分立器件的性能影响大，系统各部分之间影响较大，自动化水平不高，控制效果并非十分抱负，并且易出现故障，不利于系统的长期安全、高效运营。现在广泛使用的控制技术尚有DCS集散控制系统，DCS系统适合有多个控制回路同时工作的复杂系统，并且集散控制系统往往价格昂贵，对于像汽包水位这样的控制系统来说性价比太高，因此对于汽包水位控制系统来说并非抱负的选择。PLC是上世纪70年代发展起来的一种中大规模的控制器，是集RAM、ROM、I/O接口、CPU与中断系统于一体的器件，已经被广泛应用于各种行业。随着计算机在应用软件、操作系统、通信能力上的飞速发展，增强了PLC过程控制能力和通信能力，丰富了PLC编程软件和编程技巧。因此，无论是单机还是多机控制、生产流水线控制及过程控制都可以采用PLC技术。PLC控制锅炉技术是近年来开发的一项新技术。它是PLC软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。作为锅炉控制装置，其重要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运营，减轻操作人员的劳动强度。采用PLC控制技术，能实现对锅炉运营过程的自动检测、自动控制等多项功能。它的被控量是汽包水位，而调节量则是汽包给水流量，通过对汽包水位的实时检测并进行反馈，PLC对反馈信号和给定信号进行比较，然后根据控制算法对两者的偏差进行相应的运算，运算结果输出给执行机构从而实现给水流量的调节，使汽包内部的物料达成动态平衡，汽包水位变化在允许范围之内。工业锅炉的理论基础工业锅炉的控制规定与工艺流程锅炉是化工、炼油、发电、造纸和制糖等工业生产过程必不可少的重要动力设备。工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量与蒸发量保持动态平衡，维持汽包水位在工艺允许的范围内，是保证锅炉安全生产运营的必要条件，也是锅炉正常生产运营的重要指标之一。所有各种锅炉，虽然燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽解决系统是基本相同的。图2-1工业锅炉工艺流程工艺流程的环节：除氧水通过给水泵进入给水调节阀，通过给水调节阀进入省煤器，冷水在通过省煤器的