锅炉汽包水位单冲量控制系统设计

武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书目录1概述.......................................................................................................................23液位控制系统方案...............................................................................................33.1系统方框图.......................................................................................................................33.2系统方案图.......................................................................................................................44控制系统的设计...................................................................................................44.1系统控制过程分析...........................................................................................................54.1.1系统平衡阶段分析.................................................................................................54.1.2系统抗扰动阶段分析.............................................................................................54.2单回路反馈控制系统.......................................................................................................64.3检测变送器的选择...........................................................................................................74.3.1选取原则.................................................................................................................74.3.2压差变送器.............................................................................................................74.4调节阀的选择...................................................................................................................84.5仪表性能指标的计算.......................................................................................................94.5.1精度.........................................................................................................................94.5.2灵敏度和灵敏性.....................................................................................................94.5.3回差.........................................................................................................................94.6调节器的选择...................................................................................................................94.7调节器作用方向的选择.................................................................................................104.8系统的投运和整定.........................................................................................................104.8.1系统的投运...........................................................................................................104.8.2简单控制系统的参数整定...................................................................................115系统工作原理简述.............................................................................................115.1当汽包液位下降时.........................................................................................................115.2当汽包液位上升时.........................................................................................................126心得体会.............................................................................................................12参考文献.................................................................................................................13武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书2锅炉汽包水位单冲量控制系统设计1概述在过程自动化技术出现之前，工厂操作员必须人工监测设备性能指标和产品质量，以确定生产设备处于最佳运行状态，而且必须在停机时才能实施各种维护，这降低了工厂运营效率，且无法保障操作安全。过程自动化技术可以简化这一过程。通过在工厂各个区域安装数千个传感器，过程自动化系统可以收集温度、压力和流速等数据，然后利用计算机对这些信息进行储存和分析，再用简洁明了的形式把处理后的数据显示到控制室的大屏幕上。操作人员只要观察大屏幕就可以监控整个工厂的每项设备。过程自动化系统除了能够采集和处理信息，还能自动调节各种设备，优化生产。在必要时，工厂操作员可以中止过程自动化系统，进行手动操作。工厂所有者希望他们的设备能以最低的成本生产最多的产品，而在石油、天然气和石化等多个行业，能源成本占总生产成本的30—50%。因此，通过过程自动化技术增效节能是降低生产成本的有效途径。对于过程自动化技术而言，计算机程序不仅能够监测和显示工厂的运行状况，还能模拟不同的运行模式，找到最佳策略以提高能效。这些程序的独特优势是能够“学习”和预测趋势，提高了对外界条件变化的响应速度。过程自动化系统中的软件和控制装置能够对设备进行调节，使其在最佳速度下运行，从而大大降低能耗。它们还能够确保质量的一致性，降低次品率，减少浪费。过程自动化系统还能预测何时需要对生产设备进行维护，从而减少了对设备进行常规检查的次数。常规检查次数的降低可以减少停止和重新启动机器所花费的时间和能源。过程控制系统分为多种，有简单控制系统和复杂控制系统，而复杂过程控制系统又可分为：串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统和均值控制系统等几种。在本次控制系统的选择中，因为设计题目要求是：锅炉汽包水位单冲量控制系统的设计，所以本着简单、实用的原则我把它设计成一个简单的单回路系统来满足题目要求。2锅炉生产蒸汽工艺简述锅炉汽包水位系统流程如图1所示。武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书3图1锅炉汽包水位系统流程水位控制系统的任务是使给水量与锅炉蒸发量相适应，维持汽包水位在工艺规定的范围内。汽包水位反映了锅炉蒸汽流量与给水量之间的平衡关系，是锅炉运行中一个非常重要的监控参数。汽包水位过高，会影响汽水分离的效果，使蒸汽带液，过热器结垢，影响过热器的效率；如果带液蒸汽进入汽轮机，会损坏汽轮机叶片。如果水位过低，会破坏水循环而损坏锅炉，尤其是大型锅炉，一旦停止给水，汽包存水会在很短时间内完全汽化而造成重大事故，甚至引起爆炸。因此汽包水位需要严格控制。3液位控制系统方案3.1系统方框图首先要选取汽包水位控制系统的被控参数和控制变量，本系统按照设计要求可直接选择汽包水位作为被控参数。影响水位变化的因素有给水量变化、蒸汽流量变化、燃料量变化和汽包压力变化等等。而汽包压力和蒸汽流量都不能作为控制变量，因为汽包压力变化并不直接影响水位，汽包压力变化是由蒸汽流量引起的，蒸汽流量按用户的需要会各不相同，这是一个不可控因素；燃料量的变化也不能作为控制变量，因为这种变化要经过燃烧系统变成热量后，才可被水吸收，这一扰动通道的传递滞后和容量滞后都很大，所以燃料量的变化不能作为控制变量。武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书4因此只能选择给水量作为汽包水位的控制变量。将系统的被控参数和控制变量选定之后可得到系统方框图如图2所示。图2系统方框图3.2系统方案图由系统方框图可以设计出系统方案图如图3所示。图3系统方案图从系统方案图中可以看到，将给水量作为控制变量，汽包液位作为被控参数之后，检测变送器选择压差变送器，执行器选择PI控制器，执行器为调节阀。4控制系统的设计过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、选择检测变送器、选择执行机构调节阀、选择调节器和调节器整定参数值的确定等几个部分。设计和应用好一个过程控制系统，首先应全面了解被控制过程，其次根据工艺要求对武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书501211()()()()()()1HsHsKHsGsGsGssTs系统进行研究，确定最佳的控制方案，最后，对过程控制系统进行设计，整定和投运。对于过程控制系统而言，控制方案的选择和调节器参数整定是其两个重要的内容，如果控制方案设计不