搜索
太原科技大学本科生毕业论文（设计）开题报告表论文(设计)名称基于单片机的锅炉汽包液位控制论文（设计）来源导师选题论文（设计）类型设计指导教师温卫中学生姓名雷宇学号200721020117班级过控0741一、研究或设计的目的和意义：锅炉是一种受压又直接受火的特种设备，是工业生产中的常用设备。对锅炉生产如果操作不合理，管理不善，处理不当，往往会引起事故，轻则停炉影响生产，重则造成爆炸，造成人身伤亡，损坏厂房、设备，后果十分严重。因此，锅炉的安全问题是一项非常重要的问题，必须引起高度重视。工业锅炉中最常见的事故有：锅内缺水，锅炉超压，锅内满水，汽水共腾，炉管爆破，炉膛爆破，二次燃烧，锅炉灭火等。其中以锅炉缺水事故比例最高。这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。工业锅炉汽包水位控制的任务是，使跟踪锅炉的蒸发量并维持汽包水位在工艺允许的范围内。维持锅炉汽包水位在规定的范围内，是保证锅炉安全生产运行的必要条件，也是锅炉正常生产运行的主要指标之一。水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损，叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽中含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热管壁上的结垢。水位过低则可造成水的急速蒸发，汽水自然循环破坏，局部水冷管壁被烧坏，严重时造成爆炸事故。因此，锅炉汽包水位必须严加控制。水位控制是汽包炉运行中的一项重要工作，其控制的好坏直接影响了汽包炉能否正常运行。当前运行人员把很多精力放在汽包水位控制上，但受经验等方面影响，总体效果不甚理想。若能实现水位自动控制，则可大大减少人力资源，同时很大程度上提高汽包炉运行的可靠性。锅炉正常运行中，汽包液位的控制是一个重要的参数，锅炉汽包水位的控制是安全生产和提供优质蒸汽的保证。三冲量调节系统能及时克服负荷(蒸汽量)和给水流量的干扰作用,调节精度高，采用PLC和变频器组成的蒸汽锅炉汽包水位串级三冲量控制系统能够使锅炉运行稳定,控制可靠,能够保证锅炉处于良好的运行状态。二、研究或设计的国内外现状和发展趋势：国内外情况：锅炉作为能源转换和消耗的设备已经有两百多年的历史了，处于历史原因我国锅炉自动控制的水平一直都较低，锅炉微机控制是近几年是近年来开发的新技术，它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术密结合的产物。工业锅炉采用微机控制和原有控制方式相比具有明显优势，能够直观而集中的显示锅炉各运行参数，显示液位压力温度的状态。而作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、济运行，减轻操作人员的劳动强度。在采用计算机控制的锅炉控制系统中，有十分周到的安全机制，能够杜绝由于人为疏忽造成的重大事故。锅炉工业的迅猛发展是近几年的事情，国外的锅炉工业50年代发展最快，70年代达到高峰。一直以来，用单片机实现锅炉的控制是控制领域的一个典型的问题，伴随着控制理论和技术的法发展，锅炉自动化控制水平也在逐渐提高，锅炉的自动控制，经历了30年代的单参数仪表控制，40年代的组成仪表复合参数仪表控制，以及60年代兴起的计算机过程控制几个阶段。而用单片机实现锅炉的控制，也是近几年才发展起来的，是一个逐渐深入的过程，虽然与其他发达国家相比还存在差距，但是在此方面的进步却是很大的。三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路：1、设计的主要内容：采用三冲量水位控制系统，以锅炉水位为主控信号，蒸汽流量为前馈信号，给水流量为控制器的反馈信号；采用PLC控制器，设计适应该锅炉运行的控制系统。2、控制方案：三冲量控制系统从结构上来说，是一个带有前馈信号的串级控制系统。液位控制器LC（主调节器）与流量控制器FC（副调节器）构成串级控制系统。汽包液位是主变量、给水流量是副变量。副变量的引入使系统对给水压力的波动有较强的克服能力。蒸汽流量的波动是引起汽包液位变化的因素，是干扰作用，蒸汽波动时，通过引入FC，使给水流量作相应的变化，所以这是按干扰进行控制的，是把蒸汽流量信号作为前馈信号引入控制的。要实现蒸汽流量扰动下水位不变的设想，此时，需要一个比例环节，在负荷变化时就能把锅炉水位控制在允许的范围内，三冲量水位控制系统框图如图所示:三冲量水位控制系统由主调节器PIl和副调节器PI2组成，主调节器PIl接受汽包水位信号去控制副调节器PI2。副调节器除接受主调节器输出信号IH外，还接受水量反馈信号Iw和蒸汽量信号ID，组成了一个三冲量的串级控制系统，其中副调节器的作用是通过内回路进行蒸汽流量D和给水流量W的比值调节，并快速消除给水侧的扰动。主调节器主要通过调节副调节器进行水位的校正，使水位保持在给定值。调节过程：根据串级控制系统选择主、副控制器的正、反作用的原则，水位控制器LC选反作用，流量控制器FC为正作用，调节阀为气关阀。当水位由于扰动而升高时，因LC反作用，它的输出下降，进入加法器后，使FC给定值减小而输出增加，调节阀的开度减小，给水流量减小，水位下降，保持在设定值上；当蒸汽流量增加时，FC给定值增加而输出减小，调节阀的开度增加，给水流量增加，保持水蒸汽平衡，使水位不变；副回路克服给水自身的扰动，要进一步地稳定了水位的自动控制；给水流量增加，FC输出增加，调节阀的开度减小，给水量减小，从而保持水蒸汽平衡。3、控制系统硬选择汽包水位三冲量给水调节系统由汽包水位测量装置及变送器、蒸汽流量测量装置及变送器、给水流量测量装置及变送器、调节器、执行器等组成。（1）检测元件的选择检测与变送设备主要根据被检测参数的性质与系统设计的总体考虑来决定。被检测参数性质的不同，准确度要求、响应速度要求的不同以及对控制性能要求的不同都影响检测、变送器的选择，要从工艺的合理性、经济性加以综合考虑。检测、变送器选择的几个基本原则如下：1）尽可能选择测量误差小的测量元件。2）尽可能选择快速响应的测量元件与变送设备。3）正确采用微分超前补偿。4）合理选择测量点位置正确安装。水位的测量采用单室平衡容器方式，其型号YHPR-1.6~25.0-D给水流量变送器、蒸汽流量变送器、水位变送器常用的是DDZ-Ⅲ电动差压变送器。（2）执行器的选择根据生产过程的工艺要求选择执行器调节型电动执行器不仅具有开关型一体化结构的功能，它还能对阀门进行精确控制，从而精确调节介质流量。a)控制信号类型(电流、电压)调节型电动执行器控制信号一般有电流信号(4～20mA、0～10mA)或电压信号(0～5V、1～5V)，选型时需明确其控制信号类型及参数。b)工作形式(电开型、电关型)调节型电动执行器工作方式一般为电开型(以4～20mA的控制为例，电开型是指4mA信号对应的是阀关，20mA对应的是阀开)，另一种为电关型(以4-20mA的控制为例，电开型是指4mA信号对应的是阀开，20mA对应的是阀关)。一般情况下选型需明确工作形式，很多产品在出厂后并不能进行修改。c)失信号保护失信号保护是指因线路等故障造成控制信号丢失时，电动执行器将控制阀门启闭到设定的保护值，常见的保护值为全开、全关、保持原位三种情况，且出厂后不易修改。奥美阀控生产的智能电动执行器可以通过现场设定进行灵活修改，并可设定任意位置(0~100%)为保护值。四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法：1、进入网上图书馆查阅相关资料。2、从书店购买相关的书籍。3、充分利用实验室现有的控制系统设备分析了解。五、工作的主要阶段、进度与时间安排：第一阶段：（4月12日—18日）资料整理，翻译，明确设计目的和要求，确定设计的整体框架，开题。第二阶段：（4月19日—5月15日）完成设计中的方案确定，仪表选型、必要的图（包含仪表管道流程图，控制原理框图，程序流程图等），并编写程序。第三阶段：（5月16日—6月25日）撰写设计说明书。六、阅读的主要参考文献及资料名称：[1]赵果然，循环流化床锅炉国内外现状概述，哈尔滨电站集团，2009，04。[2]刘祥玲,许思龙,刘寿忠.循环流化床锅炉的运用和发展[J].热机技术,2006,93(4):42-48.[3]牛培峰,周丽芹,李国胜,等.大型国产循环流化床锅炉的汽温自适应串级控制系统[J].动力工程,2004.[4]高夫燕,张丰田,金超.模糊神经网络控制器在CFBB床层温度控制中的应用[J].锅炉技术,2006,37(11).[5]张浚奎.循环流化床锅炉的控制现状[J].山西电力,2004,(118).[6]张燕秦,徐向东.循环流化床控制系统设计研究[J].电站系统工程,2003,1.[7]李玲玲等，锅炉水位三冲量自动控制方案的探讨，机床电器，1998年第2卷。[8]王常力，集散型控制系统的设计与应用，1993，清华大学出版社。[9]崔铁军,循环流化床锅炉DCS控制系统的研究与应用,控制理论与控制工程,2004,1.[10]牛培峰,孙健,柴天佑.循环流化床锅炉热工自动控制系统与展望[J].动力工程,1988,18(6).[11]吴明永,杨素娟，基于PLC的锅炉串级三冲量给水控制系统，兰州理工大学电气与信息工程学院，2008，05.[12]杨景祺,赵伟杰,郭荣,章伟杰,循环流化床锅炉控制系统的分析与设计,上海发电设备成套设计研究所,2005,08[13]李晓红,林士伟,陈丽娟,李军林,75t/h循环流化床锅炉集散控制系统设计,吉林化工学院,2008,08.七、指导教师意见和建议：指导教师（签字）：年月日