鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書

1、鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)（SP=2M學生學號：學生姓名：專業(yè)班級：分院：機電工程學院指導(dǎo)教師：起止日期：2010.12.272011.1.08中國計量學院ChinaJiliangUniversity課程設(shè)計任務(wù)書31.1 設(shè)計題目31.2 設(shè)計目的31.3 設(shè)計要求31.4 包水位控制系統(tǒng)說明書4一、監(jiān)控軟件組態(tài)4二、設(shè)備選型4三、目前狀況6四、工藝過程6五、控制方案8六、控制流程圖9七、儀表規(guī)格圖10八、設(shè)計體會10軟件功能介紹錯誤！未定義書簽。參考文獻：15課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)二、設(shè)計目的通過該課程的學習，掌握計算機輔助自動控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真方法，掌握簡單工業(yè)監(jiān)控軟件

2、的設(shè)計，培養(yǎng)工程觀念，為畢業(yè)設(shè)計等后續(xù)實踐課程打好基礎(chǔ)三、設(shè)計要求：1 .控制方案均采用單回路控制，可以采用更復(fù)雜的控制方案，如審級控制等2 .控制方案的確定：1）了解工藝過程；2）確定控制量、被控量；3）控制結(jié)構(gòu)、控制策略；4）控制結(jié)構(gòu)圖3 .控制流程圖的繪制：用AUTOCAD繪制，粘帖到WORD文檔中（注意儀表裝置的符號，可參考過程控制系統(tǒng)工程設(shè)計P14）4 .設(shè)備選型：傳感器、儀表的選型；繪制自控儀表規(guī)格表（可參考過程控制系統(tǒng)工程設(shè)計P38,圖10、圖11）5 .控制系統(tǒng)軟件組態(tài)：利用ForceControl（力控組態(tài)軟件，版本3.62）完成控制系統(tǒng)軟件組態(tài)6 .軟件的主要功能：工藝流程

3、圖，數(shù)據(jù)采集，顯示（界面動畫等），控制，報警組態(tài)，數(shù)據(jù)保存，歷史數(shù)據(jù)查詢，報表打印等功能鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)說明書一、監(jiān)控軟件組態(tài)：出Hit陳H朝西也及柞12:14i4a.aii/fli/w歷史眼京萬佐UK的史后勢衰器件比退出事統(tǒng)曲史n詈除氣膏片甫，作物察承丘良學,W挑冕褓:附除，cKip圖1-1.鍋爐汽包水位控制組態(tài)畫面設(shè)備選型1 .對流量信號輸入、通訊和變送采用AI-808H型儀表:儀表最多可安裝6個模塊。儀表型號共由8部分組成。這表示一臺儀表基本型號為AI808H型，面板尺寸為A型(96X96mm,溫度及壓力輸入采用I0模塊(即溫度采用熱電偶或熱電阻，壓力為0-5V或1-5V輸入)，流量

4、輸入采用為I2模塊(頻率信號輸入)，OUTP為L1繼電器模塊可用于批量控制輸出，ALM為L5雙路繼電器模塊可輸出2路報警信號，AUX安裝線性電流變送輸出模塊X可將流量信號變送輸出，COMMg有自帶隔離電源的RS485通訊接口S4AI808H的主要特點是：(1) .模塊化輸入并可編程，流量輸入信號可為1-5V、0-5V、4-20mA及頻率等，也可定制特殊輸入規(guī)格，溫度信號可編程輸入為Pt100熱電阻、K、E、J型熱電偶、電壓或電流信號，壓力信號可為各種電壓或電流信號。(2) .可安裝AI系列儀表各種通用模塊及豐富的可編程功能，可實現(xiàn)瞬時流量、溫度及壓力的上、下限報警功能，并具備變送輸出、通訊、2

5、4V/12V電壓輸出等多種功能。(3) .可選數(shù)碼管或中文LCD顯示方式。另可選安裝于DIN導(dǎo)軌上的E5外型儀表，無顯示，適合用RS485聯(lián)機工作。(4) .具有8位累積器及4位瞬時測量值顯示，可選擇開方/不開方處理及設(shè)置任意范圍的小信號切除功能。(5) .AI-808H具備完整的溫壓補償功能，無需更換不同的儀表或型號，通過編程即可實現(xiàn)一般氣體、飽和蒸汽、過熱蒸汽及液體的溫壓補償運算。采用查表方式對蒸汽進行補償運算，具有較高的精度。并可依照用戶要求擴充補償公式實現(xiàn)特殊功能，如對熱量或其他物理量的累積，含水分天然氣累積等。(6)作為批量控制器使用時，具有獨立的4位控制累積器及12位總累積器，及專

6、門的顯示模式，功能強大，操作方便。(7).先進的運算方式，保證頻率信號即使在頻率很低時也有足夠的流量運算精度。(8)采用新一代高精度電流變送輸出模塊，提供14位輸出分辯率及0.2級輸出精度。其具體參數(shù)如下:電源電源消耗100240VAC-15%,+10%/5060Hz;或24VDC/AC-15%,+10%5W使用環(huán)境溫度-10+60C;濕度090%RH面板尺寸開口尺寸插入深度100mm表2-1AI-808H型儀表參數(shù)2.采用CAP-3011型智能電容液位計：CAP-3011智能電容液位計是利用先進的射頻電容檢測技術(shù)，輔以工業(yè)級范圍測量系統(tǒng)溫度漂移補償技術(shù)制作而成。它除了繼承傳統(tǒng)電容式液位檢測技

7、術(shù)的優(yōu)點外，還解決了傳統(tǒng)電容式液位計難以克服的測量系統(tǒng)溫度漂移大、檢測線性較差、分辨力差等缺陷?？蓱?yīng)用于各種工業(yè)環(huán)境下被測介質(zhì)組分相對穩(wěn)定的溶性介質(zhì)液位測量及干性粉末、顆粒料位測量。主要特點是1、兩線制電流環(huán)，測量系統(tǒng)與電流環(huán)隔離；2、測量系統(tǒng)溫度飄移自動補償；3、簡便的兩點標定；4、經(jīng)CE認證的良好的電磁兼容特性；5、連續(xù)測量液位、料位、界面；6、極優(yōu)的線性測量，更小的分辨測量單位；7、低功耗、無可動部件、精良工藝保證;耐高溫、高壓、強腐蝕；9、中文操作環(huán)境，輕松整定，帶自診斷。8、工作電壓最大：30v最?。?8v負載電壓220VAC/300VDC俳防爆場所)介質(zhì)溫度：-150C150C測量

8、范圍030米環(huán)境溫度-40C85C存儲溫度-55C100c測量周期0.5秒技術(shù)指標:96x96mm160X80mm80x160mm48x96mm96X48mm72x72mm92x92mm152x76mm76x152mm45x92mm92x45mm68X68mm分辨率0.02mm表2-2CAP-3011智能電容液位計參數(shù)三、目前狀況：本鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)具有：1 .實時控制鍋爐的汽包水位、壓力等符合工藝要求，實現(xiàn)分級報警、聯(lián)鎖保護，確保鍋爐運行安全。2 .動態(tài)顯示全部的各工藝參數(shù)、報警，主要工藝曲線，自動累計各流量，輸出日報表和月報表。3 .從現(xiàn)場（二次儀表的數(shù)據(jù)）收集信息，建立歷史數(shù)據(jù)庫，提

9、供歷史曲線、報表查詢功能。4 .可利用企業(yè)局域網(wǎng)實現(xiàn)在任何地點實時瀏覽現(xiàn)場數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)充分結(jié)合了力控系列PLC優(yōu)越的調(diào)節(jié)性能及強大監(jiān)控機制，具有以下的優(yōu)點：1 .控制汽包參數(shù)平穩(wěn)，保證了系統(tǒng)運行的安全。2 .監(jiān)控界面直觀，操作方便，可隨時隨地掌握現(xiàn)場情況。3 .系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡捷，維護方便。四、工藝過程：氣泡水位是鍋爐運行的主要標志，是一個非常重要的被控變量，維持水位在一定的范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的首要條件，這是因為：（1）水位過高會影響氣泡內(nèi)汽水分離，飽和水蒸氣帶水過多，會使過熱器壁管結(jié)垢導(dǎo)致?lián)p壞，同時過熱蒸汽溫度急劇下降。該過熱蒸汽作為汽輪機動力的話，將會損壞汽輪機葉片，影響運行的安全與經(jīng)濟性

10、。（2）水位過低，則由于氣泡內(nèi)的水量較少，而負荷很大時，水的汽化速度加快，因而氣泡內(nèi)的水量變化速度很快，如不及時調(diào)節(jié)就會使氣泡內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致水冷壁燒壞，甚至引起爆炸。因此，鍋爐氣泡水位必須嚴加控制。81-給水母管；2-給水調(diào)節(jié)閥3-省煤器；4-氣泡；5-下降管；6-上升管；7-過熱器；8-蒸汽母管圖4-1.鍋爐的水氣系統(tǒng)汽包水位不僅受汽包的影響（包括循環(huán)水管）中儲水亮的影響，亦受水位下汽包容積的影響。而水位下汽包容積與鍋爐的負荷、蒸汽壓力、爐膛熱負荷等有關(guān)。因此，影響水位變化的因素很多，其中主要是鍋爐的蒸發(fā)量（蒸汽流量D）和給水量Wo下面著重討論在給水流量作用下和蒸汽流量擾動下的水位過程

11、的動態(tài)特性。（1）汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性水位的階躍響應(yīng)曲線。把汽包和水看作是給水流量作用下,單容量無自衡過程，水位階躍響應(yīng)曲線如圖中H1線。但是由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，所以給水流量增加后，從原有飽和水中吸取部分熱量，這使得水位下汽包容積有所減少。當水位下汽包容積的變化過程逐漸平衡時，水位變化就完全反映了由于汽包中儲水量的增加而逐漸上開。最后當水位下汽包容積不在變化時，水位變化就完全反映了由于儲水量的增加而直線上升。因此，實際水位曲線如圖中H線，即當給水量作階躍變化后，汽包水位一開始不立即增加，而要呈現(xiàn)出一段起始慣性段。用傳遞函數(shù)來描述時，它近似于一個積分環(huán)節(jié)和時滯環(huán)節(jié)的

12、串聯(lián)，可表示為：二K-/sWte式中，-.-(mm/s)/(t/h)；I響應(yīng)速度，即給水流量變化單位流量時，水位的變化速度,時滯(s)。給水溫度低時，時滯T亦越大。對于非沸騰式省煤器的鍋爐，T=30500s對于沸騰式省煤器的鍋爐，=100200&有些文獻上相應(yīng)速度k(j用相對量來表示，即是當擾動量為100%寸，水位(用相對量來表示，以允許變化的范圍為100%)的變化速度。并以燈的倒數(shù)%=!(稱為響應(yīng)時間)來表示。響應(yīng)時間的定義是：當擾動為100%時，水位變化100%所經(jīng)過的時間，單位是So(2)汽包水位在蒸汽流量擾動下的動態(tài)特性在蒸汽流量D擾動作用下，水位的階躍響應(yīng)曲線所示。圖4-3.蒸汽流量

13、擾動作用下的水位響應(yīng)曲線當蒸汽流量D突然增加時，從鍋爐的物料平衡關(guān)系來看，蒸汽量D大于水量W,水位應(yīng)下降，如圖中曲線H1.但實際情況并非如此，由于蒸汽用量的增加，瞬時間必然導(dǎo)致汽包壓力的下降。氣泡內(nèi)水沸騰突然加劇，水中氣泡迅速增加，由于氣泡容積增加而使水位變化的曲線如圖中H2所示。而實際顯示的水位響應(yīng)曲線H為H1+H2從圖上可以看出，當蒸汽負荷增加時，雖然鍋爐的給水量小于蒸發(fā)量，但在一開始時，水位不僅不下降反而迅速上升，然后再下降（反之，蒸汽流量突然減少時，則水位先下降，然后上升），這種現(xiàn)象稱之為“虛假水位”應(yīng)該指出：當負荷變化時，水位下氣泡容積變化而引起水位的變化速度是很快的，圖中的H2的時

14、間常數(shù)只有10s20so蒸汽流量擾動時，水位變化的動態(tài)特性可用傳遞函數(shù)表示為：式中二響應(yīng)速度，即蒸汽流量變化單位流量時，水位的變化速度，（mm/s）/（t/h）;-2響應(yīng)曲線H2的放大系數(shù)；久一一響應(yīng)曲線H2的時間常數(shù)；五、控制方案：鍋爐水位波動的幅度影響鍋爐的安全和蒸汽汽壓和穩(wěn)定性。而鍋爐蒸汽流量，給水流量和燃煤量的變化都會擾動水位，而且這些擾動剛開始都會造成虛假水位。從鍋爐給水流量改變到水位恢復(fù)正常要經(jīng)過較長的時間，屬于大滯后系統(tǒng)，這些客觀條件要求鍋爐水位控制系統(tǒng)要有良好的性能。目前采用的較普遍的申級三沖量控制系統(tǒng)，也就是通過2個PID,鍋爐蒸汽流量，鍋爐水位，鍋爐給水流量三個變量實現(xiàn)給水

15、的自動控制。三沖量的特點是綜合控制，各有主次，控制原理如圖：圖5-1.鍋爐水位控制圖（三沖量）為了穩(wěn)態(tài)誤差小，采用水位負反饋與水位給定的偏差做主調(diào)節(jié)器輸入信號的閉環(huán)系統(tǒng)。為了克服大滯后和虛假水位的影響能夠響應(yīng)快、超調(diào)量小、調(diào)整時間短,采用蒸汽流量前饋和給水流量反饋與主調(diào)節(jié)器輸出比較的偏差做副調(diào)節(jié)器輸入信號的副環(huán)系統(tǒng)；副調(diào)節(jié)器輸出信號，通過對給水流量的調(diào)節(jié)而調(diào)節(jié)鍋爐的水位。該申級三沖量給水流量自動調(diào)節(jié)（水位控制）系統(tǒng)如圖所示，具有鍋爐負荷階躍擾動時，響應(yīng)快、過度過程平穩(wěn)、穩(wěn)態(tài)誤差小等特點。采用西門子S7-300系統(tǒng)，利用上位機的圖形組態(tài)功能，可以很方便地實現(xiàn)該審級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組態(tài)和參數(shù)整在本工程中

16、，只有蒸汽流量、汽包水位2個變量，不能實現(xiàn)三沖量控制，實際上采用二沖量控制，PI調(diào)節(jié)中，以水位作為反饋對象，以調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)節(jié)鍋爐汽包水位，其中以蒸汽流量運算后做為PID調(diào)節(jié)輸出的下限，做為鍋爐運行時正常供水量的基本值，如果水位出現(xiàn)偏差，PI會在這個值的基礎(chǔ)上自動進行調(diào)節(jié)，輸出到調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)給水流量大小，本系統(tǒng)中鍋爐假水位主要有2種情況，加大負荷和減小負荷，當增加蒸汽供給時，汽包內(nèi)壓力下降，水位立即上升，出現(xiàn)假水位，當減少蒸汽供給時，汽包內(nèi)壓力增加，水位降低，但與前者相比不是太明顯。在程序設(shè)計中水位達到上限時PI調(diào)節(jié)不能及時減小供水量，所以采用水位到上限時立即關(guān)閉輸出，延時一定時間后打

17、開輸出允許PI調(diào)值輸出。圖5-2.鍋爐水位控制圖（雙沖量）由于是供暖鍋爐，鍋爐的啟停較頻繁，工人操作時為了在停止時也自動供水，程序設(shè)計了在停止時采用上下限的自動供水方式，設(shè)定水位低于鍋爐運行時的水位，目的是當鍋爐啟動后，盡量減小由于爐內(nèi)升溫引起水位上漲，造成假水位。六、控制流程圖圖6-1.鍋爐水位控制流程圖七、儀表規(guī)格設(shè)計院工程名稱鍋爐汽包水位控制自控設(shè)備表編制圖號設(shè)計項目工控軟件課程設(shè)計項目校核第1頁共1頁審核系統(tǒng)位號及名稱鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)儀表位號LCLV儀表及其附件數(shù)量111名稱智能流量積算儀智能型電容液位計水液電磁閥型號AI-808HCAP-3011ZCS6規(guī)格體型附：插入式帶現(xiàn)場指

18、示表插入式1.防爆電磁閥門防爆本安型零點遷移：蟲0%/FS防爆本安型電磁先導(dǎo)式結(jié)構(gòu)ZCS6精度0.2級精度0.2繳閥體：不銹鋼操作條件介質(zhì)及重度蒸汽流體水1000kg/m31000kg/m3溫度C最大999c-40C85c25流量或液位最大14m3/h正常11m3/h最小9m3/h安裝地點50PL201B25B閥上安裝圖號備注表7-1.自控儀表規(guī)格表八、設(shè)計體會經(jīng)過兩個星期的課程設(shè)計，在同學與老師幫助下終于完成此次課程設(shè)計。設(shè)計過程中也遇到了很多阻礙，專業(yè)知識的缺乏、相關(guān)軟件不會應(yīng)用、找不到入手點等等，這些問題一直困擾著我們。通過不斷的檢索相關(guān)資料，以及參考網(wǎng)上有關(guān)信息，終于摸索出了一套自己的

19、設(shè)計、學習方法，并在設(shè)計過程中不斷完善系統(tǒng)，使之更精確、更美觀。下面列舉了一下設(shè)計過程中自己的收獲：1 .學會了三維力控組態(tài)軟件的使用，并能夠設(shè)計一些簡單的工業(yè)過程系統(tǒng)。2 .初步了解了三維力控下的策略控制器，并能進行簡單的操作。3 .鞏固Autocad2004的制圖方法。4 .增強和鍛煉了自己的動手能力和把理論運用到時間的能力。5 .通過查閱資料，對如何設(shè)計系統(tǒng)有了進一步的認識，了解了工業(yè)過程中鍋爐控制的相關(guān)知識，為今后學習過程控制打下了一定基礎(chǔ)。軟件功能介紹1、鍋爐水位雙沖量控制：汽包水位自動控制回路采用二沖量控制，PI調(diào)節(jié)中，以水位作為反饋對象，以調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)節(jié)鍋爐汽包水位。這

20、樣,迅速消除由于蒸汽負荷擾動所產(chǎn)生的“虛假液位”，提高了控制回路的調(diào)節(jié)品質(zhì)。蛆靠網(wǎng)長反制苴靠鹿歷史心算防吏n詈1女14:49,22011D107由史:襄萬謙裊除京盤巖點除整豪氣取力擎+U七.j：4：c吊圖1-1.鍋爐汽包水位控制組態(tài)畫面圖1-2.鍋爐汽包水位控制策略組態(tài)畫面2、安全才艮警：可實現(xiàn)高低水位、汽包壓力等信號報警與記錄圖3-1.鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)歷史趨勢曲線停爐12:21999/(蒸汽給水淘淘位反搐療料找進水溫度進水壓力圖2-1.鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)報警畫面報報報報報報報報報報報報報報報2Ift.lft.ftft任ftft任Ift,IF.IF.lft,lftlftlftllHrll

21、llllllllliMi鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)12:24:481999/08/01今日報著*周根瞥本月報署今日報警1匕1明時同?011/01/082011/01A2011/01A?011/ai/08?011/(31AjoiiAniA?ouAsiA2nlimi?os2011/01/082011/01Azoii/ciiAffi2011/01/082011/01?OEZOll/tPl/C?0117&170612：38：07.012:38:07.012!38：07.012：38：07.012：3S：OT.O12：07.013：38；DT=-313；38：Q.-E1繁饗CUT121:38207.1012i

22、：07.912t：07.012i：07.012：S：OT.O12i：07.0TOJMECOTAWJEMTA-JHSJE02TA-JRAIE03TA-7IWJED4TAJRAIE05TA-JMEL6TOJME07TATMElTO-JME09TOWJE10TOJMEliTOWJE12TA-WJE13TOJHAJE14口ESCRIFTDKDO口ESCHIFTDROl【gNIFTOJWa口ESCRIFTDROJ口ESCKIFTOKM口EHRIPTDBOS口ESCHIFTMDfi口ESCRIFTDJWT口ESCHIPTTRWBDEaZRIPTOTMDESTRIFTDRIODE3CHIPT3R11DE9ZR：IPT13R12DE3CHIFT13R13DESOiiriUR口.QQ0.MOMOMOMCL00CL00OMOMCL00CL00Cl00OM0M0.M.Lfc-fcfc一-tt-tri-M-E恒-H-E-恒-1r-1-1沒沒沒沒沒沒沒沒沒沒沒沒沒設(shè)冷圖2-2.鍋爐汽包水位系統(tǒng)報警記錄3、歷史曲線：提供主要工藝數(shù)據(jù)曲線記錄，支持曲線無級放大、曲線瀏覽和細節(jié)查看；支持多條曲線同時顯示；支持任意時間段的數(shù)據(jù)查看，實現(xiàn)按特定需求查詢鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)鼠