DOC《摘要》

摘要锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备,为确保安全,稳定生产,对锅炉的自动控制十分重要.

汽包水位是锅炉运行的主要指标,汽包水位过高过低都会影响运行的安全与经济性,必须严格加以控制. 本文讨论了目前通常采用的控制方法,深入分析了水位对象模型的动静特性.首先从锅炉汽包内水的热平衡、物质平衡原理出发,推导出了用来描述锅炉水位对象的通用机理控制模型,通过对几种控制方案的分析、研究与比较,选三冲量系统作为最佳控制方案,并着力研究三冲量系统的特点.随后对其在PID的参数整定方面也进行了必要的分析,并略述了工程中需要注意的问题.用MATLAB对锅炉汽包水位控制系统进行仿真研究.建立了锅炉汽包水位对象的数学模型和控制系统,并用MATLAB语言在计算机上编制锅炉汽包水位控制系统的仿真程序.了解了汽包水位对象特性、整定出了最佳PID参数、总结出了各种控制方案的特点与适应场合. 关键词: 锅炉汽包水位;

三冲量控制系统;

PID;

MATLAB Abstract Boiler is a necessary power plant in the process of industry. In order to ensure the production and security, the auto-control of it is very important. The drum water level is an important variable to be controlled, drum water level is too high or too low will affect the security and economy of the run, must be strictly controlled. This thesis discusses the commonly used control method, the static and dynamic characteristics of the water level in the object model are analysed in-depth. First departure from the thermal equilibrium of the water in the boiler drum, the material balance principle, to deduce a universal mechanism used to describe the object of the boiler water level control model, the analysis of several control programs, research and compare, choose the system of three impulses as the best control programs, and efforts to study the characteristics of the three impulses. Followed by its PID parameter tuning also carried out the necessary analysis, and outlines the issues that need attention in the project. Boiler drum level control system is simulated using MATLAB. Boiler drum level object of mathematical models and control systems, preparation of boiler drum level control system on the computer simulation program using MATLAB language. Understanding of the drum level object properties, the entire set of optimal PID parameters, summed up the characteristics of the various control programs and to adapt to the occasion. Key words: boiler drum water level;

Three impulse control systems;

PID;

MATLA 目录第1章 概述

1 1.1 论文选题背景

1 1.2 锅炉汽包水位控制的研究目的和意义

1 1.3 汽包水位控制的发展

1 1.4论文的研究内容及结构

3 第2章 锅炉汽包水位的特性

4 2.1 汽包锅炉简介

4 2.2汽包水位的动、静态特性

4 2.3 水位对象静态特性分析

8 2.4 本章小结

8 第3章 锅炉汽包水位控制系统的方案分析

10 3.1 单冲量控制方案

10 3.2 双冲量控制方案

11 3.3 三冲量控制系统

12 3.4 几种控制方案的比较

15 3.5 最优方案解析

16 3.6本章小结

18 第4章PID控制简介

19 4.1 什么是PID控制

19 4.2 PID对控制的影响

19 4.3 PID控制器的参数整定

20 4.4本章小结

21 第5章 系统仿真

22 5.1 MATLAB仿真软件简介

22 5.2 单冲量控制系统的仿真研究

23 5.3 双冲量控制系统的仿真研究

29 5.4 三冲量控制系统的仿真研究

33 5.5 本章小结

42 结论43 参考文献

44 致谢45 第1章 概述 1.1 论文选题背景 随着电子产品的降价及自动化生产线工艺控制连续稳定优势的凸现,越来越多的企业准备将自己的核心生产线改成全自动化生产线或者对个别关键工艺参数采用自动控制.工业应用自控技术在中国的推广使用较晚,但近年来发展较快.国内现在做汽包水位自动控制系统方面的设计公司很多,但由于能够集工艺要求、自动化技术和电气技术三者于一体的设计不多,所以人们清楚地认识到自动控制技术在工业应用中的重要地位和作用,在水位控制系统中,主要采用 三冲量控制 方案来实现锅炉汽包水位控制更是重中之重. 本设计是通过了解了锅炉汽包水位控制的发展并在具体分析其动、静特性的基础上从单冲量控制到双冲量控制最后到三冲量控制的设计方案中择优选择了 三冲量 控制,具体的方案设计存在的优缺点详见下文解析. 1.2 锅炉汽包水位控制的研究目的和意义 锅炉汽包水位控制是维持锅筒水位在允许的范围内,使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量.由于锅炉的水位同时受到锅炉侧和气轮机侧的影响,因此,当锅炉负荷变化或气轮机用汽量变化时,通过给水调节系统保持锅炉的水位正常是保证锅炉和气轮机安全运行的重要条件.水位过高或过低,都是不允许的.水位过高会影响汽水分离器的正常工作,严重时会导致蒸汽带水增加,使过热器管壁和气轮机叶片结垢,造成事故;

锅炉出口蒸汽带水过多还会使过热蒸汽温度产生急剧变化.水位过低,则会破坏正常水循环,危及水冷壁受热面的安全.一般要求锅筒水位维持在设计值±75~±100mm范围内[1]. 基于上述的分析,有必要设计开发这样一个能提供过程控制课程实验、进行各种控制理论方法与系统模型设计、试验的实验系统,以指导学生理论联系实际,在实验中加深对自动控制理论、计算机控制理论和方法的理解和掌握.通过实验进一步理解和掌握过程控制理论的基本概念,控制系统的分析和设计方法,了解和掌握计算机在控制系统中的作用和工作原理. 1.3 汽包水位控制的发展 目前在国内外随科学技术的发展,都采用三冲量水位自动调节系统,该控制引进蒸汽流量和给水流量信号作为控制信号,系统动作及时,有较强的抗干扰能力,因此得到广泛的应用. 主要用微型计算机控制系统来控制锅炉.微型计算机控制系统的特点是,其控制功能要通过内部的控制程序来实现,人们只需要改变这些程序,就可以更改锅炉设备的控制功能,以适应新的控制要求而不需要改动硬件系统.这种灵活性在硬联逻辑系统中是没有的.因此,掌握微型计算机应用系统的设计和研制技术,是开发微型计算机应用的一个重要课题. 在国内主要有单,双,三冲量控制系统来控制锅炉汽包水位. 单冲量控制系统以锅炉锅筒水位为唯一信号的锅炉给水连续调解.该系统由水位变送器,伺服放大器,执行器和给水调节阀组成.水位变送器将水位信号送到调节器,调节器根据实测水位和给定值的偏差,经过运算放大后输出调解信号,驱动执行器改变调节阀的........