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1、锅炉汽包水位控制系统设计-毕业论文 摘要 汽包水位是影响锅炉安全运行的一个重要参数，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。PLC技术的快速发展使得PLC 广泛应用于过程控制领域并极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。 本文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。根据控制要求和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，利用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完成PLC在锅炉汽包水位
2、控制系统中应用。 关键词：汽包水位、三冲量控制、PLC、PID控制 ABSTRACT The steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both high and low steam drum water level may lead to extremely serious consequence; therefore it must be strictly to be controlled. With the rapid development of PLC tec
3、hnology, it can widely be applied to the process control domain and enhances the performance of control system enormously. PLC has already become the essential important equipment in automatic control domain. Based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unre
4、al water level phenomenon”is analyzed specially, and three impulses control plan for steam drum water level control system is proposed. PID parameters are regulated by engineering regulation method, and simulation study is done. According to the needs of control, the selection of control requirement
5、s hardware and system hardware design as well as system software design are carried out. Finally the application of PLC in boiler steam drum water control system is completed. Key words:Steam drum water level、Three impulses control、PLC、PID control 目录 摘要 () ABSTRACT () 1 绪论 (1) 1.1汽包水位控制系统的发展现状 (1) 1
6、.2汽包水位调节的任务 (2) 1.3本设计的主要工作 (2) 2 控制方案设计 (3) 2.1虚假水位的形成及对策 (3) 2.2汽包水位的影响因素 (4) 2.3汽包水位的控制方案设计 (6) 3 硬件选型 (14) 3.1PLC及相关模块选型 (14) 3.2电机的选型 (14) 3.3变频器的选型 (15) 3.4水位传感器的选型 (15) 3.5流量传感器的选型 (16) 3.6接触器的选型 (17) 3.7熔断器的选型 (17) 3.8功率三极管的选型 (18) 3.9变压器的选型 (18) 3.10设备清单 (19) 4 硬件设计 (20) 4.1系统总体线路设计 (20) 4.
7、2控制线路设计 (22) 5参数整定与仿真 (24) 5.1PID算法简介 (24) 5.2三冲量控制系统参数整定 (24) 5.3三冲量控制系统仿真分析 (30) 6 软件设计 (34) 6.1程序流程设计 (34) 6.2GX D EVELOPER程序设计 (36) 结束语 (42) 参考文献 (43) 致 (44) 附录锅炉汽包水位控制系统原理图 (45) 1 绪论 1.1汽包水位控制系统的发展现状 蒸汽锅炉是企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽产品，以满足负荷的需要。锅炉是一个十分复杂的控制对象，为保证提供合格的蒸汽产品以适应负荷的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工
8、艺参数的需要。保持锅炉汽包水位在正常围是锅炉运行的一项重要的安全性能指标，由于负荷、燃烧状况及给水流量等因素的变化，汽包水位会经常发生变化1。因此锅炉汽包水位应当根据设备的运行状况进行实时调节加以严格控制以保证锅炉的安全运行。 工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量使其与蒸发量保持动态平衡，维持汽包水位在工艺允许的围，是保证锅炉安全生产运行的必要条件，锅炉汽包水位也是锅炉运行中一个重要的监控参数，它间接地体现了锅炉负荷和给水之间的平衡关系。 传统的控制方法是以各种分立器件的应用为基础，利用各种检测器件对被控参数实时进行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成相应的运算并驱动
9、调节机构完成相应的动作，从而达到自动控制的目的。但是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，控制效果并非十分理想，而且容易出现故障。现在广泛使用的控制技术还有DCS 集散控制系统2，但由于DCS系统适合有多个控制回路同时工作的复杂系统，而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理想的选择。 PLC是70年代发展起来的规模的控制器，是集CPU、RAM、ROM、I/O接口与中断系统于一体的器件3，已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各种行业。随着计算机在操作系统、应用软件、通信能力上的
10、飞速发展，大大增强了PLC通信能力，丰富了PLC编程软件和编程技巧，增强了PLC过程控制能力。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，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。 采用PLC控制技术，能实现对锅炉运行过程的自动检测、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二 者的偏差进行相应的运
11、算，运算结果输出给执行机构从而实现给水流量的调节，使汽包部的物料达到动态平衡，汽包水位变化在允许围之。 1.2汽包水位调节的任务 给水自动调节也叫水位自动调节，其主要任务是： (1)维持锅炉水位在允许的围，使锅炉的给水量适应于蒸发量。锅炉的水位是影响安全运行的重要因素。水位过高会影响汽水分离装置的正常工作，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。水位过低，则会破坏汽水正常循环，以致烧坏受热面。水位过高或过低，都是不允许的。所以，正常运行时汽包水位应在给定值的 30mm上下围波动。 (2)保持给水量稳定。给水量稳定，有助于省煤器和给水管道的安全运行。实践证明，无论是电站
12、锅炉，或者是工业锅炉，用人工操作调节水位，既不安全，也不经济，其最有效的方法是实现给水自动调节。 1.3本设计的主要工作 本次设计的主要工作有： （1）设计锅炉汽包水位控制方案 从锅炉汽包水位的动态性能入手，分析影响锅炉汽包水位的主要因素，并对这些因素对锅炉汽包水位动态性能的影响进行理论研究。根据各个因素对锅炉汽包水位的影响采用汽包水位三冲量方案，达到控制锅炉汽包水位稳定的目的。 （2）硬件设备的选型与设计 根据所设计的控制方案合理地选择检测元件、执行机构和控制设备以及其它必要设备，并在此基础之上根据控制方案合理地进行硬件设计。为整个系统的实现以及稳定、可靠运行打下基础。 （3）控制算法的参数整定与仿真 根据被控对象的特点以及它的静态、动态特性按照工程整定的方法进行控制器的参数整定，设计调节器的各个参数。在此基础之上对整定结果进行仿真，并对整定结果进行进一步调整判断其可行性，为后续的软件设计工作打下基础。 （4）PLC程序 根据参数整定和仿真的结果利用相关软件进行PLC梯形图程序设计，最终实现控制算法。