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课程设计报告

( 2013-- 2014年度第一学期)

名 称：过程控制课程设计 题 目： 汽包水位控制系统设计 院 系： 自动化 设计周数： 1周

姓名 王桐 成员 潘颖娣 乔鑫 张宇

日期： 2013年12月30日

学号 201002020416 201002020413 201002020414 201009010327 分工 控制设计 仿真整定 报告撰写 参数整定 成绩 1

华北电力大学过程控制课程设计 《过程控制》课程设计

任 务 书

一、 目的与要求

“过程控制课程设计”是“过程控制”课程的一个重要组成部分。通过实际工业过程对象控制方案的选择、控制功能的设置、工程图纸的绘制等基础设计和设计说明的撰写，培养学生基本控制系统工程设计能力、创新意识，完成工程师基本技能训练。

二、 主要内容

1．根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，给出控制系统原理图； 2．根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，绘制控制系统工艺流程图（PID图）；

3．根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图（包括系统功能图和系统逻辑图）；

4．对所设计的系统进行仿真试验并进行系统整定； 5．编写设计说明书。

三、 进度计划

序号 1 2 设计(实验)内容 下达任务，查找资料 制定控制方案，绘制控制系统SAMA图 3 4 仿真试验、撰写设计说明 答辩 周三、周四 周五 完成时间 周一、周二 周二、周三 备注 四、 设计（实验）成果要求

1． 绘制所设计热工控制系统的的SAMA图；

2． 根据已给对象，用MATABL进行控制系统仿真整定，并打印整定效果曲线；

3． 撰写设计报告 五、 考核方式

提交设计报告及答辩

学生姓名：王桐、潘颖娣、乔鑫、张宇

指导教师：马平 2013年12月 30日

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华北电力大学过程控制课程设计 正 文

目 录

任 务 书 ................................................. 1 正 文 ................................................... 2 目录 ....................................................... 2 1、设计综述 ............................................. 3 1.1汽包水位调节的任务 .................................. 3 1.2本设计的主要工作 .................................... 3 2、被控对象的动态分析 ................................... 4 2.1虚假水位的形成及对策 ................................ 4 2.2汽包水位的影响因素 .................................. 5 （1）给水扰动的影响 ..................................... 5 （2）蒸汽流量扰动的影响 ................................. 6 （3）燃料量扰动的影响 ................................... 7 3汽包水位的控制方案设计 ................................ 7 3.2随动控制系统 ........................................ 8 3.3双冲量控制系统 ...................................... 9 3.4三冲量控制系统 ..................................... 11 4、控制方案设计及仿真 .................................. 15 4.1控制方案最终设计 ................................... 15 4.1.1控制系统控制结构（visio作图） .................... 15 4.1.2控制原理图 ....................................... 16 4.1.3控制系统方框图 ................................... 16 4.1.4控制系统SAMA图 .................................. 18 （1）副回路参数整定 .................................... 19 （2）主回路参数整定 .................................... 20 （3）前馈回路参数整定 .................................. 21 4.3三冲量控制系统仿真分析 ............................. 22 参考文献 .................................................. 23

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华北电力大学过程控制课程设计 1、设计综述

1.1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范围内，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上下范围波动。

(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。

（3）有效克服虚假水位。虚假水位”是锅炉运行时不真实的水位。“虚假水位”的产生是由于当汽包压力突降时，炉水饱和温度下降到压力较低时的饱和温度，使炉水大量放出热量来进行蒸发。于是炉水内的汽泡增加，汽水混合物体积膨胀，使水位不是下降而是很快上升，形成“虚假水位”。当汽包压力突升时，则相应的饱和温度提高一部分热量被用于加热炉水，而用来蒸发炉水的热量则减少，炉水中汽泡量减少，使汽水混合物的体积收缩，使水位不是上升而是很快下降，形成“虚假水位”。此外当锅炉内热负荷增加或骤减时，水的比容将增大或减小，也会形成虚“假水位”。锅炉负荷突变、灭火、安全门动作、燃烧不稳时，都会产生“虚假水位”。在负荷突然变化时，汽压也相应变化，这时将会出现“虚假水位”。负荷变化速度越快，“虚假水位”越明显。如遇汽轮机甩负荷，汽压突然升高，水位将瞬时下降；运行中燃烧突然增强或减弱，引起汽泡量突然增大或减少，使水位瞬时升高或下降；安全阀起座时，由于压力突然下降，水位瞬时明显升高；锅炉灭火时，由于燃烧突然停止，锅水中汽泡产量迅速减少，水位也将瞬时下降。在输入端引入蒸汽流量信号，设置水位系统的前馈调节，于是当蒸汽流量增大时，给水量随之增大，给水量增多，水温又较低，有利于克服“虚假水位”的影响。

1.2本设计的主要工作

本次设计的主要工作有： （1）被控对象动态特性分析

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华北电力大学过程控制课程设计 分析被动对象的动态特性并得出传递函数，了解与汽包水位相关的因素，并分析其对被控量的影响，为后面设计控制方案做铺垫。 （2）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。 （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）撰写报告

根据上述工作以及得出的结论，整理思路并撰写报告。

2、被控对象的动态分析 2.1虚假水位的形成及对策

“虚假水位”是锅炉运行时不真实的水位。“虚假水位”的产生是由于当汽包压力突降时，炉水饱和温度下降到压力较低时的饱和温度，使炉水大量放出热量来进行蒸发。于是炉水内的汽泡增加，汽水混合物体积膨胀，使水位不是下降而是很快上升，形成“虚假水位”。当汽包压力突升时，则相应的饱和温度提高一部分热量被用于加热炉水，而用来蒸发炉水的热量则减少，炉水中汽泡量减少，使汽水混合物的体积收缩，使水位不是上升而是很快下降，形成“虚假水位”。

此外当锅炉内热负荷增加或骤减时，水的比容将增大或减小，也会形成虚“假水位”。锅炉负荷突变、灭火、安全门动作、燃烧不稳时，都会产生“虚假水位”。在负荷突然变化时，汽压也相应变化，这时将会出现“虚假水位”。负荷变化速度越快，“虚假水位”越明显。如遇汽轮机甩负荷，汽压突然升高，水位将瞬时下降；运行中燃烧突然增强或减弱，引起汽泡量突然增大或减少，使水位瞬时升高或下降；安全阀起座时，由于压力突然下降，水位瞬时明显升高；锅炉灭火时，由于燃烧突然停止，锅水中汽泡产量迅速减少，水位也将瞬时下降。

在输入端引入蒸汽流量信号，设置水位系统的前馈调节，于是当蒸汽流量增大时，给水量随之增大，给水量增多，水温又较低，有利于克服“虚假水位”的影响。

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