发布时间 : 星期一 文章基于PLC的锅炉汽包液位控制系统设计_课程设计论文更新完毕开始阅读
内蒙古科技大学过程控制课程设计论文
摘 要
锅炉是钢铁、石油、化工、发电等工业过程中必不可少的重要动力设备，所产生的高压蒸汽既可作为驱动的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。例如电厂里的汽轮发电机，就是靠锅炉产生的一定温度和压力的过热蒸汽来推动的，化工厂里许多换热器的热源大多是锅炉提供的蒸汽。为适应生产的需要，锅炉的大小、型号也是各种各样。锅炉的大小是以锅炉每小时产生的蒸汽量来衡量的，小型锅炉每小时产几吨蒸汽，大的锅炉每小时能产200t 以上的蒸汽，蒸汽压力有高、中、低之分。在应用类型上，可将锅炉分为动力锅炉和工业锅炉，其中工业锅炉又分为辅助锅炉、废热锅炉、快装锅炉、夹套锅炉等。锅炉的燃料也各不相同，有燃气型、燃油型、燃煤型和化学反应型等。
锅炉产生蒸汽的压力和温度是否稳定、锅炉运行是否安全，直接影响到生产能否正常进行，更关系到人员和设备的安全与否，因此，锅炉的过程控制十分重要。工业蒸汽锅炉是一个复杂的控制对象，为了保证锅炉能够提供合格的蒸汽，生产过程中的各工艺参数必须严格控制。在这些工艺参数中，锅炉汽包水位是一个非常重要的参数，水位的大小不仅是影响蒸汽质量的主要因素，而且将水位控制在一定的范围之内是保证锅炉安全运行的必要因素。
关键词：锅炉汽包；三冲量；PLC；PID；
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目 录
第一章 锅炉的工艺流程描述...................................................................................... 3 第二章 锅炉汽包水位控制系统的设计...................................................................... 6
2.1系统的硬件设计 ............................................................................................... 9
(1) 主控制器的设计 ...................................................................................... 9 （2) 检测电路的设计 ..................................................................................... 9 （3）输出控制电路...................................................................................... 10 2.2系统软件设计： ............................................................................................. 11 第三章 PID调节规律的选择及参数整定 ................................................................ 13
3.1 比例调节作用对系统性能的影响................................................................. 13 3.2积分调节作用对系统性能的影响 ................................................................. 13 3.3微分调节作用对系统性能的影响 ................................................................. 14 3.4整定的基本方法 ............................................................................................. 14
（1）临界比例度法(闭环整定） ................................................................ 14 （2）衰减曲线法(闭环整定） .................................................................... 14 （3）反应曲线法（动态特性参数法）...................................................... 14 （4）现场实验整定法.................................................................................. 14 3.5调节规律的确定原则 ..................................................................................... 15 总结.............................................................................................................................. 16 参考文献...................................................................................................................... 17 附录: ............................................................................................................................ 18
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第一章 锅炉的工艺流程描述
锅炉的工艺流程如图1.1 所示。
图1.1锅炉工艺流程图
燃料和热空气按一定的比例混合后进入燃烧室燃烧，加热汽包内的水产生饱和蒸汽Ds，经过热器后形成一定温度的过热蒸汽D，再汇集到蒸汽总管PM，最后经过负荷设备调节阀供给负荷设备使用。燃料在燃烧时产生的烟气，其热量一部分将饱和蒸汽变成过热蒸汽，另一部分经省煤器对锅炉供水和空气进行预热，最后由引风机从烟囱排入大气。
锅炉的正常运行必须要保持物料（水）平衡和热量平衡。在物料平衡中负荷是汽包内水的蒸发量，被控变量是汽包的水位，操纵变量是锅炉的给水量；在热量平衡中负荷是蒸汽带走的热量，被控变量是蒸汽压力，操纵变量是燃料量。上述的物料平衡和热量平衡是相互关联、互相影响的。汽包水位不仅受到给水流量的影响，而且也受到热量变化的影响。例如，当热量平衡被破坏，蒸汽压力发生变化后，会影响到汽包水面下蒸发管中的汽水混合物的体积，使汽
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包水位发生变化。同样蒸汽压力不仅受到燃料输入量的影响，而且进水量的变化也会影响到蒸汽压力的稳定。例如，给水流量增加时，由于冷水的温度低，会使汽包内的蒸发量减少，导致蒸汽压力下降。
综上所述，锅炉的运行主要包括以下三个方面的过程控制系统：
（1）汽包水位控制系统：是锅炉安全运行的必要保证，它要维持汽包内的水位在工艺允许的范围内；
（2）燃烧系统的控制：通过使燃料量与空气量保持一定的比值，以保证经济燃烧和锅炉的安全运行，同时保证引风量与送风量相适应，维持炉膛内的负压恒定不变，其最终目的是使燃料产生的热量满足蒸汽负荷的需要；
（3） 过热蒸汽系统的控制：这是一个温度控制系统，其作用主要有2 个：一是保持过热器出口温度在允许范围内；二是保证管壁的温度不超过允许的工作温度。
影响汽包水位的主要因素是给水量和蒸汽流量，其他因素都可以作为干扰因素另作考虑。当负荷增大时，蒸汽流量增大，会使得汽包水位下降，当突然增加蒸汽流量会使得蒸汽压力减小，汽包水位不降反增，出现虚假水位现象，这是设计中必须要考虑的因素。给水量对汽包水位的影响存在惯性区，但基本是线性的。
汽包水位是锅炉运行的重要指标，对锅炉的安全运行非常重要，保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件，水位过高或过低， 都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利影响。过高会影响汽水分离效果，蒸汽过湿，饱和水蒸汽将会带水过多，导致过热器管壁结垢并损坏，使过热蒸汽的温度严重下降，若以此过热蒸汽带动汽轮机，将因蒸汽带液损坏汽轮机的叶片，造成运行的安全事故。然而，水位过低，则因汽包内的水量较少，而负荷很大，加快水的汽化速度，使汽包内的水量变化速度很快，若不及时加以控制，将有可能使汽包内的水全部汽化；尤其是大型锅炉，水在汽包内的停留时间极短，从而导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此，必须对汽包水位进行严格的控制。
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