项目一（1）-锅炉液位定值控制方案doc-湖州职业技术

1、湖州职业技术学院过程控控制与自自动化仪仪表教案讲说人：高志宏宏机电工程程分院20066年12月本次课标标题：11）课程程导引；2）锅锅炉液位位定值控控制方案案授课班级级上课时间周 月 日 第 节上课地点过程控制制实验室室 周 月月 日日 第 节教学目的用控制理理论组成成合理的的液位定定值控制制系统。教学目标能力（技技能）目目标知识目标标1、能正正确分析析单回路路控制原原理，并并正确应应用。2、能绘绘制规范范的控制制系统结结构图和和方框图图。1、掌握握单回路路反馈控控制原理理。2、熟悉悉常用仪仪表的图图形符号号表示方方法。重点难点及解决方法法重点：单单回路反反馈控制制原理、系统结结构图和和方框图

2、图。难点：反反馈控制制原理的的合理应应用。解决办法法：采用用对比法法以以人工控控制液位位的方法法，引出出单回路路控制原原理，并并对比分分析各部部分功能能；在控控制实现现的难点点解决采采用理论分分析、结结合实物物系统加加以分析析与说明明。参考资料料1 高志宏宏主编，过程程控制与与自动化化仪表，浙江江大学出出版社，20006年2 厉玉鸣鸣主编，化工工仪表及及自动化化，化化学工业业出版社社，20004年.3 王森等等主编，仪表表工试题题集，化学工业业出版社社，20003年第二版版.4 解怀仁仁、杨彬彬彦主编编，石石油化工工仪表控控制系统统选用手手册，北京，中国石石化出版版，20004年5 吴勤勤勤主

3、编，控制制仪表及及装置，化学学工业出出版社，20002年第二版版.课前准备备：多媒媒体课件件制作、演示实实验设备备调试、以4人/小组进进行分组组。一、感知知自动动化技术术的神奇奇（155分钟）1、图片片展示利用多媒媒体展示示自动化化技术在在石油、冶金、化工、机械等等行业的的应用，以了解解自动化化技术的的神奇与与重要性性。2、技术术说明结合图片片教师对对断续过过程控制制（如加加工过程程自动化化、数控控技术等等）和连连续过程程控制作作及时解解释，并并说明本本课程应应用范围围属连续续过程控控制，主主要是对对温度、压力、流量、物位等等参数进进行控制制。二、明确确课程目目标与考考核方法法（300分钟）1

4、、问题题提出拟定定电加热热锅炉自自动控制制方案。锅炉是一一个产生生蒸汽的的热能设设备，在在工业上上有极其其广泛的的应用。由于加加热方式式的不同同其控制制方法有有一定的的差别，但液位位控制方方法基本本相同。图1是是电加热热锅炉的的简易流流程图，电加热热器加热热水产生生一定压压力的水水蒸汽，并通过过上部的的输汽管管供给用用户或下下一个工工序，为为了及时时补充因因蒸发而而不断减减少的锅锅炉水量量，在锅锅炉下部部用水泵泵连续的的加入冷冷水。图1 电加热锅炉的简易流程图工艺基本本要求：1）产产生的蒸蒸汽必须须压力恒恒定以满满足用户户需求；2）由由于用户户的蒸汽汽用量经经常变化化，造成成锅炉液液位上下下变

5、动而而导致危危险，应应采取措措施以保保证锅炉炉的运行行安全。根据工艺艺要求，请学生生以小组组为单位位进行讨讨论，初初步拟定定一个自自动控制制方案。2、集体体讨论选取12个小小组，由由代表汇汇报小组组讨论后后形成的集体意见见。3、教师师点评、提提出教学学要求学生积极极参与、开动脑脑筋寻求求合理的的处理方方法的学学习精神神应充分分肯定，但从小小组代表表的汇报报情况，电加热热锅炉的的自动控控制方法法还存在在许多不不足之处处，个别别小组根根本无从从下手。电加热锅锅炉的自动控控制，在在工业上上将其分分为二个个问题：1）电电加热的的恒温自自动控制制；2）液位的的定值自自动控制制。其实实现并不不难，事事实上

6、本本课程正正是以电电加热锅锅炉自动动控制为为实例，来介绍绍过程控控制及自自动化仪仪表的应应用技术术，同学学们经过过一学期期的学习习与训练练，不仅仅能掌握握电加热热锅炉自自动控制制的实现现，同时时，基于于此能解解决工业业上常见见的自动动控制问问题。通过本课课程学习习，使同同学们掌掌握基本本的过程程控制理理论及自自动化仪仪表知识识基础上上，重点点学会常用仪仪表的选选用与维维护、典典型控制制系统的的调试与与投运、简单控控制系统统的开发发与实施施。整个课程程设计一一个大的的总体项项目电加热热锅炉自自动控制制系统开开发与实实施。4名同学学一组，各各组在整整个学期期学习过过程中必必须完成成基本篇篇的四个个

7、项目单回回路液位位控制系系统集成成与调试试、液位流流量串级级控制系系统集成成与调试试、单回路路温度控控制系统统集成与与调试、电加热热锅炉恒恒温供水水控制系系统的开开发与实实施。前前三个项项目属于于学习和和探索，每次按按项目要要求通过过“教、学学、做”一体化化的教学学方法，完成系系统集成成与调试试任务，主要是是熟悉系系统组成成原理、学会仪仪表的使使用、掌掌握系统统调试方方法、验验证实验验结论。第四个个项目为为综合实践践项目，要求综综合应用用知识与与各种方方法，完完成电加加热锅炉炉恒温供供水控制制系统开开发与实实施，通通过组内内学生之之间的分分工与协协作，自自我分析析问题、解决问问题，以以强化综综

8、合应用用能力的的培养，最后每每组集体体答辩。提高篇篇的二个个训练项项目基于SSLPCC可编程程调节器器的蒸汽汽流量温温压补偿偿测量、锅炉二二冲量控控制系统统开发。至此，锅炉二二冲量实实用控制制系统的的开发与与实施已已基本完完成。改革考核核方式（1）对对学生实实行以能能力为中中心的开开发性项项目式考考核：第第一，考考核范围围开放，以项目目作为主主要依据据；第二二，考核核方式开开放，以以项目在在学习过过程中进进行；第第三，考考试标准准开放，以项目目要求作作为主要要评分标标准；第第四，考考核知识识点与技技能点全全面开放放，以项项目带动动知识点点的学习习。（2）全全程化考考核：学学习过程程的全程程化考

9、核核，考核核内容包包括学生生平时课课堂参与与状况、作业完完成情况况、实践践教学的的表现等等；平时时考核、项目考考核、期期末考试试各占总总分数的的20%、50%、30%。（3）考考核形式式多样化化：包括课课堂展现现、笔试试、口试试、现场场演示，每一种种考核形形式都赋赋予了分分数。液位定值控制液位流量控制水温定值控制恒温压供水实践智 能 PI D 调 节 器串级控制简单控制综合控制15课时14课时11课时一周简单控制温压补偿测量锅炉液位控制12课时16课时简单控制前馈反馈可编程调节器提 高 篇基 本 篇图2 课程项项目结构构图三、知识识学习确定定控制方方案（20分钟钟）确定控制制方案是是自动控控制

10、系统统开发的的第一步步，也是是最关键键的一步步。为此此，我们们就第一一个子项项目锅炉液液位定值值自动控制制的控制制方案进进行讨论论。为了了突出液液位控制制问题、便于分分析与实实现，对对锅炉的的工艺流流程稍作作变动水从从上部（上一个个工序）连续不不断地流流入锅炉炉中，并并经下部部管路送送出。1、存在在问题从流程图图可以看看出，由由于流入入量的波波动会引引起锅炉炉液位的的波动，严重时时会溢出出或流空空。因此此，必须须采取措措施防止止锅炉液液位的波波动。2、解决决方法最简单的的解决方方法是操作人人员以锅锅炉液位位为操作作指标，以改变变进水阀门门开度为为控制手手段。当当液位上上升时，将进水水阀门开开小

11、，液位位上升越越多，阀阀门开得得越小；反之之，当液液位下降降时，就就开大出口口阀门，液位下下降越多多，阀门门关得越越大。通过过控制出出口阀门门开度而而使液位位保持在在这一高高度上，这样就就不会出出现锅炉炉液位过过高或液液位过低低而出现现危险。归纳起起来，操操作人员员所进行行的工作作有三方方面：（1）检检测用眼睛睛观察玻玻璃管液液位计（测量元元件）中中液位的的高低，并通过过神经系系统告诉诉大脑；（2）运运算（思思考）、命令大脑脑根据眼眼睛看到到的液位位高度，加以思思考，并并与要求求的液位位进行比比较，得得出偏差差的大小小和正负负，然后后根据操操作经验验，经思思考，决决策后发发出命令令；（3）执执

12、行根据大大脑发出出的命令令，通过过手去改改变阀门门开度，以改变变流出量量Q，从从而把液液位保持持在所需需高度上上。眼、脑、手三个个器官，分别担担负了检检测、运运算和执执行三个个任务，来完成成测量、求偏差差、再控控制以纠纠正偏差差的全过过程。图3 人工液位调节过程3、控制制方法改改进由于人工工控制受受到生理理上的限限制，满满足不了了大型现现代化生生产的需需要，为为了提高高控制精精度和减减轻劳动动强度，可以用用一套自自动化装装置来代代替上述述人工操操作，这这样，就就由人工工控制变变为自动动控制了了。锅炉炉和自动动化装置置一起构构成了一一个自动动控制系系统，如如图4所示。如果绘绘制工艺艺控制流流程图

13、，一般表表示成图图5的形式式，由图图可知，自动化化装置主主要包括括三部分分。图4 液位自自动控制制图5 带控制制点的工工艺流程程图LT（1）测测量元件件与变送送器图中以以表示液液位变送送器。它它的作用用是测量量液位，并将液液位的高高低转化化为一种种特定的的信号（如标准准电流信信号、标标准气压压信号、电压等等）。LC（2）自自动控制制器图中以以表示液液位控制制器。它它接受变变送器送送来的信信号，与与工艺要要求的液液位高度度相比较较，得出出偏差，并按某某种运算算规律算算出结果果，然后后将此结结果，用用特定信信号（电电流或气气压）发发送出去去。（3）执执行器通常常指控制制阀，它它和普通通阀门的的功能

14、一一样，只只不过它它自动地地根据控控制器送送来的信信号值改改变阀门门的开启启度。显然，这这套自动动化装置置具有人人工控制制中操作作人员的的眼、脑脑、手的的部分功功能。因因此，它它能完成成自动控控制贮中中液位高高低的任任务。四、技能能提高控制制系统图图绘制（20分钟钟）1、控制制系统流流程图的的规范表表示为了表示示控制流流程图，一般用用小圆圈圈表示某某些自动动化装置置。圈内内写有两两位（或或三位）字母，第一位位字母表表示被测测变量，后继字字母表示示仪表的的功能，常用被被测变量量和仪表表功能的的字母代代号见表表6-11。表1 被测变变量和仪仪表功能能的字母母代号字 母母第一位字字母后继字母母被 测

15、 变 量量修 饰 词功 能能A分析报警C电导率控制（调调节）D密度差E电压检测元件件F流量比（或分分数）I电流批示K时间或时时间程序序自动-手手动操作作器L物位M水分或湿湿度P压力或真真空Q数量或件件数积分、累累积积分、累累积R放射性记录或打打印S速度或频频率安全开关、联联锁T温度传送V粘度阀、挡板板、百叶叶窗W力套管Y供选用继动器或或计算器器Z位置驱动、执执行或未未分类的的终端执执行机构构2、控制制系统方方块图的绘制制在研究自自动控制制系统时时，为了了能更清清楚地表表示出一一个自动动控制系系统各个个组成环环节之间间的相互互影响和和信号联联系，便便于对系系统进行行分析研研究，往往往将表表示各环

16、环节的方方块根据据信号流流的关系系排列起起来，组组成自动动控制系系统的方方块图。图6即是这这个液位位自动控控制系统统的方块块图。图6 液位控控制系统统方块图图图中用到到了控制制系统中中常用的名词术术语：（1）被被控对象象：需要要实现控控制的设设备、机机器或生生产过程程，称为为被控对对象，这这里是锅锅炉。（2）被被控变量量y：对对象内要要求保持持设定值值（接近近恒定值值或按预预定规律律变化）的物理理量，称称为被控控变量，这里是是锅炉液液位，用用y表示示。（3）操操纵变量量：受调调节器操操纵，用用以使被被控变量量保持设设定值（给定值值）的物物料量或或能量，称为操操纵变量量，这里里是锅炉炉给水。（4）干干扰（扰扰动）：除操纵纵变量以以外，作作用于对对象并能能引起被被控变量量变化的的因素，称为干干扰和扰扰动。负负荷变化化就是一一种典型型的扰动动，如蒸蒸汽用量量的变化化对锅炉炉水位控控制是一一种典型型干扰，常用f表示。（5）设设定值（给定值值）：被被控变量量的目标标值（预预定值），称为为设定值值，常用用S表示示。（6）偏偏差：偏偏差理论论上应该该是被控控变量的的设定值值与实际际值之差差。但是是能够直直接获取取的是被被控变量量的测量量值信号号而不是是实际值值，因此此，通常常把给定定值与测测量值之之差称作作为偏差差，常用用e表示示。五、小结结、课后作业业布置