锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真课程设计

1、内蒙古科技大学本科课程设计论文标题：锅炉汽包水位三冲量控制系统模拟学生名称：xxxx学号：xxxx专业人员：xxxx类别：xxxx讲师：lex时间：2013年十二月八日目录第一章汽包水位控制概述21.1锅炉汽包水位动态特性31.1.1供水流量w对汽包水位h的影响31.1.2蒸汽流量d扰动下汽包水位的影响4第二章三冲量梯级供水控制系统设计52.1单脉冲水位控制系统简介52.2双冲量水位控制系统简介62.3 3 3冲击鼓水位控制原理62.3.1 3冲量控制节目之一72.3.2 3冲量控制节目bis 82.3.3 3冲量控制节目中的3-9第三章鼓3冲量控制算法MATLAB模拟设计113.1绘制控制系

2、统模型图表113.1.1调用Simulink模块113.1.2 PID子系统构建和软件包113.2 PID控制器参数调整13第四章摘要16工具书17第一章汽包水位控制概述锅炉控制工艺中保持汽包水位在一定范围内是锅炉稳定运行的重要指标。炉子的负压保持在一定的范围内。水位太低，鼓里的数量少，负荷大，水的汽化速度快，鼓里的水变化速度很快。如果不及时控制，鼓里的水可能全部汽化，锅炉燃烧或爆炸。水位过高会影响鼓的汽水分离，发生蒸汽台水现象，导致过热器管壁结构破坏。汽包水位控制的任务是确保锅炉供水量总是沿着蒸发量在锅炉生产的允许范围内保持汽包水位。滚筒和蒸发管储存蒸汽和水，储藏量用控制水位表示，一般来说，

3、滚筒的流入量为供水量，流出量为蒸发量，与水的杨怡蒸发量相同时，汽包水位保持不变。引起水位变化的主要扰动式蒸汽流量和供水量的变化。蒸汽流量突然增加，滚筒压力急剧下降，饱和水迅速蒸发，饱和水产生大量滚筒，水位上升，此时供水量没有增加。(David aser，Northern Exposure，美国电视电视剧，蒸汽名言)这是锅炉的“虚卫”现象，此时水位并不表示锅炉的水位实际情况。因此，我们需要控制鼓的水位，并在规定的范围内严格控制它。1.1锅炉汽包水位的动态特性锅炉汽水系统在锅炉运行时，会受到负荷、燃烧状态、供水流量等诸多干扰因素的影响，如图所示。因此，锅炉汽包水位经常变化。影响汽包水位的主要因素包

4、括：(1)供水管道和给水泵的压力(供水压力和调节阀开度等)(2)蒸汽负荷的扰动，包括主蒸汽调节阀开度、蒸汽管道电阻等变化。分析汽包水位的动态特性，确定设置供水自动控制系统时考虑这些扰动的方法，是设计供水自动控制系统的主要依据。供水流量w对1.1.1汽包水位h的影响在供水流量W的扰动下，汽包水位的动态特性供水流量W的扰动是影响来自控制侧的汽包水位的主要因素，属于内部扰动。给水流量W进行阶段变更时锅炉水位H变化的阶段响应曲线如图1.1所示。图1.1给水流量扰动下水位的阶跃响应曲线图中，由于供水量的增加，供水温度必须低于锅炉内的汽包饱和水温度，因此必须从饱和水中吸收一些热量，因此汽包内的液体温度下降

5、，水位下的气泡减少。水位处气泡容积变化达到平衡后，管道供水量的增加与水位成比例增加。在图1.1中，阶段响应曲线的初始阶段，水位增加缓慢，由于水的突变，汽包水位增加到一定时间延迟，因此可以使用实验特性进行粗略说明。因此，它用于表示等待时间。根据上述分析，供水温度过低，从饱和水中吸收的热量更多，因此时间延迟也相应增大。蒸汽流量d扰动下1.1.2汽包水位的影响蒸汽流量D的扰动主要来自汽轮发电机功率或外部蒸汽负荷的变化，属于外部扰动，因此在外部蒸汽流量干扰下，鼓水位变化的阶段响应曲线如图1.2所示。图1.2蒸汽流量扰动下水位的阶跃响应曲线如果负荷设备的容积突然增加，仅从材料不平衡的角度来看，滚筒的蒸发

6、量大于供水量，滚筒水位的变化必须直线下降，如图1.2的H1所示。David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧，下属)，但实际出现的水位变化没有图1.2中H所示的水位下降，反而上升得很快，这就是我们常说的“假水位”现象。这是因为炉子的蒸发量突然增加，瞬间滚筒压力下降，沸腾，水面下气泡体积迅速增加，汽包水位上升，气泡体积稳定，水位开始随着物体不平衡关系的变化而下降。其中，H2曲线表示水位的变化，因为水面下气泡体积的增加，实际水位变化曲线H等于H1和H2合成。蒸汽流量突然减少，水位变化首先下降，然后上升。在实际工业锅炉中，虚假水位的变化幅度与锅炉规模直接相关。例如，一般1

7、00-300T/H高压锅炉的负荷变化10%时，虚假水位在30-40mm左右，应在实际控制方案中考虑。第二章三冲量梯级供水控制系统设计设计锅炉汽包水位控制系统时，变量为汽包水位，操作变量为管道给水流量。主要干涉变量有四个：(1)供水方面的干涉。供水压力、减温器控制阀开度变化等。(2)蒸汽使用量的干扰。包括管道阻力变化、负荷设备控制阀开放度的变化等。(3)燃料量的干扰。包括燃料热值、燃料压力、水分含量。(4)滚筒压力变化。通过滚筒内部汽水系统，在压力上升时，通过自适应和压力减少时的自蒸发影响水位。2.1单冲量水位控制系统简介汽包水位控制系统的操作变量是供水量，可以配置单冲床控制系统，如图所示。单脉

8、冲水位控制系统是唯一的控制信号，即水位测量测量信号通过发射器传送到水位调节器，调节器基于汽包水位测量值和给定值的偏差。调节供水调节阀，改变供水量，使汽包水位在允许范围内。单脉冲水位控制系统系统是汽包水位控制系统中最简单、最基本的形式。牙齿控制系统结构简单，汽包内水的停留时间长，负荷变化小的小型锅炉，单冲水位控制系统可以保证系统的有效运行。但是，停留时间短、负荷变化大的情况下，不能使用单冲水位控制系统。原因如下：负荷变化时发生的“虚卫之上”，使调节器反向运动不正确。也就是说，随着负荷的增加，调节器不能打开大的供水阀门的狗，增加水量，也不能关闭小的供水调节阀，闪光的汽化下沉，水位严重下降，波动严重

9、，动态质量很差，严重的时候甚至会将汽包水位降低到危险程度，从而引发事故。负荷变化，控制作用缓慢。即使“假水位”现象不严重，也要有从负荷变化到水位下降的过程，从水位变化到阀门动作都落后一段时间。水位过程的时间常数很小，偏差会相当明显。因此，如果停留时间短，负荷波动大，这种系统就不合适，水位也不合适。不能保证。但是小型锅炉的汽包停留时间较长，因此蒸汽负荷发生变化时是假的水位现象不太明显，因为与一些连锁报警装置一起可以确保安全运行，所以被采用这种单体控制系统仍然可以满足生产的要求。2.2双冲量水位控制系统简介汽包水位控制系统中最重要的干扰是蒸汽负荷的变化。引入蒸汽流量起到补偿作用，可以纠正虚假水位引

10、起的误动，及时启动控制阀，减少水位的波动，提高控制质量。图中显示了双冲量控制系统的结构图。这是前馈和单回路反馈控制的负载控制系统。但是双冲量控制系统也有弱点。因为控制阀的工作特性难以进行静态补偿，牙齿系统无法克服供水系统的干扰。因此，我们必须将水流信号引入双冲量控制系统，建立三冲量水位控制系统。2.3 3 3冲击鼓水位控制原理在三冲控制中，串行系统主、辅助控制器的任务不同，辅助控制器的任务不同，辅助控制器的任务不同，辅助控制器快速调整供水流量，消除供水压力波动等引起的供水流量扰动和蒸汽负荷变化，确保供水流量和蒸汽流量平衡。主控制器的任务是修正汽包水位的偏差。这样，在负荷变化时，汽包水位稳定值由

11、主控制器保持，目标根据外部扰动虚位数以上的程度相应地加强蒸汽流量信号的作用强度，从而改变负荷变化的水位控制质量。此外，牙齿控制系统可以在工艺允许范围内有效地保持汽包水位，有效地克服系统的“假水位”现象。我们在设计三冲控制系统的时候设计了三个茄子控制方案，下面我们逐一分析牙齿三个茄子控制方案。2.3.1 3冲量控制节目之一如图2.1所示，引入供水流量信号的三冲量水位控制系统将汽包水位作为主控制变量，将供水流量作为辅助控制变量串行控制系统和蒸汽流量作为前馈信号的前馈-串行控制系统。图2.1情景2中的3冲量水位控制系统电路图根据原理图，可以绘制方案1的控制系统，如图2.2所示。在图2.2的主电路中，

12、可以看到，当辅助回路近似成比例链路时，主电路等同于单回路控制系统，主控制器一般使用比例积分控制，参数调整仍然按照单回路系统的方法保持。图2.2情景1中的三冲量水位控制系统块图表2.3.2 3冲量控制节目bis牙齿方案是将蒸汽信号、供水流量和汽包水位信号一起传递的加法器，如下图2.3所示。加法器输出作为控制器的测量信号，构成了使用单控制器的三个茄子刺激的控制系统。图2.3情景2中的3冲量水位控制系统电路图在牙齿过程中，主控制器使用100%比例的缩放曹征控制器，而辅助控制器是供水控制器。前馈控制蒸汽流控制，辅助控制器和前馈控制器的比利系数分别设置为alpha W和alpha D。汽包水位控制器的测

13、量值是蒸汽流量信号、供水流量信号和汽包水位信号的对数，因为供水流量和蒸汽流量达到物料平衡，控制器积分作用时水位会达到无余差。但是，一般来说，实施牙齿控制体系的水位有余差。图2.4情景2中的三冲量水位控制系统块图表2.3.3 3冲量控制节目3为了使水位不足，将水位控制器加向前移动，构建牙齿方案，如图所示。在牙齿控制方案中，水位控制器输出信号、蒸汽流信号、供水流信号传输加法器、加法器输出传输到供水控制阀。在牙齿方案中，主控制器是水位控制器，次控制器是缩放曹征控制器，缩放比例为100%。水位控制器测量是汽包水位信号，因此如果水位控制器起到积分控制的作用，就可以达到汽包水位的裕度曹征要求。方案3的控制

14、系统原理图和方块图分别见下面的图2.5和2.6。图2.5情景3中的三冲量水位控制系统电路图图2.6情景3中的三冲量水位控制系统块图表在设计三冲激锅炉汽包水位控制系统之前，还设计了单、双冲激汽包水位控制系统。两种控制系统都有缺陷，最终使用了三冲激控制系统。第三章鼓三冲量控制算法MATLAB模拟设计我们设计的是锅炉汽包水位3冲击控制系统模拟设计，所以牙齿章节的内容都与仿真有关。我们使用的MATLAB模拟软件Simulink是用于动态系统建模、模拟和分析的软件包。牙齿铅笔包是传统软件，可以像在纸上绘制系统的方块图一样简单地完成任务，还可以在设计的示波器内获得模拟结果。3.1绘制控制系统模型图表根据前

15、面章节中提到的鼓式三冲水位控制系统的原理图，在MATLAB模拟软件期间，可以使用Simulink软件设计制作控制系统的模型图。首先打开MATLAB模拟软件，找到菜单栏上的Simulink图标，然后在单击鼠标左键后弹出“Simulink库浏览窗口”(Simulink Library Browser)牙齿。然后，通过单击“档案”菜单上的“新建”为模型创建新的剪辑窗口，可以在牙齿窗口中绘制系统的方形图。3.1.1调用Simulink模块根据上一节中介绍的控制系统框图，我们主要使用的模块库主要是Continuous(连续模块库)、Math(数学模块库)、Sources(输入源模块库)、Sinks(接收

16、器模块库)，主要使用Add，然后可以调用这些模块并连接它们。设计模型图时，我们创建的系统包含PID控制器的模块，因此必须通过菜单方法构建PID系统。牙齿子系统便于以后设置和调整PID参数。3.1.2构建和封装PID子系统已知PID控制器模块组表示设计PID控制器(如下图所示)的模块组作为子系统的步骤如下：(1)在鼠标选择图3.1子系统的图1中，使用虚线框的全部内容后，执行EditCreat Subsystem命令将生成显示的子系统模块的格式。 图3.1 PID控制器子系统(2)使用鼠标右键单击单击子系统模块的标题“Subsystem”，然后输入“PID Controller”文字，图片将变为图3.1中的图。设计子系统后，我们可以封装它。鼠标单击选定的PID控制器子系统后，选择EditMask system命令，将出现软件包子系统编辑器对话框，如图所示。包的主要步骤如下：填写参数页填写图标页。(3)创