过程控制课程设计报告_Demon_S_Y

过程控制课程设计报告——锅炉设备控制系统一、课程设计目的：1.熟悉并熟练掌握组态王软件；2.通过组态王软件的使用，进一步掌握了解过程控制理论基础知识；3.了解典型工业生产过程(锅炉设备)的工艺流程和控制要求；4.加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，提高解决实际工程问题的能力；5.培养自主查找资料、收索信息的能力以及实践动手能力与合作精神。二、组态王简介：“组态王”是运行于MicrosoftWindows200/NT4.0.XP中文平台的中文界面软件，充分利用了windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，并且采用了多线程。COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠。“组态王”软件包括由工程浏览器(TouchExplorer)、工程管理器(Proj-Manager)和画面运行系统（TouchVew）三大部分组成。在工程浏览中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库构造、定义外部设备等工作；工程管理器中内嵌了画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统touchMak和运行系统touchVew来完成。三、锅炉设备的的控制原理及工艺流程：锅炉是过程工业中不可缺少的动力设备，它所产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥、蒸发等过程提供热源，而且，还可以作为风机、压缩机、泵类驱动透平的动力源。随着石油化学工业生产规模不断强化，生产设备不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高参数、高效率方向发展。为确保安全，稳定生产，对锅炉设备的自动控制就显得十分重要。为实现调节任务，将锅炉设备控制划分为若干个控制系统，主要控制系统有：（1）给水自动控制系统（即锅炉汽包水位的控制）操纵变量是给水流量，它主要考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许范围内。维持汽包中水位在给定范围内是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件，使锅炉正常运行的主要标志之一。由于锅炉是一个多输入、多输出、多回路、非线性的、相互关联的复杂控制系统，汽包液位控制与给水控制、蒸汽压力控制、送风控制、炉膛负压控制等有关。汽包水位在外界扰动作用下的变化过程与蒸汽流量D、补充给水量W、补充水温T、炉膛热负荷（燃料量M）、汽包蒸汽压力PD等参数有关，其中影响作用较大的主要是蒸汽流量D、炉膛热负荷（燃料量M）、补充给水量W。汽包液位控制分为三种：单冲量控制、双冲量控制、三冲量控制。（2）锅炉燃烧的自动控制有三个被控变量，蒸汽压力（或负荷）、烟气成分（反映燃烧经济性指标）和炉膛负压。而操纵变量亦有三个：燃料量、送风量和引风量。这三个被控变量和操纵变量互相关联，需要统筹兼顾，从而组成合适的燃烧系统控制方案，以满足燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要；保证燃烧的经济性和锅炉的安全性。炉膛负压保持在一定的范围内。第一个任务是维持汽压恒定。汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应，必须相应地改变燃料量，以改变锅炉的蒸汽量。第二个任务是保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时，必须相应地调节送风量，使它与燃料量相配合，保证燃烧过程有较高的经济性。第三个任务是调节引风量与送风量相配合，以保证炉膛压力不变。对于一台锅炉，燃烧过程的这三项调节任务是不可分隔的，对调节系统设计时应加以注意。（3）过热蒸汽系统的自动控制以过热蒸汽温度为被控变量，喷水量为操纵变量组成的温度控制系统，以使过热器出口温度保持在允许范围内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。控制方案选择：单回路控制方案：在运行过程中。改变减温水流量，实际上是改变过热器出口蒸汽的热焙，亦改变进口蒸汽温度，如下图所示。从动态特性上看，这种调节方法是最不理想的，但由于设备简单，因此，应用得最多。减温器有表面式和喷水式两种。减温器应尽可能地安装在靠近蒸汽出口处，但一定要考虑过热器材科的安全问题，这样能够获得较好的动态特蛀。但作为控制对象的过热器，由于管壁金属的热容量比较大，使之有较大的热惯性。加上管道较长有一定的传递滞后，如果用下图所示的控制系统，调节器接受过热器出口蒸汽温度t变化后，调节器才开始动作，去控制减温水流量w.w的变化又要经过一段时向才能影响到蒸汽温度t这样，既不能及早发现扰动，又不能及时反映控制的效果，将使蒸汽温度t发生不能允许的动态偏差。影响锅炉生产的安全和经济运行。M入口蒸汽过热器减温器调节器减温水出口蒸汽温度图2-1改变减温水量控制蒸汽温度系统实际中过热蒸汽控制系统常采用减温水流量作为操纵变量，但由于控制通道的时间常数及纯滞后均较大，组成单回路控制系统往往不能满足生产的要求。因此常采用串级控制系统，减温器出口温度为副参数，以提高对过热蒸汽温度的控制质量。串级控制方案：过热器出口蒸汽温度串级控制系统的方框图如下图所示。采用两级调节器，这两级调节器串在一起，各有其特殊任务，调节阀直接受调节器1的控制，而调节器1的给定值受到调节器2的控制，形成了特有的双闭环系统，由副调节器调节器和减温器出口温度形成的闭环称为副环。由主调节器和主信号—出口蒸汽温度，形成的闭环称为主环，可见副环是串在主环之中。M入口蒸汽过热器减温器调节器2减温水出口蒸汽温度调节器1温度变送器温度变送器图2-2过热蒸汽温度串级调节系统原理图调节器2称主调节器，调节器1称为副调节器。将过热器出口蒸汽温度调节器的输出信号，不是用来控制调节阀而是用来改变调节器2的给定值，起着最后校正作用。串级系统是一个双回路系统，实质上是把两个调节器串接起来，通过它们的协调工作，使一个被控量准确地保持为给定值。通常串级系统副环的对象惯性小，工作频率高，而主环惯性大，工作频率低。为了提高系统的控制性能，希望主副环的工作频率相差三倍以上，以免频率相近时发生共振现象面破坏正常工作。串级控制系统可以看作一个闭合的副回路代替了原来的一部分对象，起了改善对象特征的作用。除了克服落在副环内的扰动外，还提高了系统的工作频率，加快过渡过程。串级控制由于副环的存在，改善了对象的特性，使等效副对象的时间常数减小，系统的工作频率提高。同时，由于串级系统具有主、副两只控制器，使控制器的总放大倍数增大，系统的抗干扰能力增强，因此，一般来说串级控制系统的控制质量要比单回路控制系统高。四、工程建立：设计思路：首先，一打开运行，就是进入首页，点击“锅炉控制”进入主界面，动作之前，先要给定“水位设定值”，然后点击自动按钮，就可以观察实时曲线；也可以将开关打到手动状态进行手动控制。设计过程：（一）首先建立工程“锅炉控制”，进入画面界面，点击新建工程画面，进入开发系统界面，确定背景属性，打开工具栏，使用图库（快捷键F2）创建所需的器件：锅炉汽包、炉膛、各种阀门等；并设计水流的动态表示；（二）设置串口；（三）然后打开数据词典，定义所需的变量，注意其变量类型及其后续设置；（四）接下来就是动画连接，双击画面上的器件，输入变量，或点击“？”进入变量浏览器选择所需变量，当设定完成后，进入工程浏览器双击“应用程序命令语言”输入控制程序。工程创建过程的截图显示：（一）系统变量定义：图1..数据词典-变量集合（二）动画连接：图2.动画连接（三）图形界面的设计：图3.控制界面（四）自动运行结果：（设定值为30时）（五）手动控制运行结果：图五.手动控制运行五、系统软件编译：if(\\本站点\手自动转换开关==0){if(\\本站点\给水阀==1){\\本站点\汽包水位=\\本站点\汽包水位+1;\\本站点\给水流量=\\本站点\给水流量+1;}else{\\本站点\给水流量=0;}if((\\本站点\空气阀==1)&&(\\本站点\燃料阀==1)){\\本站点\燃料流量=\\本站点\燃料流量+1;\\本站点\空气流量=\\本站点\空气流量+1;\\本站点\炉膛压力=\\本站点\炉膛压力-1;}else{\\本站点\空气流量=0;\\本站点\燃料流量=0;\\本站点\炉膛压力=99;}if((\\本站点\饱和蒸汽阀==1)&&(\\本站点\过热蒸汽阀==1)&&(\\本站点\给水阀==0)){\\本站点\饱和蒸汽流量=\\本站点\饱和蒸汽流量+1;\\本站点\饱和蒸汽温度=\\本站点\饱和蒸汽温度+1;\\本站点\饱和蒸汽压力=20;\\本站点\过热蒸汽温度=\\本站点\过热蒸汽温度+1;\\本站点\过热蒸汽压力=20;\\本站点\汽包水位=\\本站点\汽包水位-1;}if((\\本站点\饱和蒸汽阀==1)&&(\\本站点\过热蒸汽阀==1)){\\本站点\饱和蒸汽流量=\\本站点\饱和蒸汽流量+1;\\本站点\饱和蒸汽温度=\\本站点\饱和蒸汽温度+1;\\本站点\饱和蒸汽压力=20;\\本站点\过热蒸汽温度=\\本站点\过热蒸汽温度+1;\\本站点\过热蒸汽压力=20;}elseif((\\本站点\饱和蒸汽阀==1)&&(\\本站点\过热蒸汽阀==0)){\\本站点\过热蒸汽压力=10;\\本站点\饱和蒸汽压力=10;\\本站点\过热蒸汽温度=20;\\本站点\饱和蒸汽温度=\\本站点\饱和蒸汽温度+1;}elseif((\\本站点\饱和蒸汽阀==0)&&(\\本站点\过热蒸汽阀==1)){\\本站点\饱和蒸汽流量=0;\\本站点\饱和蒸汽温度=20;\\本站点\饱和蒸汽压力=10;\\本站点\过热蒸汽温度=20;\\本站点\过热蒸汽压力=10;}if(\\本站点\汽包水位=80){\\本站点\汽包水位=\\本站点\汽包水位-1;\\本站点\给水阀=0;}}else{if(\\本站点\汽包水位\\本站点\汽包水位设定){\\本站点\汽包水位=\\本站点\汽包水位+1;\\本站点\给水流量=\\本站点\给水流量+1;\\本站点\给水阀=1;\\本站点\给水流量=\\本站点\给水流量+1;\\本站点\饱和蒸汽阀=0;\\本站点\过热蒸汽阀=0;}elseif(\\本站点\汽包水位\\本站点\汽包水位设定){\\本站点\过热蒸汽阀=1;\\本站点\饱和蒸汽阀=1;\\本站点\给水阀=0;\\本站点\给水流量=0;\\本站点\汽包水位=\\本站点\汽包水位-1;}elseif(\\本站点\汽包水位设定==\\本站点\汽包水位){\\本站点\过热蒸汽阀=1;\\本站点\饱和蒸汽阀=1;\\本站点\给水流量=20;\\本站点\汽包水位=\\本站点\汽包水位+1;\\本站点\给水阀=1;}if(\\本站点\汽包水位=10){\\本站点\燃料阀=1;\\本站点\空气阀=1;\\本站点\空气流量=\\本站点\空气流量+1;\\本站点\燃料流量=\\本站点\燃料流量+1;\\本站点\炉膛压力=\\本站点\炉膛压力-1;}else{\\本站点\空气流量=0;\\本站点\燃料流量=0;\\本站点\燃料阀=0;\\本站点\空气阀=0;}}六、课程设计感想：通过这次课程设计，我们熟练掌握了组态王软件6.52版的使用。使我对组态软件有了更深刻的理解，特别是组态王软件的应用、组态王软件的系统开发过程。在画面加工上做的更美观，立体感更强。使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。相信以后在使用组态软件设计能够更全面，设计出更方便的实现监控和控制的功能，同时让我在使用编程技巧的熟悉度向前迈了一大步。七、参考文献：《过程控制工程》孙洪程李大宇翁维勤编著高等教育出版社出版《可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术》郭宗仁吴弈锋郭宁明编著人民邮电出版社出版《组态软件控制技术》覃贵礼吴尚庆编著北京理工大学出版社出版《过程控制》金以慧编著清华大学出版社出版