过程控制系统课程设计

课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化0905班指导教师：傅剑工作单位：自动化学院题目:锅炉汽包水位单冲量控制系统的设计初始条件锅炉汽包水位自动调节的任务是给水量与锅炉蒸发量相平衡，并维持汽包水位在工艺规定的范围内。汽包水位过高会影响汽水分离效果，水位过低则损坏锅炉。以汽包水位为控制量，以给水量为被控量。该对象的只要蒸汽负荷为扰动量，试设计一控制系统，使汽包水位维持在120㎝，稳态误差±0.4㎝，以满足生产要求。要求完成的主要任务:1、了解锅炉生产蒸汽工艺设备及其工作流程2、基于对象特点分析，绘制液位控制系统方案图3、确定系统所需检测元件、执行元件、控制器技术参数4、撰写系统调节原理及调节过程说明书5、锅炉汽包水位单冲量控制系统进行数值仿真6、总结课程设计的经验和收获时间安排1月14日选题、理解课题任务、要求1月15日方案设计1月16日-17日参数计算、撰写说明书1月18日答辩指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备，为确保安全，稳定生产，对锅炉的自动控制十分重要，其中汽包水位是一个非常重要的被控变量。锅炉是一个较为复杂的调节对象，为保证提供合格的蒸汽以适应负荷的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。汽包水位是锅炉运行的主要指标。保持的水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。因为水位过高，会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸气带水过多，使过热器管壁结垢并损坏，同时使过热蒸汽的温度急剧下降。如果该带液蒸汽被用户用来带汽轮机，将会损坏汽轮机的叶片。水位过低，由于汽包内的水量较少，而负荷很大时，水的汽化速度加快，来不及时加以控制，将使汽包内的水全部汽化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此必须对锅炉汽包水位进行严格控制.汽包水位自动调节的任务是给水量与锅炉蒸发量相平衡，并维持汽包水位在工艺规定的范围内。保持锅炉汽包水位在一定范围是锅炉稳定安全运行的主要指标。而本系统设计一种单冲量水位控制系统，能够很好补偿扰动产生的“假水位”现象，能很好的完成设计要求。关键字：汽包水位、单冲量、过程控制系统目录1.概述..................................................................................................................12.锅炉生产蒸汽工艺简述..................................................................................23.液位控制系统方案..........................................................................................33.1系统方框图.......................................................................................................................33.2系统方案图.......................................................................................................................34.控制系统的设计..............................................................................................54.1系统控制过程分析...........................................................................................................54.1.1系统平衡阶段分析.................................................................................................54.1.2系统抗扰动阶段分析.............................................................................................54.2单回路反馈控制系统.......................................................................................................64.3检测变送器的选择...........................................................................................................74.3.1选取原则.................................................................................................................74.3.2压差变送器.............................................................................................................74.4调节阀的选择...................................................................................................................84.5仪表性能指标的计算.......................................................................................................94.5.1精度.........................................................................................................................94.5.2灵敏度和灵敏性.....................................................................................................94.6调节器的选择.................................................................................................................104.7调节器作用方向的选择.................................................................................................104.8系统的投运和整定.........................................................................................................104.8.1系统的投运...........................................................................................................114.8.2简单控制系统的参数整定...................................................................................115.系统工作原理及调节过程简述....................................................................125.1当汽包液位下降时.........................................................................................................125.2当汽包液位上升时.....................................................................................................126.基于Matlab/Simulink的系统仿真...............................................................137.心得体会........................................................................................................15参考文献.................................................................................................................16武汉理工大学《调节仪表与过程控制系统》课程设计说明书1锅炉汽包水位单冲量控制系统设计1.概述在过程自动化技术出现之前，工厂操作员必须人工监测设备性能指标和产品质量，以确定生产设备处于最佳运行状态，而且必须在停机时才能实施各种维护，这降低了工厂运营效率，且无法保障操作安全。过程自动化技术可以简化这一过程。通过在工厂各个区域安装数千个传感器，过程自动化系统可以收集温度、压力和流速等数据，然后利用计算机对这些信息进行储存和分析，再用简洁明了的形式把处理后的数据显示到控制室的大屏幕上。操作人员只要观察大屏幕就可以监控整个工厂的每项设备。过程自动化系统除了能够采集和处理信息，还能自动调节各种设备，优化生产。在必要时，工厂操作员可以中止过程自动化系统，进行手动操作。工厂所有者希望他们的设备能以最低的成本生产最多的产品，而在石油、天然气和石化等多个行业，能源成本占总生产成本的30—50%。因此，通过过程自动化技术增效节能是降低生产成本的有效途径。对于过程自动化技术而言，计算机程序不仅能够监测和显示工厂的运行状况，还能模拟不同的运行模式，找到最佳策略以提高能效。这些程序的独特优势是能够“学习”和预测趋势，提高了对外界条件变化的响应速度。过程自动化系统中的软件和控制装置能够对设备进行调节，使其在最佳速度下运行，从而大大降低能耗。它们还能够确保质量的一致性，降低次品率，减少浪费。过程自动化系统还能预测何时需要对生产设备进行维护，从而减少了对设备进行常规检查的次数。常规检查次数的降低可以减少停止和重新启动机器所花费的时间和能源。过程控制系统分为多种，有简单控制系统和复杂控制系统，而复杂过程控制系统又可分为：串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统和均值控制系统等几种。在本次控制系统的选择中，因为设计题目要求是：锅炉汽包水位单冲量控制系统的设计，所以本着简单、实用的原则我把它设计成一个简单的单回路系统来满足题目要求。武汉理工大学《调节仪表与过程控制系统》课程设计说明书22.锅炉生产蒸汽工艺简述锅炉汽包水位系统流程如图2-1所示。汽包省煤器给水量G蒸汽流量D过热器受热面图2-1锅炉汽包水位系统流程水位控制系统的任务是使给水量与锅炉蒸发量