火电厂锅炉给水控制系统课程设计.docxVIP

科技学院

课程设计报告

(2016--2017年度第2学期)

名称：计算机控制技术与系统

题目：火电厂锅炉给水控制系统设计

院系：动力工程系

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

设计周数：1周

成绩：

日期：2017年7月7日

一、锅炉给水系统的国内外应用发展概述

锅炉是能量转换的重要设备，能提供热水或蒸汽，广泛应用于工业生产及生活取暖等各个方面。由于我国经济的不断发展和人们生活水平的不断提高，对能源的需求量不断加大，锅炉的台数也不断增加。锅炉运行状况的好坏直接影响到能源利用率的高低，其中锅炉的自动化水平是影响锅炉工作状况的重要因素之一。改善锅炉的自动化控制策略不仅能提高锅炉的自动化水平，还能有效地节约资源，从而节省大量的人力物力。具体来讲，提高锅炉自动化控制水平的意义在于：

提高锅炉运行的经济性；

提高锅炉运行的安全性；

减少运行人员，提高劳动生产率；

(4)改善劳动条件。

锅炉汽包水位的控制在锅炉的自动化控制中是非常重要的，在锅炉的蒸汽产量、品质及降低能耗、安全生产等方面起着重要的作用。汽包水位是锅炉正常运行的重要指标之一。水位过高，汽水分离装置的正常工作就会受到破坏，严重时会导致蒸汽带水增多，增加过热器管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，水循环遭到破坏，引起冷壁管的破裂，严重时易烧干锅，损坏汽包。由此可见，提高锅炉汽包水位自动控制水平是刻不容缓的问题，这对减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行具有重要的意义。

二、课程设计目的与要求

1.目的：汽包水位是锅炉运行中一个非常重要的被控变量，保证水位在给定范围内对整个机组运行的安全性有重要意义，通过分析锅炉给水系统的控制任务和汽包水位的动态特性，以及常用的控制方案，提出基于AT89S51单片机的水位控制系统，并根据控制要求设计软件方案。通过对水位的实时监控和调节，将汽包水位控制在工艺允许的范围之内。

2.要求：本系统要求控制精度高，可操作性强，安全性高。

H——实际水位的响应曲线；

H1——仅考虑锅炉贮水量变化的水位响应曲线；

H2——仅考虑锅炉内工质容积溶剂变化引起的水位变化曲线。

（2）蒸汽流量D作用下的水位特性

由响应曲线图3可知，水位的特性有两部分叠加而成：H=H1+H2.。

其传递函数为：

其中：K2——H2的放大倍数T2——H2的时间常数

图3蒸汽流量D作用下的水位特性

H——实际水位的响应曲线；

H1——仅考虑锅炉贮水量变化的水位响应曲线；

H2——仅考虑锅炉内工质容积溶剂变化引起的水位变化曲线。

2.2.2给水控制方案

由于“虚假水位”现象存在，所以我们选择采用的是三冲量串级给水控制系统设计。

图4锅炉汽包给水控制图原理图

由图4所示，该系统由两个闭合回路构成：

(1)由给水量W、给水流量变送器αW、调节阀和控制器构成了内回路；

(2)内回路与汽包对象G1(S)构成了主回路。在不影响闭合回路工作稳定性的前提

下，为了改善调节质量，在闭合回路外引入了对象G2(S)、分流器αD与蒸汽流量D

图5串级三冲量给水控制系统原理方框图

如图5所示，控制系统由两个闭合回路及前馈调节部分组成。WD1(s)表示主回路中的调节对象、γH是水位测量变送器、WT1(s)是主调节器;G是副回路的给水流量、γG是给水流量变送器、nG是给水流量信号分压系数、WT2(s)是副调节器、KZ是执行器、Kf是调节阀;D是前馈部分蒸汽流量信号、γD蒸汽流量变送器、nD蒸汽流量信号的分压系数。

克服虚假水位：

为克服虚假水位现象,在单冲量原有的控制方式添加主蒸汽流量D作为前馈信号,使得该系统可根据扰动优先控制适当调整蒸汽流量,从而减小“虚假水位”的作用,提高控制效率,改善蒸汽负荷扰动下的水位控制品质。串级三冲量通过两个调节器来完成对汽包水位的控制,主调节器采用比例积分控制系统,直接控制汽包水位使其保持在规定值;副调节器采用比例控制系统,保证副调节回路的快速性。主调节器的输出信号和给水流量信号、蒸汽流量反馈信号都作用到副调节器，副调节器的输出则作用至给水调节阀