锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真

xxxx大学

本科生课程设计论文

题 目：锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真

学生姓名：

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指导教师：

间： 2013年12月8日

时

内蒙古科技大学课程设计任务书

xxxxx 大学课程设计论文

五、评分标准 课程设计成绩评定依据包括以下几点：1)工作态度(占 10%) ;2)基本技能的掌握程度 (占 20%) 3)方案的设计是否可行和优化(40%); ; 4)课程设计技术设计书编写水平(占 30%)。 分为优、良、中、合格、不合格五个等级。 考核方式：设计期间教师现场检查；评阅设计报告。

六、建议参考资料 1、 《控制系统数字仿真与 CAD》 ,李国勇，电子工业出版社，2011 年 1 月第 2 版 2、 《过程控制系统的 Matlab 仿真》,刘文定，机械工业出版社，2009 年 2 月第 1 版

II

目录

第一章 汽包水位控制的概述 .................................................................................................... - 1 -

1.1 锅炉汽包水位的动态特性 ........................................................................................... - 1 -

1.1.1 给水流量W对汽包水位H的影响 ................................................................. - 1 -

1.1.2汽包水位在蒸汽流量D扰动下的影响 ............................................................ - 2 -

第二章 三冲量串级给水控制系统设计 .................................................................................... - 4 -

2.1 单冲量水位控制系统的介绍 ....................................................................................... - 4 -

2.2 双冲量水位控制系统的介绍 ....................................................................................... - 5 -

2.3 三冲量汽包水位控制原理 ........................................................................................... - 5 -

2.3.1 三冲量控制方案之一 ........................................................................................ - 5 -

2.3.2三冲量控制方案之二 ......................................................................................... - 7 -

2.3.3三冲量控制方案之三 ......................................................................................... - 8 -

第三章 汽包三冲量控制算法的MATLAB仿真设计 ........................................................... - 10 -

3.1 控制系统模型图的绘制 ............................................................................................. - 10 -

3.1.1 Simulink模块的调用 ....................................................................................... - 10 -

3.1.2 PID子系统的建立以及封装 ........................................................................... - 10 -

3.2 PID控制器的参数整定 .............................................................................................. - 12 -

第四章 总结 .............................................................................................................................. - 15 - 参考文献.................................................................................................................................... - 16 -

第一章 汽包水位控制的概述

在锅炉控制工艺中，保持汽包水位在一定范围内是锅炉稳定运行的重要指标。 炉膛负压保持在一定范围内。如果水位过低，则由于汽包内的水量较少，而负荷却很大，水的汽化速度又快，因而汽包内的水量变化速度很快，如不及时控制，就会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉烧坏或爆炸；水位过高会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带水现象，会使过热器管壁结构导致破坏。

汽包水位控制的任务是使锅炉给水量始终跟着蒸发量，维持汽包水位在锅炉生产允许的范围内。汽包及蒸发管储存着蒸汽和水，储存量的多少，是以被控制量水位表征的，通常情况下汽包的流入量是给水量，流出量是蒸汽量，当给水量等于蒸汽量时，汽包水位就恒定不变。引起水位变化的主要扰动式蒸汽流量和给水量的变化。当蒸汽流量突然增大，汽包压力将急剧下降，饱和水将快速蒸发，使得饱和水中产生大量的汽包致使水位上升，而此时给水量并没有增加。这就是锅炉的“虚假水位”现象，此时的水位并不能代表锅炉中水位真实情况。因此，我们有必要对汽包的水位进行控制，将其严格控制在规定的范围内。

1.1 锅炉汽包水位的动态特性

锅炉汽水系统如图所示，锅炉在运行的过程中，由于负荷、燃烧状况、给水流量等诸多干扰因素的影响；所以锅炉汽包水位是经常变化的。其中影响汽包水位的主要因素有：

（1）来自给水管道和给水泵方面的压力，包括给水压力以及调节阀开度等的变化；

（2）来自蒸汽负荷的扰动，包括主蒸汽调节阀开度、蒸汽管道阻力等的变化。分析汽包水位的动态特性，确定给水自动控制系统设时如何考虑这些扰动因素，是设计给水自动控制系统的主要依据。

1.1.1 给水流量W对汽包水位H的影响

汽包水位在给水流量W扰动下的动态特性给水流量W的扰动是影响汽包水位

的主要因素，它来自控制侧，属于内部扰动。给水流量W作阶跃变化时，锅炉的水位H变化的阶跃响应曲线如图1.1所示。

H

图1.1 给水流量扰动下水位的阶跃响应曲线

图中当给水量增大时，由于给水温度必然低于锅炉内的汽包饱和水温度，所以需要从饱和水中吸取一部分的热量，因此导致汽包内液体温度的下降，进而使水位下的气泡减少。只有在水位下气泡容积变化达到平衡后，管道给水量的增加才与水位成正比例地增大。在图1.1中阶跃响应曲线的初始阶段中，水位的增加比较缓慢，可用实验特性来近似描述，因为当给水量的突变使得汽包水位经过一定的时间滞后才会增加，所以用来表示滞后时间。

根据上面的分析，若给水温度过低，则从饱和水中吸收的热量要多些，所以时间滞后也会相应的变得大一些。

1.1.2汽包水位在蒸汽流量D扰动下的影响

蒸汽流量D的扰动主要来自汽轮发电机组功率或外界用汽负荷的变化，属于外部扰动，所以汽包水位在外部蒸汽流量干扰下变化的阶跃响应曲线如图1.2所示。

图1.2 蒸汽流量扰动下水位的阶跃响应曲线

当负荷设备的用汽量突然增加时，单从物料不平衡的角度考虑，汽包中的蒸发量大于给水量，汽包水位的变化应如图1.2中H1所示直线下降。但实际显示出的水位变化如图1.2中H所示水位不但不下降，反而迅速上升，这就是我们常说的“虚假水位”现象。这种情况是由于当炉的蒸发量突然增加时，瞬间导致汽包压力下降，沸腾加剧，水面下的汽泡容积增加得很快，汽包水位上升，当汽泡容积与负荷相适应达到稳定后，水位就随物的不平衡关系的变化而开始下降。其中H2曲线代表着水面下汽泡容积的增加而使水位的变化，实际的液位变化曲线H相当于是H1和H2合 …… 此处隐藏：6785字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……