锅炉汽包水位控制系统设计 毕业论文.doc 47页

'河南城建学院本科毕业设计(论文)目录锅炉汽包水位控制系统设计毕业论文目录摘要………………………………………………………….ⅠABSTRACT………………………………………………….Ⅱ1绪论11.1汽包水位控制系统的发展现状11.2汽包水位调节的任务21.3本设计的主要工作22控制方案设计32.1虚假水位的形成及对策32.2汽包水位的影响因素42.3汽包水位的控制方案设计63硬件选型143.1PLC及相关模块选型143.2电机的选型143.3变频器的选型153.4水位传感器的选型153.5流量传感器的选型163.6接触器的选型173.7熔断器的选型173.8功率三极管的选型183.9变压器的选型183.10设备清单194硬件设计20IV 河南城建学院本科毕业设计(论文)目录4.1系统总体线路设计204.2控制线路设计225参数整定与仿真245.1PID算法简介245.2三冲量控制系统参数整定245.3三冲量控制系统仿真分析306软件设计346.1程序流程设计346.2GXDeveloper程序设计36结束语42参考文献43致谢44附录锅炉汽包水位控制系统原理图45IV 河南城建学院本科毕业设计(论文)1绪论1绪论1.1汽包水位控制系统的发展现状蒸汽锅炉是企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽产品，以满足负荷的需要。锅炉是一个十分复杂的控制对象，为保证提供合格的蒸汽产品以适应负荷的需要，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。保持锅炉汽包水位在正常范围内是锅炉运行的一项重要的安全性能指标，由于负荷、燃烧状况及给水流量等因素的变化，汽包水位会经常发生变化[1]。因此锅炉汽包水位应当根据设备的运行状况进行实时调节加以严格控制以保证锅炉的安全运行。工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量使其与蒸发量保持动态平衡，维持汽包水位在工艺允许的范围内，是保证锅炉安全生产运行的必要条件，锅炉汽包水位也是锅炉运行中一个重要的监控参数，它间接地体现了锅炉负荷和给水之间的平衡关系。传统的控制方法是以各种分立器件的应用为基础，利用各种检测器件对被控参数实时进行检测并反馈给控制器件，再根据自动控制理论的有关算法完成相应的运算并驱动调节机构完成相应的动作，从而达到自动控制的目的。但是这种控制方式受分立器件的性能影响大，系统各部分之间影响较大，自动化水平不高，控制效果并非十分理想，而且容易出现故障。现在广泛使用的控制技术还有DCS集散控制系统[2]，但由于DCS系统适合有多个控制回路同时工作的复杂系统，而且集散控制系统往往价格昂贵，对于像汽包水位这样的控制系统来说性价比太高，因此对于汽包水位控制系统来说并非理想的选择。PLC是70年代发展起来的中大规模的控制器，是集CPU、RAM、ROM、I/O接口与中断系统于一体的器件[3]，已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各种行业。随着计算机在操作系统、应用软件、通信能力上的飞速发展，大大增强了PLC通信能力，丰富了PLC编程软件和编程技巧，增强了PLC过程控制能力。因此，无论是单机还是多机控制、生产流水线控制及过程控制都可以采用PLC技术。PLC控制锅炉技术是近年来开发的一项新技术。它是PLC软、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物。作为锅炉控制装置，其主要任务是保证锅炉的安全、稳定、经济运行，减轻操作人员的劳动强度。采用PLC控制技术，能实现对锅炉运行过程的自动检测、自动控制等多项功能。它的被控量是汽包水位，而调节量则是汽包给水流量，通过对汽包水位的实时检测并进行反馈，PLC对反馈信号和给定信号进行比较，2 河南城建学院本科毕业设计(论文)1绪论然后根据控制算法对二者的偏差进行相应的运算，运算结果输出给执行机构从而实现给水流量的调节，使汽包内部的物料达到动态平衡，汽包水位变化在允许范围之内。1.2汽包水位调节的任务给水自动调节也叫水位自动调节，其主要任务是：(1)维持锅炉水位在允许的范围内，使锅炉的给水量适应于蒸发量。锅炉的水位是影响安全运行的重要因素。水位过高会影响汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增加，使过热器管壁和气轮机叶片结垢，造成事故。水位过低，则会破坏汽水正常循环，以致烧坏受热面。水位过高或过低，都是不允许的。所以，正常运行时汽包水位应在给定值的30mm上下范围波动。(2)保持给水量稳定。给水量稳定，有助于省煤器和给水管道的安全运行。实践证明，无论是电站锅炉，或者是工业锅炉，用人工操作调节水位，既不安全，也不经济，其最有效的方法是实现给水自动调节。1.3本设计的主要工作本次设计的主要工作有：（1）设计锅炉汽包水位控制方案从锅炉汽包水位的动态性能入手，分析影响锅炉汽包水位的主要因素，并对这些因素对锅炉汽包水位动态性能的影响进行理论研究。根据各个因素对锅炉汽包水位的影响采用汽包水位三冲量方案，达到控制锅炉汽包水位稳定的目的。（2）硬件设备的选型与设计根据所设计的控制方案合理地选择检测元件、执行机构和控制设备以及其它必要设备，并在此基础之上根据控制方案合理地进行硬件设计。为整个系统的实现以及稳定、可靠运行打下基础。（3）控制算法的参数整定与仿真根据被控对象的特点以及它的静态、动态特性按照工程整定的方法进行控制器的参数整定，设计调节器的各个参数。在此基础之上对整定结果进行仿真，并对整定结果进行进一步调整判断其可行性，为后续的软件设计工作打下基础。（4）PLC程序根据参数整定和仿真的结果利用相关软件进行PLC梯形图程序设计，最终实现控制算法。2 河南城建学院本科毕业设计(论文)2控制方案设计2控制方案设计锅炉是重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽，以满足负荷的需要。汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，如果水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。如果水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包锅炉。所以锅炉汽包水位过高过低都可能造成重大事故。在锅炉汽包水位控制系统中被控量是汽包水位，而调节量则是给水流量，通过对给水流量的调节,使汽包内部的物料达到动态平衡状态，从而使汽包水位的变化在允许范围之内，保证锅炉的安全运行，生产出合格稳定的高质量蒸汽，以满足负荷的需要。本设计的锅炉选用DZL35-0.5-AⅡ型号的锅炉。它是一种单锅筒纵置式锅炉，主要燃料是Ⅱ类烟煤。它可以应用在电厂发电、化工厂、食品厂、大型厂矿、集中供热等方面。本设计控制锅炉的其它主要参数如表1.1所示：表2.1锅炉主要参数型号DZL35-0.5-AⅡ安装方式组装锅炉循环方式自然循环额定蒸发量35t/h额定水位300mm额定蒸汽压力0.5MP额定蒸汽温度194℃额定供水量35m3/h燃料消耗量3895.5kg/h额定给水温度20℃2.1虚假水位的形成及对策“虚假水位”是锅炉运行时不真实的水位。“虚假水位”的产生是由于当汽包压力突降时，炉水饱和温度下降到压力较低时的饱和温度，使炉水大量放出热量来进行蒸发。于是炉水内的汽泡增加，汽水混合物体积膨胀，使水位不是下降而是很快上升，形成“虚假水位”。当汽包压力突升时，则相应的饱和温度提高一部分热量被用于加热炉水，而用来蒸发炉水的热量则减少，炉水中汽泡量减少，使汽水混合物的体积收缩，使水位不是上升而是很快下降，形成“虚假水位”。此外当锅炉内热负荷增加或骤减时，水的比容将增大或减小，也会形成虚“假水位”。锅炉负荷突变、灭火、安全门动作、燃烧不稳时，都会产生“虚假水位”。在负荷突然变化时，汽压也相应变化，这时将会出现“虚假水位”。负荷变化速度越快，“虚假水位”13 河南城建学院本科毕业设计(论文)2控制方案设计越明显。如遇汽轮机甩负荷，汽压突然升高，水位将瞬时下降；运行中燃烧突然增强或减弱，引起汽泡量突然增大或减少，使水位瞬时升高或下降；安全阀起座时，由于压力突然下降，水位瞬时明显升高；锅炉灭火时，由于燃烧突然停止，锅水中汽泡产量迅速减少，水位也将瞬时下降。在输入端引入蒸汽流量信号，设置水位系统的前馈调节，于是当蒸汽流量增大时，给水量随之增大，给水量增多，水温又较低，有利于克服“虚假水位”的影响。2.2汽包水位的影响因素首先应该从分析汽包水位的动态特性入手。锅炉给水调节对象如图2.1所示。给水调节机构为变频器调节给水量W，汽轮机耗汽量D是由汽轮机阀门开度来控制的。图2.1锅炉给水调节对象初看起来，汽包水位的动态特性似乎和单容水槽一样，给水量和蒸汽流量影响汽包水位的高低[4]。但实际情况并非如此，最突出的一点就是水循环系统中充满了夹杂着大量蒸汽汽泡的水，而蒸汽泡的体积V是随着汽包压力和炉膛热负荷的变化而变化的。如果有某种原因使汽泡的总体积变化了，即使水循环系统的总水量没有发生变化，汽包水位也会因此随之发生改变从而影响水位的稳定。影响汽包水位H的主要因素有给水量W，汽轮机耗汽量D和燃料量B三个主要因素。（1）给水扰动的影响如果把汽包及其水循环系统看作一个单容水槽，那么水位的给水阶跃扰动响应曲线应该为图2.2所示的曲线H1所示。但考虑到给水的温度低于汽包内饱和的水温度，当它进入汽包后吸收了原有的饱和水中的一部分热量使得锅炉内部的蒸汽产量下降，水面以下的汽泡的总体积V也就会相应的减小，从而导致水位下降如图2.2所示的曲线H2所示。水位的实际响应曲线应是曲线H1和H2之和，如图2.2所示的曲线H所示。它是一个具有延迟时间的积分环节，水的过冷度越大则响应延迟时间就会越长。其传递函数可以近似表示为：13 河南城建学院本科毕业设计(论文)2控制方案设计(2.1)式2.1中表示汽包水位的飞升速度，表示延迟时间。图2.2给水扰动响应曲线（2）汽轮机耗汽量扰动的影响当汽轮机耗汽量D突然做阶跃增加时，一方面改变了汽包内的物质平衡状态，使汽包内液体蒸发量变大从而使水位下降，如图2.3所示的曲线H1所示，另一方面由于汽轮机耗汽量D的突然增加，将迫使锅炉内汽泡增多，同时由于燃料量维持不变，汽包压力下降，从而导致汽包水位上升，如图2.3所示曲线H2所示。水位的实际响应曲线应该是曲线H1和H2之和，如图2.3所示曲线H所示。对于大中型锅炉来说，后者的影响要大于前者，因此负荷做阶跃增加后的一段时间内会出现水位不但没有下降反而明显升高的现象，这种反常现象通常被称为“假水位现象”。可以认为这是一个惯性加积分环节，其传递函数可以近似的表示为：(2.2)式2.2中表示汽包水位对于蒸汽流量的飞升速度，表示“假水位现象”的延迟时间。图2.3汽轮机耗汽量扰动响应曲线13 河南城建学院本科毕业设计(论文)2控制方案设计（3）燃料量扰动的影响当燃料增加时，炉膛热负荷随着增加，水循环系统内的汽水混合物的气泡比例增加，形成水位升高的虚假现象.如图2.4中H1曲线所示.如果负荷设备的进气阀不加调节，则汽包饱和压力升高，蒸汽流出量增加，蒸发量大于给水量，水位应该下降。随着汽包压力的升高，汽水混合物中汽泡的比例将减小，又使得汽水总容积下降.如图2.4中H2曲线所示.水位的实际响应曲线应该是曲线H1和H2之和，如图2.4所示曲线H所示。由图知在燃料量扰动下，汽包水位也会因汽包容积的增加水位先上升，因此也会出现“虚假水位”现象，至蒸发量与燃料量相适应时，水位才开始下降，即经过了Tm时间后水位开始下降。但由于汽包水循环系统中有大量的水，汽包和水冷壁管道也会存储大量的热量，因此具有一定的热惯性。燃料量的增大只能使蒸汽量缓慢增大，而且同时汽压也会缓慢上升，它将使汽泡体积减小，因此燃料量扰动下的“假水位现象”比负荷扰动下要缓和的多。图2.4燃料量扰动响应曲线由以上分析可知道给水量扰动下的水位响应有迟滞性，负荷扰动下的水位响应有“假水位现象”。这些特性使得汽包水位的变化受到多种因素影响，因而对它的控制变得比较复杂和困难。2.3汽包水位的控制方案设计（1）单冲量控制系统从反馈的思想出发很容易想到以汽包水位信号作为反馈量，给水流量作为被控量，构成单回路反馈控制系统，即水位单冲量控制系统。如图2.5所示，这是一个基本的控制方案其方框图如图2.613 河南城建学院本科毕业设计(论文)2控制方案设计所示。对于小容量锅炉来说由于它的储水容量较大，水面以下的汽泡体积并不占有非常大的比重，因此水容积延迟和假水位现象并不是非常明显，因此可以采用汽包水位单冲量控制系统来控制汽包水位。但对于大中型锅炉来说这种控制方案就不能满足控制要求，因为汽轮机蒸汽量的负荷扰动引起的假水位现象将引起给水调节机构的误动作，导致汽包水位激烈的上下振荡而不稳定，严重的影响设备的运行寿命和安全，所以大中型锅炉不宜仅仅只采用汽包水位单冲量控制系统，必须寻找其他的解决办法来控制汽包水位。图2.5汽包水位单冲量控制系统液位给水流量给定液位给水流量调节器变频器汽包液位变送器电机图2.6汽包水位单冲量控制系统框图(2)随动控制系统如果从物质平衡的角度出发，只要能够保证给水量永远等于蒸汽蒸发量就可以保证汽包水位大致不变。因此可以采用图2.7所示的蒸汽流量随动控制系统，其中流量调节器采用PI调节器，使汽轮机的蒸汽量作为系统的给定使给水流量跟踪蒸汽流量的变化，构成了一个以蒸汽量作为给定的随动系统从而保证汽包水位的恒定。该方案的结构框图如图2.8所示。13 河南城建学院本科毕业设计(论文)2控制方案设计图2.7蒸汽流量随动控制系统给定液位液位给水流量蒸汽量变送器液位变送器给水量变送器变频器汽包电机图2.8蒸汽流量随动控制系统框图（3）双冲量控制系统采用该方案的优点是系统完全根据物质平衡条件工作，给水量的大小只取决于汽轮机的耗汽量，假水位现象不会引起给水调节机构的误动作。但是这个系统对于汽包水位来说只是开环控制系统。由于给水量和蒸汽量的测量不准确以及锅炉系统引入的其他扰动使得给水量和蒸汽量并非准确的比值关系而保持水位恒定。由于水位对于二者的偏差是积分关系，微小的偏差长时间积累也会形成很大的水位差，因此不宜采用随动控制系统。如果把以上所述两种方案结合起来，就构成了汽包水位双冲量控制系统如图2.9所示，其结构框图如图2.10所示。双冲量指的是同时引入两个测量信号：汽包水位和蒸汽流量。这个系统对以上所分析的两种方案取长补短，可以极大的提高汽包水位的控制质量。当汽轮机耗汽量出现阶跃增大时，一方面由于“假水位现象”汽包水位会暂时有所升高，将使调节机构做出误动作错误的减少给水量；另一方面汽轮机耗汽13 河南城建学院本科毕业设计(论文)2控制方案设计量的增大又通过比值控制系统指挥调节机构增大给水量，实际给水量的增减情况要根据实际情况通过参数整定来确定。当假水位现象消失后水位和蒸汽信号都能正确的指挥调节机构动作。只要参数整定合适，给水量必然等于蒸汽量从而保证水位恒定。图2.9汽包水位双冲量控制系统液位液位调节器给水流量调节器变频器汽包液位变送器前馈调节器蒸汽流量变送器蒸汽管道给定液位蒸汽流量电机图2.10汽包水位双冲量控制系统框图（4）三冲量控制系统三冲量控制方案之一:如图2.11、2.12所示，13 河南城建学院本科毕业设计(论文)2控制方案设计该方案实质上是前馈（蒸汽流量）加反馈控制系统。这种三冲量控制方案结构简单，只需要一台多通道调节器，整个系统亦可看作三冲量的综合信号为被控变量的单回路控制系统，所以投运和整定与单回路一样，但是如果系统设置不能确保物料平衡，当负荷变化时，水位将有余差。图2.11汽包水位三冲量控制系统（方案一）蒸汽流量给水流量调节器电机汽包给水流量变送器蒸汽流量变送器蒸汽管道给定液位液位液位变送器给水流量变频器图2.12汽包水位三冲量控制系统框图（方案一）三冲量控制方案二:如图2.13、2.14所示，该方案与方案一相类似，仅是加法器位置从调节器前移至调节器后。该方案相当于前馈--串级控制系统，而副回路的调节器比例度为100%，该方案当负荷变化时，液位可以保持无差。13 河南城建学院本科毕业设计(论文)2控制方案设计图2.13汽包水位三冲量控制系统（方案二）给水流量给定液位蒸汽流量给水流量调节器电机汽包给水流量变送器蒸汽流量变送器蒸汽管道液位液位变送器变频器液位调节器图2.14汽包水位三冲量控制系统框图（方案二）三冲量控制方案三:考虑蒸汽流量的扰动造成“虚假水位”13 河南城建学院本科毕业设计(论文)2控制方案设计的影响，可以在方案二的基础上在蒸汽扰动上引入前馈微分补偿环节。微分作用具有预测的功能，所以蒸汽流量信号引入微分后，这样动态补偿可以获得较好的效果。如图2.15所示的三冲量控制系统。即前馈—反馈—串级复合控制系统。系统框图为图2.16。该三冲量控制系统包含给水流量控制回路和汽包水位控制回路两个控制回路以及一个蒸汽流量前馈通道，实质上是蒸汽流量前馈与水位－流量串级系统组成的复合控制系统。串级控制系统的主参数是汽包水位，副参数是给水流量，主调节器是液位流量调节器，副调节器是给水流量调节器。图2.15汽包水位三冲量控制系统（方案三）13 河南城建学院本科毕业设计(论文)2控制方案设计液位给水流量给定液位蒸汽流量给水流量调节器电机汽包给水流量变送器蒸汽流量变送器蒸汽管道液位变送器变频器液位调节器前馈调节器图2.16汽包水位三冲量控制系统框图（方案三）三冲量控制方案三,一方面可以克服给水扰动，使给水流量自行调节，另一方面可以有效地抑制“假水位现象”。微分作用使其动态补偿可以获得较好的效果。当蒸汽流量发生变化时，锅炉汽包水位控制系统中的给水流量控制回路可迅速改变进水量的大小以完成粗调，然后再由汽包水位调节器完成水位的细调维持汽包水位的稳定。该方案适用于大容量高压锅炉，而且要求水位控制严格的场合。因此该系统选用这种控制方案。13 河南城建学院本科毕业设计(论文)3硬件选型3硬件选型3.1PLC及相关模块选型PLC具有丰富的控制功能及强大的运行速度，因此可以作为系统的控制器。三菱公司生产的FX系列PLC拥有快速的运行速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点。FX2N可以有从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案。FX2N是FX系列中最高档次的超小形程序装置，具有小型化，高速度，高性能等特点。除输入输出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/128点的主机。可根据电源及输出形式，自由选择。输出形式可以选择继电器、晶体管、晶闸管输出。程序容量：内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令，功能指令。具有数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等功能。可以进行数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算还可以进行外部设备相互通信，串行数据传送，ASCIIcode印刷，HEXASCII变换，校验码等。具有一些特殊用途如：脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。本设计PLC选用FX2N系列PLC。它是FX系列PLC中功能最强、速度最快的微型可编程控制器。本设计PLC的输入信号有开始、关闭、最高水位、最低水位。需要的输出信号有正常运行信号、极限处理信号、报警信号。此外扩展模块还需要占用PLC的一些输入输出点。选用32点的PLC即可满足要求。晶闸管输出方式可适用于交流负载。它的响应速度快（关断变导通的延迟时间小于1ms，导通变为关断的延迟时间小于10ms）。它可以满足该系统要求，因此选用晶闸管输出方式。综合考虑各型号性能，本设计选用FX2N-32MS型号的PLC。该系统需要输入与输出的模拟量有：给水流量信号、水位信号、蒸汽流量信号、变频器给定信号。因此需要选择一个模拟量输入模块FX2N-4A/D、一个模拟量输出模块FX2N-2D/A，通过它们可以进行数字量与模拟量之间的相互转换，从而PLC根据现场传输来的信息进行算法控制。19 河南城建学院本科毕业设计(论文)3硬件选型3.2电机的选型电机是锅炉汽包供水的动力设备，电机的准确选型关系到汽包能否准确供水进而影响到汽包水位的稳定。控制的锅炉蒸发量为：35t/h，汽包压力0.5MP，管道直径50mm因此可以对正常工作时电机的功率作如下估算：(3.1)由计算结果可以知道选用功率为100Kw的三相异步电动机完全可以满足工作要求，由于使用变频调速不必选用绕线型异步电动机，选用鼠笼型电机就可以满足要求。YJTG三相变频调速电机专门为变频调速设计,可以根据技术要求设定其额定电压为380V额定功率为100Kw。3.3变频器的选型变频器是电机的供能设备，合理选择变频器关系到电机能否正常为汽包供水。由电机的选型可以知道电机在50Hz三相交流电下工作时电机的功率大约是100Kw，当三相交流电动机在基频以下工作时为恒转矩输出，而此时电机的转速会小于额定转速，因此电机的输出功率也会小于额定功率，同时由于电机的转矩保持不变，其工作电流同在50Hz三相交流电下工作时电流基本一致。根据以上的分析可以选择三菱变频器FR-F740系列的变频器。给变频器可以输入380V-480V50/60Hz三相交流电，输出380-480V三相交流电并通过控制信号控制其输出频率，其容量是37KW~220KW，可以满足设备功率要求。该型号变频器具有丰富灵活的控制接口，可以通过控制信号方便地改变变频器的工作特性。内置PID，变频器/工频切换和多泵循环运行功能。内置独立的RS485通讯口。带有节能监控功能，节能效果一目了然。3.4水位传感器的选型由于该设计的目的是控制水位稳定，而整个控制系统的基础是对水位的准确测量，因此水位能否准确测量直接关系到控制质量的优劣。合理的选择水位传感器在水位控制系统的设计中有关键作用。知道汽包水位应该控制在300±30mm，根据过程控制仪表量程选择原则：仪表量程应该为被测量参数的4/3～3/2倍。因此所选传感器的最大量程为:400～450mm。而且汽包水位应该控制在300±30mm，因此所选水位传感器的精度应该高于10/450=6.7%FS。CR-6031型19 河南城建学院本科毕业设计(论文)3硬件选型智能锅炉汽包液位计，采用独特结构，耐高温、高压，其中变送器利用液位变化与其对测量探极产生的电容变化之间的关系，通过专用模式系统软件将检测的电容变化经各种补偿计算后输出与物位成正比的4-20maDC标准信号。选择测量围为：100～500mm，测量精度在1%FS的型号可以满足控制要求。该型号的传感器主要技术参数如下：量程：100～500mm(水位高/深度)综合精度:1.0%FS输出信号:4～20ma(二线制)、0～5V、1～5V、0～10V(三线制)供电电压:24DCV(9～36DCV)负载电阻:电流输出型：最大800Ω；电压输出型：大于50KΩ绝缘电阻:大于2000MΩ(100VDC)密封等级:IP68长期稳定性能:0.1%FS/年振动影响:在机械振动频率20Hz～1000Hz内，输出变化小于0.1%FS电气接口(信号接口):紧线防水螺母与五芯通汽电缆连接机械连接(螺纹接口):投入式使用时可以采用24V直流电源为水位传感器供电保证其正常工作，将1～5V电压信号作为反馈量引入PLC模拟量输入端口进行控制运算。3.5流量传感器的选型根据控制方案可以知道流量传感器用于测量给水流量和蒸汽流量，这两个信号可以有效地改善控制质量，因此合理的选择流量传感器能够有效的改善整个系统的控制质量。知道所要控制的是35t/h锅炉的汽包水位，即该锅炉正常工作时每小时蒸发35t蒸汽也就是有35t水被蒸发成为蒸汽，水位稳定时供水量为：35m3/h。LUGB-99型涡街流量计是一种基于卡门涡街原理流体振动式新型流量计，它具有测量范围广、压损小、性能稳定、准确度高和安装、使用方便等优点，广泛应用于封闭工业管道中液体、汽体和蒸汽介质体积和质量流量的测量。该流量计的技术参数如下：（1）测量介质：蒸汽、汽体、液体（2）传感器的感应元件不直接与被测介质接触，性能稳定、可靠性高（3）传感器内无可动部件，结构简单而牢固，压损小维扩量小、使用寿命长（4）范围度宽达10：1～15：1（5）测量范围：正常工作范围，雷诺数为20，000～19 河南城建学院本科毕业设计(论文)3硬件选型7，000，000；输出信号不受液体温度、压力、粘度及组份影响。测量可能范围，雷诺数8，000～7，000000（6）精度等级：液体，指示值的±1.0%；蒸汽，指示值的±1.5%（7）输出信号：a.电压脉冲　　低电平：0-1V；高电平：大于4V；占空比为50%b.电流:4～20ma(三线制)（8）电源电压：24DCV（9）壳体材料：碳钢；不锈钢(1Cr18Ni9Ti)（10）规格：(管道内径)20、25、32、40、50、65、80、125、150、200、250、300(大于DN300口径为插入式)根据过程控制仪表量程选择原则仪表量程应该为被测量参数的4/3～3/2倍，流量计应当能够检测的最大流量为：46.5～52m3/h，因此汽包送水管道直径选用50mm并用LUGB-99型涡街流量计检测流量可以检测的流量范围是3～50m3/h，可以满足设计要求进行检测汽包给水流量信号。由于LUGB-99型涡街流量计既可用于液体流量检测也可用于蒸汽流量检测，因此还可以选择该流量计作为汽包负荷蒸汽流量的检测传感器。正常工作时汽包蒸汽压力大约是0.5MP，由蒸汽密度表可以查到蒸汽密度大约是2700Kg/m3，根据过程控制选择仪表量程原则仪表量程应该为被测量参数的4/3～3/2倍，流量计应当能够检测的最大流量为：17.2～19.2m3/h因此汽包蒸汽管道直径选用20mm，并用LUGB-99型涡街流量计检测流量可以检测的流量范围是8～80m3/h，可以满足设计要求进行检测蒸汽流量信号。3.6接触器的选型接触器是系统中用到的重要开关设备，接触器的合理选择能保证交流电动机能够准确及时的启动、停止。根据分析三相交流异步电机的最高工作电流是工作于50Hz交流电压下，其工作电流为：(3.2)因此根据设计的要求选用HLC-3X系列空调接触器，它主要适用于50Hz或60Hz、额定工作电压为220V或480V时额定电流至40A电路中，适用于起动和控制三相交流电动机(压缩机)及其它三相负载，选择五套该类型接触器同时带动一台电机可以满足设计要求。19 河南城建学院本科毕业设计(论文)3硬件选型3.7熔断器的选型由于系统的主要耗电设备是电动机，因此系统稳定工作时电流大约在150A左右，当系统异常工作是可能导致工作电流变大因此可设定工作电流为200A时进行过流保护。生产XRNT-12型限流熔断器型额定电流可以设定为200A，可以满足设计要求。3.8功率三极管的选型为了能使PLC输出的数字量能够控制接触器的通断设计如下电路：图3.1接触器控制线路当PLC数字量输出为高电平时三极管导通工作于饱和状态，接触器线圈上电使接触器触点闭合，否则PLC数字量输出为低电平时三极管截止工作于截止状态，接触器线圈失电通过二极管续流，使接触器触点断开。I3DD5686型功率三极管最大工作电流超过5A，完全可以满足工作要求。3.9变压器的选型液位传感器、流量传感器设备需要在DC24V电压下才能正常工作。SA-100-24型变压器采用脉冲宽度调制(PWM)方式。该变压器效率高，工作温度低，体积小，重量轻，电压变动率低。内附突入电流抑制电路、具有短路保护、过载保护、过压保护等功能。进口器材，高可靠性高，内置滤波器，低纹波。可长期满载使用。产品规格如下：1）品 名：开关电源式变压器6）调制方式脉冲宽度调制(PWM)式 19 河南城建学院本科毕业设计(论文)3硬件选型2）型 号：SA-100/247)晶体管连接方式）全桥式3）额定功率：100W8）频     率：47HZ/63HZ  4）输入电压：220V/110(AC)9)纹波及噪音：100mvp-p5）输出电压：24V(DC)10)工作环境温度：-10-60℃ 3.10设备清单综上所述可以得到硬件设备的清单如表3.2所示。表3.2硬件设备清单设备名称型号额定电压额定电流额定功率数量三相电机YJTG型380VAC61A100Kw2变频器FR-F740型380VAC100Kw1功率三极管I3DD5686型2PLCCPU模块FX2N-32MS型220VAC1模拟量输入模块FX2N-4A/D1数字量输出模块FX2N-2D/A1变压器SA-100-24型24VDC200W1接触器HLC-3X型380VAC5熔断器XRNT-12型200A3水位传感器CR-6031型24DCV3流量传感器LUGB-99型24DCV219 河南城建学院本科毕业设计（论文）4硬件设计4硬件设计4.1系统总体线路设计首先需要三相电源为系统供电，由电源插头引入，同时通过过流保护装置以保证电流过大时能够及时断电，以确保安全不造成设备的损坏，正常情况下设备工作不会发生电流过大的现象，只有在出现故障时才有可能发生过流现象，此时需要通过过流保护装置断电以确保安全。对于需要220V交流电压工作的设备可以连入三相电源中的任意一相与中性线之间的220V交流电压。此外在需要接地的地方还要引入地线以保证可靠接地确保安全。由于系统内各种传感器等设备需要直流电压才能正常工作，因此还需要一个整流装置将它的交流输入侧连入任意一相与中性线之间的220V交流电压下并对220V交流电进行整流稳压，然后输出稳定的直流电压，直流输出侧可以为各个直流设备提供直流电压保证各个设备稳定、有效、安全的工作。由于选用的是交-直-交变频器因此应当首先应该将380V三相交流电连入变频器的L1、L2、L3三个端子输入供变频器整流，逆变后的是频率、电压变化的三相交流电,通过接触器的常开触点连入三相异步电动机的定子侧回路为其工作提供电源，PLC根据传感器送入的信号进行逻辑运算、判断。将运算结果输出到变频器，通过变频器调压从而调节电机转速进而改变汽包的送水流量对汽包水位进行调节。同时直接将由电网引入的三相电通过另一接触器的常开触点连入三相异步电机的定子侧回路，此时电机工作于工频50Hz三相交流电下以用来在调试系统时或其他情况下使用。但两个接触器不能同时闭合，否则将会发生事故。根据以上所述系统原理图如附录所示。设计电气主线路如图4.1所示。45 河南城建学院本科毕业设计（论文）4硬件设计图4.1总体电气线路图45 河南城建学院本科毕业设计（论文）4硬件设计根据该设计可以得到供电线路接线如表4.1所示。表4.1供电线路接线表脚号信号名称所连设备备注ABCN三相电源电源插头到过流保护装置三相供电设备A1B1C1N1三相电源过流保护装置保护设备PE接地线电机外壳传感器接地线接地保护A2B2C2三相电源变频器输入经开关KM1到电机定子回路三相供电设备A3N3单相电源直流电源输入变压器C3N3单相电源接触器线圈单相供电设备U1V1W1变频器输出经开关KM2到电机定子回路三相供电设备J1J024V直流电源传感器直流供电设备Q1KM1控制信号功率三极管基极开关控制设备Q2KM2控制信号功率三极管基极开关控制设备4.2控制线路设计由于蒸汽流量传感器、水位传感器、送水流量传感器都需要24V直流电压供电才能正常工作，因此三者的电源端子都要连入直流电源的24V直流电压输出侧，以为各个传感器供电，保证其正常工作。各个传感器的输出引入到PLC的模拟量输入单元FX2N-4A/D供PLC完成各种运算从而达到控制目的。PLC的模拟量输出单元FX2N-2D/A输出模拟信号控制变频器的输出频率。45 河南城建学院本科毕业设计（论文）4硬件设计通过控制频率的大小来控制电机的转速，保证水位稳定。根据以上分析设计控制线路连线图如图4.2所示。图4.2控制线路连线图根据以上设计可以得到传感器线路接线表如表4.2所示。表4.2传感器线路接线插脚代号信号代号信号名信号量程被测（控）物理量备注LLF+/LF-汽包水位300mm0～300mm水位送PLCSFSF+/SF-蒸汽流量13m3/h0～13m3/h蒸汽流量送PLCWFWF+/WF-送水流量35m3/h0～35m3/h送水流量送PLC45 河南城建学院本科毕业设计（论文）5参数整定与仿真5参数整定与仿真5.1PID算法简介要使控制系统具有良好的控制性能，除了必须正确的选取、设计控制方案以外，还必须正确的选择控制算法并进行参数整定。在控制系统中，按照给定信号和反馈信号之间的偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器是应用最为广泛的一种自动控制器[8]。它具有原理简单、易于实现、适用面广、控制参数相互独立、参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象─“一阶惯性＋纯滞后”与“二阶惯性＋纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活，可以方便的改变为PI、PD、PID等控制器。  比例调节作用对系统性能的影响：比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小；比例系数偏大，振荡次数加多，调节时间加长；系统会趋于不稳定；比例系数太小，又会使系统的动作缓慢。比例系数可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以及控制对象的特性决定的。积分调节作用对系统性能的影响：是使系统消除稳态误差。提高无差度。因为有误差积分调节就进行，直至无差积分调节停止，积分调节输出一个常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti。Ti越小积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱，加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另外两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。微分调节作用对系统性能的影响：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势。因此能产生超前的控制作用，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强地加大微分调节对系统抗干扰不利。此外微分反应的是变化率，当输入没有变化时微分作用输出为零，因此微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合组成PD或PID控制器。5.2三冲量控制系统参数整定系统的参数整定可以采用理论计算法或者工程整定法。由于理论计算法要以被控对象的动态特性为依据，而动态特性测取时往往具有不准确性，而且容易随工作状态的变化而变化，因此应当采用工程整定的办法。根据控制方案可以将汽45 河南城建学院本科毕业设计（论文）5参数整定与仿真包水位控制系统结构框图画为图5.1所示。Gh(S)Gw(S)Gf(S)Gp(S)NwNhGd(S)NdWd(S)DWHHr图5.1汽包水位控制系统结构框图其中Nd、Nw、Nh分别表示蒸汽流量传感器、给水流量传感器、水位传感器的反馈系数，Gw(S)、Gh(S)、Gd(S)分别表示给水流量调节器、水位调节器、前馈调节器的传递函数，其放大倍数可以分别表示为Kw、Kh、Kd。Gf(S)、Gp(S)分别表示变频器、锅炉汽包的传递函数，其放大倍数可以分别表示为Kf、Kp。Hr是水位给定信号。由硬件选型的相关数据可知当系统工作在稳定状态时：，，，，（1）副回路参数整定由于该设计采用了串级控制方式，首先应该从副回路开始对流量调节器进行参数整定，然后由内而外，再对主回路水位调节器进行参数整定，通过两步整定的方法完成系统的参数整定。由于副回路调节器的任务是快速动作以消除进入副回路的扰动，而且副参数并不要求无差，所以选用P调节器就可以满足要求了。根据控制要求可以设定FR-F740系列变频器最高输出频率为50Hz，控制信号为4-20ma电流，频率上升时间为0.5秒，电机满负荷运行时变频器输出最高频率50Hz，此时给水流量为35m3/h，则有副回路被控对象的增益是：，选择频率上升时间为0.5秒，可以认为副回路被控对象是一个时间常数为0.3秒的一阶惯性环节，其传递函数可以表示为：45 河南城建学院本科毕业设计（论文）5参数整定与仿真(5.1)采用纯比例调节方式可以保证副回路的稳定性，只要保证副回路P调节器的增益足够大即可。经过反复调试我们最终确定副调节器的增益是20，在simulink中画出副回路仿真图如图5.2所示：图5.2副回路仿真图运行后可以得到仿真波形图如图5.3所示，从图中可以看响应延迟时间较小，闭环增益也符合要求。内环的等效传递函数可以近似认为是图5.3副回路仿真波形图（2）主回路参数整定然后可以对主回路再进行参数整定，可以将副回路的等效为一个纯比例环节，45 河南城建学院本科毕业设计（论文）5参数整定与仿真其增益为11.7。由于汽包水位要求无静差，因此主回路我们采用PID调节器，根据Ziegler-Nichols响应曲线法[9]和被控对象的开环传递函数以及特征参数整定PID调节器的参数。35t/h锅炉汽包是一个没有自平衡能力的被控对象，其传递函数是：(5.2)根据Ziegler-Nichols响应曲线法，假设没有自平衡能力的被控对象的传递函数是：(5.3)可以按照表5.1所示进行参数整定，其中，而且表5.1Ziegler-Nichols响应曲线法参数调节器参数控制规律KP1/aPI0.9/aPID1.2/a由此可以知道对于35t/h锅炉汽包来说:则PID调节器的参数分别是：，，由于将副回路等效为一个增益为11.7的纯比例环节实际PID调节器的比例系数是：(5.4)将35t/h锅炉汽包的传递函数作如下改写：(5.5)对于PID调节器的传递函数也做类似的改写：(5.6)45 河南城建学院本科毕业设计（论文）5参数整定与仿真在simulink中做出主回路的仿真图如图5.4所示：图5.4主回路仿真图运行后可以得到仿真波形图如图5.5所示:图5.5主回路仿真波形图（PID比例系数为1）由图可明显看出系统的性能不稳定，超调量大，不能满足要求，需要对其进行整定。将其PID比例系数增大，以提高系统的快速性，减小超调。当PID系数为500时得到其波形图如图5.6所示：45 河南城建学院本科毕业设计（论文）5参数整定与仿真图5.6主回路仿真波形图（PID比例系数为500）从仿真图中可以看到系统的超调量大约是20%，调节时间大约是200秒，稳态误差是0，控制效果满足控制要求。（3）前馈回路参数整定将前馈补偿器的输出信号引入内回路，使蒸汽流量信号和给水流量信号较好的配合以消除“虚假水位现象”的影响。蒸汽流量信号对汽包水位影响的传递函数是：（5.7）我们可以设计前馈补偿环节的传递函数为：（5.8）可以分别抵消掉Nd和副回路以及被控对象的传递函数。综上所诉我们可以得到流量调节器的传递函数是：(5.9)水位调节器的传递函数是：(5.10)前馈调节器的传递函数是：45 河南城建学院本科毕业设计（论文）5参数整定与仿真(5.11)5.3三冲量控制系统仿真分析系统在蒸汽流量干扰情况下的simulink图如图5.7所示：图5.7蒸汽流量扰动下的仿真图蒸汽流量对系统的干扰响应如图5.8所示：图5.8蒸汽流量扰动下的仿真波形图图5.7和图5.8分别为在蒸汽流量扰动下的simulink结构图和仿真图，45 河南城建学院本科毕业设计（论文）5参数整定与仿真产生虚假水位的原因是由于负荷增加时，在汽水循环回路中的蒸发强度也将成比例的增加，水面下汽泡的容积增加得也很快，此时燃料量M还来不及增加，汽包中汽压下降，汽包膨胀，使汽泡体积增大而水位上升。由仿真曲线可以看出，系统在蒸汽流量扰动下存在虚假水位现象被很好的克服。系统能够快速克服蒸汽流量干扰。系统在给水流量扰动下能回到期望水位0，所以系统的的性能满足要求。系统在给水流量干扰情况下的simulink图如图5.9所示：图5.9给水流量干扰下的仿真图系统运行后的仿真波形如图5.10所示：图5.10给水流量干扰下的仿真波形图图5.9和5.10分别为在给水流量扰动下，系统的simulink结构图和仿真图，45 河南城建学院本科毕业设计（论文）5参数整定与仿真从物质平衡的观点来看，加大了给水量，水位应该立即上升，但实际上并不是这样，而是经过一段迟延，甚至先下降后再上升，而仿真曲线说明了系统在克服了给水量扰动下的水位变化特性，副回路能够快速克服给水干扰。系统在给水流量扰动下能回到期望水位0，所以系统的的性能良好。系统运行稳定后，在300S时出现蒸汽流量扰动，在600S时出现给水流量绕动的simulink图如图5.11所示：图5.11串级三冲量系统的simulink仿真图图5.12系统在300S蒸汽流量扰动下的仿真波形图45 河南城建学院本科毕业设计（论文）5参数整定与仿真图5.13系统在600S给水流量扰动下的仿真波形图图5.12和图5.13分别为在蒸汽流量扰动与给水流量扰动下的simulink仿真波形图。由仿真曲线可以看出，系统在蒸汽流量扰动下存在虚假水位现象被很好的克服。给水扰动对系统的扰动在副回路中被快速克服，对系统影响很小。在经历了一段的波动后，回到了期望值，并逐渐趋于平稳。从图中我们可以看出，系统能够很快的稳定于期望的值，并且波形符合要求，系统的稳定性很好，说明参数整定合理，符合设计要求。从仿真效果可知，串级三冲量给水控制系统对各种典型影响因素的干扰均能做出快速反应，具有较高的调节质量和调节精度，能够维持汽包水位的稳定，保障机组的安全稳定运行。45 河南城建学院本科毕业设计(论文）6软件设计6软件设计根据参数整定的结果，汽包水位的稳定可以按照这些控制算法来实现，在执行控制运算之前，可以对汽包水位的高度状态进行判断，并做出相应的处理。因此系统的软件设计应当包括逻辑判断和PID控制算法两部分，首先应该有完成程序流程图的设计，再根据流程图完成PLC的软件设计。6.1程序流程设计按照控制要求和硬件设计可以对系统进行软件设计，首先进行的是程序流程设计，并在此基础上可以完成PLC的梯形图程序设计。由于汽包水位过高过低都会对锅炉的安全运行造成严重影响，因此应当对过高或过低水位做出超限处理。此外PLC在执行控制算法时由于运算复杂，需要消耗大量的系统时间降低了PLC运行效率，不利于系统的稳定运行。根据采样定理:对于一个具有有限频谱的连续信号进行信号采样，采样信号频率必须大于或等于信号所含最高频率的两倍，这样采样所得的离散信号才能对原来的连续信号完全复原。而过程控制现场的很多参数变化并非十分剧烈，有较大的时间延迟，按照工程经验对于流量参数采样时间为1～2秒，对于水位参数来说采样时间为3～5秒，汽包水位控制系统采样时间设定为1秒是可以满足控制要求的。为了有效的防止汽包水位超限，该设计作以下处理：当汽包水位过高即高于350mm时停止送水，以快速降低汽包水位，当汽包水位过低即低于200mm时满负荷送水，即送水电动机工作于工频50Hz电源下，以快速提高汽包水位。此外为了提高PLC的运行效率，在程序设计时可以设定1秒的定时时间，当定时满1秒时执行PID控制算法，未满1秒时PLC处理程序的其他部分以及完成PLC自身的各种功能。根据以上分析可以设计PLC的程序流程6.145 河南城建学院本科毕业设计(论文）6软件设计6.1程序流程图45 河南城建学院本科毕业设计(论文）6软件设计6.2GXDeveloper程序设计GXDeveloper是三菱通用性较强的编程软件，是一个功能强大的PLC开发软件，具有程序开发、监视、仿真调试以及对可编程控制器CPU的读写等功能。它能够完成Q系列、QnA系列、A系列（包括运动控制CPU）、FX系列PLC梯形图、指令表、SFC等的编辑。该编程软件能够将编辑的程序转换成GPPQ、GPPA格式的文档，当选择FX系列时，还能将程序存储为FXGP（DOS）、FXGP（WIN）格式的文档，以实现与FX-GP/WIN-C软件的文件互换。该编程软件能够将Excel、Word等软件编辑的说明性文字、数据，通过复制、粘贴等简单操作导入程序中，使软件的使用、程序的编辑更加便捷。GXDeveloper是三菱通用性较强的编程软件，它能够完成Q系列、QnA系列、A系列（包括运动控制CPU）、FX系列PLC梯形图、指令表、SFC等的编辑。该编程软件能够将编辑的程序转换成GPPQ、GPPA格式的文档，当选择FX系列时，还能将程序存储为FXGP（DOS）、FXGP（WIN）格式的文档，以实现与FX-GP/WIN-C软件的文件互换。该编程软件能够将Excel、Word等软件编辑的说明性文字、数据，通过复制、粘贴等简单操作导入程序中，使软件的使用、程序的编辑更加便捷。此外，GXDeveloper编程软件还具有以下特点。（1）操作简便（3）丰富的调试功能（2）能够用各种方法和可编程控制器CPU连接该设计需要三菱PLC进行逻辑判断与PID算法控制。根据程序流程图编制程序。可以需要在GXDeveloper编程软件下进行程序的开发、监视、仿真调试。在GXDevelop下建立工程如图6.1所示：图6.2GXDeveloper下工程图45 河南城建学院本科毕业设计(论文）6软件设计设计程序如下图所示。程序中X1为启动按钮，X2为停止按钮，X3为最低水位行程开关，X4为最高水位行程开关。当系统处在最低水位处理状态时Y0动作，当系统处在最高水位处理状态时Y1动作，当系统处在PID算法控制状态时Y2动作，当程序出错时Y3动作。水位的最大极限值设定为350mm，最低值设定为200mm。PID采样时间设定为1S。PLC扩展的特殊模块FX2N-4D/A与FX2N-2A/D在PLC分别中的编号分别为NO1与N02。FX2N-4D/A有4个通道，在程序中选用通道0作为对液位的检测的模拟输出，通道1作为对蒸汽流量的检测的模拟输出，通道2作为对给水流量的检测的模拟输出。因此FX2N-4D/A模块的BFM#0中的设定值为H3111。FX2N-2A/D中选用通道1作为PID运算后的结果输出。输出选用4~20MA的电流信号。系统运行后如图4.2所示传感器将当前液位、水流量、蒸汽流量信息转化为4~20MA的电流信号传入FX2N-4D/A。FX2N-4D/A进行模数转化，转化后将值送入PLC。PLC判断液位是否超出了设定的极限值。若超出350mm则系统停止供水，以快速降低汽包水位。若汽包水位过低即低于200mm时满负荷送水，则KM1闭合，即送水电动机工作于工频50Hz电源下，以快速提高汽包水位。系统水位没有到达极限值时进行PID算法控制。通过控制变频器来控制驱动电机来保持水位稳定在正常水平。根据各参数的设定与流程图设计程序如图6.3所示：45 河南城建学院本科毕业设计(论文）6软件设计45 河南城建学院本科毕业设计(论文）6软件设计45 河南城建学院本科毕业设计(论文）6软件设计45 河南城建学院本科毕业设计(论文）6软件设计图6.3程序梯形图程序执行后首先进行相关的数据传送，然后再进行比较以判断系统的工作状态，根据水位高低情况按照图6.1所示的流程图情况进行处理。PLC工作时循环执行上述程序从而维持水位在正常水平。45 河南城建学院本科毕业设计（论文）结束语结束语锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量使其与蒸发量保持动态平衡，从而维持汽包水位在工艺允许的范围内，是保证锅炉安全生产运行的必要条件。汽包水位控制系统是控制理论和过程控制技术在实际生产过程中的一个典型应用案例，当前生产现场所应用的控制方法也多是本文所论述的三冲量控制方案。大量的实践证明三冲量控制方案在锅炉汽包水位控制系统中是切实可行的，并且取得了理想的控制效果，满足了控制要求，对于企业提高生产效率、节约资源起到了明显的作用。本文根据影响锅炉汽包水位的各种因素以及它们的动态性能，按照控制要求采用了三冲量控制方案，利用目前已经发展成熟的PLC技术来设计的锅炉汽包水位控制系统具有较高的实际应用价值。在整个设计过程中根据大学四年期间所学的理论知识和指导老师的耐心指导完成了这次设计所需要的大部分工作，巩固了之前所学的专业基础知识，提高了我个人的理论水平和其他方面的水平，是我的大学生活即将结束之际一次很好的总结，为今后进一步的学习、工作打下了坚实的基础。尽管毕业设计期间作了大量的工作，但由于个人水平所限以及时间关系，论文中存在的问题是在所难免的。例如A-B系列PLC许多软件还没有进行更加深入的研究；当今控制理论已经不再仅仅局限于以反馈和传递函数为基础的经典控制理论，现代控制论、智能控制都有了长足的发展并且在某些领域获得了应用，比经典控制理论获得了更好的控制效果，关于这些方面的知识是目前个人水平所不及的，还有待于更进一步的学习。总之，三冲量控制与PLC技术在锅炉汽包水位控制系统中的应用是行之有效的，相信PLC技术在其他控制领域也会有广泛的应用。随着我国经济的高速发展，企业的自动化水平不断提高，大量的PLC会不断的装配到生产过程当中去，PLC技术会有更加广阔的应用前景。45 河南城建学院本科毕业设计（论文）参考文献参考文献[1]丁荣，蔡新平.锅炉汽包水位控制系统分析与确定［J］.应用能源技术，2011，4:18～22[2]邵裕森.过程控制系统［Ｍ］.北京：机械工业出版社，2005:2～53[3]DvivedMark.DesignofBoilerDrum’sWater-levelControlSystem［Ｍ］.Sci-TechInformationDevelopment&Economy，199813:62～63[4]金以慧.过程控制［Ｍ］.北京：清华大学出版社，2003:212～246[5]曹岩.MATLABR2006a基础篇［Ｍ］.北京：化学工业出版社，2008:166～240[6]王海英，袁丽英，吴勃.控制系统的MATLAB仿真与设计［Ｍ］.北京：高等教育出版社，2009:318～328[7]Thedorewildi.Electricalmachines,drives,andpowersystems［Ｍ］.Prenticehall.1993:16～22[8]范永胜，王岷.电气控制与PLC应用［Ｍ］.北京：中国电力出版社，2007:112～158[9]边立秀.热工控制系统［Ｍ］.北京：中国电力出版社，2004:169～196[10]王阿根.电气可编程控制原理与应用［Ｍ］.北京:清华大学出版社，2010:193～383[11]CharlieJackson.PACforIndustrialControl,theFutureofControl［Ｍ］.NationalInstrument.2006,(2):9～14[12]陶文珍，周锡政.锅炉汽包水位检测与控制系统的分析及应用［J］.自动化与仪表，2009，12：44～4745 河南城建学院本科毕业设计（论文）致谢致谢大学四年的生活马上就要结束了，在每一位任课老师的认真栽培下，我们学会了很多专业知识，使自己有一技之长能够立足于社会，在这里我要对他们说声谢谢！毕业设计是我们大学四年的最后一课，是给我们自己动手的一次非常好的机会，我们每个人通过查阅资料，不仅学会了设计的方法，也拓展了我们的思维，对我们即将走向社会将是一次很好的锻炼。同时非常感谢我的指导老师任琦梅，在设计过程中，她给我提供了大量的资料，并进行耐心细致的指导，在对我的设计思路、仿真实验和结果上都提出了很好的建议，为我能够及时完成设计提供了莫大的帮助。在整个过程中对我提出的问题都耐心解答，她的这种敬业精神值得我们这些即将走向工作岗位的每一个人学习，在此，再一次向任老师表示敬意和感谢!向担任本次毕业设计评审工作的其他老师们表示衷心的感谢！45 河南城建学院本科毕业设计论文附录附录锅炉汽包水位控制系统原理图45'