单片机锅炉汽包位控制系统设计.doc

引言 21世纪自动控制技术在工程和科学发展中起着极为重要的作用，热力发电厂的生产过程中也毫无例外的采用了自动控制技术。在热力发电厂的生产过程中采用的热工自动控制系统，是伴随着社会对电能需求的日益增加、单机容量的日益扩大和自动控制技术在热力发电厂中应用的深度与广度与日俱增而逐步发展起来的。 维持锅炉水位在一定的范围内变化，是汽机和锅炉安全经济运行的重要条件。若水位过高，会影响汽包的汽水分离装置的正常工作，导致锅炉出口蒸汽带水和含盐量过大，使过热器受热面结垢甚至破坏，影响机组的正常运行和经济性指标。若汽包水位过低，会使锅炉水循环工况破坏，造成水冷壁供水不足而烧坏。 随着锅炉参数的提高和容量的扩大，对给水控制提出了更高的要求。随着锅炉容量的增大，锅炉负荷变化对水位的影响加剧了。另外，锅炉工作压力的提高，使给水调节阀和给水管道系统相应复杂，调节阀的流量特性更不易满足控制系统的要求。 因此，随着汽包锅炉朝着大容量、高参数的发展，给水系统采用自动控制是必不可少的，它可以保证水位控制的准确性，保证锅炉运行的安全可靠，而且大大减轻运行工作人员的工作强度，减少人为因素的影响。从经济性和实用性两个方面考虑，我们采用8051单片机对汽包锅炉水位进行控制。 第一章 单冲量汽包水位控制系统 单冲量水位控制系统是以汽包水位测量信号为的控制信号，即水位测量信号经变送器送到水位调节器，调节器汽包水位测量值与给定值的偏差去控制给水调节阀，改变给水量以保持汽包水位在允许的范围内。单冲量水位控制系统，是汽包水位自动控制系统中最简单、最基本的一种形式。控制系统由汽包、变送器、调节器（微处理机）、给水调节阀及相关电路组成。 1.1单冲量汽包水位控制系统的单冲量汽包水位控制系统的优点是：系统结构简单，对锅炉汽包容量比较大，汽包水位受到扰动后的反应速度比较慢，“虚假水位”现象不很严重的锅炉，采用单冲量水位控制就能满足生产要求。 单冲量汽包水位控制也存在着一些缺点，主要有： （1）单冲量控制方案只根据水位信号控制给水量，在锅炉负荷变化大，即阶扰动很大时，由于锅炉的“虚假水位”现象，例如负荷蒸汽增加时，水位开始先上升，调节器只根据水位作为控制信号，就去关小阀门减少给水量，这个动作对锅炉流量平衡是错误的，从而在过程一开始就扩大蒸汽流量和给水流量的波动幅度，了进出流量的不平衡。 （2）从给水扰动下水位变化的动态特性可以看出，由于给水压力变化等原因造成给水量变化时，调节器要等到水位变化后才开始动作，而在调节器动作后又要经过一段滞后时间才能对汽包水位发生影响，因此必将导致汽包水位波动幅度大，过程时间长。 这种系统结构简单，运行可靠，适用于水容量大，飞升速度小，负荷变化也不大，控制质量要求不高的小容量系统。 1.2被控对象的确定1.2.1 差压式水位计 差压式水位计是通过把液位高度变化转化成差压变化来测量水位，因为其测量仪表就是差压计。差压式水位计准确测量汽包水位的关键是水位于差压之间准确转换，转化是通过平衡容器实现的，常用的双室平衡容器结构如图1-1所示。 图1-1 双室平衡容器 正压头是从宽容器中引出，负压头是从置于宽容器中的汽包水侧连通管中取得。宽容器中的水面高度是一定的。当水面要增高时，水便通过汽侧连通管溢流入汽包；要降低时，由蒸汽冷凝水来补充。因此当宽容器中水的密度一定时，正压头为定值。负压管与汽包是连通的，因此，负压管中输出压头的变化反映了汽包水位变化。 按照流体静力学原理，当汽包水位在正常水位H0（即零水位）时，平衡容器的差压输出p0为 1-1） 式中：为饱和蒸汽密度；其他符号的意义如图-2中所示。 当汽包水位偏离正常水位变化H时，平衡容器的差压输出p为 1-2） L、H0为确定值，若、和为已知的确定值时．正常水位相对的差压输出p0就是常数，也就是说差压式水位计的零水位差压是稳定的。平衡容器的输出差压p则是汽包水位变化H的单值函数。水位增高。输出差压减小。 应当指出，上述半衡容器在实际使用中，它存在的下列问题会造成差压水位计指示不准： 1）由于平衡容器向外散热，正、负压容器中的水温由上至下逐步降低，且温度分布不易确定。因此用式1-1）、式1-2）分度差压计时，因密度和的数值很难准确确定，分度好的差压式水位计装到现场后，其指示值与云母水位计的不一致。即使现场对照云母水位的指示调整好刻度值随着使用情况的变化还会由于和改变而指示不准。为解决这个问题，可通过改进平衡容器结构设法使和为已知确定值例如，用蒸汽套保温，可使和都等于汽包压力下饱和水的密度，这叫，差压p和水位H有以下关系式： （1-3） 2）一般，差压式水