汽包水位自动控制系统设计.pdf免费

一、课程设计（综合实验）的目的与要求 锅炉是工业生产及人民生活的主要的动力及能源.汽包水位是工业蒸汽锅炉 安全、稳定运行的重要指标,水位过高会导致蒸汽带水进入过热器，并在过热管 内结垢，影响传热效率,严重的将引起过热器爆管；水位过低又将破坏部分水冷 壁的水循环引起水冷壁局部过热而爆管 .高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大,而 汽包的体积相对来说较小，水位的时间常数很小。大容量锅炉若给水不及时，数 秒之内就可能达到危险水位，所以锅炉汽包水位的控制显得非常重要.因此,必须 采取有效、精确的自动调节,严格控制汽包水位在规定范围内。 影响汽包水位变化的因素很多，如燃煤量、给水量和蒸汽流量。燃煤量对水 位变化的影响是比较缓慢的，容易克服。因此,主要考虑给水量和蒸汽流量对水 位的影响。水位过高会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸汽温度急剧下降，该过热 蒸汽作为汽轮机动力的话，将会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全性和经济性。 水位过低,则由于汽包内的水量转少,而负荷很大时，如不及时调节就会使汽包内 的水全部液化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此，锅炉汽包水位必须严加 控制。 二、设计（实验）正文 1控制系统的整体分析: 1。1影响汽包水位的主要因素 1) 给水流量W 2) 主蒸汽流量D 3) 燃料量B 1.2控制指标 保证给水流量W和主蒸汽流量D保持平衡，维持汽包水位H在较小范围内波动。 1.3汽包水位控制对象的动态特性分析 做各种主要影响因素的阶跃扰动，记录并分析汽包水位的响应曲线 1) 给水扰动： Matlab仿真如图1： 图1：给水扰动Matlab仿真 运行结果如图2： 图2：给水扰动下的水位响应曲线 由被控对象在给水量扰动下的水位阶跃响应曲线，可以看出该被控对象 无自平衡能力,且有较大的迟延，因此应采用串级控制，将给水流量的扰动 消除在采用带比例作用的副调节回路中，以保证系统的稳定性。 2) 蒸汽扰动: Matlab仿真如图3： 图3：蒸汽扰动Matlab仿真 运行结果如图4： 图4:蒸汽扰动下的水位响应曲线 由仿真结果看出对象在蒸发量扰动下，水位阶跃反应曲线有一段上升的 过程,表现有“虚假水位”现象，(出现虚假水位现象的原因:当负荷突然增 加，蒸汽流量增加，汽包的压强变小，导致水气化，导致水位升高，同样的， 当负荷突然减小，蒸汽流量减小，汽包的压强变大,导致水中气泡液化,水位 降低，这两种情况都会出现虚假水位现象。）这种现象的反应速度比内扰快， 为了克服“虚假水位”现象对控制系统的不利影响，应考虑引入蒸汽流量的 补偿信号。 通过上述对被控对象的动态特性分析,确定采用串级前馈三冲量控制系 统： 1) 因为串级系统可以有效克服二次干扰，尤其是本系统是有纯迟延环 节,可以有效提高系统的快速性和准确性，改善了系统的动态特性，此外，串 级系统对负荷的变化有一定的自适应能力。 2) 通过静态前馈环节的加入，也可以有效改善负荷变化（蒸汽流量变 化）带来的“虚假水位现象，当蒸汽流量D突然阶跃增加，由于虚假水位现 象会使水位增加,错误地使调节机构减小给水量，但引入前馈后,D 的增加通 过副回路的比例作用又使得调节机构增加给水量，所以通过合适的参数整定, 将会有效克服“虚假水位”现象. 1。4，系统框图、控制系统流程图及SAMA 图如下所示： 图5:控制系统框图 图6：串级三冲量水位控制系统工艺流程图 在该调节系统中:调节器接受汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个测量信号, 控制系统说明如下： 1)水位H是主信号,任何扰动引起的水位变化，都会使调节器输信号发生变 化，改变给水流量，使水位恢复到给定值. 2)主汽流量信号D做前馈信号，其作用是削弱由于“虚假水位而使调节器 产生的误动作，用以改善蒸汽流量扰动时的调节质量。 3)控制系统由两个闭合回路及前馈调节部分组成。主回路由