基于plc的锅炉汽包液位控制系统设计_课程设计论文(编辑修改稿)

基于plc的锅炉汽包液位控制系统设计_课程设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

量，严重时会使汽包水位下降到危险区内以致发生事故。 产生上述“假水位”的主要原因是蒸汽负荷量的波动而造成“闪蒸”现象，如果把蒸汽流量作为前馈信号引入控制系统，及时知道其变化情况，就可以克 服这个主要的扰动。 为此我们引入双冲量控制系统。 这里的“双冲量”是指汽包水位信号和蒸汽流量信号 2 个变量。 它是一个前馈 反馈控制系统。 水位信号从系统的输出端返回到输入端，因此属于反馈控制；蒸汽流量信号未经反馈而直接与水位控制器的输出信号相加，因此是前馈控制。 当蒸汽负荷变化可能导致汽包水位大幅度波动时，蒸汽流量信号的引入起着超前控制作用，它在汽包水位还没有出现波动时，提前使调节阀动作，从而减少因蒸汽负荷量变化引起的水位波动，极大改善了控制品质。 尽管双冲量控制克服了蒸汽压力变化带来的扰动，却不能克服供水压力变化 的干扰，当供水压力变化时，同样会引起供水流量的变化，会导致汽包水位的波动，双冲量控制系统只有在汽包水位变化后才由控制器进行调整，控制不内蒙古科技大学过程控制课程设计论文 7 及时。 因此，当供水压力波动比较频繁时，双冲量控制系统的控制质量较差，这时可采用三冲量控制系统。 在锅炉汽包水位三冲量控制系统，该系统除了水位、蒸汽流量信号以外，又增加了一个供水流量信号，显然，当蒸汽负荷不变，供水量因压力波动而变化时，加法器的输出相应变化，直接调整给水流量的大小。 不需要等汽包水位变化了再去由控制器调整，从而极大减少了水位的波动，缩短了过渡过程的时间，提高了控制 质量。 三冲量控制系统动作及时，有较强的抗干扰能力，在较大的扰动时也能有效地控制水位的变化，显著地改善了控制系统的品质。 对于现代大、中型锅炉来说，对象控制通道的迟延和变化速度都比较大，“虚假水位”现象比较严重，工艺上对控制质量的要求又比较高，因此，普遍采用具有蒸汽流量前馈信号及给水流量反馈信号和汽包水位主信号的三冲量水位控制系统。 系统控制流程图如图。 图 内蒙古科技大学过程控制课程设计论文 8 根据系统的控制流程图，我们还可以绘制出三冲量控制系统的方框图，如图。 主 调 节 器 副 调 节 器 被 控 对 象主 变 送 器二次一次－－设 定 值执 行 器副 变 送 器副 被 控 对 象图 三冲量控制系统的方框图 三冲量控制系统由于控制器有不同的位置，又可以有多种不同控制方案，以下为常见的三种方案，如图。 ∑∑L C∑L CF CL C蒸 汽 给 水 水 位 蒸 汽 给 水 水 位 蒸 汽 给 水水 位方 案 一 方 案 二方 案 三图 内蒙古科技大学过程控制课程设计论文 9 系统的硬件设计 (1) 主控制器的设计 在自动控制系统中，最常见的控制器有两种： 一种是 PLC，另外一种是单片机。 PLC 自诞生以来，由于其可靠的性能、高的性价比、强大的功能等众多的优点而受到了广泛的应用，本系统也采用 PLC。 PLC 选用西门子公司的 S7— 200CPU214，该系列 PLC 性能稳定，可以根据设计要求灵活的选择相关模块。 本 系统需要输入的模拟量有： 给 水流量信号、水位信号、蒸汽流量信号，需要输出的数字量有： 变频器控制信号，所以只需要选择模拟量输入模块 EM231， EM231 具有四个 模拟量输入点，可以刚好满足需要。 （ 2) 检测电路的设计 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。 本系统采用双室平衡容器进行液位信号的采集，用差压变送器对液位信号进行变送。 江苏威腾自控设备有限公司生产的微差压变送器（ WT1151/3351DR）可满足变送要求。 该型号变送器可以将微小差压转换成 4—— 20mA DC 信号。 它采用专门设计的放大线路板和特殊的温度补偿工艺，性能稳定可 靠。 根据控制方案我们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。 上海正博自动化仪表有限公司生产的 LUGB99 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 部分 技术参数如下： 内蒙古科技大学过程控制课程设计论文 10 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～ 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 177。 % ； 蒸 汽 ， 指 示 值的 177。 % ⑦ 输出信号： 低电平： 01V；高电。