干熄焦锅炉汽包液位控制系统的研究

摘要

干熄焦锅炉是一种受压又直接受热的特种设备，是工业生产中的常用设备。锅炉的安全问题是一项非常重要的问题，工业锅炉中最常见的事故有:锅内缺水，锅炉超压，锅内满水，汽水共腾，炉管爆破，炉膛爆破，二次燃烧，锅炉灭火等。其中以锅炉缺水事故比例最高。这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉汽包液位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。跟踪锅炉的蒸发量并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，也是锅炉正常生产运行的主要指标之一。
　　本文介绍了多种液位的检测方法及测量仪表，通过比较分析和研究，找到最适合现场条件的水位检测方法及测量仪表。
　　本文对汽包液位的各种控制方案进行了详细的阐述，研究了汽包液位控制对象的动态特性，分析了产生“虚假水位”的各种原因，比较了单冲量、双冲量、三冲量的汽包液位控制系统，发现三冲量汽包液位控制系统明显优于单冲量及双冲量汽包液位控制系统，控制效果、质量是最好的，能够满足控制系统对快速性、稳定性、准确性的要求，能够很好的避免“虚假水位”现象。
　　本系统采用西门子的S7-400H系列冗余PLC及PCS7编程软件，进行组态和编程。通过数据采集和处理，实现对汽包液位三冲量串级控制及自动联锁保护等功能。人机界面是通过组态软件制作的，可实现控制参数的及时调整、系统实时监控、画面显示、历史趋势的采集、系统报警等功能;并对汽包液位的模糊化控制进行研究设计。
　　最后根据干熄焦锅炉控制的实际情况，利用MATLAB对汽包液位控制系统进行仿真，最终确定模糊自整定PID控制比常规PID控制系统抗干扰能力强、鲁棒性好，自适应能力强，对水位可实现稳定可靠控制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 余热锅炉及各种水位控制系统介绍

1．2．1 锅炉工作原理

1．2．2 锅炉工艺流程

1．2．3 汽包液位控制的重要性

1．3 汽包液位现有控制方案及其存在的问题

1．4 本文主要工作

第2章 锅炉汽包液位常用的检测方式及特性

2．1 汽包液位监控的关键性

2．2 汽包液位测量常用的方式

2．2．1 差压式液位计

2．2．2 云母双色液位计

2．2．3 磁翻板液位计

2．2．4 电接点液位计

2．3 连通管式的水位测量特性

2．4 差压式水位计测量特性

2．5 锅炉汽包液位测量系统配置仪表总结

2．5．2 关于减小就地测量方式的测量偏差

2．5．3 关于解决测量偏差问题

第3章 锅炉汽包液位系统的动态特性分析及控制方案

3．1 工业锅炉控制对象的特点

3．2 锅炉汽包液位系统的动态特性分析

3．3 锅炉汽包液位控制方案

3．3．1 单冲量控制系统

3．3．2 双冲量控制系统

3．3．3 三冲量控制系统

3．3．4 汽包液位自适应模糊PID控制系统

3．4 锅炉汽包液位控制方案的比较及产生虚假液位的原因

3．5 本章小结

第4章 PLC控制器和PCS7编程组态软件实现的控制方案

4．1 PCS7软件简介

4．2 基于现场总线、工业以太网和PLC技术的汽包液位控制系统

4．3 在编程软件SIMATIC Manager中PID控制算法的实现

4．4 对锅炉汽包液位保护的逻辑说明

4．5 SIMATIC Manager编程软件在汽包液位保护的程序应用

4．6 WinCC监控软件在汽包液位保护中的应用

4．6．1 WinCC组态软件介绍

4．6．2 WinCC软件在汽包液位保护中的应用

4．7 组态及编程小结

第5章 锅炉汽包液位自适应模糊PID控制系统设计

5．1 模糊控制概述

5．2 模糊控制系统的组成

5．3 锅炉汽包液位模糊控制的基本原理

5．4 锅炉汽包液位模糊自适应PID控制系统设计

5．4．1 模糊控制器结构

5．4．2 变量的模糊化及其隶属度函数的确定

5．4．3 建立模糊控制器的控制规则

5．4．4 精确量的模糊化

5．4．5 模糊推理算法和清晰化计算

5．5 模糊设计小结

第6章 锅炉汽包液位控制算法的MATLAB仿真

6．1 基于MATLAB的仿真研究概述

6．2 锅炉汽包液位控制系统仿真

6．3 模糊自整定PID控制与常规PID控制仿真比较

6．3．1 无扰动作用时

6．3．2 加入蒸汽流量扰动时

6．3．3 加入给水扰动时

6．3．4 时间常数改变时

6．4 控制算法的比较及结论

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢