毕业论文：锅炉汽包水位控制系统设计(终稿).doc

锅炉汽包水位控制系统的设计 文 摘 本文在具体分析了一些影响汽包水位对象控制主要因数的基础上，讨论了目前通常采用的控制方法,深入分析了水位对象模型的动静特性。首先从锅炉汽包内水的热平衡、物质平衡原理出发，推导出了用来描述锅炉水位对象的通用机理控制模型，通过对几种控制方案的分析、研究与比较，选三冲量系统作为最佳控制方案，并着力研究三冲量系统的特点。随后对其在PID的参数整定方面也进行了必要的分析，并略述了工程中需要注意的问题。在此基础上，我们可以了解到汽包水位控制系统的新发展。 关键词 锅炉汽包；水位控制；三冲量控制系统；PID；参数整定；最佳方案 1 引言 1.1 论文选题背景、目的和意义 随着电子产品的降价及自动化生产线工艺控制连续稳定优势的凸现，越来越多的企业准备将自己的核心生产线改成全自动化生产线或者对个别关键工艺参数采用自动控制。工业应用自控技术在中国的推广使用较晚，但近年来发展较快。国内现在做汽包水位自动控制系统方面的设计公司很多，但由于能够集工艺要求、自动化技术和电气技术三者于一体的设计不多，所以人们清楚地认识到自动控制技术在工业应用中的重要地位和作用，在水位控制系统中，主要采用“三冲量控制”方案来实现锅炉汽包水位控制更是重中之重。 本设计是通过了解了锅炉汽包水位控制的发展并在具体分析其动、静特性的基础上从单冲量控制到双冲量控制最后到三冲量控制的设计方案中择优选择了“三冲量”控制，具体的方案设计存在的优缺点详见下文解析。 本课题的目的及意义：锅炉汽包水位控制是维持锅筒水位在允许的范围内，使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量。由于锅炉的水位同时受到锅炉侧和气轮机侧的影响，因此，当锅炉负荷变化或气轮机用汽量变化时，通过给水调节系统保持锅炉的水位正常是保证锅炉和气轮机安全运行的重要条件。水位过高或过低，都是不允许的。水位过高会影响汽水分离器的正常工作，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；锅炉出口蒸汽带水过多还会使过热蒸汽温度产生急剧变化。水位过低，则会破坏正常水循环，危及水冷壁受热面的安全。一般要求锅筒水位维持在设计值±75~±100mm范围内。 1.1.1 电厂热工自动化控制的发展 自动控制理论及工程应用的发展至今已有100多年的历史，随着现代科学技术的飞速发展，自动控制系统应用范围也越来越广泛。电厂热工系统更不例外主要表现在系统越来越大，高参数大容积，除了对控制硬件提出了高可靠性要求之外，对控制理论也不断提出新要求，希望能不断解决新出现的控制难题，自动控制的发展主要包括两个方面：（1）控制理论的发展；（2）控制系统规模及组成结构和硬件的发展。 1.1.2 自动控制理论的发展 “经典控制理论”阶段 上世纪50年代前发展的控制理论被称为“古典控制理论”。它主要研究的自动控制系统为线性定常系统，被控对象集中于SISO系统。经典控制理论所采用的方法通常是以传递函数、频率特性、根轨迹分布为基础的波德图法和根轨迹法，包括各种稳定性判据和对数频率特性。 “现代控制理论”阶段 60年代以后发展起来的现代控制理论主要研究MIMO系统。系统可以是线性或非线性的，定常或时变的。它采用状态方程代替经典理论中的一个高阶微分方程式来描述系统，并且系统中各个变量均为时间t的函数，因而属于时域分析方法。采用状态方程的好处可以研究系统的内部特性，可以分析系统的本质。主要内容包括：（1）系统运动状态的描述和能控性、能观性分析；（2）李亚谱诺夫稳定性理论和李亚谱诺夫函数，系统识别和卡尔曼滤波理论；（3）非线性系统控制；（4）系统最优控制及自适应控制 “大系统理论和先进控制理论”阶段 前两个阶段的控制理论的发展与应用，主要讨论存在数学模型的自动控制系统，但是对于那些不具有数学模型或很难找到数学模型的被控对象，应用经典控制理论的方法等无法解决。但是，由于计算机技术的快速发展和价格的下降，使计算机的应用领域越来越宽，先进控制日益发展和应用起来了。先进控制主要包括自适应控制、预测控制、智能控制、鲁棒控制等。人工智能学科的发展促进了自动控制理论向着智能控制方向发展，而智能控制和具有智能化的自动控制系统又是人工智能的一个既有广泛应用前景的研究领域。70年代末开始的智能控制理论和大系统理论的研究与应用，是现代控制论在深度上和广度上的开拓，因此在控制工程界受到极大的关注，主要包括：专家系统、神经网络和模糊控制、学习控制等。智能控制具有如下特点：以专家和熟练操作工人的知识为基础进行推理、判断、预测和规划，采用符号信息处理、启发式程序设计，知识表示和自学习、推理与决策的智能化技术，实现问题的综合性求解。先进控制离不开前两个阶段的控制理论，只是把自动控制理论推向一个更深化的崭新阶段。 1.2 控制系统规模、组成结构和硬件的发展