[电气工程自动化] 电站锅炉水位控制系统的设计.doc
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[电气工程自动化] 电站锅炉水位控制系统的设计,前言41绪论51.1锅炉设备及概述51.2给水控制的任务62系统方案的确定82.1汽包水位控制方案的比较分析82.1.1汽包水位位式控制系统82.1.2比值控制系统82.1.3单冲量控制系统92.1.4双冲量控制系统102.1.5三冲量控制系统112.2系统方案的设计143输入通道的设计173.1信号的测量173.1....
内容介绍
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前言 4
1 绪论 5
1.1 锅炉设备及概述 5
1.2 给水控制的任务 6
2 系统方案的确定 8
2.1 汽包水位控制方案的比较分析 8
2.1.1 汽包水位位式控制系统 8
2.1.2 比值控制系统 8
2.1.3 单冲量控制系统 9
2.1.4 双冲量控制系统 10
2.1.5 三冲量控制系统 11
2.2 系统方案的设计 14
3 输入通道的设计 17
3.1 信号的测量 17
3.1.1 水位信号的测量方式 17
3.1.2 信号测量仪表的选择 18
3.2 汽包水位测量信号补偿 25
3.2.1 测量信号补偿的定义 25
3.2.2 测量信号补偿的原理 25
3.2.3 汽包水位测量信号补偿的方法 27
3.3 变送器的选择 28
3.3.1 差压变送器的选择的具体问题 28
3.3.2 差压变送器的输出信号与电源的连接方式 30
3.3.3 确定差压变送器的量程 32
3.4 硬件电路的搭建 33
3.4.1 模拟信号隔离电路 33
3.4.2 A/D转换器的连接 34
4 输出通道的设计 36
4.1 执行机构的选择 36
4.1.1 电动执行机构结构和原理 36
4.1.2 调节阀结构形式的选择 37
4.1.3 调节阀流量特性的选择 38
4.1.4 调节阀的口径选择 38
4.2 硬件电路的搭建 39
5 控制器的设计 41
5.1 水位对象基本特性 41
5.1.1 水位对象的机理数学模型 41
5.1.2 汽包的热平衡方程式 42
5.2 汽包水位被控对象的动态特性 43
5.2.1 给水流量扰动下汽包水位的动态特性 44
5.2.2 蒸汽流量扰动下汽包水位的动态特性 46
5.2.3 燃料量扰动下汽包水位的动态特性 48
5.3 单级三冲量给水控制系统的分析和整定 49
5.4 PID控制器的设计 52
5.4.1 PID控制器概述 52
5.4.2 PI作用控制算法 53
5.4.3 PD作用控制算法 54
5.4.4 PID作用控制算法 54
5.5 其他硬件电路的搭建 55
5.5.1 I/O口扩展 55
5.5.2 键盘与显示电路的设计 56
5.6 地址分配 56
6 软件的设计 58
6.1 A/D转换子程序设计 58
6.2 控制子程序设计 59
6.3 D/A转换子程序设计 60
6.4 健盘/显示子程序设计 61
7 硬件抗干扰分析 62
7.1 电路各组成部分的杭干扰分析 62
7.2 单片机测控系统杭干扰设计的主要途径 65
7.3 电路各组成部分的杭干扰分析 66
7.4 软件抗干扰的一般方法 68
8 技术经济分析 70
8.1 安全技术经济分析 70
8.1.1 利益-成本分析 70
8.1.2 安全投资的风险决策 71
8.2 控制对比分析 71
9 结论 72
致谢 73
参考文献 74
前言
在蒸汽锅炉运行中，水位是一个很重要的控制参数, 它间接地反映了锅炉负荷和给水的平衡关系。保持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。锅炉汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽中水分过多，结果使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时会使过热蒸汽汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低，则由于汽包内的水量较少，当负荷很大时，水的汽化速度很快，因而汽包内的水量变化速度很快，如不及时有效控制，就会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉被烧坏或爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而锅筒的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡，维持锅筒内水位在允许的范围内变化。高压锅炉汽包长期在高水位下运行,已成为高参数汽包锅炉普遍存在的问题。研究汽包内部实际水位与水位计显示水位差值的成因,并设法修正和消除这个差值,对于合理控制汽包水位,保证机组安全经济运行有着重要的现实意义。
1 绪论
1.1 锅炉设备及概述
锅炉是一种承受一定工作压力的能量转换设备。其任务就是有效地把燃料中的化学能转换为热能，从而产生出一定数量和质量(温度和压力)的蒸汽。根据锅炉在生产和生活中所起的作用不同，可将其分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等。其中，电站锅炉主要用于发电。伴随着科学技术及电力工业的发展，电站锅炉也向着大容量、高参数、高效率方向发展。为确保安全、稳定生产，对锅炉设备的高自动化控制就显得十分重要。
参考文献
[1] 张栾英，孙万芳.火电厂过程控制[M]，北京：中国电力出版社，2000.
[1] 付仁杰,汪福生.汽包水位测量误差的修正原则[J].电力建设，2002年第23卷第1期
[2] 宋行强,牛振国,刘长振.汽包水位测量[J].锅炉技术，2004年3月第35卷第2期
[3] 杨仕桥.汽包水位测量分析及补偿[J].电力建设，2000 年第7 期
[4] 胡珊.汽包水位一次测量补偿技术[J].黑龙江工程学院学报（自然科学版），2004年3月第18卷第1期
[5] 李智勇,罗樵.电厂锅炉汽包水位的测量[J].江西电力 1999 年第3 期第23 卷
[6] 吴永生. 方可人. 热工测量及仪表[M] . 北京:中国电力出版社,1998.
1 绪论 5
1.1 锅炉设备及概述 5
1.2 给水控制的任务 6
2 系统方案的确定 8
2.1 汽包水位控制方案的比较分析 8
2.1.1 汽包水位位式控制系统 8
2.1.2 比值控制系统 8
2.1.3 单冲量控制系统 9
2.1.4 双冲量控制系统 10
2.1.5 三冲量控制系统 11
2.2 系统方案的设计 14
3 输入通道的设计 17
3.1 信号的测量 17
3.1.1 水位信号的测量方式 17
3.1.2 信号测量仪表的选择 18
3.2 汽包水位测量信号补偿 25
3.2.1 测量信号补偿的定义 25
3.2.2 测量信号补偿的原理 25
3.2.3 汽包水位测量信号补偿的方法 27
3.3 变送器的选择 28
3.3.1 差压变送器的选择的具体问题 28
3.3.2 差压变送器的输出信号与电源的连接方式 30
3.3.3 确定差压变送器的量程 32
3.4 硬件电路的搭建 33
3.4.1 模拟信号隔离电路 33
3.4.2 A/D转换器的连接 34
4 输出通道的设计 36
4.1 执行机构的选择 36
4.1.1 电动执行机构结构和原理 36
4.1.2 调节阀结构形式的选择 37
4.1.3 调节阀流量特性的选择 38
4.1.4 调节阀的口径选择 38
4.2 硬件电路的搭建 39
5 控制器的设计 41
5.1 水位对象基本特性 41
5.1.1 水位对象的机理数学模型 41
5.1.2 汽包的热平衡方程式 42
5.2 汽包水位被控对象的动态特性 43
5.2.1 给水流量扰动下汽包水位的动态特性 44
5.2.2 蒸汽流量扰动下汽包水位的动态特性 46
5.2.3 燃料量扰动下汽包水位的动态特性 48
5.3 单级三冲量给水控制系统的分析和整定 49
5.4 PID控制器的设计 52
5.4.1 PID控制器概述 52
5.4.2 PI作用控制算法 53
5.4.3 PD作用控制算法 54
5.4.4 PID作用控制算法 54
5.5 其他硬件电路的搭建 55
5.5.1 I/O口扩展 55
5.5.2 键盘与显示电路的设计 56
5.6 地址分配 56
6 软件的设计 58
6.1 A/D转换子程序设计 58
6.2 控制子程序设计 59
6.3 D/A转换子程序设计 60
6.4 健盘/显示子程序设计 61
7 硬件抗干扰分析 62
7.1 电路各组成部分的杭干扰分析 62
7.2 单片机测控系统杭干扰设计的主要途径 65
7.3 电路各组成部分的杭干扰分析 66
7.4 软件抗干扰的一般方法 68
8 技术经济分析 70
8.1 安全技术经济分析 70
8.1.1 利益-成本分析 70
8.1.2 安全投资的风险决策 71
8.2 控制对比分析 71
9 结论 72
致谢 73
参考文献 74
前言
在蒸汽锅炉运行中，水位是一个很重要的控制参数, 它间接地反映了锅炉负荷和给水的平衡关系。保持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。锅炉汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽中水分过多，结果使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时会使过热蒸汽汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低，则由于汽包内的水量较少，当负荷很大时，水的汽化速度很快，因而汽包内的水量变化速度很快，如不及时有效控制，就会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉被烧坏或爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而锅筒的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡，维持锅筒内水位在允许的范围内变化。高压锅炉汽包长期在高水位下运行,已成为高参数汽包锅炉普遍存在的问题。研究汽包内部实际水位与水位计显示水位差值的成因,并设法修正和消除这个差值,对于合理控制汽包水位,保证机组安全经济运行有着重要的现实意义。
1 绪论
1.1 锅炉设备及概述
锅炉是一种承受一定工作压力的能量转换设备。其任务就是有效地把燃料中的化学能转换为热能，从而产生出一定数量和质量(温度和压力)的蒸汽。根据锅炉在生产和生活中所起的作用不同，可将其分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等。其中，电站锅炉主要用于发电。伴随着科学技术及电力工业的发展，电站锅炉也向着大容量、高参数、高效率方向发展。为确保安全、稳定生产，对锅炉设备的高自动化控制就显得十分重要。
参考文献
[1] 张栾英，孙万芳.火电厂过程控制[M]，北京：中国电力出版社，2000.
[1] 付仁杰,汪福生.汽包水位测量误差的修正原则[J].电力建设，2002年第23卷第1期
[2] 宋行强,牛振国,刘长振.汽包水位测量[J].锅炉技术，2004年3月第35卷第2期
[3] 杨仕桥.汽包水位测量分析及补偿[J].电力建设，2000 年第7 期
[4] 胡珊.汽包水位一次测量补偿技术[J].黑龙江工程学院学报（自然科学版），2004年3月第18卷第1期
[5] 李智勇,罗樵.电厂锅炉汽包水位的测量[J].江西电力 1999 年第3 期第23 卷
[6] 吴永生. 方可人. 热工测量及仪表[M] . 北京:中国电力出版社,1998.
