基于plc实现的锅炉汽包水位监控系统设计.doc
约35页DOC格式手机打开展开
基于plc实现的锅炉汽包水位监控系统设计,摘 要锅炉水位控制系统是锅炉生产控制系统中最重要的环节。对锅炉生产操作如果不合理，管理不善，处理不当，往往会引起事故。这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。锅炉汽包水位是一个非常重要的被控变量。由于锅炉的水位调节过程难以建立数学模型，具有非线形、不稳定性、时滞...
内容介绍
此文档由会员 wanli1988go 发布
摘 要
锅炉水位控制系统是锅炉生产控制系统中最重要的环节。对锅炉生产操作如果不合理，管理不善，处理不当，往往会引起事故。这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。
锅炉汽包水位是一个非常重要的被控变量。由于锅炉的水位调节过程难以建立数学模型，具有非线形、不稳定性、时滞等特点。传统的锅炉水位三冲量控制系统大都采用PID控制，其控制效果还可以进一步提高。而模糊控制不要求知道被控对象的精确模型，只需要操作人员的经验知识及操作数据，鲁棒性强，非常适合于非线性、滞后系统的控制。
关键词: 汽包水位； 模糊PID； 三冲量
Abstract
The water level control system of the boiler is that the boiler produces the most important link in the control system. If the production operation of the boiler is unreasonable, it is improper to deal with, and will often cause the accident. The majority in these accidents is caused because of improper in control the water level of the boiler. That can see the importance in the equipment control system of the boiler of control of water level of steam dome of the boiler.
The auto-control of the drum water level is very important. The drum water level is an important variable to be controlled, it is hard to get the mathematic model of the water level with adjust process. It is characteristic of nonlinearity, instability and time lag. The traditional control mode of three-variable in the drum water level most use PID, the effect of it can be improved. The fuzzy control does not need precise mathematic model of the controlled object, it only needs the experience of operator and the date of operating it has good robustness and it fit to control the system with nonlinearity and lag.
Keywords: Drum water level, Fuzzy-PID, Three-variable
目 录
摘 要 I
ABSTRACT I
1.引言 1
2.工业锅炉的理论基础 1
2.1工业锅炉的控制要求与工艺流程 1
2.2锅炉设备控制系统 2
2.3锅炉水位控制系统在锅炉生产控制系统中的重要性 3
3锅炉汽包水位的基本特性和汽包水位控制系统方案选择 3
3.1锅炉汽包水位控制对象的基本特性 3
3.1.1汽包水位在给水流量扰动下的动态特性 4
3.1.2汽包水位在蒸汽负荷扰动下的动态特性 5
3.1.3燃料量扰动下汽包水位的动态特性 6
3.2锅炉汽包水位控制系统及控制方案选择 7
3.2.1单冲量水位控制系统 7
3.2.2双冲量水位控制系统 8
3.2.3三冲量水位控制系统 8
3.2.4三冲量模糊水位控制系统 9
3.2.5汽包水位控制系统方案的选择 10
4．锅炉汽包水位模糊控制系统的设计 11
4.1主回路模糊控制器的设计 11
4.1.1确定模糊控制器的结构及输入、输出语言变量 11
4.1.2确定各变量的隶属度函数和赋值表 11
4.1.3模糊控制规则的确定 14
4.1.4模糊控制响应表的生成 14
4.2模糊动态前馈控制器的设计 16
4.3 PID控制的设计 16
4.3.1PID控制的基本公式 16
4.3.2 PID的参数设置 16
5. PLC选型及资源分配 17
5.1 PLC电气图和I/O分配表 17
5.2 PLC选型 18
5.3 传感器选型 18
5.4特殊模块功能 18
6.控制系统程序设计 18
6.1编程软件 19
6.2控制系统流程图 19
6.2.1控制系统总流程图设计 19
6.2.2模糊控制流程图 19
6.2.3PID控制流程图 20
6.2.4动态前馈流程图 20
6.3系统的程序设计 21
6.3.1水位控制 21
6.3.2模糊控制算法的PLC实现 21
6.3.3 PID控制的PLC实现 22
7 结束语 23
致谢 24
参考文献： 25
附录： 26
1. 引言
在锅炉运行中,水位是一个很重要的参数。若水位过高,则会影响汽水分离的效果,使用电气设备发生故障;而水位过低,则会破坏汽水循环,严重时导致锅炉爆炸。同时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,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,维持汽包内水位在允许的范围内变化。
目前我国有各类锅炉几十万台，其中相当大的部分还在使用常规仪表控制。由于锅炉水位存在一定的反向特性即“假水位”现象，而常规仪表所常用的PID算法对“假水位”现象的控制效果并不理想，若要较好的控制“假水位”现象，采用常规仪表所构成的控制器，其结构复杂性又会增加，造成成本较高。因此研究新型的水位控制系统，使其能进一步提高水位控制的效果，同时又具有结构简单、容易实现的特点，还是非常必要的。
模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。模糊控制的核心就是利用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法，这种方法不仅能实现控制，而且能模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。三冲量锅炉水位控制系统中的主回路控制部分与蒸汽前馈控制部分正是属于这种情况：由于虚假液位的影响和各种参数存在的时变性而导致无法确定这一过程的数学模型，这样就不能设计常规的控制器进行控制[1]。
2.工业锅炉的理论基础
2.1工业锅炉的控制要求与工艺流程
锅炉是化工、炼油、发电、造纸和制糖等工业生产过程必不可少的重要动力设备。尤其是在现代化的石油化工企业里，热力站的设立可以使工艺生产过程中的物料和能量得到更加合理的充分利用，它不仅能为反映器、蒸馏塔、换热器以及其他设备、管道保温伴热提供热源，而且还可以为生产过程中的风机、压缩机、泵类驱动透平提供动力来源。工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量与蒸发量保持动态平衡，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。
参考文献：
[1]任向民.工业锅炉控制系统的设计与实..
锅炉水位控制系统是锅炉生产控制系统中最重要的环节。对锅炉生产操作如果不合理，管理不善，处理不当，往往会引起事故。这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。
锅炉汽包水位是一个非常重要的被控变量。由于锅炉的水位调节过程难以建立数学模型，具有非线形、不稳定性、时滞等特点。传统的锅炉水位三冲量控制系统大都采用PID控制，其控制效果还可以进一步提高。而模糊控制不要求知道被控对象的精确模型，只需要操作人员的经验知识及操作数据，鲁棒性强，非常适合于非线性、滞后系统的控制。
关键词: 汽包水位； 模糊PID； 三冲量
Abstract
The water level control system of the boiler is that the boiler produces the most important link in the control system. If the production operation of the boiler is unreasonable, it is improper to deal with, and will often cause the accident. The majority in these accidents is caused because of improper in control the water level of the boiler. That can see the importance in the equipment control system of the boiler of control of water level of steam dome of the boiler.
The auto-control of the drum water level is very important. The drum water level is an important variable to be controlled, it is hard to get the mathematic model of the water level with adjust process. It is characteristic of nonlinearity, instability and time lag. The traditional control mode of three-variable in the drum water level most use PID, the effect of it can be improved. The fuzzy control does not need precise mathematic model of the controlled object, it only needs the experience of operator and the date of operating it has good robustness and it fit to control the system with nonlinearity and lag.
Keywords: Drum water level, Fuzzy-PID, Three-variable
目 录
摘 要 I
ABSTRACT I
1.引言 1
2.工业锅炉的理论基础 1
2.1工业锅炉的控制要求与工艺流程 1
2.2锅炉设备控制系统 2
2.3锅炉水位控制系统在锅炉生产控制系统中的重要性 3
3锅炉汽包水位的基本特性和汽包水位控制系统方案选择 3
3.1锅炉汽包水位控制对象的基本特性 3
3.1.1汽包水位在给水流量扰动下的动态特性 4
3.1.2汽包水位在蒸汽负荷扰动下的动态特性 5
3.1.3燃料量扰动下汽包水位的动态特性 6
3.2锅炉汽包水位控制系统及控制方案选择 7
3.2.1单冲量水位控制系统 7
3.2.2双冲量水位控制系统 8
3.2.3三冲量水位控制系统 8
3.2.4三冲量模糊水位控制系统 9
3.2.5汽包水位控制系统方案的选择 10
4．锅炉汽包水位模糊控制系统的设计 11
4.1主回路模糊控制器的设计 11
4.1.1确定模糊控制器的结构及输入、输出语言变量 11
4.1.2确定各变量的隶属度函数和赋值表 11
4.1.3模糊控制规则的确定 14
4.1.4模糊控制响应表的生成 14
4.2模糊动态前馈控制器的设计 16
4.3 PID控制的设计 16
4.3.1PID控制的基本公式 16
4.3.2 PID的参数设置 16
5. PLC选型及资源分配 17
5.1 PLC电气图和I/O分配表 17
5.2 PLC选型 18
5.3 传感器选型 18
5.4特殊模块功能 18
6.控制系统程序设计 18
6.1编程软件 19
6.2控制系统流程图 19
6.2.1控制系统总流程图设计 19
6.2.2模糊控制流程图 19
6.2.3PID控制流程图 20
6.2.4动态前馈流程图 20
6.3系统的程序设计 21
6.3.1水位控制 21
6.3.2模糊控制算法的PLC实现 21
6.3.3 PID控制的PLC实现 22
7 结束语 23
致谢 24
参考文献： 25
附录： 26
1. 引言
在锅炉运行中,水位是一个很重要的参数。若水位过高,则会影响汽水分离的效果,使用电气设备发生故障;而水位过低,则会破坏汽水循环,严重时导致锅炉爆炸。同时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,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,维持汽包内水位在允许的范围内变化。
目前我国有各类锅炉几十万台，其中相当大的部分还在使用常规仪表控制。由于锅炉水位存在一定的反向特性即“假水位”现象，而常规仪表所常用的PID算法对“假水位”现象的控制效果并不理想，若要较好的控制“假水位”现象，采用常规仪表所构成的控制器，其结构复杂性又会增加，造成成本较高。因此研究新型的水位控制系统，使其能进一步提高水位控制的效果，同时又具有结构简单、容易实现的特点，还是非常必要的。
模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。模糊控制的核心就是利用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法，这种方法不仅能实现控制，而且能模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。三冲量锅炉水位控制系统中的主回路控制部分与蒸汽前馈控制部分正是属于这种情况：由于虚假液位的影响和各种参数存在的时变性而导致无法确定这一过程的数学模型，这样就不能设计常规的控制器进行控制[1]。
2.工业锅炉的理论基础
2.1工业锅炉的控制要求与工艺流程
锅炉是化工、炼油、发电、造纸和制糖等工业生产过程必不可少的重要动力设备。尤其是在现代化的石油化工企业里，热力站的设立可以使工艺生产过程中的物料和能量得到更加合理的充分利用，它不仅能为反映器、蒸馏塔、换热器以及其他设备、管道保温伴热提供热源，而且还可以为生产过程中的风机、压缩机、泵类驱动透平提供动力来源。工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量与蒸发量保持动态平衡，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。
参考文献：
[1]任向民.工业锅炉控制系统的设计与实..
