基于plc200的锅炉汽包水位三冲量

内蒙古科技大学课程设计论文

第1章 绪论

1.1概述

锅炉作为一种把煤，石油或天然气等化石燃料所储藏的化石能转换成水或水蒸气的热

能的重要设备，长期以来在工业生产和居民生活中都扮演着极其重要的角色，它已经有二百多年的历史。换言之，锅炉是由气锅和炉子组成的。炉子指燃烧设备，为化石燃料的化石能提供必要的燃烧空间；起锅是指加热设备，为汽水循环和汽水吸热以及汽水分离提供必要的吸热和分离空间。

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；工业锅炉主要用于供给工、农业生产或驱动机械；而生活锅炉则主要用于提供热水及取暖。随着工业生产规模的不断扩大，生产过程不断加强，生产设备不断革新，锅炉也向着大容量、多参数、高效率方向发展。为确保安全，稳定生产，对锅炉设备的自动控制就显得十分重要。

1.2锅炉汽包水位传统控制方案及存在的问题

汽包水位的控制问题伴随着锅炉的出现而出现，长久以来一直是控制领域的一个典型问题。随着控制理论和控制技术的发展，锅炉自动化控制水平也在逐渐提高。期间主要经历了上世纪三、四十年代单参数仪表控制，四、五十年代单元组合仪表综合参数仪表控制，以及六十年代兴起的计算机控

兵团广播电视大学

毕业论文

题 目：锅炉汽包水位的视频监控数字兼容

学 生 姓 名：路正丽 系 别：机电工程系 专 业：热能动力 班 级：13-34班 指 导 教 师：卡拉哈尔老师

摘 要

锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有要意义。

锅炉汽包水位高度，是确保安全生产和提供优质蒸汽的重要参数，对现代工业生产来说尤其是这样。因为现代锅炉的特点之一就是蒸发量显著提高，汽包容积相对变小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成汽包满水或者烧成干锅。在现代锅炉操作中，即使是缺水事故，也是非常

汽包内置水位平衡容器简介

众所周知，单室平衡容器及参比水柱内水的温度受环境温度和风向以及容器的结构、表管的走向布置影响较大，而水的密度与水的温度关系较大，一个较小的差压误差，经补偿计算后会增加近2倍的误差，给水位测量带来较大的一个随机误差。

DNZ系列汽包内置水位平衡容器，是秦皇岛华电测控设备有限公司根据多年来的工程实践而开发的专利产品（专利号：ZL03206523.X）。它将单室容器置于汽包内部，使其水容器和参比水柱永远处于饱和水温度环境下，克服了传统单室平衡容器的参比水柱水温难以测量的不足，避免大气环境温度对参比水柱水温、水柱密度的影响，从而使信号更加稳定、补偿公式更简单，测量的附加误差更小，提高监视测量的可信度，提高水位自动调节、保护稳定性。

汽包内置水位平衡容器的原理如图所示：

7219L1、冷凝罐2、汽侧管3、正压取样管4、负侧取样管5、DCS αγ2Lγ18ΔHH04356、差压变送器7、汽包8、平衡罐9、备用正压取样管6 汽包内置水位平衡容器的原理简述：

汽包内置水位平衡容器主要由1冷凝罐、3正压取样管、5 DCS、6差压变送器、8平衡罐等组成。汽包运行过程中饱和蒸汽进入到冷凝罐中冷凝成饱和水回流到平衡罐中，参比水柱所

北京化工大学北方学院毕业设计（论文）

诚信申明

本人申明：

我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。

若有不实之处，本人承担一切相关责任。

本人签名： 年 月 日

1

北京化工大学北方学院毕业设计（论文）

锅炉汽包水位的模糊控制系统设计

摘 要

汽包水位是锅炉运行的重要指标。保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。水位的过高、过低都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不得的影响。过高，饱和水蒸气将会带水过多，导致过热器管壁结垢并损坏，进而进入汽轮机的蒸汽带液损坏汽轮机叶片，产生安全事故；反之，水位过低，汽化过快，锅炉供水不足，致使水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。

锅炉汽包水位的控制又比较复杂，其中存在的虚假液位、滞后性、不易检测性等等又使传统控制很难达到较为完善的控

锅炉汽包水位自整定模糊PID控制

第２６卷第３期

２００８年７月沈阳师范大学学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｚＰｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｖ０１．２６．Ｎｏ．３Ｊｕｌ．２００８文章编号：１６７３—５８６２（２００８）０３—０２９４—０３

锅炉汽包水位自整定模糊ＰＩＤ控制

于洪泽１，２

（１．沈阳理工大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳１１０１６８；２．辽东学院机电学院，辽宁丹东１１８００３）

摘要：锅炉汽包水位是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统．在建立锅炉汽包水位调

节系统的基础上，运用自整定模糊ＰＩＤ控制对汽包水位进行控制．并对控制器的设计进行仿真分

析，结果表明自整定模糊ＰＩＤ控制改善了汽包水位控制系统的静、动态特性，从而实现了对锅炉汽

包水位的最佳实时控制．

关键词：锅炉；汽包水位；模糊控制；模糊自整定ＰＩＤ控制；仿真

中图分类号：ＴＫ２２３．１＋３文献标识码：Ａ

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

说明: 用下面的例程你可以在 S7-200 CPU 之间建立一个简单的 Modbus 主－从通讯。 这个例子是关于 Modbus 功能码 6 的(写从站保持寄存器）， 也可以作为其他所支持的功能码的基本参数设置步骤：1, 2, 3, 4, 5, 15 和16 。 要求: 要使用 Modbus 协议必须先获得并在 STEP 7 Micro/Win 中安装指令库 (条目 17470979)。 Modbus 主站协议只被 STEP 7 Micro/Win V4.0 SP5 及其以上版本支持。 ? ? ? ? 1. 硬件设置 2. 参数匹配 3. 指令库的存储地址 4. 保持寄存器变量传输 1. 硬件设置 例程中的 Modbus 通讯是在两个 S7-200 CPU 的 0 号通讯口间进行的(最好每个 CPU 都有两个通讯口)。在主站侧也可以用相应库文件 \和 \通过1号通讯口通信。通讯口 1 用 Micro/WIN 与 PG 或 PC 建立连接，两个 CPU 的通讯口 0 通过 Profibus 缆进行连接（电缆的针脚 连接为3，3，8，8 -> 见图 01）。 另外，需要确定逻辑地M相连 。 图. 01 2. 参数匹配 对于 MODBUS 通讯，

一、填空题

1． 低压电器通常是指工作在交流电压为 1200V 或直流电压

为 1500V 以下的电器。

2． 低压电器按动作方式分类可分为 手动电器 、 自动电

器 两类。

3． 热继电器是利用电流的热效应的原理工作的保护电器，它

主要由它由 热元件 、__触头_和 双金属片 三部分组成。

4． 熔断器在电路中的作用是_短路保护_，热继电器在电路中

的作用是__过载保护__，接触器在电路中的作用是_通断电路和欠压、失压保护__。

5． KT表示哪种低压电器？__时间继电器___；KA表示哪种低

压电器？__中间继电器___；KS表示哪种低压电器？___速度继电器___；QF表示哪种低压电器？__断路器_。KM表示哪种低压电器？__接触器___。

6． 三相异步电动机根据其转子形式的不同，可以分为 鼠笼

式 和 绕线式 两种。

7． 常用的电气图有 电气原理图 、 电气安装图 和 电气

互连图 三种。

8． 热继电器的热元件应串接在__主电路__中，辅助常闭触点

应串接在__控制电路__中。

9． 三相鼠笼式异步电动机反转方法是： 改变通入三相定子

绕组中三相交流的相序 。

10． 试举出两种主令电器： 按钮 和 行

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）

内蒙古科技大学

本科生毕业设计说明书（毕业论文）

题 目：基于MCGS的热电厂锅炉控制系统组态 ---汽包水位控制系统

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）

基于MCGS的热电厂锅炉控制系统组态

--汽包水位控制系统

摘 要

电力资源在国民经济中是一项不可或缺的能源，在热电厂的生产过程中，最基本的工艺过程是用锅炉生产蒸汽，使汽轮机运转，进而带动发电机发电。而锅炉在发电等工业生产过程中是必不可少的重要的动力设备，因此，锅炉生产过程中的各个主要参数必须严格控制。

本设计结合锅炉的生产工艺要求，针对锅炉汽包水位的动态特性，具体分析了单冲量、双冲量、三冲量锅炉汽包水位控制系统，并对其性能特点进行深入的分析和比较，最终选择了三冲量。本设计的主要工作包括：对象特性分析、系统方案分析比较和选择、硬件组成、软件控制方案以及控制组态等。

关键词：汽包水位；三冲量；集散控制系统；MCGS组态软件

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）

the boiler control system configuration of the hot

power plant based on MCGS

水位补偿公式：

H=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g

然后用H减去水位零点相对平衡容器下取样点的距离,得到的值就是修正后的汽包水位。

L为平衡容器两个取样管间高度（m） ρ1为凝结水密度 （kg/m3） ρ2为饱和水密度 （kg/m3） ρ3为饱和蒸汽密度（kg/m3） ΔP为变送器差压 （Pa） H为水位高度 （m） h0为汽包水位零点至下取样管高度（m）. H为补偿后水位，m。

补偿后水位：h=[ L*(ρ1-ρ3)*g-ΔP ] / (ρ2-ρ3)g -h0. 再把单位从米转为毫米。 如果L、h0、h单位为毫米，ΔP单位为mmH2O, ρ1、ρ2、ρ2单位为kg/m3。则公式为 h=[ L*(ρ1-ρ3)-ΔP*1000 ] / (ρ2-ρ3) -h0 理想气体状态方程:PV=nRT ∴PV=mRT/M,PM=ρRT

∴ρ=RT/PM[P为压强(Pa),M为摩尔质量(H2O=18g/mol),T为温度(K),R=8.314J/(mol·K)]

压力不同时,密度不同.用理想气体方程式计算. pv=nrt nr/v==p/t 单位p压力'pa\体积'm^3 n=8.134 t 绝对温度 单室平衡

19.2就地水位计的操作

19.2.1锅炉冷态时水位计的投入：

19.2.1.1确认水位计检修工作结束，设备完整，照明良好，符合投入要求；

19.2.1.2开启水位计汽、水侧一、二次门，关闭放水一、二、三次门； 19.2.1.3水位计随锅炉同时升压，汽包压力升到0.1MPa时，应冲洗汽包就地水位计，当汽包压力达0.5 MPa时，应通知检修和热工人员分别进行热紧螺丝和仪表疏放水； 19.2.2锅炉热态时水位计的投入：

19.2.2.1确认水位计检修工作结束，设备完整、照明良好，符合投入要求；

19.2.2.2确认水位计汽、水侧一、二次隔离门关闭，放水一、二、三次门开启；

19.2.2.3开汽、水侧一次门；

19.2.2.4微开汽侧二次门，暖管约30分钟，暖管合格后关闭汽侧二次门；

19.2.2.5如果水位计某些窗口进行过检修，应在暖管结束关闭汽门后，进行螺丝热紧工作。热紧工作结束后，再微开汽侧二次门，继续暖管5分钟以上，暖管合格后关闭汽侧二次门； 19.2.2.6关闭放水一次门；

19.2.2.7将汽、水侧二次门交替微开1/4圈（防止保护钢球堵死水位计表体进汽、进水口，如果因错误操作引起保护钢球堵死水位计进汽、

进水口会出现汽包水位指示不准现象，