汽包水位控制系统设计

1、毕业设计（论文）（说明书）题 目：汽包水位控制系统设计姓 名：编 号：1xxxxxx学院2013年5月20日xxxxx学院毕业设计（论文）任务书姓名 专业任务下达日期 年 3 月 4 日设计（论文）开始日期2013年 3 月 10 日设计（论文）完成日期20b年 5 月 20 日设计（论文）题目：汽包水位控制系统设计指导教师系（部）主任2013年 5 月20日xxxxxx学院毕业设计（论文）答辩委员会记录程系电厂行与维护专业,学生2013年6月10日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 汽包水位控制系统设计专题（论文）题冃：汽包水位控制系统设计指导老师： x答辩委员会根据学生提交的毕业设计（

2、论文）材料，根据学生答辩情况，经答 辩委员会讨论评定，给予学生毕业设计（论文）成绩为 o答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）：答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员：,第页共页学生姓名：专业 行与维护年级毕业设计（论文）题目： 汽包水位控制系统设计评阅a： 指导教师：（签字）年月日成绩：系（科）主任：（签字）年月口毕业设计（论文）及答辩评语：汽包水位控制系统设计摘要在锅炉运行中，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。同时高性能的锅炉发生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说 较小，所以锅炉水位

3、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。自动控制技术在工程和科学发展中起着极为重要的作用，在火电厂的生产 过程中也采用了自动控制技术。在火电厂的生产过程中釆用的热工自动控制系 统，是伴随着社会对电能需求的日益增加、单机容量的日益扩大和自动控制技 术在火力发电厂中应用的深度与广度与日俱增而逐步发展起来的。锅炉汽包水位是一种非线性、时变大、强耦合的多变量系统。木文讨论了 目前的控制方法，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

4、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。关键词：锅炉汽包，水位控制，三冲量控制系统目录第一章绪论11.1锅炉汽包水位自动控制的意义11.2锅炉液位控制的难点1第二章锅炉控制系统22.12.22.3 第三章3.13.2锅炉简介2过热器和再热器简介2省煤器简介2汽包水位的控制与调整4影响水位的因素4汽包水位的动态特性描述43.2.1汽包在给水流量作用下的动态特性43.2.2汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性63.2.3 燃料量扰动下汽包水位的动态特性7第四章方案论证84.1单冲量控制系统84.2双冲量控制系统84.3三冲量控制系统84.4几种控制方

5、式比较12第五章软件设计135.1 pid对控制的影响135.2 pid控制器的参数整定135.3锅炉汽包水位的三冲量串级pid控制系统仿真15第六章仪表的选择186.1变送器186.2控制器216.3执行器236.3.1执行机构236.3.2调节阀266.4操作器286.5仪表清单28总结29致谢30第一章绪论1.1锅炉汽包水位自动控制的意义锅炉汽包水位自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量，并维持汽包屮的水位在工 艺允许的范围内。维持汽包水位在给定范围内是保证锅护和汽轮机安全运行的必要条件，也是锅炉正常运 行的主要指标z-o水位过高，会影响汽包内汽水分离效果，使汽包出口的饱和蒸汽带水增

6、多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。同时会使饱和蒸汽 屮含盐量增高，降低过热蒸汽品质，增加在过热器管壁和汽轮机叶片上的结垢。水位过低， 则可能破坏自然循环锅炉汽水循环系统屮某些薄弱环节，以致局部水冷管壁被烧坏，严重时 会造成爆炸事故。这些后果都是十分严重的。随着锅炉容量的增加，水位变化速度愈来愈快, 人工操作愈来愈繁重，因此对汽包水位实现自动调节提出了迫切的要求。1.2锅炉液位控制的难点液位的控制技术是通过控制进水或出水阀门的开度，改变水流量来实现的，而水温的控 制是通过调节加热的功率来实现的。锅炉液位的控制是锅炉控制系统较为重要和比较难于控 制的一项。由于在锅炉运

7、行过程中存在进水量和出水量的变化，所以很难通过调整pid控制 器参数来满足所有的运行条件，获得理想的控制效果。调整过量会导致流量回路动作频繁， 从而给下游设备带来了额外的干扰。这样就导致液位控制器通常处于欠调止状态允许液位在 一定范围内波动，以减小出水量的变化。然而，欠调正的pid不能及时抑制大扰动，这就可 能引起锅炉运行的安全问题。另外，液位的波动也会破坏锅炉运行过程的稳定，使得蒸汽输 送等不易控制。影响锅炉液位的关键变量有给水流量，蒸汽出口流量和混合燃料的进料量。 各变量都有各自不同的扰动。较冷的给水造成相应的纯滞后。蒸汽流出量的突然增加造成了 典型的“假水位"现象，使得过程暂时

8、改变了方向，容易产生误操作而导致发生事故。第二章锅炉控制系统2.1锅炉简介锅炉是火力发电厂中主要设备乞一。它的作用是使燃料在炉膛中燃烧放热，井将热量传 给工质，以产生一定压力和温度的蒸汽，供汽轮发电机组发电。屯厂锅炉与其他行业所用锅 炉相比，具有容量大、参数高、结构复杂、自动化程度高等特点。2.2过热器和再热器简介蒸汽过热器是锅炉的重要组成部分，它的作用是将饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过 热蒸汽，并要求在锅炉负荷或其他工况变动时，保证过热气温的波动处在允许范围内。提高蒸汽初压和初温可提高电厂循环热效率，但蒸汽初温的进一步提高受到金属材料耐 热性能的限制。蒸汽初压的提高随可提高循环热效率，但过

9、热蒸汽压力的进一步提高受到汽 轮机排气湿度的限制，因此为了提高循环热效率及降低排气湿度，可采用再热器。通常，再 热蒸汽压力为过热蒸汽压力的20%左右，再热蒸汽温度与过热蒸汽温度相近。过热器和再热器内流动的为高温蒸汽，其传热性能差，而且过热器和再热器又位于高烟 温区，所以管壁温度较高。如何使过热器和再热器管能长期安全工作是过热器和再热器设计 和运行中的重要问题。在过热器和再热器的设计及运行中，应注意下列问题：1. 运行中应保持汽温的稳定，汽温波动不应超过土（510） °c。2. 过热器和再热器要有可靠的调温手段，使运行工况在一定范围内变化时能维持额定的 汽温。3. 尽量防止和减少平行管

10、子之间的偏差。2.3省煤器简介省煤器和空气预热器通常布置在锅炉对流烟道的尾部，进入这些受热面的烟气温度已较 低，因此常把这两个受热面称为尾部受热面或低温受热面。省煤器是利用锅炉尾部烟气的热量来加热给水的一种热交换装置。它可以降低排烟温度, 提高锅炉效率，节省燃料。在现代大型锅炉中，一般都利用汽轮机抽汽来加热给水，而u随 着工质参数的提高，常釆用多级给水加热器。空气预热器不仅能吸收排烟屮的热量，降低排烟温度，从而提高锅炉效率；而且由于空 气屮的预热，改善了燃料的着火条件，强化了燃烧过程，减少了不完全燃烧热损失，这对于 燃用难着火的无烟煤及劣质煤尤为重要。使用预热空气，可使炉膛温度提高，强化炉膛辐

11、射 热交换，使吸收同样辐射热的水冷壁受热面可以减少。较高温度的预热空气送到制粉系统作 为干燥剂，在磨制高水分的劣质煤时更为重要。因此空气预热器也成为现代大型锅炉机组屮 必不可少的组成部件。综上所述，省煤器和空气预热器的应用，主要是为了降低排烟温度，提高锅炉效率，节 省燃料。同时，也为了减少价格较贵的蒸发受热面积改善燃烧与传热效果。锅炉控制系统流程图如图2.1所示图2锅炉控制系统流程图第三章汽包水位的控制与调整维持锅炉汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的重要条件之一。当汽包水位过高时，由于汽包蒸汽容积和空气高度减小，蒸汽携带锅水将增加，因而整 齐品质恶化，容易造成过热器积盐垢，引起管子过热损

12、坏；同时盐垢使热阻增大，引起传热 恶化，过热气温降低。汽包严重满水时，除引起气温急剧下降外，还会造成蒸汽管道和汽轮 机内的水冲击，甚至打坏汽轮机叶片。汽包水位过低，则可能破坏水循环，使水冷壁管的安 全受到威胁。如果出现严重缺水而乂处理不当，则可能造成水冷壁爆管。3.1影响水位的因素锅炉运行屮，汽包水位是经常变动的。引起水位变化的原因一是锅炉外部扰动，如负荷 变化；另一个是锅炉内部扰动，如燃烧工况的改变。出现外扰和内扰时，汽包物质平衡遭到 破坏，即给水量与送气量的不平衡；或者工质状态发生变化（锅炉压力变化时，工质比体积 和饱和温度随z改变），两者都能引起水位变化。水位变化的剧烈程度随扰动量增大、

13、扰动 速度加快而增强。自然循环锅炉的汽包水位，一般定在汽包中心线下50150mm范围内，容许变动范围为 ±50 mm。对于强制循环汽包锅炉，汽包的低水位限制取决于循环泵的工作，但一般来说其水 位波动的幅度没有自然循环锅炉要求那样严格。自然循环锅炉汽包的最高、最低水位，应通 过热化学实验和水循环试验确定。最高允许水位应当比临界水位稍低，以保证整齐品质；最 低允许水位应不影响水循环安全。3.2汽包水位的动态特性描述3.2.1汽包在给水流量作用下的动态特性为了在给水量扰动试验过程中保障机组运行的安全性和试验效果，选择某一负荷工况下 试验，因为此吋给水泵出力有较大的裕量，万一试验中汽包水位上

14、升过快，运行人员可及时 手操控制；另外，选择10%的扰动量不会影响机组的安全运行，且试验效果比较明显。在某一负荷工况下，汽包水位控制由自由控制方式切换为手动控制方式；手操迅速改变 气泵转速；使给水流量迅速增加10%；记录给水量扰动试验曲线如图3.1,相当于积分环节和 惯性环节之和，其表达式如下，(3-1)h ' h £t 耳一亍比-片，w ($)二斗器 h +h仝一_ = £八 7 w(s) 1- s 1 + 亦 $(1 +石)从实验图3可以看出，在锅炉燃烧工况不变，即锅炉蒸发量不变时，减少给水量，汽 包水位的虚假水位并不明显；另外，通过试验曲线能够求得汽包水位控制

15、对象在给水量扰动 下的滞后时间和响应速度，从而求得汽包水位对彖在给水量扰动下的传递函数。传递函数表 达式如下，ww(s)= awr = / e (3-2)5(1 + ts) $(1 + £$)从物质平衡的观点来看，加大给谁流量w,水位应立即上升，但试验情况实际并不如此, 而水位经过一段时间的延迟，其至先下降后上升，主要是由于给水温度远低于省煤器的温度, 使省煤器内汽泡总容积减少，因此，进入省煤器内部的水首先用来填补省煤器中因汽泡破火 引起的容积减少而降低的水位，经过一段时间延迟甚至水位下降后，水位才能不断上升。w八q w()3.2.2汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性蒸汽的流量阶跃增

16、大时，蒸汽流量扰动试验曲线，如图3.2所示。蒸汽流量扰动试验曲 线相当于一阶惯性环节2和积分坏节1传递函数差对应的试验曲线，表现为有虚假水位的无 自平衡能力的对彖，汽包水位控制对象传递函数如下，h1 = -?w2 = (3-3) s1 + t25则 ww(s) =加1 +心島+111图3.2蒸汽流量扰动曲线蒸汽流量扰动时，蒸汽流量高于给水流量，汽包水位无自平衡能力，所以水位应该直线下降，但试验屮实际水位先上升后下降，这种现象称为虚假水位现象。出现虚假水位的原因 是符合增加时，燃料量来不及增加，使汽包压力下降，汽泡膨胀，体积增大而水位上升；一 段时间后，汽泡容积与负荷相适应达到稳定，水位就要反应

17、物质平衡关系而下降。3.2.3 燃料量扰动下汽包水位的动态特性汽包水位在燃料量b扰动下的响应曲线如图3.3所示，当燃料量增加时，锅炉的吸热量 增加，蒸发强度增大。如果气轮机侧的用汽量不加调节，则随着汽包压力的增高，汽包输出蒸 汽量也将增加，于是蒸发量大丁给水量，暂时产生了汽包进出口工质流量的不平衡。由丁水面 下的蒸汽容积增大，此时也会出现虚假水位现象，但由于燃烧率的增加也将气量d缓慢增加, 故虚假水位现象要比d扰动下缓和得多b:abbqio'1ti图3.3汽包水位在燃烧率扰动下的阶跃响应曲线第四章方案论证4.1单冲量控制系统所谓单冲量就是指锅炉汽包水位为被控参数，给水量作为控制变量可构

18、成的单冋路控制 系统，如图4.1所不。当蒸汽用量突然增加时，应该加大给水量以满足负荷需求；但是由于假水位现象，导致 控制器会先减小给水量来抑制瞬间的水位升高，随着假水位消失，汽包水位会在负荷增加和 给水量减少的双重作用下，产生严重的水位下降，甚至发生危险。对于小型锅炉，由于蒸汽负荷变化时假水位的现象不明显，如果再配上一些联锁报警装 置，这种单冲量控制系统能满足要求。对于负荷变动较大的大，中型锅炉，单冲量控制系统 不能保证水位稳定，难以满足水位控制要求和生产安全。因此，该控制方案不适用于负荷变 动较犬的情况。4.2双冲量控制系统蒸汽流量是影响汽包水位最主要的扰动，也是造成假水位的主要因素。如果将

19、蒸汽流量 这一可测不可控的干扰作为前馈引入单冲量系统，就可以有效避免假水位引起的误动作，并 及时控制水位，减小水位波动。由此，构成如图4.2所示的双冲量控制系统，其本质为前馈. 反馈复合控制系统，即给水量不仅取决于汽包水位，还受到蒸汽用量影响。可见，该控制方案能有效适应负荷需求变化，但对给水系统中的水压等干扰因素造成的 波动不能及时抑制。4.3三冲量控制系统为进一步改善控制品质，引入给水流量信号，构成三冲量控制系统，如图4.3所示。所 谓三冲量，值得是引入了三个测量信号：汽包水位、给水流量和蒸汽流量。三冲量控制木质 上时前馈串级复合控制系统：主回路实现水位调节，副回路使给水流量能适应负荷和水位

20、要 求。在稳定状态下，液位测量信号为给定值，液位调节器的输出，蒸汽流量及给水流量三个信 号通过加法器得到输出电流。若在某一时刻，蒸汽负荷突然增加，蒸汽流量变送器的输出电流增加，加法器的输出电流减少，从而会开大给水调节阀，与此 同时出现了虚假液位现彖，液位调节器输出电流将增大。由于进入加法器的两个信号相反， 蒸汽流量变送器的输出电流会抵消一部分虚假液位输出电流，所以虚假液位所带来的影响将 局部或全部被抵消。待虚假液位过去,水位开始下降，液位调节器输出电流开始减小，此时它与蒸汽流量信号 变化的方向相反，因此加法器的输出电流减小，此时要求增加给水量以适应新的负荷需要并 补充液位的不足。调节过程进行到

21、液面重新稳定在给定值，给水量和蒸发量达到新的平衡为 止。当蒸汽负荷不变，给水量本身因压力波动而变化时，加法器的输出相应变化，调节阀门 开度直至给水量恢复到所需的数值为止。由于引进了蒸汽流量和给水流量两个辅助冲量，起 到了“超前信号'的作用，使给水阀一开始就向正确的方向移动，因而可减小液位的波动幅度, 抵消虚假液位的影响，并可缩短过渡过程时间。图4.5为三冲量液位调节方框图。省 煤 器给水图4.1单冲量控制系统图4. 2双冲量控制系统图4. 3三冲量控制系统图4. 4三冲量控制系统连接关系蒸汽流量d蒸汽流量变送器水位给定値a液位v流量调节调节器（主）一器（副）t给水调节阀*_气泡 1水位

22、流量变送器 液位变送器图4.5三冲量液位控制系统框图4.4几种控制方式比较单冲量水位控制是汽包水位自动控制中最简单最基本的一种形式，是典型的单回路定值 控制系统，但它不能克服“虚假水位啪勺影响，而且没有给水流量信号的反馈，所以水位波动较 大。双冲量水位控制系统是在单冲量控制的基础上，引进蒸汽流量作为前馈信号。该控制系 统的特点是：引入的蒸汽流量前馈信号可以消除"虚假水位''对调节品质的不良影响。当蒸汽 流量变化时，就有一个给水量与蒸汽量向同方向变化的信号，可以减小或抵消由于“虚假水 位''引起的给水量与蒸汽量反方向变化的误动作，使调节阀从一开始就向正确

23、的方向移动。因 而大大减小了给水量与水位的波动，缩短调节的时间。而且引入的蒸汽流量的前馈信号，能改 善调节系统的静特性，提高调节质量。双冲量水位控制系统适用于小型低压而且给水压力较稳 定的锅炉。当给水压力经常有波动，给水调节阀前后压差不易保持止常时，不宜采用双冲量控 制；另外在大型锅炉的控制中，锅炉容量越大，压力越来越高，汽包的相对容水量就越小，允 许波动的储水量就更少。为了把水位控制平稳，在双冲量水位调节的基础上引入了给水流量 信号，由水位蒸汽流量和给水流量就构成了三冲量水位控制系统，在这个系统里，汽包水位是 被控变量，是主冲量信号，蒸汽流量给水流量是两个辅助冲量信号。三冲量水位控制系统抗干

24、扰能力强，适用于大中型中压锅炉。三冲量控制方案水位的控 制方案，其特点是使用的设备少，整定方法比较简单，调节机构动作比较平稳。所以选三冲量 控制系统。第五章软件设计5.1 pid对控制的影响1. 比例p调节在p调节中，调节器的输出信号与偏差信号成比例，即u= kpe比例调节是有差调节，比例调节的残差随着比例带的加大而加大= y称为比例带，其屮心为比例系数。人们希望尽量减小比例带，然而，减小庄例带就等于 加大调节系统的开环增益，其后果是导致系统的激烈振荡其至不稳定。稳定性是任何闭环系 统的首要要求，比例带的设置必须保证系统具有一定的稳定裕度。比例带具有一个临界值， 此时系统处于稳定边界的情况，进

25、一步减小比例带系统就不稳定了。2. 积分i调节在i调节屮，调节的输出信号的变化速度亠 与偏差信号e成正比，即d t詈称为积分速度，其中ti为积分时间常数。增大积分速度将会降低控制系统的稳定程度，直至出现发散的振荡过程。i调节是无差调 节，只有当被调量偏差为零时，i调节的输出才保持不变。i调节的稳定作用比p调节差，如果 只釆用i调节不可能得到稳定的系统，且振荡频率较低。3. 微分d调节d调节屮的输出与被调量或其偏差对于时间的导数成正比，即“*几孚。td为微分时 间。微分的作用在于改善系统的动态特性。单纯的微分调节器是不能工作的。因此微分调节 只能起辅助的调节作用，与p结合pd或与pi构成pid调

26、节。总之，pid控制器中，比例环节主要减少偏差；积分环节主要用于消除静差，提高系统 的无差度；微分调节能加快系统的动作速度，减少调节时间。5.2 pid控制器的参数整定控制器的参数整定对系统的控制质量起到了决定性的作用。确定控制器最佳过渡过程中 的比例带8,积分吋间ti和微分吋间td的数值称为控制器参数整定。控制器参数整定的方法，在工程上常用的有以下几种工程整定法。1. 经验法其整定参数的顺序是，先整定比例带5,待过渡过程稳定后再加入积分作用以消除 余差，最后加入微分，以加快过渡过程，进一步提高控制质量。pid控制器的经验法整 定：先将td置为0,置ti为oo,先整定比例带使z达到4： 1衰减

27、过程，然后将比例带 放大（10%20%）,而积分时间ti由大到小逐步加入，直至达到4： 1的衰减过程，然 后将比例带减小到比原值小（10%20%）的位置，而积分时间也适当减小，再把td由 小到大加入，观察曲线，直到满意的过程为止。2. 稳定边界法这是一种闭环的整定方法。具体步骤如下：置控制器积分时间逐渐减小比例带，直到 系统出现等幅振荡，即临界振荡过程如图5.1。录此时的临界比例带5k及两个波峰的时 间tk利用8k和tk值，按稳定边界法计算表给出的相应公式求出控制器的稳定参数8> ti、tdo3. 衰减曲线法它是在经验法和稳定边界潜藏顾虑，针对它们的不足，反复实验而得出的一种参数 整方法

28、。具体步骤如下：将控制器积分时间ti为最大值，微分时间为0,在纯比例作用 下，系统试运行。待系统稳定后，作设定值阶跃扰动，并观察系统响应如图5.1。若系统 响应衰减太快，则减小比例带，反z,则增大比例带。直到系统出现4： 1的衰减振荡过 程，记下此时的比例带和ts的数值。利用4： 1衰减整定参数表求得控制器的pid数值。 将比例带放到比计算值大一些的数值上，然后把积分时间按计算值加入，再把微分时间 加入，最后把比例带减小到计算值，观察过渡过程曲线，调整到满意的结果。图5振荡过程图5.3锅炉汽包水位的三冲量串级pid控制系统仿真1. 试验得到下列近似传递函数及系数(1) 给水流量的传递函数：(5

29、-1)0.0375(305+ 1)(2) 蒸汽流量的传递函数:gd(s) =3.6155+ 10.037s(5-2)(3) 变送器的比例系数:水位变化范围为±50mm,水位变送器的电流变化为010ma,所以水位变送器的比例系 数为：“討矿0.01给水流量和蒸汽流量变送器的比例系数为：kn = kw= 0.015o2、通过估算及仿真实验得到：根揭k。二nw kw ,给水流量信号和蒸汽流量信号的分 流系数为：0.21。pid控制器的参数采用逐步逼近法，通过仿真实验得到：(1) 主控制器的pid参数为：心=0.35, ©= 0.002,心=0.001(2) 副控制器的 pid 参

30、数为：kp= 5.kt= 150,/cd= 0.0013、汽包水位三冲量串级pid控制系统控制系统如图5.2所示，在水位传递函数为gf )= /叩了 仿真结果如图5.3所示。75(305 + 1)从控制系统仿真曲线图可以看岀(1) 采用pid控制器，系统的静态特性较好(2) 三冲采用三冲量系统对干扰有很好有控制能力(3) 串级系统对系统内的干扰有较强的控制能力。(4) 当对象参数发生改变时，系统发生巨大响应，超调量明显变大，上升时间变长，系 统振荡加剧，可以看出当控制对象不明确时，pid控制效果不好。图5.2汽包水位三冲量串级pid控制系统图(a)水位给定值阶跃跟踪响应时的仿真结果(b)在50

31、0秒加入蒸汽流量扰动时的仿真结果(c)在500秒加入给水流量扰动时的仿真结果(a)水位给定值阶跃跟踪响应时的仿真结果(b)在1700秒加入蒸汽流量扰动时的仿真结果(c)在1700秒加入给水流量扰动时的仿真结果图5.3控制系统仿真结果第六章仪表的选择控制仪表是自动控制被控变量的仪表，由各种不同的，相互关联的控制仪表构成的控制 系统，是操纵一个或几个变量达到预定状态的系统。为了实现自动控制，除自动装置木身外, 控制系统还包括向自动装置提供信息的变送器和开关部件，以及执行自动装置控制指令的执 行器等。6.1变送器变送器在自动检测和控制系统屮的作用，是对各种工艺参数，如温度，压力，流量，液 位，成分等

32、物理量进行检测，以供显示，记录或控制z用。无论是由模拟构成的系统，还是 由计算机装置构成的系统，变送器都是不可缺少的，获取精确可靠的过程参数值是进行控制 的基础。串级控制系统在抗干扰能力、快速性、适应性和控制质量方面有较好的性能，因此在复杂 的工业过程控制屮得到了广泛的应用.变送器性能介绍：uyz-50系列电容物位计适用于工业生产过程中各种贮槽、容器内导电、非导屯介质液 位、粉状料料位的连续测量和指示。仪表的输出电流010ma可以接电流表或ddz- ii型显示控制仪表，回路中任何一点 不得接地，否则必须配用隔离器以便与计算机输入端相匹配。uyz 50系列屯容物位计由以 下六个部件构成：1.传感

33、器转换部件，2.温度缓冲器，3.散热装置，4.安全火花型防爆栅，5 显示仪表，6测量电极，其中1和5是仪表基本组成单元，再分别配以2,3,4,6则构成各种形 式的产品。uyz50系列电容物位计工作原理图如图6.1。器报警电路图6.1 uyz-50系列电容物位计工作原理当被测物位发生变化时，传感电容量发生相应变化，经传感器前置线路转换成直流信号, 再传送到显示仪表放大成标准屯信号输出，并使电流表直接指示，显示仪表是通用的，表面上的直型条形给出相应的物位指示，同时有绿色指针供高低物料报警位置的整定。18v(*24v)11x-1618220v .20信号输入績岀上w!下限报234567动合融头动畝头

34、 动齐越头 动合头 动头 动开紐头图6.2 uyz-50接线图1, 2输入，3,4输出5,6, 7是上限报警8, 9, 10是下限报警11是显示单元屯源 16接地 1820是交流电参数与规格：1. 精度:非防爆型±1 %2. 防爆型±1.5%3测量范围:0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0m （uyz-561b 型的测量范围可为 3.0, 4.0,6.0, 10m 四档）。4. 负载电阻：1.5kq5. 输出信号：0lomadc6. 供电电源:220vac （ + 10%/-15%） 50hz7. 介质压力：2.5mpa8. 工作环境：传感器温度一40+

35、 85°c,相对湿度1095%9. 显示仪表温度045°c,相对湿度1090%10. 高低位报警定点误差：±2.5%11. 高低位报警设定点范围：0100%全量程内任意给定12. 高低位报警触点容量：220vac 3a13. 防爆型选用防爆栅型号：dfa-3100型检测端齐纳安全栅14. 防爆型仪表防爆等级：ia iict6表6.1 uyz-5_型号表示工系列代号测量电极形式介质温度范围迁移防爆等级1. 绝缘式2. 同轴裸极式3. 裸极式4. 同轴绝缘 式5. 分离式6. 绝缘绳式1. 标准2. 高温3. 低温4. 低温5. 低温一 40 + 85°c8

36、5 200 °ci -100-40°cii 156 一100 °ciii-200 一156°c1. 微电容6 50pf2. 中电容301300pfia iict66.2控制器控制器在自动控制系统中起控制作用。它将来自变送器的测量信号与给定值和减以得到 偏差信号，然后对偏差信号按一定的控制规律进行运算，运算结果为控制信号，输送至执行 器。单元组合式仪表和单个仪表形式的控制器习惯上称为调节器，常用的有ddz- ii型电动调 节器，ddz-iii型调节器和可编程调节器。对于液位控制器，阀气闭为，变送器为，对于研究对象当控制信号增大时液位将相 应减小，故为，液位

37、控制器lc为，为反作用。对于流量控制器，阀气闭为s变送器为，当控制信号增大时给水流量将相应增大， 故为，流量控制器为，为正作用。产品概述：dtl型调节器是ddz- ii型系列仪表中的一个主要单元。它接受从变送器或转换器来的 010ma dc测量信号，并与内给定值或外给定值比较，它们的差值经调节器比例积分、微 分运算输出010ma dc信号至执行机构。仪表分二类：dtl221a、321 a、121a型主要为 石油化工服务，该类仪表有二个输入通道，一个主通道、一个付通道（可接受微分信号）。 面板部分带有一个偏差显示表头、内给定带刻度拨盘、软硕手动、自动切换、带刻度的手操 作拨盘，单针010ma d

38、c输出电流指示表。另一类dtl331a、231a、154a型主要为电 厂服务，输入通道数达45通道，都不带手动操作。当被测物位发生变化时，由变送器传送而来的电信号发生相应变化，经传感器前置线路 转换成直流信号，再传送放大成标准电信号输出，并使执行器发生动作。dtl221a、321a、231a、331a为大偏差表，指示调节器。箱人i输入口 输入皿 输人ivdtl-231图6.3 dtl-231接线图1, 2是出入i 3,4是输入ii 5,6是输入iii 7,8是输入iv11,13输出 14,15外部手操 18接地19,20电源技术参数1. 输入信号：dc010ma2. 输出信号：dc010ma3

39、. 负载电阻：01.5kq (11) (12)端4. 0kq3 kq (11) (13)端5. 独立微分增益：k (d) =0-10倍可调(dtl154a、331a)6. 积分增益：kl180倍(p=100%时)7. 干扰系数:1+2td/ti微分独立运算8. 内给定值稳定度：±0.25%9. 内给定值刻度误差：±2.5%10. 工作条件：环境温度：045°c11. 相对湿度：85%12. 工作振动：频率25hz13. 振幅0.1 mm (双向)14. 供电电源;220v 50hz15. 消耗功率：6w16. 结构型式：面板嵌入式表6.2型号规格型号t1stds独

40、立微分p%tds独立微分操作通道数偏差表型 式dtl-121a6 12003 3001 200444- 帀2小dtl-154a66003 3001 2003 300不带5/dtl-221a6 6001 500带2大dtl-321a612003 3001 200带2大dtl-331a6 12003 3001 2003 300不带5大dtl-231a6 6001 500不带4大63执行器执行器再自动控制系统中的作用是接受来自控制器的控制信号，通过其本身开度的变化，从 而达到控制流量的目的。因此执行器是自动控制系统中的一个重要的，必不可少的组成部分。 执行器的构成如下：执行机构 > 调节机构&

41、gt; 被控介质流量图6.4变送器的基本组成执行器常直接与介质接触，常常在高压，高温，深冷，高粘度，易结晶，闪蒸，汽蚀， 高压差等情况下工作。使用条件恶劣，因此，它是控制系统的薄弱环节。如果执行器选择使 用不当，往往给生产过程自动化带來困难。在许多场合下，会导致自动控制系统的控制质量 下降，控制失灵，甚至因介质的易燃易爆，有毒，而造成生产事故。执行器分为气动执行器、电动执行器、液动执行器3大类。气动执行器按其执行机构形式分为薄膜式、活塞式和长行程式。近年來还研制了增力型 薄膜调节阀。电动和液动执行器按执行机构的运动形式分为直行程和角行程两类。631执行机构由于我们采用的是ddz- ii型的01

42、0ma信号，故选择ddz- ii型仪表。dkj角行程、 dkz直行程是我国最早的、唯一生产的电动执行器，它是我国计划经济时期，全国联合统一 设计的产品。随着现代工控计算机管理的发展，今天，我们的dkj、dkz系列与以前相比，有了 2大实质 性改进1.生产出直接受计算机控制的智能电子式型、户外型、隔爆型等改进型产品2将电路 控制部分灌封在一个小型塑料盒中，俗称模块，形成了便于维护的即插即用型，调节精度更 高、使用寿命更长。dkj/zkj型角行程电动执行机构dkz/zkz型直行程电动执行机构 zkj/dkj-210dkj电动执行机构由伺服放大器、伺服电动机、减速器、位置发信器和电动操作器组成。 其

43、工作原理如图6.5所示。电动操作图6.5 dkj电动执行机构原理图来白调节器的输入信号，在伺服放大器内与位置反馈信号相比较，其偏差经伺服放大器 放大后，去驱动伺服电动机旋转，然后经减速器输出角位移。位置发信器将执行机构输出轴 角位移转换成与输入信号相对应的直流信号(0-1 oma或4-20ma),作为位置反馈信号。执行 机构的旋转方向决定于偏差信号的极性，而又总是朝着减小偏差的方向转动，只有当偏差信 号小于伺服放大器的不灵敏区时，执行机构才停转，因此执行机构的输出位移与输入信号始 终成正比关系。配用电动操作器可实现自动调节系统的自动手动无扰动切换。手动操作时， 由操作开关直接控制电动机电源，使

44、执行机构在全行程转角范围内操作。白动调节时，两相 伺服电动机由伺服放大器供电，输出轴转角随输入信号而变化。主要技术参数：1. 输入信号：0-10ma dc2. 出轴有效转角：0-90度3. 输入电阻：2000(11)、2500(111)4. 输入通道：3个隔离通道5. 电源电压:ac 220v 50hz6. 使用环境温度：10 +55 °c7. 使用环境湿度：95%图6.6 dkj执行器安装图()号 () kff正行图6.7 dkj接线图1脚接位置发送器正电；2脚接位置发送器反负；3-4-5可以连一起做电机正转接dtl-23111脚；8-9-10可以连一起做电机反转接dtl-2311

45、3脚；13 6脚连一起接交流n； 147脚连一起接交流l； 12接地，其他的不需要接或者内部已经接好表6.3 dkj、dkz系列电动执行器规格及参数规格型号输出力矩(n.m)每转时间(s)消耗功率(va)重量(kg)ii型iii型zkj/dkj-210zkj/dkj-210010010011031zkj/dkj-310zkj/dkj-310025010014048zkj/dkj-410zkj/dkj-410060010027086zkj/dkj-510zkj/dkj-51001600100490145zkj/dkj-610zkj/dkj-610040001001400255zkj/dkj-71

46、0zkj/dkj-7100600010018005006.3.2调节阀调节机构是执行器重要部分，在执行机构的输出力f(输出力矩m)和输出位移作用下，调 节机构阀芯的运动，改变了阀芯和阀座之间的流通截面积，即改变了调节阀的阻力系数，使 被控介质流体的流量发生相应变化。单水冷式超高温蝶阀图6.8 kvgd9113-1p结构示意图kvgd9113-1p型电动双水冷式超高温蝶阀通过国家科委鉴定,并荣获国家级新产品证书, 广泛地应用于冶金、化工、建材、电站等行业中的超高温气体管道中，作为高温气体介质流量 调节或切断装置，可与各种执行器配套使用组成不同性能设备。该阀中的阀体采用优质碳钢和不锈钢内腔通水冷却，阀板采用双层优质耐热钢，内腔和轴 通水冷却，并在阀出口处设有流量开关报警功能,同吋在进出口设有二个流量调节阀。具有耗水 量少、耐温高、体积小、转动灵活、使用寿命长、操作维护方便等优点。产品参数介绍：1. 公称压力：0.1 mpa2. 额定转角：090。3. 普通型泄漏率：<5%后座型低泄漏：<1%4. 工作温度:p9t<950°c； p10t<1050°c； ph t