项目一-锅炉液位定值控制方案doc-湖州职业技术

1、湖州职业技术学院过程控制制与自动动化仪表表教案讲说人：高高志宏机电工程分分院2006年年12月本次课标题题：1）课课程导引引；2）锅炉液位定值控制方案授课班级上课时间周 月 日 第第 节上课地点过程控制实实验室 周 月 日 第 节节教学目的用控制理论论组成合合理的液液位定值值控制系系统。教学目标能力（技能能）目标标知识目标1、能正确确分析单单回路控控制原理理，并正正确应用用。2、能绘制制规范的的控制系系统结构构图和方方框图。1、掌握单单回路反反馈控制制原理。2、熟悉常常用仪表表的图形形符号表表示方法法。重点难点及解决方法重点：单回回路反馈馈控制原原理、系系统结构构图和方方框图。难点：反馈馈控制

2、原原理的合合理应用用。解决办法：采用对对比法以人人工控制制液位的的方法，引引出单回回路控制制原理，并并对比分分析各部部分功能能；在控控制实现现的难点点解决采采用理论分分析、结结合实物物系统加加以分析析与说明明。参考资料1 高高志宏主主编，过过程控制制与自动动化仪表表，浙浙江大学学出版社社，20006年年2 厉厉玉鸣主主编，化工工仪表及及自动化化，化化学工业业出版社社，20004年.3 王王森等主主编，仪表工试题集，化学工业出版社，2003年第二版.4 解解怀仁、杨杨彬彦主主编，石油化工仪表控制系统选用手册，北京，中国石化出版，2004年5 吴吴勤勤主主编，控制制仪表及及装置，化化学工业业出版社

3、社，20002年第二版版.课前准备：多媒体体课件制制作、演演示实验验设备调调试、以以4人/小组进进行分组组。一、感知自动动化技术术的神奇奇（155分钟）1、图片展展示利用多媒体体展示自自动化技技术在石石油、冶金、化化工、机机械等行行业的应应用，以以了解自动动化技术术的神奇奇与重要要性。2、技术说说明结合图片教教师对断断续过程程控制（如如加工过过程自动动化、数数控技术术等）和和连续过过程控制制作及时时解释，并并说明本本课程应应用范围围属连续续过程控控制，主主要是对对温度、压压力、流流量、物物位等参参数进行行控制。二、明确课课程目标标与考核核方法（330分钟钟）1、问题提提出拟定电加加热锅炉炉自动

4、控控制方案案。锅炉是一个个产生蒸蒸汽的热热能设备备，在工工业上有有极其广广泛的应应用。由由于加热热方式的的不同其其控制方方法有一一定的差差别，但但液位控控制方法法基本相相同。图图1是电电加热锅锅炉的简简易流程程图，电电加热器器加热水水产生一一定压力力的水蒸蒸汽，并并通过上上部的输输汽管供供给用户户或下一一个工序序，为了了及时补补充因蒸蒸发而不不断减少少的锅炉炉水量，在在锅炉下下部用水水泵连续续的加入入冷水。图1 图1 电加热锅炉的简易流程图工艺基本要要求：11）产生生的蒸汽汽必须压压力恒定定以满足足用户需需求；22）由于于用户的的蒸汽用用量经常常变化，造造成锅炉炉液位上上下变动动而导致致危险，

5、应应采取措措施以保保证锅炉炉的运行行安全。根据工艺要要求，请请学生以以小组为为单位进进行讨论论，初步步拟定一一个自动动控制方方案。2、集体讨讨论选取122个小组组，由代代表汇报报小组讨讨论后形形成的集体意见见。3、教师点点评、提提出教学学要求学生积极参参与、开开动脑筋筋寻求合合理的处处理方法法的学习习精神应应充分肯肯定，但但从小组组代表的的汇报情情况，电电加热锅锅炉的自自动控制制方法还还存在许许多不足足之处，个个别小组组根本无无从下手手。电加热锅炉炉的自动控控制，在在工业上上将其分分为二个个问题：1）电电加热的的恒温自自动控制制；2）液液位的定定值自动动控制。其实现并不难，事实上本课程正是以电

6、加热锅炉自动控制为实例，来介绍过程控制及自动化仪表的应用技术，同学们经过一学期的学习与训练，不仅能掌握电加热锅炉自动控制的实现，同时，基于此能解决工业上常见的自动控制问题。通过本课程程学习，使使同学们们掌握基基本的过过程控制制理论及及自动化化仪表知知识基础础上，重重点学会会常用用仪表的的选用与与维护、典典型控制制系统的的调试与与投运、简简单控制制系统的的开发与与实施。整个课程设设计一个个大的总总体项目目电电加热锅锅炉自动动控制系系统开发发与实施施。4名同学一一组，各各组在整整个学期期学习过过程中必必须完成成基本篇篇的四个个项目单回回路液位位控制系系统集成成与调试试、液位流流量串级级控制系系统集

7、成成与调试试、单回路路温度控控制系统统集成与与调试、电电加热锅锅炉恒温温供水控控制系统统的开发发与实施施。前三三个项目目属于学学习和探探索，每每次按项项目要求求通过“教、学学、做”一体化化的教学学方法，完完成系统统集成与与调试任任务，主主要是熟熟悉系统统组成原原理、学学会仪表表的使用用、掌握握系统调调试方法法、验证证实验结结论。第第四个项项目为综合实践践项目，要要求综合合应用知知识与各各种方法法，完成成电加热热锅炉恒恒温供水水控制系系统开发发与实施施，通过过组内学学生之间间的分工工与协作作，自我我分析问问题、解解决问题题，以强强化综合合应用能能力的培培养，最最后每组组集体答辩辩。提高高篇的二二

8、个训练练项目基于于SLPPC可编编程调节节器的蒸蒸汽流量量温压补补偿测量量、锅炉炉二冲量量控制系系统开发发。至此此，锅炉炉二冲量量实用控控制系统统的开发发与实施施已基本本完成。改革考核方方式（1）对学学生实行行以能力力为中心心的开发发性项目目式考核核：第一一，考核核范围开开放，以以项目作作为主要要依据；第二，考考核方式式开放，以以项目在在学习过过程中进进行；第第三，考考试标准准开放，以以项目要要求作为为主要评评分标准准；第四四，考核核知识点点与技能能点全面面开放，以以项目带带动知识识点的学学习。（2）全程程化考核核：学习习过程的的全程化化考核，考考核内容容包括学学生平时时课堂参参与状况况、作业

9、业完成情情况、实实践教学学的表现现等；平平时考核核、项目目考核、期期末考试试各占总总分数的的20%、50%、30%。（3）考核核形式多多样化：包括课课堂展现现、笔试试、口试试、现场场演示，每每一种考考核形式式都赋予予了分数数。液位定值液位定值控制液位流量控制水温定值控制恒温压供水实践智 能 PI D 调 节 器串级控制简单控制综合控制15课时14课时11课时一周简单控制温压补偿测量锅炉液位控制12课时16课时简单控制前馈反馈可编程调节器提 高 篇基 本 篇图2 课课程项目目结构图图三、知识学学习确定控控制方案案（20分钟钟）确定控制方方案是自自动控制制系统开开发的第第一步，也是最关键的一步。为

10、此，我们就第一个子项目锅炉液位定值自动控制的控制方案进行讨论。为了突出液位控制问题、便于分析与实现，对锅炉的工艺流程稍作变动水从上部（上一个工序）连续不断地流入锅炉中，并经下部管路送出。1、存在问问题从流程图可可以看出出，由于于流入量量的波动动会引起起锅炉液液位的波波动，严严重时会会溢出或或流空。因因此，必必须采取取措施防防止锅炉炉液位的的波动。2、解决方方法最简单的解解决方法法是操作人人员以锅锅炉液位位为操作作指标，以以改变进进水阀门门开度为为控制手手段。当当液位上上升时，将将进水阀门门开小，液位位上升越越多，阀阀门开得得越小；反之之，当液液位下降降时，就就开大出口口阀门，液液位下降降越多，

11、阀阀门关得得越大。通过过控制出出口阀门门开度而而使液位位保持在在这一高高度上，这这样就不不会出现现锅炉液液位过高高或液位位过低而而出现危危险。归归纳起来来，操作作人员所所进行的的工作有有三方面面：（1）检测测用眼眼睛观察察玻璃管管液位计计（测量量元件）中中液位的的高低，并并通过神神经系统统告诉大大脑；（2）运算算（思考考）、命命令大脑根根据眼睛睛看到的的液位高高度，加加以思考考，并与与要求的的液位进进行比较较，得出出偏差的的大小和和正负，然然后根据据操作经经验，经经思考，决决策后发发出命令令；（3）执行行根据据大脑发发出的命命令，通通过手去去改变阀阀门开度度，以改改变流出出量Q，从从而把液液位

12、保持持在所需需高度上上。眼、脑、手手三个器器官，分分别担负负了检测测、运算算和执行行三个任任务，来来完成测测量、求求偏差、再再控制以以纠正偏偏差的全全过程。图3 人工液位调节过程图3 人工液位调节过程3、控制方方法改进进由于人工控控制受到到生理上上的限制制，满足足不了大大型现代代化生产产的需要要，为了了提高控控制精度度和减轻轻劳动强强度，可可以用一一套自动动化装置置来代替替上述人人工操作作，这样样，就由由人工控控制变为为自动控控制了。锅炉和自动化装置一起构成了一个自动控制系统，如图4所示。如果绘制工艺控制流程图，一般表示成图5的形式，由图可知，自动化装置主要包括三部分。图4 液液位自动动控制图

13、5 带带控制点点的工艺艺流程图图LT（1）测量量元件与与变送器器图中中以表示示液位变变送器。它它的作用用是测量量液位，并并将液位位的高低低转化为为一种特特定的信信号（如如标准电电流信号号、标准准气压信信号、电电压等）。LTLC（2）自动动控制器器图中中以表示示液位控控制器。它它接受变变送器送送来的信信号，与与工艺要要求的液液位高度度相比较较，得出出偏差，并并按某种种运算规规律算出出结果，然然后将此此结果，用用特定信信号（电电流或气气压）发发送出去去。LC（3）执行行器通常指指控制阀阀，它和和普通阀阀门的功功能一样样，只不不过它自自动地根根据控制制器送来来的信号号值改变变阀门的的开启度度。显然，

14、这套套自动化化装置具具有人工工控制中中操作人人员的眼眼、脑、手手的部分分功能。因因此，它它能完成成自动控控制贮中中液位高高低的任任务。四、技能提提高控制系系统图绘绘制（20分钟钟）1、控制系系统流程程图的规范表表示为了表示控控制流程程图，一一般用小小圆圈表表示某些些自动化化装置。圈圈内写有有两位（或或三位）字字母，第第一位字字母表示示被测变变量，后后继字母母表示仪仪表的功功能，常常用被测测变量和和仪表功功能的字字母代号号见表66-1。表1 被被测变量量和仪表表功能的的字母代代号字 母第一位字母母后继字母被 测 变变 量修 饰 词词功 能A分析报警C电导率控制（调节节）D密度差E电压检测元件F流

15、量比（或分数数）I电流批示K时间或时间间程序自动-手动动操作器器L物位M水分或湿度度P压力或真空空Q数量或件数数积分、累积积积分、累积积R放射性记录或打印印S速度或频率率安全开关、联锁锁T温度传送V粘度阀、挡板、百百叶窗W力套管Y供选用继动器或计计算器Z位置驱动、执行行或未分分类的终终端执行行机构2、控制系系统方块块图的绘制制在研究自动动控制系系统时，为为了能更更清楚地地表示出出一个自自动控制制系统各各个组成成环节之之间的相相互影响响和信号号联系，便便于对系系统进行行分析研研究，往往往将表表示各环环节的方方块根据据信号流流的关系系排列起起来，组组成自动动控制系系统的方方块图。图图6即是这这个液

16、位位自动控控制系统统的方块块图。图6 液液位控制制系统方方块图图中用到了了控制系系统中常常用的名词术术语：（1）被控控对象：需要实实现控制制的设备备、机器器或生产产过程，称称为被控控对象，这这里是锅锅炉。（2）被控控变量yy：对象象内要求求保持设设定值（接接近恒定定值或按按预定规规律变化化）的物物理量，称称为被控控变量，这这里是锅锅炉液位位，用yy表示。（3）操纵纵变量：受调节节器操纵纵，用以以使被控控变量保保持设定定值（给给定值）的的物料量量或能量量，称为为操纵变变量，这这里是锅锅炉给水水。（4）干扰扰（扰动动）：除除操纵变变量以外外，作用用于对象象并能引引起被控控变量变变化的因因素，称称为干扰扰和扰动动。负荷荷变化就就是一种种典型的的扰动，如如蒸汽用用量的变变化对锅锅炉水位位控制是是一种典典型干扰扰，常用f表示。（5）设定定值（给给定值）：被控变变量的目目标值（预预定值），称称为设定定值，常常用S表表示。（6）偏差差：偏差差理论上上应该是是被控变变量的设设定值与与实际值值之差。但但是能够够直接获获取的是是被控变变量的测测量值信信号而不不是实际际值，因因此，通通常把给给定值与与测量值值之差称称作为偏偏差，常常用e表表示。五、小结、课后作业业布置 （55