鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)

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1、兵團(tuán)廣播電視大學(xué)畢業(yè)論文題目：鍋爐汽包水位的視頻監(jiān)控?cái)?shù)字兼容學(xué)生姓名：路正麗系別：機(jī)電工程系專業(yè)：熱能動(dòng)力班級(jí)：13-34班指導(dǎo)教師：卡拉哈爾老師摘要鍋爐是典型的復(fù)雜熱工系統(tǒng)，目前，中國(guó)各種類型的鍋爐有幾十萬臺(tái)，由于設(shè)備分散、管理不善或技術(shù)原因，使多數(shù)鍋爐難以處于良好工況，增加了鍋爐的燃料消耗，降低了效率。鍋爐的建模與控制問題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而汽包水位是工鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，保證水位控制在給定范圍內(nèi)，對(duì)于高蒸汽品質(zhì)、減少設(shè)備損耗和運(yùn)行損耗、確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行具有要意義。鍋爐汽包水位高度，是確

2、保安全生產(chǎn)和提供優(yōu)質(zhì)蒸汽的重要參數(shù)，對(duì)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)來說尤其是這樣。因?yàn)楝F(xiàn)代鍋爐的特點(diǎn)之一就是蒸發(fā)量顯著提高，汽包容積相對(duì)變小，水位變化速度很快，稍不注意就容易造成汽包滿水或者燒成干鍋。在現(xiàn)代鍋爐操作中，即使是缺水事故，也是非常危險(xiǎn)的，這是因?yàn)樗贿^低，就會(huì)影響自然循環(huán)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使個(gè)別上水管形成自由水面，產(chǎn)生流動(dòng)停滯，致使金屬管壁局部過熱而爆管。無論滿水或缺水都會(huì)造成事故，因此，必須嚴(yán)格控制水位在規(guī)定范圍之內(nèi)。維持汽包水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋?zhàn)o(hù)和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件，也是鍋爐正常運(yùn)行的主要指標(biāo)之一

3、。水位過高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離效果，使汽包出口的飽和蒸汽帶水增多，蒸汽帶水會(huì)使汽輪機(jī)產(chǎn)生水沖擊，引起軸封破損、葉片斷裂等事故。同時(shí)會(huì)使飽和蒸汽中含鹽量增高，降低過熱蒸汽品質(zhì)，增加在過熱器管壁和汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢。水位過低，則可能破壞自然循環(huán)鍋爐汽水循環(huán)系統(tǒng)中某些薄弱環(huán)節(jié)，以致局部水冷管壁被燒壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爆炸事故。這些后果都是十分嚴(yán)重的。隨著鍋爐容量的增加，水位變化速度愈來愈快，人工操作愈來愈繁重，因此對(duì)汽包水位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)提出了迫切的要求。汽包水位的控制是鍋爐控制的一個(gè)難點(diǎn)，目前，對(duì)汽包水位控制大多采用

4、常規(guī)PID控制方式，傳統(tǒng)的常規(guī)PID控制方式是根據(jù)控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型建立，由于鍋爐水位系統(tǒng)存在非線性、不確定性時(shí)滯和負(fù)荷干擾、非最小相位特征等，其精確的數(shù)學(xué)模型往往無法獲得而且常規(guī)PID控制的參數(shù)是固定不變的，難以適應(yīng)各種擾動(dòng)及對(duì)象變化，其控制效果往往難以滿足要求，控制效果不理想。模糊控制是建立在人工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，它能將熟練操作員的實(shí)經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)和描述，并用語言表達(dá)出來，得到定性的、不精確的控規(guī)則，不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。模糊控制易于被人們接受，構(gòu)造容易，魯棒性和適應(yīng)性好。鍋爐是工業(yè)過程中不可缺少的動(dòng)力設(shè)

5、備，為確保安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，對(duì)鍋爐的自動(dòng)控制十分重要，其中汽包水位是一個(gè)非常重要的被控變量。由于鍋爐的水位調(diào)節(jié)過程難以建立數(shù)學(xué)模型，具有非線性、不穩(wěn)定性、時(shí)滯等特點(diǎn)。給水控制的任務(wù)是維持汽包中水位在工藝允許范圍內(nèi)。由于影響汽包水位的幾個(gè)因素中，燃料量的擾動(dòng)影響較小，因此，汽包水位的控制中，主要的目的是以汽包水位為被控變量，以調(diào)節(jié)給水流量為控制手段。同時(shí)，由于汽包水位不僅受鍋爐側(cè)的影響，也受到汽輪機(jī)側(cè)的影響，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化或汽輪機(jī)用汽量變化時(shí)，給水控制都應(yīng)能限制汽包水位只在給定的范圍內(nèi)變化。常用的汽包水位控制方式

6、有單沖量、雙沖量及三沖量控制。傳統(tǒng)的鍋爐水位三沖量控制系統(tǒng)大都采用PID控制，其控制效果還可以進(jìn)一步提高。而模糊控制不要求知道被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，只需要操作人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)及操作數(shù)據(jù)，魯棒性強(qiáng)，非常適合用于非線性、滯后系統(tǒng)的控制。模糊控制器一般采用二維結(jié)構(gòu)形式，即以誤差及誤差變化作用模糊控制器的輸入信號(hào)，根據(jù)二者模糊化的結(jié)果查詢模糊控制表，得到控制量的模糊量，再經(jīng)去模糊化處理轉(zhuǎn)化為精確量去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。基于鍋爐水位控制及模糊控制的特點(diǎn)，本文將模糊控制引入鍋爐汽包水位的三沖量控制中，作了以下一些試探性工作,對(duì)

7、現(xiàn)有的模糊控制器的構(gòu)成方式進(jìn)行歸納總結(jié)。對(duì)汽包水位的模糊控制方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)及性能上的分析和比較，并利用Simulink分別在設(shè)定值及在干擾作用下對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。關(guān)鍵詞:汽包水位；模糊控制；三沖量目錄引言31鍋爐工作過程及其設(shè)備31.1課題背景31.2鍋爐的工作過程簡(jiǎn)介31.3鍋爐設(shè)備的調(diào)節(jié)任務(wù)31.4本文研究?jī)?nèi)容32鍋爐汽包水位特性及其控制32.1鍋爐汽包水位的特性32.1.1汽包水位在給水流量W作用下的動(dòng)態(tài)特性32.1.2汽包水位在蒸汽流量D擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性32.1.3燃料量B擾動(dòng)下汽包水位的動(dòng)態(tài)特性32

8、.2汽包水位控制方式32.2.1單沖量控制方式32.2.2雙沖量控制方式32.2.3三沖量控制方式33模糊控制原理33.1概述33.1.1模糊控制的形成33.1.2模糊控制的特點(diǎn)33.2模糊控制系統(tǒng)組成33.3模糊控制的工作原理33.3.1模糊控制系統(tǒng)的組成33.3.2模糊控制的基本原理34汽包水位模糊控制器設(shè)計(jì)及仿真34.1汽包水位的PID控制方式34.1.1PID控制方式概述34.2模糊控制器的