火电机组汽包水位控制系统的设计(附件)
锅炉是现代工业、企业和事业单位工作的重要设备更是生产的动力之源，锅炉安全而经济运行可以合理使用和节约能源、保障国家财产及人民生命安全、促进国民经济发展。锅炉给水系统进行自动控制操作能够在一定程度上提高锅炉运行的安全性，同时也能够在一定程度上节约人力。论文先介绍DCS软件的基本组态方式与应用和横河CENTEM VP的应用；其次介绍锅炉给水控制系统被控对象的运行特性和动态特性，并比较了常见的两种控制方案，分析解决了工程应用中遇到的实际问题进行深入分析。最后，本论文分析该控制系统基于DCS系统的工程实现。关键词 锅炉，给水控制，PID控制，DCS
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 锅炉汽包水位控制系统的研究现状 1
1.3 本课题主要的研究内容和要求 4
2 DCS系统介绍 4
2.1 DCS系统简介 4
2.2 DCS控制系统的发展历程 5
2.3 DCS系统结构 6
2.4 DCS系统的特点与其未来展望 8
3 锅炉汽包水位控制系统 9
3.1 锅炉汽包水位控制系统概述 9
3.2 锅炉汽包水位控制的动态特性分析 11
4 控制策略原理和控制方案设计 15
4.1 汽包水位控制方式 15
4.2 相关过程控制知识 16
5 横河CENTUM VP系统介绍 18
5.1 CENTUM VP系统配置 18
5.2 CENTUM VP系统优点 19
5.3 CENTUM CS 3000系统 19
6 工程实现 20
6.1 FCS组态 20
6.2 HIS组态 35
7 工程测试 35
结 论 38
致 谢 39
参 考 文 献 40
附录A（全程给水连续控制组态图） 41
附录B（汽包信号采集组态图） 42
附录C（调节器逻辑组态） 43
1 绪论
1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.1 课题的背景及意义
大量文献资料记载显示，全球性能源危机从70年代起逐渐被各界专业人士所重视，正是因为这样，节能逐渐的成为各行各业需要面对的问题，其技术发展也突飞猛进，锅炉节能相关研究研究逐渐被提上日程[1]。
锅炉是现代工业、企业和事业单位工作的重要设备更是生产的动力之源，锅炉安全而经济运行可以合理使用和节约能源、保障国家财产及人民生命安全、促进国民经济发展。锅炉是受火焰加热且具有爆炸危险的特殊设备和压力容器，其安全性尤为重要。只有在充分保证锅炉安全生产、运行可靠和保护环境的前提下，才能通过管理和技术的改造来提高运行操作水平从而使锅炉实现高效率的状态。锅炉的自动控制是非常重要的，其中压力、温度还有水位都是锅炉运行质量的重要指标。因此，锅炉控制系统的研究对于提高系统的安全性、经济性、稳定性具有深远的意义，并对实现工业现代化也有一定的促进作用。蒸汽压力是蒸汽的重要工艺参数，用来衡量锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量是否平衡。
蒸汽压力的高低会影响金属导管以及相关的负荷设备的功能与使用状态。压力过高或者过低都会对其产生不利的影响。过高会对相关设备产生一定的损害性，过低又不足以提供其压力制动。与此同时蒸汽的压力又取决于其体积与温度，体积不变的情况下主要由温度决定，由此可见恒定的温度是保证汽轮机正常运转的基础条件。工业锅炉进行正常工作的时候，通过其气泡水位来检测其工作状态，水位要处于标准的工作段位，既不能过高也不能过低，水位过高会使得汽水分离出现不畅，增加水垢结出量，反之如果水位过低则容易损坏气泡。因此对锅炉给水系统进行自动控制操作能够在一定程度上提高锅炉运行的安全性，同时也能够在一定程度上节约人力。
本篇论文针对性的对锅炉汽包水位控制系统进行相关的课题研究，并且进行相关程序系统的设计以及调试和组态。
1.2 锅炉汽包水位控制系统的发展和研究现状
拒不完全统计，我国工业锅炉的总数量高达26万台，随着我国经济的迅猛发展以及我国工业的发展壮大，锅炉在我国国民经济发展中的大部分领域都被广泛的应用，包括发电，造纸，纺织等等工业领域。与此同时锅炉产业的发展离不开燃料能源的使用，据相关统计我国锅炉的原煤消耗量每年高达320T,与此同时我国工业生产对于锅炉的需求量也是逐年增大，粗略统计每年的增长速度近2蒸吨。在这个背景下，我国对于工业锅炉更加需要进行专业的整体监管以及运行技术的提高。我国整体上锅炉数量非常的大，进而其能耗需求量也非常的大，对于锅炉相关设备而言，也需要进行相应的改进与系统功能性的提升，对于老化陈旧的设备要进行更新改造淘汰，综合性来讲，对于工业锅炉的整体性管理需要更多的技术手段以及智能化的革新。
工业锅炉汽包水位控制系统根据其发展进程可以粗略的分为几个不同的时期，早期的发展可以说相对简单，在其功能上属于比较基础的一种控制方案，这个时期主要是单冲量的的调节，具有一定的局限性。当水量改变的时候，其PID调节器相对具有一定的滞后性，只能是水量变化之后进行相应的调节，并且在调节工作完成之后才能使得汽包水位向着所调试状态运行，仍然具有一定的延后性，使得从调节到完成系列程序的时间较长，效率相对较低。其次这种调节方式的依据来自于水位的变化信号，在实际操作中水位信号的精准性并不高，因为容易收到水汽的干扰，或者是水位线的波动，因此在准确性上存在一定的弊端，容易产生水位调节错误信号的传递，对于整体的流量不能起到其平衡作用。后来对于水位反应速度快的锅炉采用双冲量控制方式和三冲量控制方式来改善调节品质，以满足运行的需要。
双冲量控制方案在实际功能运行的过程中，主要是通过蒸汽的流量产生相应的信号传导，并且反应于锅炉汽包水位的展示信号[2]。相对于三冲量水位控制系统而言，具有其劣势，因为双冲量法在产生对应的水量波动的时候，容易产生水位波动的滞后，由此对于信号传递也具有一定的延时性。而三冲量法的信号传递媒介则是选取蒸汽流量作为前馈信号，而反馈信号则是通过给水流量来进行传递的。这种信号传递方式控制方案很好的避免了外扰作用，与此同时对于内扰的影响也能够很好的克服，总体来讲，三冲量水位控制系统能够抗除干扰因素，提升信号准确性，对于水位变化起到了很好的控制作用[3]。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 锅炉汽包水位控制系统的研究现状 1
1.3 本课题主要的研究内容和要求 4
2 DCS系统介绍 4
2.1 DCS系统简介 4
2.2 DCS控制系统的发展历程 5
2.3 DCS系统结构 6
2.4 DCS系统的特点与其未来展望 8
3 锅炉汽包水位控制系统 9
3.1 锅炉汽包水位控制系统概述 9
3.2 锅炉汽包水位控制的动态特性分析 11
4 控制策略原理和控制方案设计 15
4.1 汽包水位控制方式 15
4.2 相关过程控制知识 16
5 横河CENTUM VP系统介绍 18
5.1 CENTUM VP系统配置 18
5.2 CENTUM VP系统优点 19
5.3 CENTUM CS 3000系统 19
6 工程实现 20
6.1 FCS组态 20
6.2 HIS组态 35
7 工程测试 35
结 论 38
致 谢 39
参 考 文 献 40
附录A（全程给水连续控制组态图） 41
附录B（汽包信号采集组态图） 42
附录C（调节器逻辑组态） 43
1 绪论
1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.1 课题的背景及意义
大量文献资料记载显示，全球性能源危机从70年代起逐渐被各界专业人士所重视，正是因为这样，节能逐渐的成为各行各业需要面对的问题，其技术发展也突飞猛进，锅炉节能相关研究研究逐渐被提上日程[1]。
锅炉是现代工业、企业和事业单位工作的重要设备更是生产的动力之源，锅炉安全而经济运行可以合理使用和节约能源、保障国家财产及人民生命安全、促进国民经济发展。锅炉是受火焰加热且具有爆炸危险的特殊设备和压力容器，其安全性尤为重要。只有在充分保证锅炉安全生产、运行可靠和保护环境的前提下，才能通过管理和技术的改造来提高运行操作水平从而使锅炉实现高效率的状态。锅炉的自动控制是非常重要的，其中压力、温度还有水位都是锅炉运行质量的重要指标。因此，锅炉控制系统的研究对于提高系统的安全性、经济性、稳定性具有深远的意义，并对实现工业现代化也有一定的促进作用。蒸汽压力是蒸汽的重要工艺参数，用来衡量锅炉的蒸汽生产量与负荷设备的蒸汽消耗量是否平衡。
蒸汽压力的高低会影响金属导管以及相关的负荷设备的功能与使用状态。压力过高或者过低都会对其产生不利的影响。过高会对相关设备产生一定的损害性，过低又不足以提供其压力制动。与此同时蒸汽的压力又取决于其体积与温度，体积不变的情况下主要由温度决定，由此可见恒定的温度是保证汽轮机正常运转的基础条件。工业锅炉进行正常工作的时候，通过其气泡水位来检测其工作状态，水位要处于标准的工作段位，既不能过高也不能过低，水位过高会使得汽水分离出现不畅，增加水垢结出量，反之如果水位过低则容易损坏气泡。因此对锅炉给水系统进行自动控制操作能够在一定程度上提高锅炉运行的安全性，同时也能够在一定程度上节约人力。
本篇论文针对性的对锅炉汽包水位控制系统进行相关的课题研究，并且进行相关程序系统的设计以及调试和组态。
1.2 锅炉汽包水位控制系统的发展和研究现状
拒不完全统计，我国工业锅炉的总数量高达26万台，随着我国经济的迅猛发展以及我国工业的发展壮大，锅炉在我国国民经济发展中的大部分领域都被广泛的应用，包括发电，造纸，纺织等等工业领域。与此同时锅炉产业的发展离不开燃料能源的使用，据相关统计我国锅炉的原煤消耗量每年高达320T,与此同时我国工业生产对于锅炉的需求量也是逐年增大，粗略统计每年的增长速度近2蒸吨。在这个背景下，我国对于工业锅炉更加需要进行专业的整体监管以及运行技术的提高。我国整体上锅炉数量非常的大，进而其能耗需求量也非常的大，对于锅炉相关设备而言，也需要进行相应的改进与系统功能性的提升，对于老化陈旧的设备要进行更新改造淘汰，综合性来讲，对于工业锅炉的整体性管理需要更多的技术手段以及智能化的革新。
工业锅炉汽包水位控制系统根据其发展进程可以粗略的分为几个不同的时期，早期的发展可以说相对简单，在其功能上属于比较基础的一种控制方案，这个时期主要是单冲量的的调节，具有一定的局限性。当水量改变的时候，其PID调节器相对具有一定的滞后性，只能是水量变化之后进行相应的调节，并且在调节工作完成之后才能使得汽包水位向着所调试状态运行，仍然具有一定的延后性，使得从调节到完成系列程序的时间较长，效率相对较低。其次这种调节方式的依据来自于水位的变化信号，在实际操作中水位信号的精准性并不高，因为容易收到水汽的干扰，或者是水位线的波动，因此在准确性上存在一定的弊端，容易产生水位调节错误信号的传递，对于整体的流量不能起到其平衡作用。后来对于水位反应速度快的锅炉采用双冲量控制方式和三冲量控制方式来改善调节品质，以满足运行的需要。
双冲量控制方案在实际功能运行的过程中，主要是通过蒸汽的流量产生相应的信号传导，并且反应于锅炉汽包水位的展示信号[2]。相对于三冲量水位控制系统而言，具有其劣势，因为双冲量法在产生对应的水量波动的时候，容易产生水位波动的滞后，由此对于信号传递也具有一定的延时性。而三冲量法的信号传递媒介则是选取蒸汽流量作为前馈信号，而反馈信号则是通过给水流量来进行传递的。这种信号传递方式控制方案很好的避免了外扰作用，与此同时对于内扰的影响也能够很好的克服，总体来讲，三冲量水位控制系统能够抗除干扰因素，提升信号准确性，对于水位变化起到了很好的控制作用[3]。
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