摘 要
鍋爐水位控制系統(tǒng)是鍋爐生產(chǎn)控制系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。對鍋爐生產(chǎn)操作如果不合理，管理不善，處理不當(dāng)，往往會引起事故。這些事故中的大部分是由于鍋爐水位控制不當(dāng)引起的，可見鍋爐汽包水位控制在鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)中的重要性。
鍋爐汽包水位是一個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，具有非線形、不穩(wěn)定性、時滯等特點。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象的精確模型，只需要操作人員的經(jīng)驗知識及操作數(shù)據(jù)，魯棒性強，非常適合于非線性、滯后系統(tǒng)的控制。
關(guān)鍵詞: 汽包水位； 模糊PID； 三沖量

Abstract
The water level control system of the boiler is that the boiler produces the most important link in the control system. If the production operation of the boiler is unreasonable, it is improper to deal with, and will often cause the accident. The majority in these accidents is caused because of improper in control the water level of the boiler. That can see the importance in the equipment control system of the boiler of control of water level of steam dome of the boiler.
The auto-control of the drum water level is very important. The drum water level is an important variable to be controlled, it is hard to get the mathematic model of the water level with adjust process. It is characteristic of nonlinearity, instability and time lag. The traditional control mode of three-variable in the drum water level most use PID, the effect of it can be improved. The fuzzy control does not need precise mathematic model of the controlled object, it only needs the experience of operator and the date of operating it has good robustness and it fit to control the system with nonlinearity and lag.
Keywords: Drum water level, Fuzzy-PID, Three-variable




目 錄
摘 要 I
ABSTRACT I
1.引言 1
2.工業(yè)鍋爐的理論基礎(chǔ) 1
2.1工業(yè)鍋爐的控制要求與工藝流程 1
2.2鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng) 2
2.3鍋爐水位控制系統(tǒng)在鍋爐生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的重要性 3
3鍋爐汽包水位的基本特性和汽包水位控制系統(tǒng)方案選擇 3
3.1鍋爐汽包水位控制對象的基本特性 3
3.1.1汽包水位在給水流量擾動下的動態(tài)特性 4
3.1.2汽包水位在蒸汽負(fù)荷擾動下的動態(tài)特性 5
3.1.3燃料量擾動下汽包水位的動態(tài)特性 6
3.2鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)及控制方案選擇 7
3.2.1單沖量水位控制系統(tǒng) 7
3.2.2雙沖量水位控制系統(tǒng) 8
3.2.3三沖量水位控制系統(tǒng) 8
3.2.4三沖量模糊水位控制系統(tǒng) 9
3.2.5汽包水位控制系統(tǒng)方案的選擇 10
4．鍋爐汽包水位模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計 11
4.1主回路模糊控制器的設(shè)計 11
4.1.1確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)及輸入、輸出語言變量 11
4.1.2確定各變量的隸屬度函數(shù)和賦值表 11
4.1.3模糊控制規(guī)則的確定 14
4.1.4模糊控制響應(yīng)表的生成 14
4.2模糊動態(tài)前饋控制器的設(shè)計 16
4.3 PID控制的設(shè)計 16
4.3.1PID控制的基本公式 16
4.3.2 PID的參數(shù)設(shè)置 16
5. PLC選型及資源分配 17
5.1 PLC電氣圖和I/O分配表 17
5.2 PLC選型 18
5.3 傳感器選型 18
5.4特殊模塊功能 18
6.控制系統(tǒng)程序設(shè)計 18
6.1編程軟件 19
6.2控制系統(tǒng)流程圖 19
6.2.1控制系統(tǒng)總流程圖設(shè)計 19
6.2.2模糊控制流程圖 19
6.2.3PID控制流程圖 20
6.2.4動態(tài)前饋流程圖 20
6.3系統(tǒng)的程序設(shè)計 21
6.3.1水位控制 21
6.3.2模糊控制算法的PLC實現(xiàn) 21
6.3.3 PID控制的PLC實現(xiàn) 22
7 結(jié)束語 23
致謝 24
參考文獻(xiàn)： 25
附錄： 26

1. 引言
在鍋爐運行中,水位是一個很重要的參數(shù)。若水位過高,則會影響汽水分離的效果,使用電氣設(shè)備發(fā)生故障;而水位過低,則會破壞汽水循環(huán),嚴(yán)重時導(dǎo)致鍋爐爆炸。同時高性能的鍋爐產(chǎn)生的蒸汽流量很大,而汽包的體積相對來說較小,所以鍋爐水位控制顯得非常重要。鍋爐水位自動控制的任務(wù),就是控制給水流量,使其與蒸發(fā)量保持平衡,維持汽包內(nèi)水位在允許的范圍內(nèi)變化。
目前我國有各類鍋爐幾十萬臺，其中相當(dāng)大的部分還在使用常規(guī)儀表控制。由于鍋爐水位存在一定的反向特性即“假水位”現(xiàn)象，而常規(guī)儀表所常用的PID算法對“假水位”現(xiàn)象的控制效果并不理想，若要較好的控制“假水位”現(xiàn)象，采用常規(guī)儀表所構(gòu)成的控制器，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性又會增加，造成成本較高。因此研究新型的水位控制系統(tǒng)，使其能進(jìn)一步提高水位控制的效果，同時又具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)的特點，還是非常必要的。
模糊控制是以模糊集合理論為基礎(chǔ)的一種新興的控制手段，它是模糊系統(tǒng)理論和模糊技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。模糊控制的核心就是利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語言轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能夠接受的算法語言所描述的控制算法，這種方法不僅能實現(xiàn)控制，而且能模擬人的思維方式對一些無法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的被控對象進(jìn)行有效的控制。三沖量鍋爐水位控制系統(tǒng)中的主回路控制部分與蒸汽前饋控制部分正是屬于這種情況：由于虛假液位的影響和各種參數(shù)存在的時變性而導(dǎo)致無法確定這一過程的數(shù)學(xué)模型，這樣就不能設(shè)計常規(guī)的控制器進(jìn)行控制[1]。
2.工業(yè)鍋爐的理論基礎(chǔ)
2.1工業(yè)鍋爐的控制要求與工藝流程
鍋爐是化工、煉油、發(fā)電、造紙和制糖等工業(yè)生產(chǎn)過程必不可少的重要動力設(shè)備。尤其是在現(xiàn)代化的石油化工企業(yè)里，熱力站的設(shè)立可以使工藝生產(chǎn)過程中的物料和能量得到更加合理的充分利用，它不僅能為反映器、蒸餾塔、換熱器以及其他設(shè)備、管道保溫伴熱提供熱源，而且還可以為生產(chǎn)過程中的風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、泵類驅(qū)動透平提供動力來源。工業(yè)蒸汽鍋爐汽包水位控制的任務(wù)是控制給水流量與蒸發(fā)量保持動態(tài)平衡，維持汽包水位在工藝允許的范圍內(nèi)，是保證鍋爐安全生產(chǎn)運行的必要條件，也是鍋爐正常生產(chǎn)運行的主要指標(biāo)之一。
參考文獻(xiàn)：
[1]任向民.工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)的設(shè)計與實..