基于Malab和力控的锅炉仿真系统_开题报告

锅炉是能量转换的重要设备，能提供热水或蒸汽，广泛应用于工业生产及生活取暖等各个方面。目前我国锅炉的运行状况是：自动化控制水平低、高耗能、污染重，这与我国近年来提出的建设资源节约型、环境友好型社会相违背。由于我国经济的不断发展和人们生活水平的不断提高，对能源的需求量不断加大，锅炉的台数也不断增加。锅炉运行状况的好坏直接影响到能源利用率的高低，其中锅炉的自动化水平是影响锅炉工作状况的重要因素之一。改善锅炉的自动化控制策略不仅能提高锅炉的自动化水平，还能有效地节约资源，从而节省大量的人力物力。具体来讲，提高锅炉自动化控制水平的意义在于 ：

(1)提高锅炉运行的经济性；

(2)提高锅炉运行的安全性；

(3)减少运行人员，提高劳动生产率；

(4)改善劳动条件。

锅炉汽包水位的控制在锅炉的自动化控制中是非常重要的。锅炉汽包水位的控制在锅炉的蒸汽产量、品质及降低能耗、安全生产等方面起着重要的作用。锅炉的汽包水位是锅炉正常运行的重要指标之一。水位过高，汽水分离装置的正常工作就会受到破坏，严重时会导致蒸汽带水增多，增加过热器管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，水循环遭到破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时易烧干锅，损坏汽包。由此可见，提高锅炉汽包水位自动控制水平是刻不容缓的问题，这对减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行具有重要 的意义。

二、锅炉汽包水位控制策略在国内外研究现状及发展趋势

工业锅炉汽包水位控制方式经历了三个阶段：以锅炉汽包水位作为唯一反馈量的单冲量控制方式，是最简单的控制方式，也是最基本的控制方式。该控制方式不能消除“虚假水位”带来的影响，不能及时克服给水流量和蒸汽扰动对汽包水位的影响，存在汽包水位调节时间长，波动幅度大等缺点；后来出现了双冲量控制方式，该控制方式以锅炉汽包水位作为主调节信号，以蒸汽流量作为前馈调节信号，虽然能克服“虚假水位”造成的不利影响，但是还是不能克服给水流量的扰动对汽包水位的影响，存在水位波动大，调节滞后、调节时间长等缺点；后

来又出现了三冲量控制方式，该控制方式以锅炉汽包水位作为主调节信号，以蒸汽流量作为前馈调节信号，以给水流量作为反馈调节信号，该控制方式有效的克服了内外扰动的影响，提高了水位控制的质量。

该仿真系统基于MATLAB R2012a和力控人机界面软件Forcecontrol6.1开发而成，系统模拟了汽包水位控制的相关参数，能够模拟实际汽包的水位特性，并且能将模型中的数据转换成模拟信号供外部控制系统使用。通过计算机动态模拟，达到和真实的控制系统相一致的仿真目的，在实际应用方面具有很好的效果。模拟仿真画面形象生动，可通过界面观察各个模块的数据，清晰简洁。

 

1.4 本课题的主要研究工作

本课题以某供气量为 120t/h 的工业锅炉为研究对象，针对 该锅炉汽包水位控

制现状，在前人研究的基础上，对锅炉汽包水位控制系统

并进行了仿真分析，为实际应用提供了有力的理论指导 。

本课题研究的具体内容：

（1）首先对锅炉汽水系统的三种控制方 法进行了简要分析，并指出了每种方

法的优缺点。同时说明了本课题选 用前馈-串级三冲量控制方式的理由。

（2）然后根据锅炉汽水系统结构，在充分考虑影响锅炉汽包水位变化因素的

基础上，得出了汽包水位的动态特性微分方程式；再根据此方程式，针对给水流量发生变化（蒸汽流量不变）和蒸汽流量发生变化（给水流量不变）这两种情况，分别得到给水流量与汽包水位的传递函数和蒸汽流量与 汽包水位的传递函数。

（3）对系统中各仪器进行了选择，同时确定了各变送器的参数。

（4）运用MATLAB建立汽包水位模型，使得仿真建模简洁明了、灵活方便；用力控组态软件设计组态画面，通过力控组态软件实现将模型数据输送到牛顿模块模拟输入输出端，从而实现在外部对汽包水位模型的数据采集和控制。

（5）采用实际对象做系统模型，相对纯粹Matlab真更切合实际，能够更深入认识实际对象和掌握三冲量控制。

（6）可以用外部设备控制，也可以用力控软件编辑算法控制，丰富功能。

B. ^范文提纲

一

（一） 课 题 研 究 的 背 景 及 意 义

（二） 锅 炉 概 述 

1. 锅 炉 对 象 的 特 点

2. 锅 炉 汽 包 水 位 控 制 系 统 介 绍 

（三） 锅 炉 汽包 水 位控 制 策略 在 国内 外 研究 现 状及 发 展趋 势 

（四） 本 课 题 的 主 要 研 究 工 作 

（五） 本 课 题 的 创 新 点 

二锅 炉 汽 包 水 位 控 制 系 统 的 设 计

（一） 控 制 系 统 的 参 数 及 控 制 指 标

（二） 锅 炉 汽 水 系 统 控 制 方 法 的 研 究

1. 单 冲 量 控 制 系 统 

2. 三 冲 量 控 制 系 统 

2.1 前馈 - 反馈 三冲 量 控 制方 式 

2.2 前馈 - 串级 三冲 量 控 制方 式 

（三） 锅 炉 汽 包 水 位 控 制 系 统 的 动 态 特 性 分 析 

1. 锅 炉 汽 包 水 位 在 给 水 流 量 扰 动 下 的 动 态 特 性 

2. 锅 炉 汽 包 水 位 在 蒸 汽 流 量 扰 动 下 的 动 态 特 性

（四）锅 炉 汽 包 水 位 控 制 系 统 的 数 学 模 型 

（五） 仪器的选择与各变送器 转换系数 的 确定 

三锅 炉 汽 包 水 位 控 制 系 统 的 PID校 正 

（一） P I D 控 制 器 概 述

（二） P I D 控 制 作 用 分 析

（三） PID 控 制 器 参 数 整 定 及 系 统 仿 真 分 析 

1. 试 凑 法 确 定 P I D 参 数 

四锅炉仿真系统装置软硬件实验及调试

     (一)  汽包水位的动态特性测试

    （二）汽包水位的三冲量仿真控制系统实验

结 论 

参 考 文 献 

[1]杨献勇.热工过程自动控制．第二版.北京：清华大学出版社，2000,307-312

[2] 李 杰 . 工 业 锅 炉 给 水 控 制 系 统 的 研 究 :[ 长 安 大 学 硕 士 学 位 论 文 ]. 西 安 ： 长 安 大学,2008：1

[3]李玲玲．工业锅炉水位三冲量控制系统的改进．河北工业大学学报，2000，12：

[4]北京三维力控科技有限公司 力控数据库与网络开发手册     北京三维力控科技有限公司  2007

[5]王正林 郭阳宽.MATLAB/Simulink与过程控制系统仿真   电子工业出版社

[6]王树青 戴连奎 于玲.过程控制工程   化学工业出版社     2008，1

[7]马国华 监控组态软件及其应用 清华大学出版社   2001

[8]田虎 杨承志.基于OPC技术的组态软件与Matlab的数据通信及其仿真研究 自动化信息 2008（6）

[9]北京三维力控科技有限公司 力控监控组态软ForceControl应用手册 北京三维力控科技有限公司

[10] 张文超，李京 陈伟彬等  OPC技术在工业以太网系统中的应用 自动化仪表 2002