华北水利水电大学
——过程控制技术课程设计
学院： 电力学院
专业：自动化 学号： 姓名：
设计题目1：锅炉过热蒸汽温度控制系统设计
一、设计目的
过程控制技术课程设计是一项重要的实践性教学环节，在设计过程中，通过一个工程实际课题的设计练习，学生可以初步实践过程控制系统的设计过程，明确应完成的工作内容和采用的具体设计方法，达到巩固、充实和综合所学知识并解决实际问题的目的。
通过课程设计，可以培养学生以下能力： 1、独立工作能力和创造力
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2、查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力
3、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力 4、编写技术资料的能力 二、设计任务及要求
课程设计应充分应用过程控制技术及相关专业课的知识，针对某生产工艺过程实施自动过程控制的方案。因此，既要充分掌握生产工艺过程及控制工程的基础知识，又要熟悉控制及检测仪表的使用方法及型号、规格、价格等信息。
实际任务主要包括以下几方面：
1、了解生产工艺：研究过程控制单元的生产工艺流程，收集工艺中有关的工艺参数及重要数据。
2、明确控制要求：找出被控对象，针对可能出现的干扰因素分析控制目的及其应达到的控制效果。
3、拟定控制方案：根据控制要求，确定反馈控制系统、自动检测系统、自动信号报警与连锁系统。选取被控变量和操纵变量，确定测量点位置，确定阀的气开、气关性质及控制器的正负作用。
4、画出带控制点的工艺流程图，编写仿真程序，获得仿真结果。
5、过程控制仪表的选型：根据工艺数据调研产品的性能、价格、质量，选定检测、变送、显示、控制等各类仪表的规格型号，画出自控设备表。
6、设计说明书：阐述整个设计，评价所设计系统的优缺点。
一、参考与说明
1. 课程设计辅导资料：“过程控制系统和应用”、“过程控制系统与仪表”、“过程控制仪表及控制系统”、“过程控制系统”等； 2. 先修课程：仪表与过程控制系统等。
3. 课设设计仿真软件：MATLAB、组态软件（组态王等）； 4. 主要涉及的知识点：过程控制仪表、控制系统、被控过程等。 二、要求完成的主要任务 1. 课程设计时间：1周；
2. 课程设计内容：根据指导老师给定的题目，按规定选择其中1套完成；
本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目所涉及
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的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图，编写仿真程序，获取仿真结果。
3. 课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括： ① 目录； ② 摘要；
③ 生产工艺和控制原理介绍； ④ 控制参数和被控参数选择； ⑤ 控制仪表及技术参数；
⑥ 控制流程图及控制系统方框图； ⑦ 仿真模型、仿真程序和仿真结果；
⑧ 总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）； ⑨ 课程设计的心得体会（至少500字）； ⑩ 参考文献（不少于5篇）等。
目录
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生产工艺介绍.............................................. ?? PAGEREF _Toc1851 ??错误！未定义书签。????
?? HYPERLINK \\l _Toc19580 ??1.1 锅炉设备介绍?? PAGEREF _Toc19580 ??错误！未定义书签。??
?? HYPERLINK \\l _Toc25103 ??1.2 蒸汽过热系统的控制?? PAGEREF _Toc25103 ??错误！未定义书?? HYPERLINK \\l _Toc8068 ??2控制原理简介?? PAGEREF _Toc8068 ??错误！未定义书签。????
?? HYPERLINK \\l _Toc8713 ??2.1控制方案选择?? PAGEREF _Toc8713 ??错误！未定义书签。????
?? HYPERLINK \\l _Toc2430 ??2.1.1单回路控制方案?? PAGEREF _Toc2430 ??错误！未定义书签
?? HYPERLINK \\l _Toc26371 ??2.1.2串级控制方案?? PAGEREF _Toc26371 ??错误！未定义书签
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?? HYPERLINK \\l _Toc12277 ??2.2 串级控制方案论证?? PAGEREF _Toc12277 ??错误！未定义书签?? HYPERLINK \\l _Toc6415 ??3 控制系统设计?? PAGEREF _Toc6415 ??错误！未定义书签。????
?? HYPERLINK \\l _Toc6299 ??3.1 系统控制参数确定?? PAGEREF _Toc6299 ??错误！未定义书签。
?? HYPERLINK \\l _Toc5465 ??3.1.1 主变量的选择?? PAGEREF _Toc5465 ??错误！未定义书签。
?? HYPERLINK \\l _Toc26924 ??3.1.2副变量的选择?? PAGEREF _Toc26924 ??错误！未定义书签
?? HYPERLINK \\l _Toc6909 ??3.1.3操纵变量的选择?? PAGEREF _Toc6909 ??错误！未定义书签
?? HYPERLINK \\l _Toc7000 ??3.2 调节阀的选择?? PAGEREF _Toc7000 ??错误！未定义书签。????
?? HYPERLINK \\l _Toc16337 ??3.3 控制器设计?? PAGEREF _Toc16337 ??错误！未定义书签。????
?? HYPERLINK \\l _Toc27900 ??3.3.1 控制器控制规律的选择?? PAGEREF _Toc27900 ??错误！未
?? HYPERLINK \\l _Toc13355 ??3.3.2 控制器正、反作用选择?? PAGEREF _Toc13355 ??错误！未
?? HYPERLINK \\l _Toc22328 ??3.3.3 控制器的电路实现?? PAGEREF _Toc22328 ??错误！未定义
?? HYPERLINK \\l _Toc5678 ??4 控制仪表的选择?? PAGEREF _Toc5678 ??错误！未定义书签。???? ?? HYPERLINK \\l _Toc27430 ??5 系统控制流程图?? PAGEREF _Toc27430 ??错误！未定义书签。???? ?? HYPERLINK \\l _Toc22563 ??6 总结体会?? PAGEREF _Toc22563 ??错误！未定义书签。????
?? HYPERLINK \\l _Toc10546 ??6.1 设计总结?? PAGEREF _Toc10546 ??错误！未定义书签。???? ?? HYPERLINK \\l _Toc6880 ??6.2 心得体会?? PAGEREF _Toc6880 ??错误！未定义书签。???? ?? HYPERLINK \\l _Toc20593 ??参考文献?? PAGEREF _Toc20593 ??错误！未定义书签。????
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1 生产工艺介绍
1.1 锅炉设备介绍
锅炉是石油化工、发电等工业过程必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽既可作为驱动透平的动力源，又可作为精馏、干燥、反应、加热等过程的热源。随着工业生产规模的不断扩大，作为动力和热源的过滤，也向着大容量、高参数、高效率的方向发展。
锅炉设备根据用途、燃料性质、压力高低等有多种类型和称呼，工艺流程多种
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多样，常用的锅炉设备的蒸汽发生系统是由给水泵、给水控制阀、省煤器、汽包及循环管等组成。
燃料与空气按照一定比例送入锅炉燃烧室燃烧，生成的热量传递给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，形成一点观其文的过热蒸汽，在汇集到蒸汽母管。过热蒸汽经负荷设备控制，供给负荷设备用，于此同时，燃烧过程中产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风送往烟囱，排入大气。
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图1-1 锅炉设备主要工艺流程图
锅炉设备的控制任务是根据生产负荷的需要，供应一定压力或温度的蒸汽，同时要使锅炉在安全、经济的条件下运行。按照这些控制要求，锅炉设备将有如下主要的控制系统：
① 锅炉汽包水位控制系统：主要是保持汽包内部的无聊平衡，
使机水量适应锅炉的蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许的范围内；
② 锅炉燃烧系统的控制：其控制方案要满足燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要，使燃料与空气量保持一定的比值，保证燃烧的经济型和锅炉的安全运行，使引风量与送风量相适应，保持炉膛负压在一定范围内。
③ 过热蒸汽系统控制：主要使过热器出口温度保持在允许范围内，并保证管壁温度不超过工艺允许范围；
④ 锅炉水处理过程：主要使锅炉给水的水性能指标达到工艺要求。
1.2 蒸汽过热系统的控制
蒸汽过热系统则是锅炉系统安垒正常运行，确保蒸汽品质的重要部分。本设计主要考虑的部分是锅炉过热蒸汽系统的控制。
蒸汽过热系统包括一级过热器、减温器、二级过热器。控制任务是使过热器出口温度维持在允许范围内，并保护过热器时管壁温度不超过允许的工作温度。
过热蒸汽温度过高或过低，对锅炉运行及蒸汽用户设备都是不利的，过热蒸汽温度过高，过热器容易损坏，汽轮机也因内部过度的热膨胀而严重影响安全运行；过热温度过低，一方面使设备的效率降低，同时使汽轮机后几级的蒸汽湿度增加，
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