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過程控制課程設(shè)計報告
一份好的課程設(shè)計報告，需要組員配合完成，下面是過程控制課程設(shè)計報告，為大家提供參考。
一、課程設(shè)計目的：
1.熟悉并熟練掌握組態(tài)王軟件； 2.通過組態(tài)王軟件的使用，進一步掌握了解過程控制理論基礎(chǔ)知識； 3.了解典型工業(yè)生產(chǎn)過程(鍋爐設(shè)備)的工藝流程和控制要求； 4.加強對課堂理論知識的理解與綜合應(yīng)用能力，提高解決實際工程問題的能力； 5.培養(yǎng)自主查找資料、收索信息的能力以及實踐動手能力與合作精神。
二、組態(tài)王簡介：
“組態(tài)王”是運行于 Microsoft Windows 200/NT4.0.XP 中文平臺的中文界 面軟件，充分利用了 windows 圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點， 并且采用了多線程。 COM 組件等新技術(shù)， 實現(xiàn)了實時多任務(wù)， 軟件運行穩(wěn)定可靠。
“ 組 態(tài) 王 ” 軟 件 包 括 由 工 程 瀏 覽 器 (TouchExplorer) 、 工 程 管 理 器 (Proj-Manager)和畫面運行系統(tǒng)（TouchVew）三大部分組成。在工程瀏覽中可以 查看工程的各個組成部分，也可以完成數(shù)據(jù)庫構(gòu)造、定義外部設(shè)備等工作；工程 管理器中內(nèi)嵌了畫面管理系統(tǒng)，用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理。畫面的開 發(fā)和運行由工程瀏覽器調(diào)用畫面制作系統(tǒng) touchMak 和運行系統(tǒng) touchVew 來完 成。
三、鍋爐設(shè)備的的控制原理及工藝流程：
鍋爐是過程工業(yè)中不可缺少的動力設(shè)備，它所產(chǎn)生的蒸汽不僅能夠為蒸餾、 化學(xué)反應(yīng)、干燥、蒸發(fā)等過程提供熱源，而且，還可以作為風(fēng)機、壓縮機、泵類 驅(qū)動透平的動力源。隨著石油化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷強化，生產(chǎn)設(shè)備不斷革新， 作為全廠動力和熱源的鍋爐，亦向著大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。為確保 安全，穩(wěn)定生產(chǎn)，對鍋爐設(shè)備的自動控制就顯得十分重要。為實現(xiàn)調(diào)節(jié)任務(wù)，將 鍋爐設(shè)備控制劃分為若干個控制系統(tǒng)，主要控制系統(tǒng)有：
（1） 給水自動控制系統(tǒng)（即鍋爐汽包水位的控制） 操縱變量是給水流量， 它主要考慮汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)蒸汽量，維持汽包中水位在工藝 允許范圍內(nèi)。維持汽包中水位在給定范圍內(nèi)是保證鍋爐、汽輪機安全運行的必要條件，使鍋爐正常運行的主要標(biāo)志之一。 由于鍋爐是一個多輸入、多輸出、多回路、非線性的、相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜控 制系統(tǒng)，汽包液位控制與給水控制、蒸汽壓力控制、送風(fēng)控制、爐膛負壓控制等 有關(guān)。汽包水位在外界擾動作用下的變化過程與蒸汽流量 D、補充給水量 W、 補充水溫 T、爐膛熱負荷（燃料量 M） 、汽包蒸汽壓力 PD 等參數(shù)有關(guān)，其中影響 作用較大的主要是蒸汽流量 D、爐膛熱負荷（燃料量 M） 、補充給水量 W。 汽包液位控制分為三種：單沖量控制、雙沖量控制、三沖量控制。
（2）鍋爐燃燒的自動控制 有三個被控變量，蒸汽壓力（或負荷） 、煙氣成分（反 映燃燒經(jīng)濟性指標(biāo)）和爐膛負壓。而操縱變量亦有三個：燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng) 量。這三個被控變量和操縱變量互相關(guān)聯(lián)，需要統(tǒng)籌兼顧，從而組成合適的燃燒 系統(tǒng)控制方案，以滿足燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量適應(yīng)蒸汽負荷的需要；保證燃燒的 經(jīng)濟性和鍋爐的安全性。爐膛負壓保持在一定的范圍內(nèi)。
第一個任務(wù)是維持汽壓恒定。汽壓的變化表示鍋爐蒸汽量和負荷的耗汽量不相適應(yīng)， 必須相應(yīng)地改變?nèi)剂狭浚愿淖冨仩t的蒸汽量。 第二個任務(wù)是保證燃燒過程的經(jīng)濟性。當(dāng)燃料量改變時，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)送風(fēng)量，使它 與燃料量相配合，保證燃燒過程有較高的經(jīng)濟性。 第三個任務(wù)是調(diào)節(jié)引風(fēng)量與送風(fēng)量相配合，以保證爐膛壓力不變。 對于一臺鍋爐， 燃燒過程的這三項調(diào)節(jié)任務(wù)是不可分隔的， 對調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)加以注 意。
（3）過熱蒸汽系統(tǒng)的自動控制 以過熱蒸汽溫度為被控變量，噴水量為操縱 變量組成的溫度控制系統(tǒng)，以使過熱器出口溫度保持在允許范圍內(nèi)，并保證管壁 溫度不超過允許的工作溫度。 控制方案選擇： 單回路控制方案：在運行過程中。改變減溫水流量，實際上是改變過熱器 出口蒸汽的熱焙，亦改變進口蒸汽溫度，如下圖所示。從動態(tài)特性上看，這種調(diào) 節(jié)方法是最不理想的，但由于設(shè)備簡單，因此，應(yīng)用得最多。 減溫器有表面式和噴水式兩種。減溫器應(yīng)盡可能地安裝在靠近蒸汽出口處， 但一定要考慮過熱器材科的安全問題，這樣能夠獲得較好的動態(tài)特蛀。但作為控制對象的過熱器，由于管壁金屬的熱容量比較大，使之有較大的熱慣性。加上管 道較長有一定的傳遞滯后，如果用下圖所示的控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器接受過熱器出口 蒸汽溫度 t 變化后，調(diào)節(jié)器才開始動作，去控制減溫水流量 w .w 的變化又要經(jīng) 過一段時向才能影響到蒸汽溫度 t 這樣，既不能及早發(fā)現(xiàn)擾動，又不能及時反映 控制的效果，將使蒸汽溫度 t 發(fā)生不能允許的動態(tài)偏差。影響鍋爐生產(chǎn)的安全和 經(jīng)濟運行。
改變減溫水量控制蒸汽溫度系統(tǒng)
實際中過熱蒸汽控制系統(tǒng)常采用減溫水流量作為操縱變量，但由于控制通道 的時間常數(shù)及純滯后均較大，組成單回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)的要求。因 此常采用串級控制系統(tǒng)，減溫器出口溫度為副參數(shù)，以提高對過熱蒸汽溫度的控 制質(zhì)量。 串級控制方案：過熱器出口蒸汽溫度串級控制系統(tǒng)的方框圖如下圖所示。 采用兩級調(diào)節(jié)器，這兩級調(diào)節(jié)器串在一起，各有其特殊任務(wù)，調(diào)節(jié)閥直接受調(diào)節(jié) 器 1 的控制，而調(diào)節(jié)器 1 的給定值受到調(diào)節(jié)器 2 的控制，形成了特有的雙閉環(huán)系 統(tǒng)，由副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器和減溫器出口溫度形成的閉環(huán)稱為副環(huán)。由主調(diào)節(jié)器和主 信號—出口蒸汽溫度，形成的閉環(huán)稱為主環(huán)，可見副環(huán)是串在主環(huán)之中。
過熱蒸汽溫度串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖
調(diào)節(jié)器 2 稱主調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器 1 稱為副調(diào)節(jié)器。將過熱器出口蒸汽溫度調(diào)節(jié) 器的輸出信號，不是用來控制調(diào)節(jié)閥而是用來改變調(diào)節(jié)器 2 的給定值，起著最后 校正作用。 串級系統(tǒng)是一個雙回路系統(tǒng)，實質(zhì)上是把兩個調(diào)節(jié)器串接起來，通過它們的 協(xié)調(diào)工作， 使一個被控量準確地保持為給定值。 通常串級系統(tǒng)副環(huán)的對象慣性小， 工作頻率高，而主環(huán)慣性大，工作頻率低。為了提高系統(tǒng)的控制性能，希望主副 環(huán)的工作頻率相差三倍以上，以免頻率相近時發(fā)生共振現(xiàn)象面破壞正常工作。串 級控制系統(tǒng)可以看作一個閉合的副回路代替了原來的一部分對象， 起了改善對象 特征的作用。除了克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動外，還提高了系統(tǒng)的工作頻率，加快過 渡過程。 串級控制由于副環(huán)的存在，改善了對象的特性，使等效副對象的時間常數(shù)減 小，系統(tǒng)的工作頻率提高。同時，由于串級系統(tǒng)具有主、副兩只控制器，使控制 器的總放大倍數(shù)增大，系統(tǒng)的抗干擾能力增強，因此，一般來說串級控制系統(tǒng)的 控制質(zhì)量要比單回路控制系統(tǒng)高。
四、工程建立：
設(shè)計思路：首先，一打開運行，就是進入首頁，點擊“鍋爐控制”進入主界 面，動作之前，先要給定“水位設(shè)定值” ，然后點擊自動按鈕，就可以觀察實時 曲線；也可以將開關(guān)打到手動狀態(tài)進行手動控制。
設(shè)計過程： （一）首先建立工程“鍋爐控制” ，進入畫面界面，點擊新建工程畫面，進 入開發(fā)系統(tǒng)界面，確定背景屬性，打開工具欄，使用圖庫（快捷鍵 F2）創(chuàng)建所 需的器件：鍋爐汽包、爐膛、各種閥門等；并設(shè)計水流的動態(tài)表示； （二）設(shè)置串口； （三）然后打開數(shù)據(jù)詞典， 定義所需的變量， 注意其變量類型及其后續(xù)設(shè)置； （四）接下來就是動畫連接，雙擊畫面上的器件，輸入變量，或點擊“？” 進入變量瀏覽器選擇所需變量，當(dāng)設(shè)定完成后，進入工程瀏覽器雙擊“應(yīng)用程序 命令語言”輸入控制程序。
工程創(chuàng)建過程的截圖顯示：
（一）系統(tǒng)變量定義：
（二）動畫連接：
（三）圖形界面的設(shè)計：
（四）自動運行結(jié)果： （設(shè)定值為 30 時）
（五）手動控制運行結(jié)果：
五、系統(tǒng)軟件編譯：
if(本站點手自動轉(zhuǎn)換開關(guān)==0) {if(本站點給水閥==1) {本站點汽包水位=本站點汽包水位+1; 本站點給水流量=本站點給水流量+1; } else {本站點給水流量=0;} if((本站點空氣閥==1)&&(本站點燃料閥==1)) {本站點燃料流量=本站點燃料流量+1; 本站點空氣流量=本站點空氣流量+1; 本站點爐膛壓力=本站點爐膛壓力-1; } else
{本站點空氣流量=0; 本站點燃料流量=0; 本站點爐膛壓力=99; } if((本站點飽和蒸汽閥==1)&&(本站點過熱蒸汽閥==1)&&(本站點給水 閥==0)) {本站點飽和蒸汽流量=本站點飽和蒸汽流量+1; 本站點飽和蒸汽溫度=本站點飽和蒸汽溫度+1; 本站點飽和蒸汽壓力=20; 本站點過熱蒸汽溫度=本站點過熱蒸汽溫度+1; 本站點過熱蒸汽壓力=20; 本站點汽包水位=本站點汽包水位-1; } if((本站點飽和蒸汽閥==1)&&(本站點過熱蒸汽閥==1)) {本站點飽和蒸汽流量=本站點飽和蒸汽流量+1; 本站點飽和蒸汽溫度=本站點飽和蒸汽溫度+1; 本站點飽和蒸汽壓力=20; 本站點過熱蒸汽溫度=本站點過熱蒸汽溫度+1; 本站點過熱蒸汽壓力=20; } else if((本站點飽和蒸汽閥==1)&&(本站點過熱蒸汽閥==0)) {本站點過熱蒸汽壓力=10; 本站點飽和蒸汽壓力=10; 本站點過熱蒸汽溫度=20; 本站點飽和蒸汽溫度=本站點飽和蒸汽溫度+1; } else if((本站點飽和蒸汽閥==0)&&(本站點過熱蒸汽閥==1)) {本站點飽和蒸汽流量=0; 本站點飽和蒸汽溫度=20;
本站點飽和蒸汽壓力=10; 本站點過熱蒸汽溫度=20; 本站點過熱蒸汽壓力=10; } if(本站點汽包水位>=80) {本站點汽包水位=本站點汽包水位-1; 本站點給水閥=0; } } else {if(本站點汽包水位<本站點汽包水位設(shè)定) else="" if="">本站點汽包水位設(shè)定) {本站點過熱蒸汽閥=1; 本站點飽和蒸汽閥=1; 本站點給水閥=0; 本站點給水流量=0; 本站點汽包水位=本站點汽包水位-1; } else if(本站點汽包水位設(shè)定==本站點汽包水位) {本站點過熱蒸汽閥=1; 本站點飽和蒸汽閥=1; 本站點給水流量=20;
本站點汽包水位=本站點汽包水位+1; 本站點給水閥=1; } if(本站點汽包水位>=10) {本站點燃料閥=1; 本站點空氣閥=1; 本站點空氣流量=本站點空氣流量+1; 本站點燃料流量=本站點燃料流量+1; 本站點爐膛壓力=本站點爐膛壓力-1; } else{本站點空氣流量=0; 本站點燃料流量=0; 本站點燃料閥=0; 本站點空氣閥=0; } }
六、課程設(shè)計感想：
通過這次課程設(shè)計，我們熟練掌握了組態(tài)王軟件 6.52 版的使用。 使我對組態(tài)軟件有了更深刻的理解，特別是組態(tài)王軟件的應(yīng)用、組態(tài)王軟件 的系統(tǒng)開發(fā)過程。在畫面加工上做的更美觀，立體感更強。使我得到了一次用專 業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。相信以后在使用組態(tài)軟件設(shè) 計能夠更全面，設(shè)計出更方便的實現(xiàn)監(jiān)控和控制的功能，同時讓我在使用編程技 巧的熟悉度向前邁了一大步。
七、參考文獻：
《過程控制工程》 孫洪程 李大宇 翁維勤編著 高等教育出版社 出版
人民郵電 《可編程序控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》 郭宗仁 吳弈鋒 郭寧明編著 出版社 出版
《組態(tài)軟件控制技術(shù)》 覃貴禮 吳尚慶編著 北京理工大學(xué)出版社 出版
《過程控制》 金以慧 編著 清華大學(xué)出版社 出版
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