過程控制課程設計報告

一份好的課程設計報告，需要組員配合完成，下面是過程控制課程設計報告，為大家提供參考。

一、課程設計目的：

1.熟悉並熟練掌握組態王軟件； 2.通過組態王軟件的使用，進一步掌握瞭解過程控制理論基礎知識； 3.瞭解典型工業生產過程(鍋爐設備)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用能力，提高解決實際工程問題的能力； 5.培養自主查找資料、收索信息的能力以及實踐動手能力與合作精神。

二、組態王簡介：

“組態王”是運行於 Microsoft Windows 200/ 中文平台的中文界 面軟件，充分利用了 windows 圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點， 並且採用了多線程。 COM 組件等新技術， 實現了實時多任務， 軟件運行穩定可靠。

“ 組 態 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（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，也可以完成數據庫構造、定義外部設備等工作；工程 管理器中內嵌了畫面管理系統，用於新工程的創建和已有工程的管理。畫面的開 發和運行由工程瀏覽器調用畫面製作系統 touchMak 和運行系統 touchVew 來完 成。

三、鍋爐設備的的控制原理及工藝流程：

鍋爐是過程工業中不可缺少的動力設備，它所產生的蒸汽不僅能夠為蒸餾、 化學反應、乾燥、蒸發等過程提供熱源，而且，還可以作為風機、壓縮機、泵類 驅動透平的動力源。隨着石油化學工業生產規模不斷強化，生產設備不斷革新， 作為全廠動力和熱源的鍋爐，亦向着大容量、高參數、高效率方向發展。為確保 安全，穩定生產，對鍋爐設備的自動控制就顯得十分重要。為實現調節任務，將 鍋爐設備控制劃分為若干個控制系統，主要控制系統有：

（1） 給水自動控制系統（即鍋爐汽包水位的控制） 操縱變量是給水流量， 它主要考慮汽包內部的物料平衡，使給水量適應蒸汽量，維持汽包中水位在工藝 允許範圍內。維持汽包中水位在給定範圍內是保證鍋爐、汽輪機安全運行的必要條件，使鍋爐正常運行的主要標誌之一。 由於鍋爐是一個多輸入、多輸出、多回路、非線性的、相互關聯的複雜控 制系統，汽包液位控制與給水控制、蒸汽壓力控制、送風控制、爐膛負壓控制等 有關。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、 補充水温 T、爐膛熱負荷（燃料量 M） 、汽包蒸汽壓力 PD 等參數有關，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：單衝量控制、雙衝量控制、三衝量控制。

（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 映燃燒經濟性指標）和爐膛負壓。而操縱變量亦有三個：燃料量、送風量和引風 量。這三個被控變量和操縱變量互相關聯，需要統籌兼顧，從而組成合適的燃燒 系統控制方案，以滿足燃料燃燒所產生的熱量適應蒸汽負荷的需要；保證燃燒的 經濟性和鍋爐的安全性。爐膛負壓保持在一定的範圍內。

第一個任務是維持汽壓恆定。汽壓的變化表示鍋爐蒸汽量和負荷的耗汽量不相適應， 必須相應地改變燃料量，以改變鍋爐的蒸汽量。 第二個任務是保證燃燒過程的經濟性。當燃料量改變時，必須相應地調節送風量，使它 與燃料量相配合，保證燃燒過程有較高的經濟性。 第三個任務是調節引風量與送風量相配合，以保證爐膛壓力不變。 對於一台鍋爐， 燃燒過程的這三項調節任務是不可分隔的， 對調節系統設計時應加以注 意。

（3）過熱蒸汽系統的自動控制 以過熱蒸汽温度為被控變量，噴水量為操縱 變量組成的温度控制系統，以使過熱器出口温度保持在允許範圍內，並保證管壁 温度不超過允許的工作温度。 控制方案選擇： 單迴路控制方案：在運行過程中。改變減温水流量，實際上是改變過熱器 出口蒸汽的熱焙，亦改變進口蒸汽温度，如下圖所示。從動態特性上看，這種調 節方法是最不理想的，但由於設備簡單，因此，應用得最多。 減温器有表面式和噴水式兩種。減温器應儘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特蛀。但作為控制對象的'過熱器，由於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後，如果用下圖所示的控制系統，調節器接受過熱器出口 蒸汽温度 t 變化後，調節器才開始動作，去控制減温水流量 w .w 的變化又要經 過一段時向才能影響到蒸汽温度 t 這樣，既不能及早發現擾動，又不能及時反映 控制的效果，將使蒸汽温度 t 發生不能允許的動態偏差。影響鍋爐生產的安全和 經濟運行。

改變減温水量控制蒸汽温度系統

實際中過熱蒸汽控制系統常採用減温水流量作為操縱變量，但由於控制通道 的時間常數及純滯後均較大，組成單迴路控制系統往往不能滿足生產的要求。因 此常採用串級控制系統，減温器出口温度為副參數，以提高對過熱蒸汽温度的控 制質量。 串級控制方案：過熱器出口蒸汽温度串級控制系統的方框圖如下圖所示。 採用兩級調節器，這兩級調節器串在一起，各有其特殊任務，調節閥直接受調節 器 1 的控制，而調節器 1 的給定值受到調節器 2 的控制，形成了特有的雙閉環系 統，由副調節器調節器和減温器出口温度形成的閉環稱為副環。由主調節器和主 信號—出口蒸汽温度，形成的閉環稱為主環，可見副環是串在主環之中。

過熱蒸汽温度串級調節系統原理圖

調節器 2 稱主調節器，調節器 1 稱為副調節器。將過熱器出口蒸汽温度調節 器的輸出信號，不是用來控制調節閥而是用來改變調節器 2 的給定值，起着最後 校正作用。 串級系統是一個雙迴路系統，實質上是把兩個調節器串接起來，通過它們的 協調工作， 使一個被控量準確地保持為給定值。 通常串級系統副環的對象慣性小， 工作頻率高，而主環慣性大，工作頻率低。為了提高系統的控制性能，希望主副 環的工作頻率相差三倍以上，以免頻率相近時發生共振現象面破壞正常工作。串 級控制系統可以看作一個閉合的副迴路代替了原來的一部分對象， 起了改善對象 特徵的作用。除了克服落在副環內的擾動外，還提高了系統的工作頻率，加快過 渡過程。 串級控制由於副環的存在，改善了對象的特性，使等效副對象的時間常數減 小，系統的工作頻率提高。同時，由於串級系統具有主、副兩隻控制器，使控制 器的總放大倍數增大，系統的抗干擾能力增強，因此，一般來説串級控制系統的 控制質量要比單迴路控制系統高。

四、工程建立：

設計思路：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“水位設定值” ，然後點擊自動按鈕，就可以觀察實時 曲線；也可以將開關打到手動狀態進行手動控制。

設計過程： （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 入開發系統界面，確定背景屬性，打開工具欄，使用圖庫（快捷鍵 F2）創建所 需的器件：鍋爐汽包、爐膛、各種閥門等；並設計水流的動態表示； （二）設置串口； （三）然後打開數據詞典， 定義所需的變量， 注意其變量類型及其後續設置； （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，當設定完成後，進入工程瀏覽器雙擊“應用程序 命令語言”輸入控制程序。

工程創建過程的截圖顯示：

（一）系統變量定義：

（二）動畫連接：

（三）圖形界面的設計：

（四）自動運行結果： （設定值為 30 時）

（五）手動控制運行結果：

五、系統軟件編譯：

if(本站點手自動轉換開關==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; 本站點飽和蒸汽温度=本站點飽和蒸汽温度+1; 本站點飽和蒸汽壓力=20; 本站點過熱蒸汽温度=本站點過熱蒸汽温度+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; 本站點飽和蒸汽温度=本站點飽和蒸汽温度+1; 本站點飽和蒸汽壓力=20; 本站點過熱蒸汽温度=本站點過熱蒸汽温度+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; 本站點過熱蒸汽温度=20; 本站點飽和蒸汽温度=本站點飽和蒸汽温度+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; 本站點飽和蒸汽温度=20;

本站點飽和蒸汽壓力=10; 本站點過熱蒸汽温度=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<本站點汽包水位設定) else="" if="">本站點汽包水位設定) {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、課程設計感想：

通過這次課程設計，我們熟練掌握了組態王軟件 6.52 版的使用。 使我對組態軟件有了更深刻的理解，特別是組態王軟件的應用、組態王軟件 的系統開發過程。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 業知識、專業技能分析和解決問題全面系統的鍛鍊。相信以後在使用組態軟件設 計能夠更全面，設計出更方便的實現監控和控制的功能，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 《可編程序控制器應用系統設計及通信網絡技術》 郭宗仁 吳弈鋒 郭寧明編著 出版社 出版

《組態軟件控制技術》 覃貴禮 吳尚慶編著 北京理工大學出版社 出版

《過程控制》 金以慧 編著 清華大學出版社 出版