項(xiàng)目一(1)——鍋爐液位定值控制方案doc-湖州職業(yè)技術(shù)

1、湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表教案講說(shuō)人：高志宏機(jī)電工程分院2006年12月本次課標(biāo)題：1）課程導(dǎo)引；2）鍋爐液位定值控制方案授課班級(jí)上課時(shí)間周月日第節(jié)上課地占八、過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室周月日第節(jié)教學(xué)目的用控制理論組成合理的液位定值控制系統(tǒng)。教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、能正確分析單回路控制原理，并正確應(yīng)用。2、能繪制規(guī)范的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖。1、掌握單回路反饋控制原理。2、熟悉常用儀表的圖形符號(hào)表示方法。重占難占重點(diǎn)：?jiǎn)位芈贩答伩刂圃怼⑾到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖。難點(diǎn)：反饋控制原理的合理應(yīng)用。解決辦法：米用對(duì)比法以人工控制液位的方法，引出單回路控制原理，并對(duì)比分析各部分功能；在控制實(shí)現(xiàn)的難

2、點(diǎn)解決采用一一理論分析、結(jié)合實(shí)物系統(tǒng)加以分析與說(shuō)明。參考資料1 高志宏主編，過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表，浙江大學(xué)出版社，2006年2 厲玉鳴主編，化工儀表及自動(dòng)化，化學(xué)工業(yè)出版社，2004年.3 王森等主編，儀表工試題集，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年第二版.4 解懷仁、楊彬彥主編，石油化工儀表控制系統(tǒng)選用手冊(cè)，北京，中國(guó)石化出版，2004年5 吳勤勤主編，控制儀表及裝置，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年第二版.課前準(zhǔn)備：多媒體課件制作、演示實(shí)驗(yàn)設(shè)備調(diào)試、以4人/小組進(jìn)行分組/fl一一一、感知一一自動(dòng)化技術(shù)的神奇（15分鐘）1圖片展示利用多媒體展示自動(dòng)化技術(shù)在石油、冶金、化工、機(jī)械等行業(yè)的應(yīng)用，以了解自動(dòng)化技

3、術(shù)的神奇與重要性。2、技術(shù)說(shuō)明結(jié)合圖片教師對(duì)斷續(xù)過(guò)程控制（如加工過(guò)程自動(dòng)化、數(shù)控技術(shù)等）和連續(xù)過(guò)程控制作及時(shí)解釋，并說(shuō)明本課程應(yīng)用范圍屬連續(xù)過(guò)程控制，主要是對(duì)溫度、壓力、流量、物位等參數(shù)進(jìn)行控制。二、明確課程目標(biāo)與考核方法（30分鐘）I1問(wèn)題提出擬定電加熱鍋爐自動(dòng)控制方案。鍋爐是一個(gè)產(chǎn)生蒸汽的熱能設(shè)備，在工業(yè)上有極其廣泛的應(yīng)用。由于加熱方式的不同其控制方法有一定的差別，但液位控制方法基本相同。圖1是電加熱鍋爐的簡(jiǎn)易流程圖，電加熱器加熱水產(chǎn)生一定壓力的水蒸汽，并通過(guò)上部的輸汽管供給用戶或下一個(gè)工序，為了及時(shí)補(bǔ)充因蒸發(fā)而不斷減少的鍋爐水量，在鍋爐下部用水泵連續(xù)的加入冷水。工藝基本要求：1）產(chǎn)生的蒸

4、汽必須壓力恒定以滿足用戶需求；2）由于用戶的蒸汽用量經(jīng)常變化，造成鍋爐液位上下變動(dòng)而導(dǎo)致危險(xiǎn)，應(yīng)采取措施以保證鍋爐的運(yùn)行安全。根據(jù)工藝要求，請(qǐng)學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論，初步擬定一個(gè)自動(dòng)控制方案。2、集體討論選取12個(gè)小組，由代表匯報(bào)小組討論后形成的集體意見(jiàn)。3、教師點(diǎn)評(píng)、提出教學(xué)要求學(xué)生積極參與、開(kāi)動(dòng)腦筋尋求合理的處理方法的學(xué)習(xí)精神應(yīng)充分肯定，但從小組代表的匯報(bào)情況，電加熱鍋爐的自動(dòng)控制方法還存在許多不足之處，個(gè)別小組根本無(wú)從下手。電加熱鍋爐的自動(dòng)控制，在工業(yè)上將其分為二個(gè)問(wèn)題：1）電加熱的恒溫自動(dòng)控制；2）液位的定值自動(dòng)控制。其實(shí)現(xiàn)并不難，事實(shí)上本課程正是以電加熱鍋爐自動(dòng)控制為實(shí)例，來(lái)介紹過(guò)

5、程控制及自動(dòng)化儀表的應(yīng)用技術(shù)，同學(xué)們經(jīng)過(guò)一學(xué)期的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，不僅能掌握電加熱鍋爐自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，基于此能解決工業(yè)上常見(jiàn)的自動(dòng)控制問(wèn)題。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，使同學(xué)們掌握基本的過(guò)程控制理論及自動(dòng)化儀表知識(shí)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)學(xué)會(huì)常用儀表的選用與維護(hù)、典型控制系統(tǒng)的調(diào)試與投運(yùn)、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)施。整個(gè)課程設(shè)計(jì)一個(gè)大的總體項(xiàng)目一一電加熱鍋爐自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)施。4名同學(xué)一組，各組在整個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)過(guò)程中必須完成基本篇的四個(gè)項(xiàng)目一一單回路液位控制系統(tǒng)集成與調(diào)試、液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)集成與調(diào)試、單回路溫度控制系統(tǒng)集成與調(diào)試、電加熱鍋爐恒溫供水控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)施。前三個(gè)項(xiàng)目屬于學(xué)習(xí)和探索，每次按項(xiàng)目要求通過(guò)

6、“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)方法，完成系統(tǒng)集成與調(diào)試任務(wù)，主要是熟悉系統(tǒng)組成原理、學(xué)會(huì)儀表的使用、掌握系統(tǒng)調(diào)試方法、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論。第四個(gè)項(xiàng)目為綜合實(shí)踐項(xiàng)目，要求綜合應(yīng)用知識(shí)與各種方法，完成電加熱鍋爐恒溫供水控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)施，通過(guò)組內(nèi)學(xué)生之間的分工與協(xié)作，自我分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，以強(qiáng)化綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，最后每組集體答辯。提高篇的二個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目一一基于SLPC可編程調(diào)節(jié)器的蒸汽流量溫壓補(bǔ)償測(cè)量、鍋爐二沖量控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。至此，鍋爐二沖量實(shí)用控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與實(shí)施已基本完成。改革考核方式（1）對(duì)學(xué)生實(shí)行以能力為中心的開(kāi)發(fā)性項(xiàng)目式考核：第一，考核范圍開(kāi)放，以項(xiàng)目作為主要依據(jù)；第二，考核方式開(kāi)放，以項(xiàng)目在學(xué)

7、習(xí)過(guò)程中進(jìn)行；第三，考試標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放，以項(xiàng)目要求作為主要評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)；第四，考核知識(shí)點(diǎn)與技能點(diǎn)全面開(kāi)放，以項(xiàng)目帶動(dòng)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。（2）全程化考核：學(xué)習(xí)過(guò)程的全程化考核，考核內(nèi)容包括學(xué)生平時(shí)課堂參與狀況、作業(yè)完成情況、實(shí)踐教學(xué)的表現(xiàn)等；平時(shí)考核、項(xiàng)目考核、期末考試各占總分?jǐn)?shù)的20%、50%、30%。（3）考核形式多樣化：包括課堂展現(xiàn)、筆試、口試、現(xiàn)場(chǎng)演示，每一種考核形式都賦予了分?jǐn)?shù)。基本篇簡(jiǎn)單控制串級(jí)控制簡(jiǎn)單控制綜合控制簡(jiǎn)單控制前饋反饋液位定值控15課時(shí)液位流量控14課時(shí)水溫定值控11課時(shí)恒溫壓供水實(shí)一周踐j提高篇溫壓補(bǔ)償測(cè)12課時(shí)鍋爐液位控16課時(shí)調(diào)節(jié)可編程調(diào)節(jié)器圖2課程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)圖三、知識(shí)學(xué)習(xí)確定控制

8、方案（20分鐘）確定控制方案是自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。為此，我們就第一個(gè)子項(xiàng)目鍋爐液位定值自動(dòng)控制的控制方案進(jìn)行討論。為了突出液位控制問(wèn)題、便于分析與實(shí)現(xiàn)，對(duì)鍋爐的工藝流程稍作變動(dòng)一一水從上部（上一個(gè)工序）連續(xù)不斷地流入鍋爐中，并經(jīng)下部管路送出。1存在問(wèn)題從流程圖可以看出，由于流入量的波動(dòng)會(huì)引起鍋爐液位的波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)溢出或流空。因此,必須米取措施防止鍋爐液位的波動(dòng)。2、解決方法最簡(jiǎn)單的解決方法是操作人員以鍋爐液位為操作指標(biāo)，以改變進(jìn)水閥門開(kāi)度為控制手段。當(dāng)液位上升時(shí)，將進(jìn)水閥門開(kāi)小，液位上升越多，閥門開(kāi)得越小；反之，當(dāng)液位下降時(shí)，就開(kāi)大出口閥門，液位下降越多，閥門關(guān)得越大

9、。通過(guò)控制出口閥門開(kāi)度而使液位保持在這一高度上，這樣就不會(huì)出現(xiàn)鍋爐液位過(guò)高或液位過(guò)低而出現(xiàn)危險(xiǎn)。歸納起來(lái)，操作人員所進(jìn)行的工作有三方面：（1）檢測(cè)一一用眼睛觀察玻璃管液位計(jì)（測(cè)量元件）中液位的高低，并通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦；（2）運(yùn)算（思考）、命令一一大腦根據(jù)眼睛看到的液位高度，加以思考，并與要求的液位進(jìn)行比較，得出偏差的大小和正負(fù)，然后根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)思考，決策后發(fā)出命令；（3）執(zhí)行一一根據(jù)大腦發(fā)出的命令，通過(guò)手去改變閥門開(kāi)度，以改變流出量Q,從而把液位保持在所需高度上。眼、腦、手三個(gè)器官，分別擔(dān)負(fù)了檢測(cè)、運(yùn)算和執(zhí)行三個(gè)任務(wù)，來(lái)完成測(cè)量、求偏差、再控制以糾正偏差的全過(guò)程。|1.圖3人工液位調(diào)節(jié)

10、過(guò)程l,'-r丿3、控制方法改進(jìn)I>由于人工控制受到生理上的限制，滿足不了大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，為了提高控制精度和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，可以用一套自動(dòng)化裝置來(lái)代替上述人工操作，這樣，就由人工控制變?yōu)樽詣?dòng)控制了。鍋爐和自動(dòng)化裝置一起構(gòu)成了一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如圖4所示。如果繪制工藝控制流程圖，一般表示成圖5的形式，由圖可知，自動(dòng)化裝置主要包括三部分。圖4液位自動(dòng)控制圖5帶控制點(diǎn)的工藝流程圖（1）測(cè)量元件與變送器一一圖中以LT-表示液位變送器。它的作用是測(cè)量液位，并將液位的高低轉(zhuǎn)化為一種特定的信號(hào)（如標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)、電壓等）。（2）自動(dòng)控制器一一圖中以LC表示液位控制器。它接受變送

11、器送來(lái)的信號(hào)，與工藝要求的液位高度相比較，得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果，用特定信號(hào)（電流或歡迎共閱氣壓）發(fā)送出去（3）執(zhí)行器一一通常指控制閥，它和普通閥門的功能一樣，只不過(guò)它自動(dòng)地根據(jù)控制器送來(lái)的信號(hào)值改變閥門的開(kāi)啟度。顯然，這套自動(dòng)化裝置具有人工控制中操作人員的眼、腦、手的部分功能。因此，它能完成自動(dòng)控制貯中液位高低的任務(wù)。四、技能提高控制系統(tǒng)圖繪制（20分鐘）1控制系統(tǒng)流程圖的規(guī)范表示6-1。為了表示控制流程圖，一般用小圓圈表示某些自動(dòng)化裝置。圈內(nèi)寫(xiě)有兩位（或三位）字母，第一位字母表示被測(cè)變量，后繼字母表示儀表的功能，常用被測(cè)變量和儀表功能的字母代號(hào)見(jiàn)表表1被測(cè)變量和儀

12、表功能的字母代號(hào)字母第一位字母后繼字母被測(cè)變量修飾詞功能A分析報(bào)警C電導(dǎo)率控制（調(diào)節(jié)）D密度差E電壓檢測(cè)元件F流量比（或分?jǐn)?shù)）I電流批示K時(shí)間或時(shí)間程序自動(dòng)-手動(dòng)操作器L物位M水分或濕度P壓力或真空Q數(shù)量或件數(shù)積分、累積積分、累積R放射性記錄或打印S速度或頻率安全開(kāi)關(guān)、聯(lián)鎖T溫度傳送V粘度|-'閥、擋板、百葉窗W力套管Y供選用繼動(dòng)器或計(jì)算器Z位置驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行或未分類的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)2、控制系統(tǒng)方塊圖的繪制在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了能更清楚地表示出一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)各個(gè)組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號(hào)聯(lián)系，便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，往往將表示各環(huán)節(jié)的方塊根據(jù)信號(hào)流的關(guān)系排列起來(lái)，組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的方

13、塊圖。圖6即是這個(gè)液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖。圖6液位控制系統(tǒng)方塊圖圖中用到了控制系統(tǒng)中常用的名詞術(shù)語(yǔ)：（1）被控對(duì)象：需要實(shí)現(xiàn)控制的設(shè)備、機(jī)器或生產(chǎn)過(guò)程，稱為被控對(duì)象，這里是鍋爐。歡迎共閱（2）被控變量y:對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定值（接近恒定值或按預(yù)定規(guī)律變化）的物理量，稱為被控變量，這里是鍋爐液位，用y表示。（3）操縱變量：受調(diào)節(jié)器操縱，用以使被控變量保持設(shè)定值（給定值）的物料量或能量，稱為操縱變量，這里是鍋爐給水。（4）干擾（擾動(dòng)）：除操縱變量以外，作用于對(duì)象并能引起被控變量變化的因素，稱為干擾和擾動(dòng)。負(fù)荷變化就是一種典型的擾動(dòng)，如蒸汽用量的變化對(duì)鍋爐水位控制是一種典型干擾，常用表示。（5）設(shè)定值（給定值）：被控變量的目標(biāo)值（預(yù)定值），稱為設(shè)定值，常用S表示。（6）偏差：偏差理論上應(yīng)該是被控變量的設(shè)定值與實(shí)際值之差。但是能夠直接獲取的是被控變量的測(cè)量值信號(hào)而不是實(shí)際值，因此，通常把給定值與測(cè)量值之差稱作為偏差，常用e表示。五、小結(jié)、課后作業(yè)布置（