【正文】 評定成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 摘 要 本文先是對火電廠汽包水位監(jiān)測系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進行簡單的介紹，在這種課題背景下對火電廠汽包水位監(jiān)測進行設(shè)計。 涉密論文按學校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明 確的說明并表示了謝意。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部 分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。 關(guān)鍵詞 ：汽包水位； Visual Basic； 監(jiān)測系統(tǒng)； 單片機 ABSTACT The first thermal power plant boiler drum water level monitoring syste m structure are introduced. It also introduces the function of very part of this system can realize the, and the system of supporting the hardware working principle analysis and data transmission protocol is introduced in this paper. In the working environment of Visual Basic , the monitoring software of the drum water level of the power plant is designed, and the visual interface is intuitive and clear.. Realtime monitoring of the drum level changes and automatic control to ensure the drum level within the normal range of the water level. Keywords: drum level。本身就十分復雜的控制對象的鍋爐，為了能夠滿足負荷需求，必須保證提供合格的蒸汽品質(zhì)，所以與其相應(yīng)的控制系統(tǒng)的設(shè)計必須能夠做到滿足各主要工藝參數(shù)需求。 就傳統(tǒng)控制方法而言是以各種分離器為單元，加以各種檢測裝置將被控參數(shù)實時的參數(shù)監(jiān)測并反饋給控制器，再根據(jù)控制算法完成相應(yīng)算法運算并驅(qū)使調(diào)節(jié)機構(gòu)完成對應(yīng)動作，從而實現(xiàn)自動控制目的。隨著計算機 功能性能的發(fā)展更新，無論是在操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、更甚是通訊能力上都有了突飛猛進的提高，極大的強化了 PLC 通訊能力，使 PLC 編程軟件和技巧明顯得到豐盈，強化了 PLC 的過程通訊能力。在電廠鍋爐控制中，很好的改善了鍋爐運行環(huán)境并且減輕了操作人員工作負擔。每種測量方法都有其優(yōu)缺點，通常要根據(jù) 電廠實際情況采用合理的測量手段。而其他水位計如差壓型低置水位計由“水位、差壓”轉(zhuǎn)換裝置等組成，轉(zhuǎn)換裝置包括熱套管、正壓室、漏斗傳壓管等，在啟動初期由于正壓室還未充滿飽和水時，就不能正確反應(yīng)汽包內(nèi)水位。應(yīng)用軟測量技術(shù)實現(xiàn)元素組分含量的在線檢測不但經(jīng)濟可靠，且動態(tài)響應(yīng)迅速、可連續(xù)給出萃取過程中元素組分含量 ,易于達到對產(chǎn)品質(zhì)量的控制。例如 ,就三沖量控制方式而言，有兩種種控制策略：選用總給水閥門作為汽包水位控制閥門、選用進省煤器閥作為汽包水位控制閥門。該系統(tǒng)的設(shè)計思想是 :以鍋爐汽包水位測量信號作為主控制信號 ,構(gòu)成主調(diào)節(jié)回路 ,以蒸汽流量信號作為前饋信號 ,構(gòu)成前饋調(diào)節(jié)回路 ,總給水流量作為串級信號 ,構(gòu)成副調(diào)節(jié)回路 ,由主調(diào)節(jié)回路、前饋調(diào)節(jié)回路、副調(diào)節(jié)回路來共同構(gòu)成鍋爐汽包水位串級三沖量自動控制系統(tǒng)。(2)對信號的靜態(tài)配合要求沒有那么嚴格 ,主 調(diào)節(jié)器能自動校正信號配合不準所引起的誤差 。 B 選用進省煤器閥作為 汽包水位控制閥門 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 4 選用進省煤器閥作為汽包水位控制閥門對于系統(tǒng)設(shè)計來說 ,系統(tǒng)相對獨立 ,控制思路也相對清晰。給水總管閥全開 ,然后將減溫水閥與進省煤器的閥分離開來控制 ,由控制算法和軟件來消除聯(lián)動控制系統(tǒng)所帶來的不便 。 PFC 應(yīng)用到鍋爐汽包水位控制系統(tǒng) ,并考慮負荷變化對汽包水位的影響 ,將蒸汽流量信號引入到 PFC 的預(yù)測模型中 ,用具有對負荷變化前饋補償?shù)钠幌到y(tǒng)預(yù)測函數(shù)控制策略。 圖 預(yù)測函數(shù)控制系統(tǒng)框圖 [4] 該控制系統(tǒng)的特點是 :(1)該方法綜合了預(yù)測控 制、串級控制和 PID 控制的優(yōu)點。(3)預(yù)測函數(shù)控制以其采用簡化的數(shù)學模型而得到運算量很小的簡單算法 ,因而易于在廣泛使用的 DCS系統(tǒng)上實現(xiàn)良好的調(diào)節(jié)品質(zhì)和在對象特性變化情況下有很強的魯棒性因而完全能夠滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的實際需要 ,從而其具有良好的應(yīng)用前景。模糊集合的引入 ,使得人們有可能用比較簡單的方法對復雜系統(tǒng)做出合乎實際的、符合人類思維方式的處理。工業(yè)鍋爐汽包水位模糊控制系統(tǒng)通常是由汽包、水位變送器、模糊控制器 (一般由微機組成 )和進水調(diào)節(jié)閥等部件組成 ,如圖 所示 ,圖中 Hd 水位給定值 ,H 是水位實際高度 ,當汽包水位連續(xù)變化時 ,水位變送器信號也不斷改變 ,由此測定值和水位給定值進行比較 ,得出其誤差量。模糊控制規(guī)則的制訂 ,依賴于人們的操作經(jīng)驗 ,往往帶有很大的主觀片面性 。最后鍋爐現(xiàn)場其他一些隨機干擾、噪音、過程時變性等等因素 ,有時會造成控制規(guī)則較粗糙 ,而影響控制品質(zhì)。直接將一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一個模糊控制器 ,用一些已獲得的、能近似反 映控制器輸入 / 輸出關(guān)系的具體數(shù)據(jù)對其進行訓練 ,希望訓練后網(wǎng)絡(luò)的輸入 / 輸出關(guān)系能夠滿意地作為所需要的模糊控制函數(shù)。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強的容錯能力 ,在處理和解決問題時不需要對象的 精確模型 ,FNN 通過其結(jié)構(gòu)的可變性 ,逐步適應(yīng)外部環(huán)境的各種因素的作用。基于 VB 設(shè)計汽包水位監(jiān)測系統(tǒng)，簡單、易操作且能夠?qū)崿F(xiàn)汽包水位實時監(jiān)控，對所學知識的運用考究很實際，對于將來的工 作和學習具有深遠意義。 本章小結(jié) 本章節(jié)對汽包水位傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的概況、控制元件、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢進行了簡要的介紹和分析。有很多因子影響其安全運行，而汽包水位影響尤為重要。 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 9 汽包水位的影響因素 如圖 所示，汽包水位決定于汽包內(nèi)汽、水的量，如果這兩者發(fā)生變化的話，會直接影響水位變化，那么，能夠使這兩者發(fā)生變化的因素，都會間接地使水位產(chǎn)生波動。 （ 1） 給水擾動的影響 給水流量 W 是調(diào)節(jié)裝置改變的控制對象，給水擾動是來自控制方面的擾動，又稱內(nèi)擾 [9]。給水流量 W的猛然增大，雖然從圖中可以看出大于蒸發(fā)量，可是顧慮到汽包內(nèi)飽和水溫還是大于給水水溫，當給水進入汽包后，兩者之間會發(fā)生熱量傳遞。 圖 給水擾動響應(yīng)曲線 （ 2）蒸汽流量擾動 相對于給水擾動來說，蒸汽流量與之相反?？倸w而言，真正的特征曲線 不是 H1，也不是 H2，是兩者的加和，也就是圖中曲線 H。結(jié)合上述第二種擾動情況，不難看出，燃料量的擾動也會導致“虛假水位”現(xiàn)象。 汽包水位的控制方案設(shè)計 知道了給水控制對象的影響因素，得出它具有的特點：存在一定延遲和慣性，有“虛假水位”出現(xiàn)。掌握影中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 13 響汽包水位因素后，通過對癥下藥制定汽包水位控制的方案策略，從而對后續(xù)設(shè)計作出鋪墊。 圖 鍋爐給水控制圖 基于 visual basic 界面設(shè)計 basic 簡介 Visual 是一種常用的編程軟件，簡稱 VB[12]。 VB 特點： （ 1） VB是以人為本、利用事件驅(qū)動、可以看見的框架式的高級程序設(shè)計語言； （ 2）以 Windows環(huán)境作為開發(fā)環(huán)境，符合潮流。其主要參數(shù)詳見表 。 （ 1） Shape(圖形 )控件 Shape 控件用來表示汽包和省煤器。 圖 省煤器部件 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 17 圖 Shape控件屬性設(shè)置值 （ 2） Label（標簽）及 TextBox（文本框）控件 Label 控件的作用主要是用來在窗體中增加文字說明。如圖 為監(jiān)測界面主要 Label和 TextBox 控件。如圖 為回路閥門，圖 為空間屬性設(shè)置值。系統(tǒng)中包括汽包、省煤器、主給水泵幾大設(shè)備，期間設(shè)有各種調(diào)節(jié)閥、手動閥、電動門等控制調(diào)節(jié)裝置。由于去減溫水那路不是本課題所關(guān)心的內(nèi)容，固在這里就不做介紹。針對這三種不同的閥門響應(yīng)也設(shè)計出三種不同的彈出窗口，如圖 所示。那么對于監(jiān)測系統(tǒng)來說，汽包水位不正常需要及時報警給運行人員，運行人員作出緊急的控制調(diào)節(jié)。為了更加方便的進行調(diào)節(jié)，在“汽包水位”界面還設(shè)有“增加”和“降低”按鈕，能夠回到主控界面，即汽包上水界面來調(diào)節(jié)汽包水位。 界面硬件選型 水位傳感器 本設(shè)計最為關(guān)鍵點就是做好水位穩(wěn)定的動態(tài)測量，所以，能否準確快速的測量水位是我 們要完成的任務(wù)。因此，本設(shè)計選用水位傳感器量程應(yīng)在 400mm～ 450mm，又已知汽包水位正常值在 300mm177。 %FS 過載壓力 最大量程的 2～ 5倍 溫度補償 20～ 80℃ 輸出（標配） 4～ 20mA(RL≤ 500Ω ) 膜片材質(zhì) 316l、 Hc、 Ta 接液材料 1Cr18Ni9Ti、 PVC、 PTFE 介質(zhì)溫度 20～ 85℃ 溫度漂移 177。為滿足適用于本設(shè)計鍋爐型號，選用LUGB240304YD2N 渦街流量傳感器 [14]，其功能特點如下： （ 1） 間接測量，具有穩(wěn)定的性能，安全可靠性高； （ 2）可長期使用，對于維護要求不高； （ 3）范圍度寬達： 15： 20： 1； （ 4）有很多樣式連接、使用簡單、上手； （ 5）在規(guī)格 雷諾數(shù)內(nèi)，受外界影響??； （ 6）適配性強。 10%，或鋰電池 。以鍋爐參數(shù)為準，計算電機功率如下： 2 235 00 0 10 / 50 00 00 4 9536 00 10 00 0 Wk g m sPKs? ? ? ???? () 經(jīng)計算可知應(yīng)該選用略高于正常工作狀態(tài)下功率的電機，為了便于選型可以將電機功率定在 100Kw 的電機?？梢则?qū)動 50HZ、 100Kw 的電機，給出合適的輸入，就可以作出相應(yīng)輸出并能夠間接的控制其輸出頻率，過載能力完全可以滿足電機功率要求，而且此型號變頻器在節(jié)能方面帶有獨特的節(jié)能設(shè)計，最佳勵磁控制和節(jié)能監(jiān)視功能，有效的節(jié)省能源，內(nèi)置的串行通訊口，符合設(shè)計要求。所以為了能夠保證系統(tǒng)在非正常情況下的過流現(xiàn)象，采取熔斷保護，即選用熔斷器。上圖控制線路中，當 PLC 數(shù)字量以高電平輸出時導通，接觸器閉合，否則，三級管處于截止狀態(tài)，接觸器斷開。 VPRF2 系列傳感器能夠測量 1Mpa20Mpa 的壓力范圍，可調(diào)節(jié)電壓信號 05v，中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 29 用于測量蒸汽壓力和汽包壓力。 4 單片機選型設(shè)計 單片機是科技飛速發(fā)展的產(chǎn)物，它是一種集成度很高的芯片，集快速處理元件、存儲元件、很多種數(shù)據(jù)傳輸接口和多種功能于一體。適合更加惡劣環(huán)境使用，與傳統(tǒng)單片機相比，內(nèi)核更加快速，速度得到大幅度提高。 (4) EEPROM 容量大，擦寫次數(shù) 10 萬次以上。 (9)可編程時鐘輸出功能 . (10)硬件看門狗 (WDT) 中國礦業(yè)大學徐海學院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 31 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 簡單介紹單片機后，再來進行單片機的最小系統(tǒng)設(shè)計，這樣有利于明確單片機的工作原理。如圖 所示，應(yīng)用不可或缺的幾部分構(gòu)成最小系統(tǒng)。同時，單片機還具有故障燈報警裝置，當出現(xiàn)故障時，即可提醒進行相應(yīng)事故處理，而電源電路是用于給單片機供電。 5MHZ35MHZ寬范圍 設(shè)置，已經(jīng)夠用，無需再次接入時鐘復位，解決了在外部接入外源振晶的問題。 復位電路 復位電路，它是為了實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠上電復位及工作故障時的手動復位而設(shè)計的。也就是在程序運行時，如果在設(shè)定的時間內(nèi)程序跑飛沒有回到重新寫看門狗的程序段則系統(tǒng)自動復位 [