基于虛擬DCS的熱工控制策略仿

1、重慶電力高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目：基于虛擬DCS的300MW亞臨界機(jī)組給水控制系統(tǒng)分析研究報(bào)告 專 業(yè)： 工業(yè)熱工控制技術(shù) 班 級(jí)： 熱控1011班 學(xué) 號(hào)： 201002040143 姓 名： 黃 超 指導(dǎo)教師： 向賢兵 重慶電力高等?？茖W(xué)校動(dòng)力工程系二一三年六月目 錄畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1引 言2一、概述3（一）給水控制系統(tǒng)的意義3（二）汽包爐給水控制的特點(diǎn)3（三）給水控制系統(tǒng)方法原理3二、300MW亞臨界機(jī)組給水控制方案4（一）給水控制系統(tǒng)的目的4（二）前饋反饋串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)41.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理5三、300MW亞臨界機(jī)組給水控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性仿真試驗(yàn)5（一）給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)

2、特性51.給水量擾動(dòng)下的給水動(dòng)態(tài)特性52.蒸汽量擾動(dòng)下的給水動(dòng)態(tài)特性73.負(fù)荷擾動(dòng)下的給水動(dòng)態(tài)特性9四、300MW亞臨界機(jī)組給水控制系統(tǒng)組態(tài)與調(diào)試11（一）300MW亞臨界機(jī)組給水控制系統(tǒng)組態(tài)111.給水控制對(duì)象組態(tài)112.三沖量給水控制回路組態(tài)12（二）給水對(duì)象控制回路調(diào)試131.自動(dòng)下水位定值擾動(dòng)調(diào)試142.自動(dòng)下蒸汽擾動(dòng)調(diào)試趨勢(shì)曲線圖153.自動(dòng)下給水?dāng)_動(dòng)調(diào)試164.強(qiáng)制手動(dòng)調(diào)試17工 作 小 結(jié)19致 謝20參考文獻(xiàn)：21畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)的具體內(nèi)容與要求（一）設(shè)計(jì)任務(wù)目前,計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、可視化技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、分布處理技術(shù)和高性能數(shù)

3、據(jù)庫(kù)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,為電站DCS 仿真技術(shù)的更新提供了豐富的實(shí)現(xiàn)手段和強(qiáng)有力的支持。同時(shí),隨著火電機(jī)組裝機(jī)容量的不斷增大,在電站普遍應(yīng)用的分散控制系統(tǒng)（DCS）功能更加強(qiáng)大和復(fù)雜,邏輯保護(hù)越來(lái)越多。因此,利用仿真系統(tǒng)進(jìn)行DCS 的組態(tài)驗(yàn)證、研究控制策略,優(yōu)化控制器參數(shù)和運(yùn)行規(guī)程,實(shí)現(xiàn)對(duì)新的控制、保護(hù)算法的研究、開(kāi)發(fā),有助于學(xué)生對(duì)電站實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備原理進(jìn)行更加深刻的認(rèn)識(shí)。本課題主要利用基于虛擬DCS的仿真系統(tǒng)進(jìn)行控制方案分析和控制策略研究。（二）設(shè)計(jì)成品1設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份：(1) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要條理清楚、文字通順、整齊美觀、格式規(guī)范；(2) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)不少于15000字,并有必

4、要的圖表,設(shè)計(jì)圖不少于5張；（三）基本要求1能正確分析機(jī)組熱力系統(tǒng)；2能正確分析機(jī)組的控制方案；3能正確進(jìn)行控制策略研究。二、推薦的主要參考文獻(xiàn)1劉禾等編著火電廠熱工自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用M中國(guó)電力出版社,20092向賢兵、曾蓉編著華電四川珙縣發(fā)電有限責(zé)任公司600MW機(jī)組超臨界機(jī)組系列培訓(xùn)教材熱工自動(dòng)化分冊(cè)M重慶電力高等專科學(xué)校,20083肖大雛主編超超臨界機(jī)組控制設(shè)備及系統(tǒng)M中國(guó)電力出版社,20084肖大雛主編控制設(shè)備及系統(tǒng)M中國(guó)電力出版社,20065林文孚,胡燕編著單元機(jī)組自動(dòng)控制技術(shù)（第二版）M北京：中國(guó)電力出版社,2008 指導(dǎo)教師（簽字） 向 賢 兵 簽發(fā)日期 2013 年 6 月 6

5、 日基于虛擬DCS的300MW亞臨界機(jī)組給水控制系統(tǒng)分析研究報(bào)告摘要：鍋爐是典型的復(fù)雜控制系統(tǒng),汽包水位是鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo),是一個(gè)非常重要的被控變量。影響汽包水位的因素主要有鍋爐蒸發(fā)量、給水量、爐膛負(fù)荷、汽包壓力。給水調(diào)節(jié)的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量,維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。本文分析了汽包鍋爐給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析和三沖量給水控制系統(tǒng)的整定分析,以300MW單元機(jī)組全程給水系統(tǒng)為例,全面系統(tǒng)的介紹了全程給水控制系統(tǒng)的原理,控制過(guò)程分析以及各種信號(hào)的測(cè)量,還有各種閥之間的相互切換。關(guān)鍵詞：給水控制系統(tǒng) 虛假水位 汽包水位 三沖量給水控制Based on Virtual DC

6、S 300 MW Subcritical Unit Feed Water Control System Analysis Study Abstract : Boiler is a typical complex control system the secure and stable operation of the boiler steam drum water level is an important indicator is a very important controlled variable. Mainly include the factors that affect the

7、steam drum water level and water boiler capacity load and the steam drum pressure chamber of a stove or furnace. Feed water regulation of the task is to adapt to water to the boiler capacity maintain the steam drum water level in the allowed range. Drum boiler feed water control objects are analyzed

8、 in this paper the dynamic system analysis and the analysis of three impulse water supply control system of the setting the entire water supply system for 300 MW units as an example the comprehensive system is introduced to the feed water control system principle control process analysis as well as

9、a variety of signal measurement and the interaction between the various valve switch.Key word：Feed water control system,The false water level,The drum water level,Three element control system引 言隨著電力需求的增長(zhǎng)以及能源和環(huán)保的要求我國(guó)的火電建設(shè)開(kāi)始向大容量、高參數(shù)的大型機(jī)組靠攏。但是火電機(jī)組越大其設(shè)備結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜自動(dòng)化程度也要求越高。我國(guó)最近幾年新建的300MW、600MW火電機(jī)組基本上都采用國(guó)內(nèi)外最

10、先進(jìn)的分散控制系（DCS）,對(duì)全廠各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視和控制。影響水位的因素主要有鍋爐蒸發(fā)量、給水量、爐膛熱負(fù)荷及汽包壓力,除此之外,還有給水壓力、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門開(kāi)度、二次風(fēng)分配等。汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)并使汽包中水位保持在一定的范圍內(nèi)。因此,汽包水位是影響整個(gè)機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素,需要有一整套較好的控制方案,來(lái)實(shí)現(xiàn)汽包鍋爐水位的自動(dòng)控制。一、概述 （一）給水控制系統(tǒng)的意義汽包爐給水控制是保證鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量,以維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)。汽包水位是鍋爐安全運(yùn)行的一個(gè)重要參數(shù),它反映了鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系,維持汽包水位在一定范圍內(nèi)是

11、保證鍋爐和汽機(jī)安全運(yùn)行的必要條件,汽包水位過(guò)高會(huì)影響汽水分離裝置的工作,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)水;汽包水位過(guò)低,會(huì)破壞鍋爐的水循環(huán),甚至引起爆管。隨著鍋爐容量的增大和參數(shù)的提高,汽包容積相對(duì)縮小,而鍋爐蒸發(fā)受熱面的熱負(fù)荷提高,加快了負(fù)荷變化時(shí)水位變化的速度,因此對(duì)汽包爐的給水控制提出了更高的要求。（二）汽包爐給水控制的特點(diǎn)由于給水溫度低于汽包內(nèi)的飽和水溫度,在有給水流量擾動(dòng)時(shí),給水進(jìn)入汽包后吸收了原有的飽和水中的一部分熱量,使鍋爐的蒸汽量下降,水面以下的汽泡總體積也就相應(yīng)減小,從而導(dǎo)致水位下降。2) 在汽機(jī)蒸汽流量的擾動(dòng)下,若汽機(jī)蒸汽流量突然增加,一方面改變了汽包內(nèi)的物質(zhì)平衡狀態(tài),使水位下降;另

12、一方面,由于蒸汽流量的增加,鍋爐內(nèi)的汽泡數(shù)量增多,同時(shí)由于燃料量維持不變,汽包壓力下降,使汽包水面下的汽泡膨脹,總體積增大,從而導(dǎo)致汽包水位上升。當(dāng)后者的影響大于前者時(shí),在負(fù)荷增加后的一段時(shí)間內(nèi)水位不但不下降,反而明顯上升,這種反?，F(xiàn)象就是“虛假水位”現(xiàn)象。3) 燃料量的擾動(dòng)必然引起蒸汽量的變化,因此同樣有虛假水位現(xiàn)象。但是由于汽包和水循環(huán)系統(tǒng)中有大量水,汽包和水冷壁金屬管道也會(huì)儲(chǔ)存大量的熱量,因此有一定熱慣性。燃料量的增大只能使蒸汽量緩慢增大,而且汽包壓力還慢慢上升,它將使汽泡體積減小。因而,燃料量擾動(dòng)下的虛假水位比負(fù)荷擾動(dòng)下要和緩得多。由以上分析可知,給水量擾動(dòng)下水位響應(yīng)過(guò)程具有純遲延,負(fù)

13、荷擾動(dòng)下水位響應(yīng)過(guò)程具有虛假水位現(xiàn)象,燃料量擾動(dòng)下也會(huì)出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象,這些特性使控制汽包水位的任務(wù)變得比較困難和復(fù)雜。（三）給水控制系統(tǒng)方法原理給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有給水旁閥、電動(dòng)泵及兩臺(tái)汽動(dòng)泵。全程給水控制系統(tǒng)投入之前,應(yīng)使系統(tǒng)除高加旁路電動(dòng)門之外的其它電動(dòng)門處于關(guān)閉狀態(tài)。電動(dòng)門不參與切換過(guò)程的控制,只用于系統(tǒng)故障時(shí)事故處理切換過(guò)程各泵的流量依靠其后的逆止閥前后的差壓控制,這樣做不僅簡(jiǎn)化了切換邏輯,縮短了切換時(shí)間,而且有利于切換過(guò)程的平穩(wěn)過(guò)渡。鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷且小于15%時(shí),由電泵維持給水壓力。手動(dòng)調(diào)整到需求的流量維持最低轉(zhuǎn)速,旁路閥可自動(dòng)調(diào)節(jié)水位。在旁路閥開(kāi)度達(dá)95%以上及負(fù)荷大于15%時(shí),

14、電泵可投入自動(dòng)。電泵一旦投入自動(dòng),旁路即切至手動(dòng)操作。如旁路閥在手動(dòng)狀態(tài),電泵投自動(dòng)條件不受旁閥開(kāi)度限制?？紤]到旁閥與電泵工作特性不一致,采用了不同的比例系數(shù)K1和K2。此上均采用了單沖量控制方案。 （3）當(dāng)負(fù)荷到達(dá)30時(shí),小調(diào)閥切大調(diào)閥電泵由單沖量控制自動(dòng)切換至三沖量控制,提高了水位調(diào)節(jié)品質(zhì)。此時(shí)三沖量控制是一個(gè)以水位信號(hào)為主信號(hào),以蒸汽流量信號(hào)為前饋信號(hào),以給水流量為反饋信號(hào)的串級(jí)控制系統(tǒng)。三沖量主調(diào)節(jié)器的輸出加上蒸汽流量信號(hào)D作為副調(diào)節(jié)器的給定信號(hào)。在汽動(dòng)泵未運(yùn)行之前采用電動(dòng)泵控制給水流量,三沖量主調(diào)和電泵副調(diào)構(gòu)成串級(jí)三沖量控制方式。當(dāng)負(fù)荷升高到30%-40%時(shí),汽動(dòng)泵小奇跡開(kāi)始沖轉(zhuǎn)、升

15、速,當(dāng)汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速進(jìn)一步上升、汽動(dòng)泵流量逐步提高,電動(dòng)泵流量逐步下降后,可投入汽動(dòng)泵自動(dòng),使電動(dòng)泵退回手動(dòng)。當(dāng)負(fù)荷升到40%-50%時(shí),啟動(dòng)第二臺(tái)汽動(dòng)泵運(yùn)行。這時(shí),三沖量主調(diào)和汽動(dòng)泵副調(diào)構(gòu)成串級(jí)三沖量汽動(dòng)泵控制方式,MEH系統(tǒng)以汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速控制信號(hào)控制小汽機(jī)轉(zhuǎn)速。（4）兩臺(tái)汽泵均投入自動(dòng)后電動(dòng)泵切至手動(dòng)由運(yùn)行人員減小電泵負(fù)荷,直至處于熱備用狀態(tài)。正常運(yùn)行時(shí)為兩臺(tái)汽泵運(yùn)行。降負(fù)荷時(shí)：a.負(fù)荷低于50%時(shí)啟動(dòng)電泵停汽泵切換到大調(diào)閥調(diào)整水位若2電泵運(yùn)行,停其中1臺(tái))；b.負(fù)荷低于30% 三沖量切單沖量。根據(jù)負(fù)荷及給水泵狀態(tài)電動(dòng)泵可單泵運(yùn)行也可與汽動(dòng)泵并列運(yùn)行即電動(dòng)泵可工作在單沖量方式也可工作在三沖量方式

16、。切換點(diǎn)都有滯環(huán)特性,避免由于負(fù)荷波動(dòng)而使切換過(guò)程反復(fù),對(duì)水位造成較大的擾動(dòng)。在每一切換過(guò)程中,僅有一套自動(dòng)控制系統(tǒng)控制水位。例如三沖量控制的大調(diào)閥向汽泵控制系統(tǒng)切換的過(guò)程時(shí),首先三沖量控制的大調(diào)閥處于自動(dòng)狀態(tài),汽泵控制處于跟蹤狀態(tài),當(dāng)汽泵出口流量高于某一值時(shí),汽泵控制處于自動(dòng)狀態(tài),大調(diào)閥以一定速率迫關(guān),當(dāng)大調(diào)閥關(guān)閉,電泵停后,切換結(jié)束。另外聯(lián)鎖保護(hù)邏輯要優(yōu)先于全程給水的邏輯。二、300MW亞臨界機(jī)組給水控制方案（一）給水控制系統(tǒng)的目的使鍋爐的給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量,以維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi),同時(shí)保持穩(wěn)定的給水流量。（二）前饋反饋串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)對(duì)于給水控制通道遲延和慣性較大的鍋爐采用串

17、級(jí)控制系統(tǒng)將具有較好的控制質(zhì)量,調(diào)試整定也比較方便,因此,在大型汽包鍋爐上可采用串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)。1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)如圖所示。串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)：其給水控制的任務(wù)由兩個(gè)調(diào)節(jié)器來(lái)完成,主調(diào)節(jié)器PI采用比例積分控制規(guī)律,以保證水位無(wú)靜態(tài)偏差。主調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)和給水流量、蒸汽流量信號(hào)的都作用到副調(diào)節(jié)器PI2。一般串級(jí)控制系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器可采用比例調(diào)節(jié)器,以保證副回路的快速性。串級(jí)系統(tǒng)主、副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同,副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是用以消除給水壓力波動(dòng)等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動(dòng)以及蒸汽負(fù)荷改變時(shí)迅速調(diào)節(jié)給水流量,以保證給水流量和蒸汽流量的平衡；主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位

18、偏差。這樣,當(dāng)負(fù)荷變化時(shí),水位穩(wěn)定值是靠主調(diào)節(jié)器PI1來(lái)維持的,并不要求進(jìn)入副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度按所謂“靜態(tài)配比”來(lái)進(jìn)行整定。恰恰相反,在這里可以根據(jù)對(duì)象在外擾下“虛假水位”的嚴(yán)重程度來(lái)適當(dāng)加強(qiáng)蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度,從而改變負(fù)荷擾動(dòng)下的水位品質(zhì)?？梢?jiàn),串級(jí)三沖量系統(tǒng)比單級(jí)三沖量系統(tǒng)的工作更合理,控制品質(zhì)要好一些。三、300MW亞臨界機(jī)組給水控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性仿真試驗(yàn)（一）給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性1.給水量擾動(dòng)下的給水動(dòng)態(tài)特性圖1 給水量擾動(dòng)時(shí)水位階躍響應(yīng)曲線圖1中曲線1 為沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性曲線2 為非沸騰式省煤器情形下水位的動(dòng)態(tài)特性。從物質(zhì)平衡的觀點(diǎn)來(lái)看 加大了給水量

19、G水位應(yīng)立即上升但實(shí)際上并不是這樣而是經(jīng)過(guò)一段遲延甚至先下降后升這是因?yàn)榻o水溫度遠(yuǎn)低于省煤器的溫度即給水有一定的過(guò)冷度水進(jìn)入省煤器后使一部分汽變成了水特別是沸騰式器給水減輕了省煤器內(nèi)的沸騰度省煤器內(nèi)的汽泡總?cè)莘e減少因此進(jìn)入省煤器內(nèi)的水首先用來(lái)填補(bǔ)省煤器中因汽泡破減少而降低的水位 經(jīng)過(guò)一段遲延甚至水位下降后 才能因給水量不斷從省煤器進(jìn)入汽包而使水位上升7。在此過(guò)程中負(fù)荷還未發(fā)生變化汽包中水仍然在蒸發(fā)因此水位也有下降趨勢(shì)。沸騰式省煤器的延遲時(shí)間T 為100200s。非沸騰式省煤器的延遲時(shí)間T 為30100s。水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)可表示為: （1-1）當(dāng)時(shí),上式可變?yōu)椋?（1-2）水位對(duì)象可近

20、似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)并聯(lián)形式。用一階近似表示時(shí)： （1-3）300MW仿真運(yùn)行給水?dāng)_動(dòng)下得動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)閥門開(kāi)度汽包水位給水流量圖2給水?dāng)_動(dòng)動(dòng)態(tài)特性曲線調(diào)試圖響應(yīng)速度（mm/s）=1.23滯后時(shí)間(s)傳遞函數(shù)2.蒸汽量擾動(dòng)下的給水動(dòng)態(tài)特性圖3 蒸汽量D 擾動(dòng)下的水位階躍響應(yīng)曲線如果只從物質(zhì)平衡的角度來(lái)看 蒸發(fā)量突然增加D時(shí)蒸發(fā)量高于給水量汽包水位是無(wú)自平衡能力的 所以水位應(yīng)該直線下降如圖2-3中H1(t)所示那樣但實(shí)際水位是先上升后下降這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”現(xiàn)象如圖2-3中H（t）所示。其原因是由于負(fù)荷增加時(shí)在汽水循環(huán)回路中的蒸發(fā)強(qiáng)度也將成比例增加 水面下汽泡的容積增加得也很快

21、此時(shí)燃料量M 還來(lái)不及增加汽包中汽壓Pb下降汽包膨脹使汽泡體積增大而水位上升。如圖2-3 中H(t)所示。在開(kāi)始的一段時(shí)間H(t)的作用大與H1(t)。當(dāng)過(guò)了一段時(shí)間后當(dāng)汽泡容積和負(fù)荷相適應(yīng)而達(dá)到穩(wěn)定后水位就要反映出物質(zhì)平衡關(guān)系而下降。因此 水位的變化應(yīng)是上述兩者之和 即 (1-4)傳遞函數(shù)也為兩者的代數(shù)和： （1-5）式中的時(shí)間常數(shù),約為1020s；的放大系數(shù)；飛升速度。一般100230t/h的中高壓爐,負(fù)荷突然變化10%時(shí),虛假水位化現(xiàn)象可使水位變化達(dá)3040mm。300MW仿真運(yùn)行蒸汽流量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性蒸汽流量汽包水位閥門開(kāi)度圖4蒸汽擾動(dòng)動(dòng)態(tài)特性調(diào)試圖時(shí)間常數(shù)(S)滯后時(shí)間(S)響應(yīng)速

22、度(mm/s)傳遞函數(shù)3.負(fù)荷擾動(dòng)下的給水動(dòng)態(tài)特性圖5 燃料量擾動(dòng)下水位的階躍反應(yīng)曲線當(dāng)燃料量擾動(dòng)時(shí),例如燃料量增加使?fàn)t膛熱負(fù)荷增強(qiáng),從而使鍋爐蒸發(fā)強(qiáng)度增大。若此時(shí)汽輪機(jī)負(fù)荷未增加,則汽輪機(jī)側(cè)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度不變。隨著爐膛熱負(fù)荷的增大,鍋爐出口壓力提高,蒸汽量也相應(yīng)增加,這樣蒸汽量大于給水流量,水位應(yīng)該下降。但是蒸汽強(qiáng)度增大同樣也使水面下汽泡容積增大,而且這種現(xiàn)象必然先于蒸發(fā)量增加之前發(fā)生,從而使汽包水位先上升,因此也會(huì)出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象。當(dāng)蒸發(fā)量與燃燒量相適應(yīng)時(shí),水位便會(huì)迅速下降,這種“虛假水位”現(xiàn)象比蒸汽量擾動(dòng)時(shí)要小一些,但其持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。燃料量擾動(dòng)下的水位階躍響應(yīng)曲線如圖2-4所示,它和圖2-3有

23、些相似。只是在這種情況下,蒸汽流量增加的同時(shí)汽壓也增大了,因而使汽泡體積的增加比蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)要小,從而使水位上升較少。但鍋爐負(fù)荷變化受到檢測(cè)反饋時(shí)間長(zhǎng)、燃料的不穩(wěn)定的局限和反應(yīng)時(shí)間較慢,不便參與自動(dòng)控制的調(diào)整。以上三種擾動(dòng)在鍋爐運(yùn)行中都可能經(jīng)常發(fā)生。但是由于控制通道在給水側(cè),因此蒸汽流量D和燃料量M習(xí)慣上稱為外部擾動(dòng),它們只影響水位波動(dòng)的幅度。而給水量G擾動(dòng)在控制系統(tǒng)的閉合回路里產(chǎn)生,一般稱為內(nèi)部擾動(dòng)。因此,汽包水位對(duì)于給水?dāng)_動(dòng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)是給水控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的依據(jù),此外,由于蒸汽流量D和燃料量M的變化也是經(jīng)常發(fā)生的外部擾動(dòng)8。所以常引入D、M信號(hào)作為給水控制系統(tǒng)里的前饋信號(hào),以改善外

24、部擾動(dòng)時(shí)的控制品質(zhì)。影響水位的因素除上述之外,還有給水壓力、汽包壓力、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門開(kāi)度、二次風(fēng)分配等。不過(guò)這些因素幾乎都可以有D、M、W的變化體現(xiàn)出來(lái)。為了保證汽壓的穩(wěn)定,燃料量和蒸發(fā)量必須保持平衡,所以這兩者往往是一起變化的,只是先后的差別。給水?dāng)_動(dòng)是內(nèi)擾,其它事外擾。負(fù)荷擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性汽包水位燃料量閥門開(kāi)度圖6 負(fù)荷擾動(dòng)動(dòng)態(tài)特性調(diào)試圖時(shí)間常數(shù)（s）響應(yīng)速度(mm/s) 傳遞函數(shù)四、300MW亞臨界機(jī)組給水控制系統(tǒng)組態(tài)與調(diào)試（一）300MW亞臨界機(jī)組給水控制系統(tǒng)組態(tài)1.給水控制對(duì)象組態(tài)圖7 對(duì)象組態(tài)圖2.三沖量給水控制回路組態(tài)圖8 三沖量給水控制回路組態(tài)圖（二）給水對(duì)象控制回路調(diào)試 圖9

25、 主PID參數(shù)調(diào)試圖 圖10 副PID參數(shù)調(diào)試圖 圖11 對(duì)象參數(shù)調(diào)試圖 1.自動(dòng)下水位定值擾動(dòng)調(diào)試水位閥位給定值圖12 自動(dòng)下給定值由25mm減小到15mm的擾動(dòng)調(diào)試曲線結(jié)果閥位水位圖13自動(dòng)下給定值由15mm增加到20mm的擾動(dòng)調(diào)試曲線結(jié)果2.自動(dòng)下蒸汽擾動(dòng)調(diào)試趨勢(shì)曲線圖蒸汽流量水位給定值給定值圖14自動(dòng)下蒸汽流量由980t/h減小到960t/h的擾動(dòng)調(diào)試結(jié)果蒸汽流量水位給定值圖15自動(dòng)下蒸汽流量由990t/h增加到1000t/h的擾動(dòng)調(diào)試結(jié)果3.自動(dòng)下給水?dāng)_動(dòng)調(diào)試給水流量水位給定值圖16自動(dòng)下給水流量由950t/h增加到970t/h的擾動(dòng)調(diào)試結(jié)果給水流量給定值水位圖17自動(dòng)下給水流量由1

26、000t/h減小到980t/h的擾動(dòng)調(diào)試結(jié)果4.強(qiáng)制手動(dòng)調(diào)試閥位水位圖18手動(dòng)狀態(tài)下閥位由45%調(diào)到60%后的水位曲線調(diào)試結(jié)果水位閥位 圖19手動(dòng)狀態(tài)下閥位由50%調(diào)到30%后的水位曲線調(diào)試結(jié)果 結(jié)論分析:試驗(yàn)主要是通過(guò)以汽包水位對(duì)象進(jìn)行的串級(jí)三沖量系統(tǒng)組態(tài)分析,仿真機(jī)進(jìn)行汽包水位動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn),OVATION系統(tǒng)進(jìn)行的對(duì)象控制邏輯圖組態(tài)與調(diào)試。了解到汽包水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)是火電廠最重要的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)之一,一方面它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作非常頻繁,水位對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作也很敏感,一不小心就有可能出現(xiàn)極其嚴(yán)重的危險(xiǎn)情況；另一方面它對(duì)整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行安全至關(guān)重要：汽包水位過(guò)高,會(huì)使蒸汽內(nèi)含水成分較多,造成蒸汽帶水。水

27、位過(guò)低,會(huì)造成“干鍋”,可能嚴(yán)重?zé)龎腻仩t設(shè)備。汽包水位三沖量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要是汽包水位、給水流量、蒸汽流量參數(shù)進(jìn)行的自動(dòng)調(diào)節(jié),同時(shí)汽包水位動(dòng)態(tài)的特性具有延遲性、具有“虛假水位”現(xiàn)象、是無(wú)自平能力的。在上機(jī)進(jìn)行OVATION調(diào)試組主要是以自動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的調(diào)試和手動(dòng)狀態(tài)下調(diào)試。如在做手動(dòng)狀態(tài)下調(diào)節(jié)水泵,水位出現(xiàn)有慣性、無(wú)自平衡能力的現(xiàn)象,在做OVATION組態(tài)時(shí)加入比例積分環(huán)節(jié)使閥位輸出產(chǎn)生無(wú)自平的現(xiàn)象,但仿真上隨著時(shí)間的推移,閥位定值-比例積分=比例積分環(huán)節(jié),這中間比例積分環(huán)節(jié)變?nèi)鯐?huì)使曲線人為肉眼觀察趨于有自平衡現(xiàn)象,其實(shí)這是比例積分環(huán)節(jié)中積分變?nèi)?需要人為增加積分做用是趨勢(shì)圖水位呈現(xiàn)無(wú)自平衡能

28、力。在做自動(dòng)下蒸汽和給水?dāng)_動(dòng)下特性趨勢(shì)時(shí),串級(jí)三沖量中蒸汽流量是前饋控制效果明顯,所以直接在對(duì)象邏輯圖左邊添加一個(gè)蒸汽擾動(dòng)比例積分環(huán)節(jié)也就是蒸汽擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性函數(shù),能過(guò)及時(shí)調(diào)節(jié)時(shí)系統(tǒng)提高抗外擾動(dòng)的能力克服“虛假水位”造成的反向控制現(xiàn)象,對(duì)于給水控制通道延遲和慣性較大的鍋爐,采用串級(jí)控制系統(tǒng)將具有較好的控制質(zhì)量,所以此試驗(yàn)?zāi)茌^好控制擾動(dòng)現(xiàn)象。工 作 小 結(jié)本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)仿真機(jī)三沖量動(dòng)態(tài)特性曲線試驗(yàn),以及DCS上做仿真試驗(yàn),為了驗(yàn)證串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器任務(wù)不同,參數(shù)整定相對(duì)獨(dú)立。副調(diào)節(jié)器的作用是當(dāng)給水?dāng)_動(dòng)時(shí),迅速動(dòng)作使給水量保持不變,當(dāng)蒸汽流量擾動(dòng)時(shí),副調(diào)節(jié)器迅速改變給水量,保持給水

29、和蒸汽平衡。主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位,這比單級(jí)三沖量控制系統(tǒng)的工作更為合理。故串級(jí)系統(tǒng)比單級(jí)系統(tǒng)要好一些。同時(shí)在本次設(shè)計(jì)中了解到了仿真對(duì)象如何組態(tài),如何建立三沖量控制回路的組態(tài),以及如何調(diào)試PID上各個(gè)參數(shù)使調(diào)試曲線真是可靠,在做不同擾動(dòng)下曲線時(shí)為了使擾動(dòng)曲線呈現(xiàn)不同的擾動(dòng)規(guī)律,這里運(yùn)用了各種對(duì)對(duì)象添加函數(shù),在做給水?dāng)_動(dòng)時(shí),因?yàn)槭莾?nèi)擾所以直接在給水泵和擾動(dòng)量的絕對(duì)值求和等時(shí)輸出的水位產(chǎn)生不同。在做蒸汽擾動(dòng)的時(shí)候,因?yàn)檎羝恐饕且驗(yàn)樨?fù)荷的原因所以屬于外繞,這時(shí)添加一處蒸汽擾動(dòng)的對(duì)象函數(shù),使給水?dāng)_動(dòng)與蒸汽擾動(dòng)同時(shí)參與影響水位的因素,同時(shí)又使這2個(gè)擾動(dòng)對(duì)水位影響波動(dòng)圖有所不同。同時(shí)在整個(gè)設(shè)計(jì)中了解到了PID的整定,與了解到PID輸出的歸一化問(wèn)題,時(shí)輸出不產(chǎn)生一高值,影響到整體PID的運(yùn)算范圍,同時(shí)了解到在添加一些函數(shù)的時(shí)候運(yùn)用PID自帶的函數(shù)功能塊是最好的,