熱工控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、300MW機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要目前，大型火電單元機(jī)組都采用機(jī)、爐聯(lián)合啟動(dòng)的方式，鍋爐、汽輪機(jī)按照啟動(dòng)曲線要求進(jìn)行滑參數(shù)啟動(dòng)。隨著機(jī)組容量的增大和參數(shù)的提高，機(jī)組在啟停過程中需要監(jiān)視和控制的項(xiàng)目也就越來越多，因此人工操作、監(jiān)視的方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足運(yùn)行的要求，而必須在啟停過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這就需要有全程控制系統(tǒng)。 汽包鍋爐水位是鍋爐運(yùn)行中一個(gè)重要的監(jiān)控參數(shù)。它間接的表示了鍋爐蒸汽負(fù)荷和給水量之間的平衡關(guān)系。維持汽包水位正常是保正汽輪機(jī)和鍋爐安全運(yùn)行的重要條件。鍋爐汽包水位過高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口蒸汽水分過多而使過熱器管壁結(jié)垢，容易燒壞過熱器。汽包出口

2、蒸汽水分過多，也會(huì)使過熱氣溫產(chǎn)生急劇變化，直接影響機(jī)主運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。汽包水位過低，則可能破壞鍋爐水循環(huán)，造成水冷壁管燒壞而破裂。     本論文結(jié)合元寶山發(fā)電廠的實(shí)際情況對(duì)其給水系統(tǒng)進(jìn)行了全程控制設(shè)計(jì)，論文比較詳細(xì)的論述了控制系統(tǒng)的工作原理及特點(diǎn)，控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，控制系統(tǒng)的構(gòu)成以及具體的控制方案與策略。 關(guān)鍵詞：給水全程控制系統(tǒng)、汽包水位控制、串級(jí)三沖量控制AbstractCurrent, large fire electricity unit machine a way for all adopting machine,

3、 boiler uniting starting, boiler, vapor a machine according to start the curve request proceed the slippery parameter starts. Along with the aggrandizement of the machine a capacity with the exaltation of the parameter, machine an item for in start and stop process needing keeping watch on with cont

4、rol too more and more, the for this reason artificial operates, the monitoring way can't satisfy the request of the movement already and far and far, but must realizes in start and stop process the auto control. This need the whole distance control system.The vapor a boiler water level is a boil

5、er to circulate inside to supervise and control the parameter importantly. It meant indirectly that the boiler steam carries with the equilibrium relation of the amount of water applied. Maintaining the vapor a water level normal is an important term to protect the positive vapor a machine to circul

6、ate with the boiler safety. Boiler vapor a water level over high, will affect the normal work that vapor an inside soda separate equip, making exit steam humidity excessive but made the hot machine take care of the wall knot dirty mark, burn easily bad over hot machine. A safety for exporting steam

7、humidity excessively, and also would making hot air temperature producing nasty upheaval turning, directly affecting machine lord circulating with economic. Vapor a water level over low, then may break the boiler water circulates, resulting in the cold wall in water tube burns bad but break.The actu

8、al circumstance of the combinative coin in this thesis mountain power plant as to it's water supply system proceeded whole distance control design, detailed treatise in thesis control work principle and characteristicses of the systems, control the dynamic characteristic of the object, control t

9、he composing of the system and in a specific way of control project and strategy.Key words: feed water whole distance control system, drum water level control, serial class three element control目 錄摘 要IAbstractII目 錄III1 給水全程控制系統(tǒng)綜述11.1 給水全程控制系統(tǒng)的目的及意義11.2 給水全程控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11.3 給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性11.3.1 給水?dāng)_動(dòng)對(duì)

10、水位的影響11.3.2 負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)水位的影響21.3.3 燃料量擾動(dòng)對(duì)水位的影響31.4 測(cè)量信號(hào)的自動(dòng)校正31.4.1 水位信號(hào)的壓力校正31.4.2 過熱蒸汽流量信號(hào)壓力、溫度校正51.4.3 給水流量測(cè)量信號(hào)的溫度校正53 汽包水位三沖量給水控制系統(tǒng)63.1 三沖量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理63.2 汽包水位的串級(jí)控制系統(tǒng)64 控制系統(tǒng)組態(tài)分析84.1 INFI-90分散控制系統(tǒng)概述84.2 控制系統(tǒng)組態(tài)分析94.3 硬件配置說明94.4 控制系統(tǒng)的仿真95 西屋公司300MW機(jī)組鍋爐給水控制系統(tǒng)分析115.1 給水控制系統(tǒng)SAMA圖分析115.1.1 PID調(diào)節(jié)器的運(yùn)用115.1.2 水位信號(hào)的

11、壓力校正115.1.3 給水流量信號(hào)控制11總 結(jié)12致 謝13參考文獻(xiàn)14附 錄15171 給水全程控制系統(tǒng)綜述1.1 給水全程控制系統(tǒng)的目的及意義汽包鍋爐給水自動(dòng)控制的目的是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)。汽包水位是鍋爐運(yùn)行中一個(gè)重要的監(jiān)控參數(shù)。它間接反映了鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系，維持汽包水位正常是保證鍋爐和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件，汽包水位過高，會(huì)影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口蒸汽水分過多而使過熱器管壁結(jié)垢，容易燒壞過熱器。汽包出口蒸汽中水分過多，也會(huì)使過熱汽溫產(chǎn)生急劇變化，直接影響機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。汽包水位過低，則可能破壞鍋

12、爐水循環(huán)，造成水冷壁管燒壞而破裂。隨著鍋爐容量和參數(shù)的提高，汽包的容積相對(duì)減小，鍋爐蒸發(fā)受熱面的熱負(fù)荷顯著提高。因此加快了負(fù)荷變化時(shí)水位的變化速度。企圖用人工控制給水量來維持汽包水位不僅操作繁重，而且是非常困難的。所以，鍋爐運(yùn)行中迫切要求對(duì)給水實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 1.2 給水全程控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)目前，國(guó)內(nèi)外汽包水位控制策略采用三沖量控制，模糊控制及PID自校準(zhǔn)與自調(diào)整的比較多，特別是前2種，其中模糊控制主要是朝智能化方向發(fā)展，表現(xiàn)在模糊控制與智能控制的結(jié)合，采用遺傳算法優(yōu)化模糊控制等。主要解決的問題是：規(guī)則的完整性、自校正主要采用不同的優(yōu)化方法對(duì)參數(shù)進(jìn)行自調(diào)整；預(yù)測(cè)函數(shù)控制、廣義預(yù)報(bào)

13、自適應(yīng)控制、模型參考自適應(yīng)控制等基于模型的控制方法發(fā)展的比較少，具體在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)用的則更少。1.3 給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性1.3.1 給水?dāng)_動(dòng)對(duì)水位的影響給水量的擾動(dòng)是給水自動(dòng)控制系統(tǒng)中影響汽包水位的主要擾動(dòng)之一，因?yàn)樗莵碜钥刂苽?cè)的擾動(dòng)，又稱內(nèi)擾。在給水流量W的階躍擾動(dòng)下，水位H的響應(yīng)曲線可以用圖1來說明。若把汽包及水循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)做單容水槽，水位的響應(yīng)曲線應(yīng)該如圖中的直線1。但是在實(shí)際情況中，當(dāng)給水流量突然增加的時(shí)候，因?yàn)榻o水溫度低于汽包內(nèi)的飽和水溫度，當(dāng)它進(jìn)入汽包后吸收了原有的飽和水中的一部分熱量，使鍋爐的蒸汽產(chǎn)量下降，水面以下的汽泡總體積也就相應(yīng)減小，導(dǎo)致水位下降。對(duì)水位的影響可以用

14、圖中的曲線2表示。水位H（即曲線3）的實(shí)際響應(yīng)曲線是曲線1和曲線2的總和。這種分析方法是分別從兩個(gè)角度進(jìn)行分析的：1.僅從物質(zhì)平衡角度來分析；2.僅從熱平衡角度來分析。圖1 給水?dāng)_動(dòng)下的水位響應(yīng)曲線1.3.2 負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)水位的影響蒸汽流量擾動(dòng)主要來自汽輪發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷變化，屬外部擾動(dòng)。在汽機(jī)耗汽量D的階躍擾動(dòng)下，水位H的響應(yīng)過程可以用圖2來說明。當(dāng)汽機(jī)耗汽量D突然階躍增加時(shí)，如果只從物質(zhì)平衡的角度來講，一方面改變了汽包內(nèi)的物質(zhì)平衡狀態(tài)，使得水位下降，如圖2中的曲線1。但當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量突然增加時(shí)，迫使鍋內(nèi)汽泡的增多，燃料量維持不變，汽包壓力下降，使水面以下的蒸汽泡膨脹，總體積增大，從而使得汽包水位

15、的上升，如圖2的曲線2所示。因此汽包水位H的實(shí)際響應(yīng)曲線是曲線1與曲線2疊加的結(jié)果。只有當(dāng)汽包體積與負(fù)荷適應(yīng)而不再變化時(shí)，水位的變化就僅由物質(zhì)平衡關(guān)系來決定，這時(shí)水位就隨負(fù)荷增大而下降，而這種反常的現(xiàn)象，通常被稱為“虛假水位”?！疤摷偎弧?現(xiàn)象主要是來自于蒸汽量的變化，顯然蒸汽量是一個(gè)不可調(diào)節(jié)的量（對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言），但它是一個(gè)可測(cè)量，所以在系統(tǒng)中引入這些擾動(dòng)信息來改善調(diào)節(jié)品質(zhì)是非常必要的。圖2 汽機(jī)耗汽量D階躍擾動(dòng)下的水位響應(yīng)曲線1.3.3 燃料量擾動(dòng)對(duì)水位的影響當(dāng)燃料量B擾動(dòng)時(shí)，必然會(huì)引起蒸汽量D的變化，燃料量增加會(huì)使?fàn)t膛熱負(fù)荷增加，鍋爐吸收更多的熱量蒸發(fā)強(qiáng)度增加，若此時(shí)，汽輪機(jī)所帶負(fù)荷不

16、變，那么隨著爐膛熱負(fù)荷的增加，鍋爐出口壓力提高，蒸汽流量就會(huì)相應(yīng)的增加上去，然后蒸汽量的變化就會(huì)造成“虛假水位”的現(xiàn)象，即水位先上升，隨后再下降，響應(yīng)曲線如圖3所示。但是燃料量B的增大只能使D緩慢增大，而且還慢慢上升，它將使汽泡體積減小。因而，燃料量擾動(dòng)下的假水位比負(fù)荷擾動(dòng)下要緩和得多。由以上分析可知，給水量擾動(dòng)下水位響應(yīng)過程具有純延遲；負(fù)荷擾動(dòng)下水位響應(yīng)過程具有假水位現(xiàn)象；燃料量擾動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)假水位現(xiàn)象。所以在給水控制系統(tǒng)里常常引入D、B信號(hào)作為前饋信號(hào)，以改善外部擾動(dòng)時(shí)的控制品質(zhì)，而這也是目前大型鍋爐給水控制系統(tǒng)采用三沖量或多沖量的根本原因。 Bt 圖3 燃料量擾動(dòng)B下的水位響應(yīng)曲線1.4

17、測(cè)量信號(hào)的自動(dòng)校正鍋爐從啟動(dòng)到正常運(yùn)行或是從正常運(yùn)行到停爐的過程中，蒸汽參數(shù)和負(fù)荷在很大的范圍內(nèi)變化，這就使水位、給水流量和蒸汽流量的準(zhǔn)確性受到影響。為了實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)控制。要求這些測(cè)量信號(hào)能夠自動(dòng)的進(jìn)行壓力、溫度校正。測(cè)量信號(hào)自動(dòng)校正的基本方法是：先推導(dǎo)出被測(cè)參數(shù)溫度、壓力變化的數(shù)學(xué)模型，然后利用各種元件構(gòu)成運(yùn)算電路進(jìn)行運(yùn)算，便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校正。而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，這些補(bǔ)償公式中一些參數(shù)的確定要依據(jù)理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試綜合求取，通過動(dòng)態(tài)補(bǔ)償回路確保上述信號(hào)在負(fù)荷變化時(shí)的精度。1.4.1 水位信號(hào)的壓力校正對(duì)汽包鍋爐通常利用差壓原理來測(cè)量其水位，鍋爐從啟、停到正常負(fù)荷的整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，汽包壓力變化很大，

18、汽包內(nèi)飽和蒸汽和飽和水密度的變化也很大，這樣就不能直接用差壓信號(hào)來代表水位，而必須對(duì)其進(jìn)行壓力修正。根據(jù)很多大型機(jī)組運(yùn)行的情況反映，大容量機(jī)組汽包水位的測(cè)量不宜采用帶中間抽頭式（即雙室平衡容器）的測(cè)量筒，而要采用單室平衡容器取樣裝置。圖4表示單容平衡容器的測(cè)量系統(tǒng)。設(shè)：汽包壓力（）L汽水連通管之間的垂直距離，即最大的變化范圍（M）h汽包水位高度加在差壓變送器兩側(cè)的壓力（）和蒸汽的重度（）飽和水的重度（）汽包外平衡容器內(nèi)水柱的重度（） 從圖4中可看出： =*h+*(L-h) =*L =-=*L-*h-*(L-h) （1）當(dāng)L一定時(shí),水位h時(shí)差壓和汽、水密度的函數(shù)。密度與環(huán)境溫度有關(guān)，一般可取50

19、時(shí)水位的密度。在鍋爐啟動(dòng)過程中，水溫略有增加，但由于同時(shí)壓力也升高，兩種因素對(duì)的影響基本上可以抵消，即可近似地認(rèn)為是恒值。而飽和水和飽和蒸汽的重度和均為汽包壓力的函數(shù)，即：-= F() -= f() 所以式（1）可寫成： = （2）根據(jù)上式即可設(shè)計(jì)出水位壓力的自動(dòng)校正線路。圖4 汽包水位單容平衡容器的測(cè)量系統(tǒng)1.4.2 過熱蒸汽流量信號(hào)壓力、溫度校正大容量高參數(shù)鍋爐的過熱蒸汽流量通常采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置進(jìn)行測(cè)量。這種噴嘴基本上是按定壓運(yùn)行額定工況參數(shù)設(shè)計(jì)，在該參數(shù)下運(yùn)行時(shí)，測(cè)量精度是較高的。但在全程控制時(shí)，運(yùn)行工況不能基本固定，當(dāng)被測(cè)蒸汽壓力和溫度偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，蒸汽度的密度變化很大，這就會(huì)給測(cè)量造

20、成誤差，所以要進(jìn)行壓力和溫度的校正。一般按下式進(jìn)行校正：D=K （3）式（3）中：D過熱蒸汽流量(Kg/H)；P過熱蒸汽壓力(MPa)；T過熱蒸汽溫度()；節(jié)流件差壓(MPa)；K流量系數(shù)；過熱蒸汽重度()。1.4.3 給水流量測(cè)量信號(hào)的溫度校正計(jì)算結(jié)果表明：當(dāng)給水溫度為100不變，壓力在0.19619.6MPa范圍內(nèi)變化時(shí)，給水流量的測(cè)量誤差為0.47%；若給水壓力位19.6MPa不變，給水溫度在100290范圍內(nèi)變化時(shí)，給水流量的測(cè)量誤差為13%。所以，對(duì)給水流量測(cè)量信號(hào)可以只采用溫度校正，若給水溫度變化不大，則不必對(duì)給水流量測(cè)量信號(hào)進(jìn)行校正。3 汽包水位三沖量給水控制系統(tǒng)3.1 三沖量控

21、制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理所謂三沖量，指的是引入了三個(gè)測(cè)量信號(hào)：汽包水位、給水流量、蒸汽流量。這個(gè)系統(tǒng)對(duì)上述兩種方案取長(zhǎng)補(bǔ)短，極大地提高了水位控制質(zhì)量。例如，當(dāng)耗汽量D突然階躍增大時(shí)，一方面由于假水位現(xiàn)象水位會(huì)暫時(shí)升高，它使調(diào)節(jié)器錯(cuò)誤地指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)減小給水量；另一方面，D的增大又通過比值控制作用指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)增加給水量。實(shí)際給水量是增大還是減小，取決于系統(tǒng)參數(shù)的整定。當(dāng)假水位現(xiàn)象消失后，水位和蒸汽信號(hào)都能正確地指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。只要參數(shù)整定合適，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)平衡狀態(tài)以后，給水流量必然等于蒸汽流量，水位H也就會(huì)維持在設(shè)定值。給水控制是串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器接受水位信號(hào)，對(duì)水位起校正作用，是細(xì)調(diào)；其輸出作為副調(diào)節(jié)

22、器的給定值，副調(diào)節(jié)器的被調(diào)量是給水流量，目的是快速消除來自水側(cè)的擾動(dòng)。圖5 三沖量給水控制系統(tǒng)圖但必須指出，引入蒸汽流量信號(hào)只是削弱了假水位期間調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作，但并不能消除假水位現(xiàn)象，并且由于水位H對(duì)負(fù)荷（蒸汽量）擾動(dòng)D的響應(yīng)速度要比對(duì)基本擾動(dòng)W的響應(yīng)速度快得多，因此，在外部擾動(dòng)下被調(diào)量的變化幅度還是比較大，必須對(duì)負(fù)荷變化的幅度加以限制。3.2 汽包水位的串級(jí)控制系統(tǒng)通過三沖量水位控制系統(tǒng)的整定可以看到，為了保證系統(tǒng)有良好的靜特性，各輸入信號(hào)之間有嚴(yán)格的靜態(tài)配合關(guān)系，并且動(dòng)態(tài)整定過程也比較復(fù)雜，給系統(tǒng)的整定帶來了一定的困難。所以，采用水位串級(jí)控制系統(tǒng)。主回路用于直接控制水位，主調(diào)節(jié)器一般都采

23、用比例積分動(dòng)作，維持穩(wěn)態(tài)水位不變。副回路是流量系統(tǒng)，副調(diào)節(jié)器可以用比例或比例積分動(dòng)作。引入蒸汽流量作為靜態(tài)前饋信號(hào)，所以是一個(gè)帶有靜態(tài)前饋的串級(jí)控制系統(tǒng)。為了保證給水系統(tǒng)的汽水平衡，應(yīng)有,而其它的部分的整定則與一般串級(jí)系統(tǒng)完全相同。如圖7示。 圖6 水位串級(jí)控制系統(tǒng)原理圖串級(jí)系統(tǒng)比三沖量系統(tǒng)多用了一個(gè)調(diào)節(jié)器，這是缺點(diǎn)，但是它卻使得對(duì)信號(hào)的靜態(tài)配合要求不那么嚴(yán)格了，也不需要估計(jì)因蒸汽壓力變化或鍋爐排污量變化而引起配比關(guān)系的。4 控制系統(tǒng)組態(tài)分析4.1 INFI-90分散控制系統(tǒng)概述本套給水控制系統(tǒng)可以INFI-90來實(shí)現(xiàn)，下面則INFI-90分散控制系統(tǒng)進(jìn)行一下簡(jiǎn)要介紹。INFI-90系統(tǒng)是Ba

24、iley公司1987年推出的產(chǎn)品。該系統(tǒng)與Bailey公司1980年推出N-90系統(tǒng)兼容，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能也基本相同。因而，INFI-90屬于N-90的改進(jìn)型產(chǎn)品，是一種集過程控制，過程管理為一體的現(xiàn)代化過程控制與管理系統(tǒng)。INFI-90系統(tǒng)主要由過程控制單元（PCU），運(yùn)行員操作站（OIS），計(jì)算機(jī)接口（CIU）和把它們聯(lián)成一個(gè)系統(tǒng)的通訊環(huán)路以及作為應(yīng)急手段的模擬控制站（SAC）和數(shù)字邏輯站（DLS）組成。INFI網(wǎng)組環(huán)能帶多達(dá)250個(gè)節(jié)點(diǎn)，多個(gè)子環(huán)通過就地和遠(yuǎn)程接口與主環(huán)相連。每個(gè)子環(huán)能帶多達(dá)250個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)主環(huán)最多連接250個(gè)子環(huán)，這樣整個(gè)系統(tǒng)有袋62500個(gè)節(jié)點(diǎn)的能力。到目前為止，超環(huán)

25、結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還很少見。廠區(qū)環(huán)路結(jié)構(gòu)是INFI-90系統(tǒng)應(yīng)用最為普遍的一種結(jié)構(gòu)形式。廠區(qū)環(huán)路是INFI-90摸件共同采用的高速串行通信通道，支持63個(gè)節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大距離為2000米。INFI-90系統(tǒng)提供了一系列執(zhí)行不同功能的軟件模塊，存貯在各種主模件的只讀存儲(chǔ)器中。這些功能塊，即功能碼。分散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)之一是通過功能組態(tài)構(gòu)成各種不同的應(yīng)用系統(tǒng)，而不必修改硬件或硬接線。INFI-90提供了一系列執(zhí)行不同功能的軟件模塊，存儲(chǔ)在各種主模件的只讀存儲(chǔ)器中。為了便于使用這些軟件模塊構(gòu)成具體的功能軟件，事先以對(duì)這些軟件模塊編排了不同的代碼，這就叫做功能碼。功能碼是軟件模塊的編號(hào)，代碼，

26、以便相互區(qū)分和靈活使用。每個(gè)功能碼代表一種具體的局部功能軟件。所有功能碼的集合就是代表著一個(gè)具有各種功能子程序的軟件庫(kù)，就好比一系列不同功能的儀表組件，因而，有時(shí)也把這些功能碼稱為軟儀表。組態(tài)過程也稱為儀表系統(tǒng)的軟接線?？梢栽O(shè)想，一個(gè)具體設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)圖，事實(shí)上就規(guī)定了使用哪些種儀表，每種使用多少，相互間如何連接，硬件實(shí)現(xiàn)如此，軟件實(shí)現(xiàn)也如此。可想而知，一個(gè)分散控制系統(tǒng)所提供的功能軟件模塊種類越多，則說明系統(tǒng)功能越豐富，制造廠家考慮到各種各樣的用戶，不同的應(yīng)用需要，不斷的擴(kuò)充他們的功能軟件庫(kù)，比如INFI-90總共規(guī)劃了255種軟件模塊，即編排了從1至255功能碼，包括72個(gè)留給用戶自定義的功能

27、碼。實(shí)際使用時(shí)，并不意味著這些功能碼對(duì)任何一個(gè)用戶都是必要的。INFI-90系統(tǒng)中的主模件需要進(jìn)行組態(tài)。系統(tǒng)組態(tài)信息可通過工程設(shè)計(jì)工作站、運(yùn)行員操作站以及組態(tài)調(diào)整模件送入主模件的NVRAM中。系統(tǒng)組態(tài)時(shí)，要完成如下幾項(xiàng)工作：一是按系統(tǒng)圖（SAMA圖）的需要選取功能塊（指定功能碼）；二是給每個(gè)功能塊編以相應(yīng)的塊號(hào)；三是為每個(gè)功能塊輸入必要的規(guī)格參數(shù)。從而使該功能軟件模塊成為有效。一個(gè)已經(jīng)完成組態(tài)的主模件意味著已規(guī)定好了它所執(zhí)行的軟件，即構(gòu)成了實(shí)際應(yīng)用軟件系統(tǒng)。軟件的構(gòu)成可視為若干個(gè)功能塊的連接。每個(gè)主模件對(duì)功能塊的數(shù)量有一定的限制，如MFP01為一萬個(gè)功能塊，MFP02為兩萬個(gè)功能塊。4.2 控

28、制系統(tǒng)組態(tài)分析本系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)中包括了增強(qiáng)型PID控制器、控制站（MFC）、超前/滯后、加法器、高/低報(bào)警塊、速率限制器、遙控手動(dòng)設(shè)定常數(shù)塊、或、等功能碼，經(jīng)過設(shè)計(jì)完成了串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)的組態(tài)，下面作以分析。如圖示，汽包水位信號(hào)分出兩路，一路經(jīng)由遙控手動(dòng)設(shè)定常數(shù)塊到速率限制器塊，來保證輸出的速率不大于設(shè)定值，其輸出值作為加法器的一端，作為前饋信號(hào)；而汽包水位信號(hào)的另一路則作為加法器的另一端，經(jīng)過加法器可以得到一個(gè)偏差作為輸出，輸出信號(hào)一路至高/低報(bào)警裝置，如果汽包水位過高或過低就會(huì)發(fā)出報(bào)警，另一路信號(hào)則送至串級(jí)三沖量控制的主調(diào)節(jié)器，以此，作為一個(gè)沖量信號(hào)。蒸汽流量信號(hào)經(jīng)過加法器后送至PID調(diào)

29、節(jié)器作為反饋信號(hào)，至此以實(shí)現(xiàn)了三沖量控制，由三沖量控制的副調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)送至控制站MFC產(chǎn)生控制信號(hào)則可以對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。4.3 硬件配置說明PCU與INFI環(huán)的接口是NIS/NPM，其中NIS將節(jié)點(diǎn)連接INFI環(huán)上，NPM通過INFI環(huán)的控制通道與主模件通訊。HCU與INFI環(huán)接口在硬件上進(jìn)行冗余配置，在鍋爐給水自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件配置中，共設(shè)置了2個(gè)MFP，硬件冗余時(shí)應(yīng)有兩對(duì)模件，主對(duì)執(zhí)行所有的系統(tǒng)通訊功能，次對(duì)等待在備用狀態(tài)，如果主對(duì)出現(xiàn)故障，次對(duì)就進(jìn)入工作，從而保證不會(huì)引起系統(tǒng)通訊的任何中斷和數(shù)據(jù)丟失。子模件擴(kuò)展總線上I/O子模件，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)與主模件的通訊。這次汽包水位的控制需要模

30、擬量的輸入和輸出。用到模件有ASI模擬輸入子模件和兩個(gè)CIS輸出子模件和反饋信號(hào)兩路和數(shù)字輸入輸出子模件檢測(cè)模件。4.4 控制系統(tǒng)的仿真隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)的越來越來受到重視，使人們?cè)诳茖W(xué)研究，生產(chǎn)應(yīng)用中獲得更好的設(shè)計(jì)可靠性和研究的前瞻性，節(jié)約了科研和生產(chǎn)的成本。系統(tǒng)仿真這門學(xué)科有很廣的應(yīng)用性，它不但在自然科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，甚至在管理領(lǐng)域也得到成功的應(yīng)用。1、MATLAB和SIMULINK的簡(jiǎn)介MATLAB是美國(guó)MATH WORKS公司開發(fā)的一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件包。它集數(shù)值分析，矩陣運(yùn)算，圖形繪制等功能于一身，提供了一個(gè)高性能的數(shù)值計(jì)算和 圖形顯示的科學(xué)和工程計(jì)算軟件環(huán)境。同

31、時(shí)，它還包含有一系列稱為工具箱（TOOLBOK）的涉及許多領(lǐng)域的應(yīng)用軟件模塊。如信號(hào)處理、圖象處理、控制系統(tǒng)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)學(xué)和符號(hào)數(shù)學(xué)等。因而稱為全世界工程師、科學(xué)家、教育家、各行各業(yè)的專業(yè)人員的“萬能工具”。SIMULINK是MATLAB的一個(gè)軟件模塊。是一個(gè)建模、分析和仿真多種多樣的物理和數(shù)學(xué)的結(jié)構(gòu)方框圖模型。SIMLINK包括一個(gè)龐大的結(jié)構(gòu)方框圖。用戶可以既快又方便地對(duì)系統(tǒng)建模、仿真，而不必寫任何程序代碼。并且，SIMULINK讓用戶在同一個(gè)屏幕上仿真，顯示數(shù)據(jù)及輸出數(shù)據(jù)和圖形。2、控制環(huán)節(jié)控制模型建立要用到SIMULINK的模塊有Discrete, Linear，,Nonl

32、inear，Connections, Extras共5大模塊，基本上包括了離散系統(tǒng)到連續(xù)系統(tǒng)，線性系統(tǒng)到非線性系統(tǒng)，傳遞函數(shù)描到狀態(tài)空間描述等環(huán)節(jié)，如Linear線性部分變化有：加法器、內(nèi)積、微分器、積分器、放大器、傳遞函數(shù)、零極點(diǎn)、狀態(tài)空間矩陣等。3、仿真信號(hào)源仿真信號(hào)源由SIMULINK的SOURCE模塊定義，包括一系列信號(hào)模型。其中有：數(shù)字時(shí)鐘、周期序列、信號(hào)發(fā)生器、正弦信號(hào)、脈沖信號(hào)、文件、工作區(qū)變量、噪聲信號(hào)、函數(shù)等。由此可見，SIMULINK提供的信號(hào)源是非常豐富和靈活的，能滿足大部分情況下的需要。4、仿真方式 SIMULINK的動(dòng)態(tài)仿真能力可以分析研究控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，它具有先

33、進(jìn)的積分算法和分析函數(shù)，提供了固定步長(zhǎng)，可變步長(zhǎng)和剛性系統(tǒng)等8種積分算法，能進(jìn)行Monte-Carol仿真。還可以選擇參數(shù)如仿真的起止時(shí)間，最大最小步長(zhǎng)等。從系統(tǒng)的方塊模型中求得系統(tǒng)的線性模型，得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，從而分析系統(tǒng)的時(shí)域響應(yīng)，得到控制系統(tǒng)的頻率特性，繪制波特圖等。SIMULINK具有參數(shù)分析能力，變化模型中的參數(shù)，再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，求系統(tǒng)的頻率響應(yīng)，可以求得系統(tǒng)在不同參數(shù)條件下的響應(yīng)情況，或直接由系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)繪制根軌跡，求出系統(tǒng)的穩(wěn)定性等特性。仿真輸出由SIMULINK的sinks模塊確定，包括有：仿真示波器、圖形窗口、XY圖形窗口、工作區(qū)變量、文件等。SIMULINK的

34、輸出形式是非常廣泛的，從仿真示波器上看到的是仿真結(jié)果的動(dòng)態(tài)顯示效果，另外，從工作區(qū)變量輸入輸出仿真信號(hào)又使得SIMULINK具有交互式仿真能力。5 西屋公司300MW機(jī)組鍋爐給水控制系統(tǒng)分析 5.1 給水控制系統(tǒng)SAMA圖分析 5.1.1 PID調(diào)節(jié)器的運(yùn)用  單沖量給水控制系統(tǒng)中汽包水位信號(hào)經(jīng)過比例器、加法器、除法器后，作為PID調(diào)節(jié)器的被調(diào)量信號(hào)輸入，而水位設(shè)定值信號(hào)作為設(shè)定值的信號(hào)輸入，汽包水位信號(hào)和水位設(shè)定值信號(hào)構(gòu)成反饋回路。而串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)由兩個(gè)PID控制器組成，主調(diào)節(jié)器PI1采用比例積分控制規(guī)律，以保證水位無靜態(tài)偏差。主調(diào)節(jié)器的輸出信

35、號(hào)和給水流量信號(hào)、蒸汽流量信號(hào)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。串極控制系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是消除給水壓力波動(dòng)等因素引起的給水流量和蒸汽流量不平衡；主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位偏差。5.1.2 水位信號(hào)的壓力校正  為了保證給水全程控制系統(tǒng)中水位、給水流量和蒸汽流量測(cè)量的準(zhǔn)確性，需 要對(duì)這些測(cè)量信號(hào)自動(dòng)校正。 來自PT0106、PT0107、PT0108的汽包壓力1、汽包壓力2和汽包壓力3共三個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)，經(jīng)過模擬量選擇器輸出，當(dāng)三個(gè)信號(hào)均是好質(zhì)量時(shí)，取平均值作為輸 

36、;出；當(dāng)有一個(gè)測(cè)點(diǎn)為壞質(zhì)量信號(hào)時(shí)，取其余兩個(gè)的平均值；兩個(gè)壞質(zhì)量時(shí)，取剩余一個(gè)作為輸出。當(dāng)三個(gè)都?jí)臅r(shí)，將有一個(gè)與門輸出一個(gè)邏輯信號(hào)到輸入選擇器由選擇器輸出可變參數(shù)器所給出的汽包壓力信號(hào)的平均值。汽包壓力信號(hào)經(jīng)過函數(shù)發(fā)生器F（X1）和F（X2）進(jìn)行壓力校正后得到的信號(hào)同來自LT0403、LT0404、LT0405的三個(gè)汽包水位信號(hào)與經(jīng)過F（X1）校正的壓力信號(hào)過加法器后再與F（X2）輸出的壓力信號(hào)過除法器，輸出水位修正值DRUMLVL1、DRUMLVL2、DRUMLVL3。這三個(gè)信號(hào)經(jīng)過模擬量選擇器得到汽包水位信號(hào)DRUMLVL。  5.1.3 給水流量信號(hào)控制 &

37、#160; 給水溫度的控制信號(hào)經(jīng)過函數(shù)發(fā)生器進(jìn)行溫度校正，得出校正后的信號(hào)通過開方器與兩點(diǎn)給水流量信號(hào)一同進(jìn)入乘法器，經(jīng)過乘法器后2個(gè)信號(hào)過二選一選擇器選出一個(gè)合適的信號(hào)，與電動(dòng)泵、汽動(dòng)泵A、B的相乘信號(hào)一同進(jìn)入乘法器，經(jīng)過乘法器的給水流量信號(hào)再與汽包水位信號(hào)進(jìn)入乘法器，從而得出控制指令。 總 結(jié)這次我的課程設(shè)計(jì)題目是“300MW火電機(jī)組給水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”， 經(jīng)過資料查詢，了解了300MW發(fā)電廠的給水控制系統(tǒng)工藝流程。通過對(duì)鍋爐汽包給水控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)特性的分析，提出采用單沖量和三沖量給水控制系統(tǒng)，單沖量給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，三沖量給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜

38、，但調(diào)節(jié)質(zhì)量比較高。通過對(duì)三沖量控制系統(tǒng)的研究實(shí)現(xiàn)給水水位自動(dòng)控制的要求。該設(shè)計(jì)結(jié)合了元寶山發(fā)電廠的實(shí)際情況與全程控制的整個(gè)工況及控制原理對(duì)給水系統(tǒng)進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，這套系統(tǒng)的總體方案是低負(fù)荷時(shí)控制給水旁路閥門開度來改變給水流量，同時(shí)保證泵的最低轉(zhuǎn)速，此時(shí)為兩段調(diào)節(jié)。高負(fù)荷時(shí)通過改變泵的轉(zhuǎn)速來改變給水流量，控制水位，是一段調(diào)節(jié)的方案，能減少節(jié)流損失，充分發(fā)揮給水調(diào)節(jié)泵的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)該系統(tǒng)考慮了測(cè)量信號(hào)的補(bǔ)償，系統(tǒng)之間的無擾切換，手自動(dòng)控制的無擾切換及各種報(bào)警設(shè)置，使本次設(shè)計(jì)合理全面，從而很好的完成了從啟動(dòng)到額定負(fù)荷和從額定負(fù)荷到停爐全過程的給水自動(dòng)控制。大型機(jī)組的控制與運(yùn)行管理相當(dāng)復(fù)雜，尤其是當(dāng)機(jī)組承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)時(shí)，負(fù)荷波動(dòng)頻繁，而且機(jī)組的啟停次數(shù)相應(yīng)增加。這時(shí)，運(yùn)行人員要依靠自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。因此，大容量發(fā)電機(jī)組要求具有在不同負(fù)荷和工況下，都能充分發(fā)揮控制作用的自動(dòng)控制系統(tǒng)，這就需要有全程控制系統(tǒng)。