300MW的機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解析

1、300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)I300MW單元機(jī)組過熱汽溫控制通常采用分段控制系統(tǒng)，由二段相對(duì)獨(dú)立的串級(jí)控制構(gòu) 成，串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)改善控制過程品質(zhì)極為有效。過熱汽溫的控制系統(tǒng)對(duì)于電廠的安全經(jīng) 濟(jì)運(yùn)行都非常重要，整個(gè)系統(tǒng)是維持過熱器出口蒸汽溫度保持在允許的范圍內(nèi)，并且保護(hù) 過熱器是管壁溫度不超過允許的工作溫度。在電廠整個(gè)控制系統(tǒng)中，影響過熱汽溫的因素很多，主要有蒸汽流量擾動(dòng)、煙汽流量 擾動(dòng)、減溫水量擾動(dòng)三方面。而噴水減溫對(duì)過熱器的安全運(yùn)行比較有利是目前廣泛采用的 方法。在串級(jí)控制系統(tǒng)中副調(diào)節(jié)器所在的內(nèi)回路能快速消除減溫水量的自發(fā)性擾動(dòng)和其他 進(jìn)入內(nèi)回路的各種擾動(dòng)，而主調(diào)節(jié)器所在的外回路保持

2、過熱汽溫等于給定植。并且系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)了自動(dòng)跟蹤和無擾切換，保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。對(duì)于過熱蒸汽的采集實(shí)現(xiàn)了二冗余, 提高了系統(tǒng)的可靠性。整個(gè)過熱汽溫控制系統(tǒng)是用N-90實(shí)現(xiàn)的， 且系統(tǒng)切換和邏輯報(bào)警線路全面， 具有較 高的可靠性。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)，過熱汽溫，串級(jí)控制目錄摘要.I1弓丨 言.-1 -2DCS控制系統(tǒng)簡介.-2 -2.1 分散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生 . -2 -2.2 分散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) . -3 -2.2.1 網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng) . -3 -2.2.2 過程控制子系統(tǒng) .-3 -2.2.3人機(jī)接口子系統(tǒng)(HMI) . - 4 -2.3 分散控制系統(tǒng)(DCS)的特點(diǎn) .-5 -3過熱汽溫控制系統(tǒng)概

3、述 .-7 -3.1 過熱蒸汽溫度控制的意義和任務(wù) .-7 -300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)II3.2 被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析 .-7 -3.2.1 鍋爐負(fù)荷擾動(dòng)下過熱汽溫的階躍響應(yīng)曲線 .-8 -3.2.2 煙汽熱量擾動(dòng)下過熱汽溫的階躍響應(yīng)曲線 .-8 -3.2.3 減溫水量擾動(dòng)下過熱汽溫的階躍響應(yīng)曲線 .-9 -3.2.4 減溫水量擾動(dòng)與負(fù)荷擾動(dòng)或煙汽量擾動(dòng)的比較 .-9 -3.2.5 改善減溫水量擾動(dòng)下動(dòng)態(tài)特性的方法 .-10 -3.3 常規(guī)過熱汽溫傳統(tǒng)控制策略 .-10 -3.4 串級(jí)汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng) . -10 -3.4.1過熱汽溫串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成 . -10 -3.4.2 串級(jí)系

4、統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理 . -11 -3.4.3主汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)原理 . -12 -3.4.4 串級(jí)汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析 . -12 -4過熱汽溫的整定.-14 -4.1串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖 . -14 -4.2 過熱汽溫的參數(shù)整定 . -15 -5 SAMA圖分析.-17 -5.1 控制系統(tǒng) SAMA圖繪制 .-17 -5.2 控制系統(tǒng) SAMA圖分析 . -18 -結(jié)論.-20 -參考文獻(xiàn).-21 -300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-1 -火力發(fā)電廠在我國電力工業(yè)中占有主要地位，是我國重點(diǎn)能源工業(yè)之一。大型火力發(fā) 電機(jī)組在國內(nèi)外發(fā)展很快，我國現(xiàn)以300MW機(jī)組為骨干機(jī)組，并逐步發(fā)展600MW

5、以上 機(jī)組。目前，國外已建成單機(jī)容量1000MW以上的單元機(jī)組。單元發(fā)電機(jī)組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。由于其工業(yè)流 程復(fù)雜，設(shè)備眾多，管道縱橫交錯(cuò)，有上千個(gè)參數(shù)需要監(jiān)視、操作和控制，而且電能產(chǎn)生 還要求有高度的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性，因此，大型機(jī)組的自動(dòng)化水平受到特別的重視。目 前，采用已分散微機(jī)為基礎(chǔ)的集散型控制系統(tǒng)(TDCS),組成一個(gè)完整的控制、保護(hù)、監(jiān) 視、操作及計(jì)算等多功能自動(dòng)化系統(tǒng)。近代鍋爐對(duì)過熱汽溫的控制是十分嚴(yán)格的，允許變化范圍一般為額定汽溫土5C。汽溫過高或過低，以及大幅度的波動(dòng)嚴(yán)重影響鍋爐、汽輪機(jī)的安全和經(jīng)濟(jì)性。蒸汽溫度過高，若超過了設(shè)備部件的允許工作溫

6、度，將使鋼材加速腐變，從而降低設(shè) 備使用壽命。嚴(yán)重的超溫甚至?xí)构茏舆^熱而爆破。過熱器一般由若干級(jí)組成。各級(jí)管子 常使用不同的材料，分別對(duì)應(yīng)一定的最高允許溫度。因此為保證金屬安全，還應(yīng)對(duì)各級(jí)受 熱面出口的汽溫加以限制。此外，還應(yīng)考慮平行過熱器管的熱偏差及汽溫兩側(cè)偏差，防止 局部管子的超溫爆漏和汽輪機(jī)汽缸兩側(cè)的受熱不均。蒸汽溫度過低，將回降低熱力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于亞臨界、超臨界機(jī)組，過熱汽溫每 降低10C，發(fā)電煤耗將增加約1.0標(biāo)煤/(kWh)。汽溫過低，還會(huì)使汽輪機(jī)最后幾級(jí)的 蒸汽濕度增加，對(duì)葉片的侵蝕作用加劇，嚴(yán)重時(shí)將會(huì)發(fā)生水沖擊，威脅汽輪機(jī)安全。因此 運(yùn)行中規(guī)定，在汽溫低到一定數(shù)值時(shí)，汽輪

7、機(jī)就要減負(fù)荷甚至緊急停機(jī)。汽溫突升或突降會(huì)使鍋爐各受熱面焊口及連接部分產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。還將造成汽輪 機(jī)的汽缸和轉(zhuǎn)子間的相對(duì)位移增加， 即脹差增加。 嚴(yán)重時(shí)甚至可能發(fā)生葉輪與隔板的動(dòng)靜 摩擦， 汽輪機(jī)劇烈震蕩等。為了維持及高又穩(wěn)定的汽溫，引入了過熱汽溫控制系統(tǒng)。2 DCS 控制系統(tǒng)簡介2.1 分散控制系統(tǒng)的產(chǎn)生分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）是以微處理器為基礎(chǔ)，全面融合計(jì)算機(jī)技術(shù)、測量控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)字通信技術(shù)、顯示與人機(jī)界面技術(shù)而成的現(xiàn)代控制系統(tǒng)。其主要特征在于分散控制和集中管理，即對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作和管理，而控制 則由不同的計(jì)算機(jī)控制裝置去完成

8、。因此也有人將DCS稱之為集散控制系統(tǒng)。300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-2 -分散控制系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中迅速普及，廣泛用于電力、石化、冶金、建材、 制藥等行業(yè)，成為過程控制系統(tǒng)的核心。分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用大幅度地提高了生產(chǎn)過程的 安全性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和可靠性。分散控制系統(tǒng)是生產(chǎn)過程監(jiān)視、控制技術(shù)發(fā)展和計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)物，但它 更是在過程工業(yè)發(fā)展對(duì)新型控制系統(tǒng)的強(qiáng)烈需要下產(chǎn)生的。過程工業(yè)的生產(chǎn)組織形式大致經(jīng)歷了分散到集中的兩個(gè)階段。早期的過程控制系統(tǒng)采用分 散控制方式。當(dāng)時(shí)，控制裝置安裝在被控過程附近，而且每個(gè)控制賄賂豆油一個(gè)獨(dú)立的控 制器。這些控制裝置就地測量出過程變量

9、的數(shù)值，并把它與給定值相比較而得到偏差值，然后按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生作用，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過程，運(yùn)行人員分散在全廠 的各處，分別管理著自己所負(fù)責(zé)的那一部分生產(chǎn)過程。這種工分散控制方式適用于那些生 產(chǎn)規(guī)模不太大、工藝過程不太復(fù)雜的企業(yè)。我國在單元制機(jī)組出現(xiàn)以前，母管制火電機(jī)組 的運(yùn)行控制方式就是這種分散控制方式的典型代表?，F(xiàn)在，在大型單元機(jī)組中那些比較簡 單的過程控制領(lǐng)域仍然使用它們，如軸封壓力、燃油壓力、高低壓加熱器水位、輸水箱水 位的控制就常常采用這種類型的基地式調(diào)節(jié)器。1975年Honeywell公司將計(jì)算機(jī)技術(shù) （Computer） 、 控制技術(shù)（Control）、 通信技術(shù)（Co

10、mputer）和顯示技術(shù)（CRT相結(jié)合，創(chuàng)造性地推出了TDC-2000分散控制系統(tǒng)。TDC-2000的推出，為其他的制造廠商指明了方向。第四代DCS的主要標(biāo)志是兩個(gè)“I”開頭的單詞：Information（信息）和Integration（集 成）。信息化體現(xiàn)在各DCS系統(tǒng)已經(jīng)不是一個(gè)以控制系統(tǒng)功能為主的控制系統(tǒng)，而是一個(gè) 充分發(fā)揮信息管理功能的綜合平臺(tái)系統(tǒng)。DCS提供了從現(xiàn)場到設(shè)備、從設(shè)備到車間、從車間到工廠、從工廠到企業(yè)集團(tuán)這個(gè)信息通道。這些信息充分體現(xiàn)了全面性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí) 性和系統(tǒng)性。DCS的集成性則體現(xiàn)在兩個(gè)方面：功能的集成和產(chǎn)品的集成。過去的DCS廠商基本上是以自主開發(fā)為主，提供的系

11、統(tǒng)也是自己的系統(tǒng)。當(dāng)今的DCST商更強(qiáng)調(diào)的系統(tǒng)集成性和方案能力，DCS中除保留傳統(tǒng)DCS所實(shí)現(xiàn)的過程控制功能之外，還集成了PLC(可編程序邏輯控制器)、RTU(采集發(fā)送器)、FCS各種多回路調(diào)節(jié)器、各種智能采集或控制單元等。 此外，各DCST商不再把開發(fā)組態(tài)軟件或制造各種硬件單元視為核心技術(shù)，而是紛紛把DCS的各個(gè)組成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如，多數(shù)DCST商自己不再開發(fā)組態(tài) 軟件平臺(tái)，或其他公司提供的軟件平臺(tái)，而轉(zhuǎn)入采用兄弟公司(如Foxboro用Won derware軟件為基礎(chǔ))的通用組態(tài)軟件平臺(tái)，或其他公司提供的軟件平臺(tái)(Emerso n用Intellution的軟件平臺(tái)做

12、基礎(chǔ))。此外，許多DCS廠家甚至I/O組件也采用OME方式(Foxboro采用Eurothem的I/O模塊、橫河的R3采用富士電機(jī)的Processio作為I/O單 元基礎(chǔ)、Honeywell公司的PKS系統(tǒng)則采用羅克韋爾公司的PLC作為現(xiàn)場控制站目前，以上海新華、和利時(shí)、浙大中控為代表的國內(nèi)DCS廠家經(jīng)過10年的努力，各自推出自己的DCS系統(tǒng)： 新華推出XDPF-400系統(tǒng)、 和利時(shí)推出MACS-Smartpro第四代DCS系統(tǒng)、浙大中控Webfield(ECS)系統(tǒng)。300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-3 -2.2 分散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分散控制系統(tǒng)是縱向分層、橫向分散的大型綜合控制系統(tǒng)。它以多

13、層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為依 托，將分散在全廠范圍內(nèi)的各種控制、管理及決策功能。一個(gè)分散控制系統(tǒng)中所有設(shè)備按功能可劃分為網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)、過程控制子系統(tǒng)和人機(jī)接 口子系統(tǒng)。2.2.1網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)的縱向分層結(jié)構(gòu)將系統(tǒng)分成四個(gè)不同的層次，自下而上分別是：現(xiàn)場級(jí)、控制級(jí)、監(jiān)控級(jí)和管理級(jí)。對(duì)應(yīng)著這四層結(jié)構(gòu)，分別由四層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)即現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)Fnet(Field Network)、控制網(wǎng)絡(luò)Cnet(Control Network)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)Snet(Supervision Network)和管理網(wǎng)絡(luò)Ment(Management Network)把相應(yīng)的設(shè)備連接在一起?，F(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)Fnet(Field Netw

14、ork)由類現(xiàn)場總線及遠(yuǎn)程I/O總線構(gòu)成，位于被控生產(chǎn) 過程附近用于連接遠(yuǎn)程I/O或現(xiàn)場總線儀表?？刂凭W(wǎng)絡(luò)Cent(Control Network)由位于控制柜內(nèi)部的柜內(nèi)低速總線(Cent-L)和位于控制柜與人機(jī)接口間的高速總線(Cn et- H)構(gòu)成用于傳遞實(shí)時(shí)過程數(shù)據(jù)。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)Snet(Supervision Network)位于監(jiān)控層，用于連接監(jiān)控層工程師站、操作員站、歷史記錄站等人機(jī)接口站，傳遞以歷史數(shù)據(jù)為主的過程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。管理網(wǎng)絡(luò)Mnet(Management Network)位于管理層，用于連接各類管理計(jì)算機(jī)。2.2.2過程控制子系統(tǒng)過程控制子系統(tǒng)是DCS系統(tǒng)中負(fù)責(zé)現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)采集

15、和過程控制的系統(tǒng)，由現(xiàn)場設(shè)備 與過程控制站組成。1.現(xiàn)場設(shè)備現(xiàn)場設(shè)備一般位于被控生產(chǎn)過程的附近。典型的現(xiàn)場設(shè)備是各類傳感器、變送器和執(zhí) 行器，它們將生產(chǎn)過程中的各種物理量轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)，送往過程控制站，或者將控制站 輸出的控制量轉(zhuǎn)換機(jī)械位移，帶動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制。目前現(xiàn)場設(shè)備的傳遞有三種方式：一種是傳統(tǒng)的420mA（或者其他類型的模擬量信號(hào)）模擬量傳輸方式；另一種上現(xiàn)場總線的全數(shù)字量傳輸方式；還有一種是在420mA莫擬量信號(hào)上，疊加上調(diào)制后的數(shù)字量信號(hào)的混合傳輸方式?，F(xiàn)場信息以現(xiàn)場總線（Fnet）為基礎(chǔ)的全數(shù)字傳輸是今后的發(fā)展方向。按照傳統(tǒng)觀點(diǎn)，現(xiàn)場設(shè)備不屬于分散控制系統(tǒng)的范疇，

16、但隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā) 展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)延伸到現(xiàn)場，微處理機(jī)已經(jīng)進(jìn)入變送器和執(zhí)行器，現(xiàn)場信息已經(jīng)成為整 個(gè)系統(tǒng)信息中不可缺少的一部分。因此，我們將其并入分散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中。300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-4 -2.過程控制站過程控制站接收有現(xiàn)場設(shè)備，如傳感器、變送器、來的信號(hào)，按照一定的控制策略計(jì) 算機(jī)出所需要的控制量，并送回到現(xiàn)場的執(zhí)行器中去。過程控制站可以同時(shí)完成模擬量連 續(xù)控制、開關(guān)量順序控制功能，也可能僅完成其中的一種控制功能。如果過程控制站僅接收由現(xiàn)場總線設(shè)備送來的信號(hào)，而不直接完成控制功能，則稱其 為數(shù)據(jù)采集站。數(shù)據(jù)采集站接收由現(xiàn)場設(shè)備送來的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行一些必要的轉(zhuǎn)

17、換和處理 之后送到分散型控制系統(tǒng)中的其他部分，主要是監(jiān)控級(jí)設(shè)備中去，通過監(jiān)控級(jí)設(shè)備傳輸給 運(yùn)行人員。一般在電廠中，把過程控制站集中安裝在位于主控室后的電子設(shè)備間中。許多新建電 廠為降低工程造價(jià)，在將過程控制站有限分散布置的同時(shí)（即將過程控制站分別布置在靠 近鍋爐房和汽機(jī)房的電子設(shè)備間中），大量采用遠(yuǎn)程I/O并逐步采用現(xiàn)場總線儀表。2.2.3人機(jī)接口子系統(tǒng)（HM）DCS人機(jī)接口子系統(tǒng)主要由監(jiān)控級(jí)和管理級(jí)和管理級(jí)設(shè)備組成，是DCS系統(tǒng)信息展示 和人機(jī)交互的平臺(tái)。1.監(jiān)控級(jí)監(jiān)控級(jí)的主要設(shè)備有操作員站、工程師站、計(jì)算站。其中操作員站安裝在中央控制室, 工程師站、歷史記錄站和計(jì)算站一般安裝在電子設(shè)備間。

18、操作員站是運(yùn)行人員與分散控制系統(tǒng)相互交換信息的人機(jī)接口設(shè)備。運(yùn)行人員通過操 作員站來監(jiān)視和控制整個(gè)生產(chǎn)過程。運(yùn)行人員可以在操作員站上觀察生產(chǎn)過程的運(yùn)行情 況，讀出每一個(gè)過程變量的數(shù)值和狀態(tài)，判斷每個(gè)控制回路是否工作正常，并且可以隨時(shí) 進(jìn)行手動(dòng)/自動(dòng)控制方式的切換，修改給定值，調(diào)整控制量，操作現(xiàn)場設(shè)備。以實(shí)現(xiàn)對(duì)生 產(chǎn)過程的干預(yù)。另外還可以打印各種報(bào)表，拷貝屏幕上的畫面和曲線等。為了實(shí)現(xiàn)以上功 能，操作員站是由一臺(tái)具有較強(qiáng)圖形處理功能的微型機(jī)，以及相應(yīng)的外部設(shè)備組成，一般 配有CRT顯示器、大屏幕顯示裝置（選件）、打印機(jī)、拷貝機(jī)、鍵盤、鼠標(biāo)或球標(biāo)。工程師站是為了便于控制工程師對(duì)分散控制系統(tǒng)進(jìn)行配置

19、、組態(tài)、調(diào)試、維護(hù)等工作 所設(shè)置的工作站。工程師站的另一個(gè)作用是對(duì)各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類和管理，形成各種設(shè) 計(jì)文件，例如，各種圖紙、表格等。工程師站一般由高性能工作站配置一定數(shù)量的外部設(shè) 備所組成，例如打印機(jī)、繪圖機(jī)等。歷史工作站、計(jì)算站的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的重要參數(shù)進(jìn)行連續(xù)記錄、監(jiān)督和 控制，例如，機(jī)組優(yōu)化和性能計(jì)算、先進(jìn)控制策略的實(shí)現(xiàn)等。由于計(jì)算站的主要功能是完 成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算功能，因此，對(duì)它的要求主要功能是完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算 功能，因此對(duì)它的要求主要是運(yùn)算能力和運(yùn)算速度。機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化也可以由一套獨(dú)立的控 制計(jì)算機(jī)和優(yōu)化軟件構(gòu)成，只是在機(jī)組控制網(wǎng)絡(luò)上設(shè)一接口，利用優(yōu)化軟件

20、的計(jì)算結(jié)果去 改變控制系統(tǒng)的給定值或偏置。2.管理級(jí)300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-5 -管理級(jí)包含的內(nèi)容比較廣泛，一般來說，它可能是一個(gè)發(fā)電廠的廠級(jí)管理計(jì)算機(jī)，可 能是若干機(jī)組的管理計(jì)算機(jī)。它所面向的使用者是廠長、經(jīng)理、總工程師、值長等行政管 理或運(yùn)行管理人員。廠級(jí)管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測企業(yè)各部分運(yùn)行情況，利用歷史數(shù)據(jù) 和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人員進(jìn)行情況， 利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測可能發(fā)生的各種情況，從企業(yè)全局利益出發(fā)輔助企業(yè)管理人 員進(jìn)行決策，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)其規(guī)劃目標(biāo)。管理級(jí)屬于廠級(jí)的，也可分成實(shí)時(shí)監(jiān)控（SIS）和日常管理（MIS）兩部分。

21、實(shí)時(shí)監(jiān)控 是全廠各機(jī)組和公用輔助工藝系統(tǒng)的運(yùn)行管理層，承擔(dān)全廠性能監(jiān)視、運(yùn)行優(yōu)化、全廠負(fù) 荷分配和日常運(yùn)行管理等任務(wù)，主要為值長服務(wù)。日常管理承擔(dān)全廠的管理決策、計(jì)劃管 理、行政管理等任務(wù)，主要是為了廠長和各管理部門服務(wù)。2.3 分散控制系統(tǒng)（DCS）的特點(diǎn)分散控制系統(tǒng)是一種以微處理器為基礎(chǔ)，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、CRT!示技 術(shù)及過程控制技術(shù)構(gòu)成的新型控制系統(tǒng)。DCS的應(yīng)用改變了熱電廠傳統(tǒng)的生產(chǎn)操作手段，降低了能耗，改善了勞動(dòng)條件，為機(jī)組的安全、 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可靠的保證。 與常規(guī)控制系 統(tǒng)相比,DCS具有以下特點(diǎn)：1.功能分層體系DCS的層次化體系特點(diǎn)，充分體現(xiàn)了集中操作管理、分散

22、控制的思想，便于運(yùn)行人員對(duì) 機(jī)組綜合信息的獲得和操作，同時(shí)使控制系統(tǒng)的危險(xiǎn)分散。在熱電廠的應(yīng)用中，DCS的功能 體系一般由直接控制級(jí)（又稱過程控制級(jí)）、過程管理級(jí)組成。直接控制級(jí)直接與現(xiàn)場各類設(shè)備（如變送器、執(zhí)行器、溫度儀表等）連接,對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行 采集、處理，并通過總線與過程管理級(jí)交換信息。過程管理級(jí)主要包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、操作 站及工程師工作站。它綜合監(jiān)視過程各點(diǎn)的信息，集中顯示操作，進(jìn)行控制回路修改、參數(shù) 組態(tài)、優(yōu)化過程處理等。2.功能齊全,操作方便DCS可以提供多種顯示畫面，包括操作顯示、成組顯示、棒狀圖顯示、趨勢顯示等，并 可進(jìn)行報(bào)警提示，操作指導(dǎo),制表記錄，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索。多層顯示

23、結(jié)構(gòu)適合電站特點(diǎn)，便于運(yùn)行人員對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的監(jiān)視和操作控制，通過計(jì)算機(jī)事件順序記錄和事故追憶，可迅速判斷并處理事故,恢復(fù)運(yùn)行,減少停機(jī)時(shí)間。DCS雖大的軟件功能,可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控 制、保護(hù)功能，從而保證機(jī)組的安全、可靠運(yùn)行。同時(shí)，DCS人機(jī)界面友好，運(yùn)行人員可通過 鍵盤、鼠標(biāo)、軌跡球等多種輸入設(shè)備，進(jìn)行機(jī)組控制或系統(tǒng)組態(tài)、修改，而且，操作指令在 短時(shí)間內(nèi)便可得到執(zhí)行。3.可靠性高從元器件選擇、電路設(shè)計(jì)到系統(tǒng)配置、軟件實(shí)現(xiàn)，DCS都具有很高的可靠性。在系統(tǒng)設(shè) 計(jì)上廣泛采用容錯(cuò)、冗余技術(shù)。過程處理器、電源和通訊總線，一般冗余配置，單項(xiàng)故障不 會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行；重要的輸入、輸出通道冗余設(shè)置，并分配在

24、不同模件上；操作員站之間互 為備用。此外還具有軟、硬件自診斷功能，并有故障報(bào)警提示，故障消除后可自動(dòng)恢復(fù)工作，使設(shè)備的故障率大為降低。4.擴(kuò)展方便,組態(tài)靈活目前的DCS具有開放的操作系統(tǒng)，開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展方便,組態(tài)靈活、直觀。利用 這些特點(diǎn)，300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-6 -在熱電廠的擴(kuò)建和改造中，可減少投資，縮短工期，大大節(jié)省工程成本。5增強(qiáng)了自動(dòng)調(diào)節(jié)功能DCS采用先進(jìn)的控制理論和控制策略，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)儀表無法完成的復(fù)雜的自動(dòng)調(diào)節(jié)，提 高了主參數(shù)的控制精度和自動(dòng)調(diào)節(jié)投入率，從而節(jié)約了能源，提高了熱電廠的經(jīng)濟(jì)效益。6.通信功能強(qiáng)DCS各站通過總線相連，系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享，并能與其他系統(tǒng)

25、進(jìn)行通訊、交換信息，可以節(jié) 約大量控制電纜、一次元件、變送器等，并可減少備品配件的品種和數(shù)量，降低維護(hù)、管理 的工作和費(fèi)用。熱電廠中利用DCS勺通訊功能，在控制室內(nèi)便可了解其他系統(tǒng)運(yùn)行情況，便 于快速、準(zhǔn)確地協(xié)調(diào)整個(gè)生產(chǎn)過程的運(yùn)行。300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-7 -3 過熱汽溫控制系統(tǒng)概述3.1 過熱蒸汽溫度控制的意義和任務(wù)鍋爐過熱蒸汽溫度是影響機(jī)組生產(chǎn)過程安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù)。現(xiàn)代鍋爐的過熱 器是在高溫、高壓的條件下工作的，過熱器出口的過熱蒸汽溫度是機(jī)組整個(gè)汽水行程中工 質(zhì)溫度的最高點(diǎn)，也是金屬壁溫度的最高處。過熱器采用的是耐高溫高壓的合金鋼材料， 過熱器正常運(yùn)行時(shí)的溫度已接近

26、材料所允許的最高溫度。如果過熱蒸汽溫度過高，容易損 壞過熱器，也會(huì)使整齊管道、汽輪機(jī)內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過大的熱膨脹變形而毀壞，影響機(jī) 組的安全運(yùn)行。如果過熱蒸汽溫度過低，將會(huì)降低機(jī)組的熱效率，一般蒸汽溫度每降低510C，熱效率約降低1%,不僅增加燃料消耗量，浪費(fèi)能源，而且還將使汽輪機(jī)最后幾 級(jí)的蒸汽溫度增加，加速汽輪機(jī)葉片的水蝕。另外，過熱蒸汽溫度降低還會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)高 壓部分級(jí)的焓降減少，引起各級(jí)反動(dòng)度增大，也對(duì)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行帶來不利影響。 所以, 過熱整齊溫度過高或過低都是生產(chǎn)過程不允許的。過熱汽溫控制的任務(wù)是維持過熱器出口主蒸汽溫度在允許的范圍內(nèi)，并對(duì)過熱器進(jìn)行 保護(hù)，使管壁金屬溫度不超過

27、允許的工作范圍。正常運(yùn)行時(shí)，一般要求過熱器出口蒸汽溫 度與額定值偏差不超過土5%。3.2 被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析控制對(duì)象是控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。它的輸出信號(hào)是要求控制的被調(diào)量；它的 輸入信號(hào)是引起被調(diào)量變化的各種因素，一般對(duì)于不同的輸入信號(hào)所引起的被調(diào)量的變化 特性是不同的，要了解對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，就要了解各通道的動(dòng)態(tài)特性。影響過熱出口蒸汽溫度變化的原因很多。如蒸汽流量變化、燃燒工況變化、鍋爐給水 溫度變化、進(jìn)入過熱器的蒸汽溫度變化、流經(jīng)過熱器的煙汽溫度和和流速變化、鍋爐受熱 面污垢等。歸納起來主要有1蒸汽流量擾動(dòng)下；2煙汽熱量擾動(dòng)下；3減溫水量擾動(dòng)下。 本次課題是以減溫水的擾動(dòng)為例來研究過

28、熱汽溫控制系統(tǒng)。過熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是指引過熱汽溫變化的擾動(dòng)與汽溫之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。引 起過熱蒸汽溫度變化的原因很多，如蒸汽流量變化、燃燒工況變化、進(jìn)入過熱器的蒸汽溫 度變化、流過過熱器的煙汽溫度和流速變化等。歸結(jié)起來，過熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的擾動(dòng)主要 來自三個(gè)方面：蒸汽流量變化（負(fù)荷變化），加熱煙汽的熱量變化和減溫水流量變化（過熱器入300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-8 -口汽溫變化）。通過對(duì)過熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象做階躍實(shí)驗(yàn)， 可得到在不同擾動(dòng)作用下的對(duì)象動(dòng)態(tài) 特性。它們均為有遲延的慣性環(huán)節(jié)，但各自的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)值有較大差別。其中：為延遲時(shí)間，為響應(yīng)時(shí)間，P為自平衡系數(shù)。3.2.1鍋爐負(fù)荷擾動(dòng)下

29、過熱汽溫的階躍響應(yīng)曲線圖 3 1當(dāng)鍋爐負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，蒸汽流量的變化使沿整個(gè)過熱器管路長度上各點(diǎn)的蒸汽流速幾乎同時(shí)改變，從而改變過熱器的對(duì)流放熱系數(shù)，使過熱器各點(diǎn)的蒸汽溫度幾乎同時(shí)改變，因而汽溫反應(yīng)較快。所以在負(fù)荷擾動(dòng)下，汽溫的遲延和慣性比較小。3.2.2煙汽熱量擾動(dòng)下過熱汽溫的階躍響應(yīng)曲線300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-9 -圖 3 2煙汽熱量擾動(dòng)（煙汽溫度和流速產(chǎn)生變化）時(shí)，由于煙汽流速和溫度的變化也是沿整個(gè)過熱器同時(shí)改變的，因而沿過熱器整個(gè)長度使煙汽傳遞熱量也同時(shí)變化，所以汽溫反應(yīng)較快， 其時(shí)間常數(shù)T和遲延:均比其他擾動(dòng)小。3.2.3減溫水量擾動(dòng)下過熱汽溫的階躍響應(yīng)曲線當(dāng)減溫水量擾動(dòng)時(shí)

30、，改變了高溫過熱器的入口汽溫，從而影響了過熱器出口汽溫，由 于大型鍋爐的過熱器管路很長，因此減溫水流量擾動(dòng)時(shí)，汽溫的反應(yīng)是較慢的。其階躍響 應(yīng)曲線如圖所示。動(dòng)態(tài)特性特點(diǎn)通過階躍響應(yīng)曲線可看出減溫水量擾動(dòng)下的過熱汽溫動(dòng)態(tài)特性特點(diǎn)是 有遲延、有慣性、有自平衡能力，但是由于現(xiàn)代大型鍋爐的過熱器管路很長，因而當(dāng)減溫 水流量擾動(dòng)時(shí)，汽溫反應(yīng)較慢。延遲時(shí)間T與時(shí)間常數(shù)T cT30S60S;T c10 0 So3.2.4減溫水量擾動(dòng)與負(fù)荷擾動(dòng)或煙汽量擾動(dòng)的比較當(dāng)鍋爐負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，蒸汽流量的變化使沿整個(gè)過熱器管路長度上各點(diǎn)的蒸汽流速幾乎 同時(shí)改變，從而改變過熱器的對(duì)流放熱系數(shù)，使過熱器各點(diǎn)的蒸汽溫度幾乎同時(shí)變化

31、，因 而汽溫反應(yīng)較快，T/Tc較小。煙汽熱量擾動(dòng)時(shí)，由于煙汽流速和溫度的變化也是沿整個(gè)過熱器同時(shí)改變的，因而沿 過熱器整個(gè)長度使煙汽傳遞熱量也同時(shí)改變，所以汽溫反應(yīng)較快，其時(shí)間常數(shù)T c和延遲 時(shí)間T均比其他擾動(dòng)小。這樣可見，當(dāng)負(fù)荷擾動(dòng)或煙汽熱量擾動(dòng)時(shí)，汽溫的反應(yīng)較快；而減溫水量擾動(dòng)時(shí)，汽 溫的反應(yīng)較慢。因而從過熱汽溫控制對(duì)動(dòng)態(tài)特性的角度來考慮，改變煙汽側(cè)溫度（改變煙 汽溫度和煙汽流量）的IJw I300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-10 -控制手段是比較理想的（因?yàn)樨?fù)荷信號(hào)由用戶決定，不能作為控制 量），但具體實(shí)現(xiàn)較困難。所以一般很少被采用。噴水減溫對(duì)過熱器的安全運(yùn)行比較有利， 所以盡管對(duì)

32、象的動(dòng)態(tài)特性不太理想，但還是目前廣泛采用的過熱器溫控制方法。3.2.5改善減溫水量擾動(dòng)下動(dòng)態(tài)特性的方法采用噴水減溫時(shí)，由于對(duì)象控制通道有較大的延遲和慣性以及運(yùn)行中要求有較小的汽 溫控制偏差，所以采用單回路控制系統(tǒng)往往不能獲得較好的控制品質(zhì)。針對(duì)過熱汽溫控制 對(duì)象控制通道慣性延遲大，被調(diào)量信號(hào)反饋慢的特點(diǎn)，應(yīng)該從對(duì)象的控制通道中找出一個(gè) 比被調(diào)量反應(yīng)快的中間信號(hào)作為調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)，以改善對(duì)象控制通道的動(dòng)態(tài)特性，提 高控制系統(tǒng)的質(zhì)量。3.3 常規(guī)過熱汽溫傳統(tǒng)控制策略從動(dòng)態(tài)特性的角度來看，改變煙汽側(cè)參數(shù)的調(diào)節(jié)手段比較理想， 但具體實(shí)現(xiàn)比較困難, 一般很少采用。而噴水減溫對(duì)過熱器的安全運(yùn)行比較有利，

33、所以盡管對(duì)象的調(diào)節(jié)特性不夠 理想，但目前還是作為過熱蒸汽溫度的調(diào)節(jié)方法被廣泛采用。采用噴水減溫時(shí)，由于對(duì)象 調(diào)節(jié)通道有較大的遲延和慣性，如果采用單回路反饋系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器必須緩慢地動(dòng)作，才能 保證系統(tǒng)具有必要的穩(wěn)定性裕量，這樣會(huì)增加調(diào)節(jié)過程中被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差。但在實(shí)際運(yùn) 行中，對(duì)過熱汽溫的控制要求較高，只允許有較小的汽溫控制偏差，所以有必要對(duì)單回路 反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。針對(duì)過熱汽溫被控對(duì)象通道慣性遲延大，被調(diào)量信號(hào)反饋慢的特 點(diǎn)，可以從對(duì)象的調(diào)節(jié)通道中找出一個(gè)比被調(diào)量提前反應(yīng)擾動(dòng)的中間點(diǎn)輔助信號(hào)作為調(diào)節(jié) 器的補(bǔ)充反饋信號(hào)，來有效地限制被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差，改善對(duì)象通道的動(dòng)態(tài)特性。目前在電廠采用的過熱

34、汽溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有兩種，串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用導(dǎo)前汽溫 微分信號(hào)作為輔助信號(hào)的雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。3.4 串級(jí)汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)3.4.1過熱汽溫串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成圖2-5所示為過熱汽溫的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中Yrl yr2分別為溫度變送器斜率,t。為減溫器后汽溫，t2為過熱器出口汽溫。汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象由噴水調(diào)節(jié)閥、減溫器和過熱 器組成，噴水調(diào)節(jié)閥的開度是調(diào)節(jié)通道的輸入信號(hào)，過熱器出口汽溫t。為輸出信號(hào)。300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-11 -關(guān)于導(dǎo)前汽溫的的選取， 如果導(dǎo)前汽溫信號(hào)選取過于提前， 則副回路改善動(dòng)態(tài)特性 的作用就小了，而如果導(dǎo)前汽溫信號(hào)很接近被調(diào)量過熱器出口汽溫，提前反應(yīng)擾動(dòng)的作用 就不大

35、了，因此，選取導(dǎo)前汽溫信號(hào)，既要使它能提前反應(yīng)較多擾動(dòng)，又要使副回路能起 到有效改善調(diào)節(jié)對(duì)象特性的作用?；谝陨峡紤]，系統(tǒng)中采用減溫器出口處汽溫t，作為輔助調(diào)節(jié)信號(hào)(稱為導(dǎo)前汽溫信號(hào))。顯然，如果有某種擾動(dòng)，比如減溫水流量的自發(fā)變化， 使得汽溫t,比t2提前反應(yīng)，由于副調(diào)節(jié)器的提前動(dòng)作，就能十分有效的減少過熱器出 口的偏差。整個(gè)汽溫被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性主要由兩部分組成：1)以噴水調(diào)節(jié)閥開度作為輸入信號(hào)，減溫器出口溫度t,，作為輸出信號(hào)的對(duì)象，這部分調(diào)節(jié)通道稱為導(dǎo)前區(qū)，傳遞函數(shù)為G,(s)2)以減溫器出口汽溫t。為輸入信號(hào)，過熱器出口汽溫t2為輸出信號(hào)的通道，這部分調(diào)節(jié)通道為對(duì)象惰性區(qū)，傳遞函數(shù)為

36、Gz (s)，顯然導(dǎo)前區(qū)G,(s)的遲延與慣性要比JJ:性區(qū)Gz (s)的慣性小得多。3.4.2串級(jí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理根據(jù)在減溫水量WB擾動(dòng)時(shí)，主蒸汽溫度9i有較大的容積遲延，而減溫器出口蒸汽溫 度92有明顯的導(dǎo)前作用，完全可以構(gòu)成以92為副參數(shù)，9i主參數(shù)的串級(jí)控制系統(tǒng)，系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)如圖所示。系統(tǒng)中有主，副兩個(gè)調(diào)節(jié)器。主調(diào)節(jié)器PI1用于主蒸汽溫度91,使其等于給定值。副調(diào)節(jié)器PI2接受主調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)和減溫器的出口溫度信號(hào)，副調(diào)節(jié)器的 輸出控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)KZ的位移，從而控制減溫水調(diào)節(jié)閥的開度。串級(jí)系統(tǒng)是改善控制過程品 質(zhì)極為有效的方法，得到了廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)中以減溫器的噴水作為控制手段， 因

37、為減溫器距離過熱器出口較遠(yuǎn)， 且過熱器管 壁熱容較大，主汽溫對(duì)象的滯后和慣性較大。若采用單回路控制主汽溫9i(既將9i作為主信號(hào)反饋到調(diào)節(jié)器PI1,PI1直接去控制閥門開度)無法取得滿意的控制品質(zhì)。為此在取 一個(gè)對(duì)減溫水量變化反映快的中間溫度信號(hào)92作為導(dǎo)前信號(hào)，增加一個(gè)調(diào)節(jié)器PI2組成如蒸汽過熱器減溫器過熱器圖 3 4300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-12 -圖所示的串級(jí)控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器PI2根據(jù)B2信號(hào)控制減溫水閥，如果有某種擾動(dòng)使汽溫92比91提早反映（例如：內(nèi)擾為噴水量VB的自發(fā)性變化，那么由于PI2的提前動(dòng)作，擾動(dòng)引 起的波動(dòng)92很快消除，從而使主汽溫91基本不影響。另外，PI2

38、的給定值受調(diào)節(jié)器PI1的影響，后者根據(jù)9i改變的92給定值，從而保證負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，仍能保持9i滿足要求?？?見，串級(jí)系統(tǒng)中采用了兩級(jí)控制器，各有其特殊任務(wù)。343主汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)原理從方框圖中可以看到，串級(jí)系統(tǒng)和簡單系統(tǒng)有一個(gè)明顯的區(qū)別，即其再結(jié)構(gòu)上形成了 兩個(gè)閉環(huán)，一個(gè)閉環(huán)在里面，被稱為內(nèi)回路或者副回路，在控制過程中起著粗調(diào)的作用； 一個(gè)閉環(huán)在外面，被稱為外回路或者主回路，用來完成細(xì)調(diào)任務(wù)，以最終保證被調(diào)量滿足 生產(chǎn)要求。無論主回路還是副回路都有各自的控制對(duì)象，測量變送器和調(diào)節(jié)器。在主回路 內(nèi)的控制對(duì)象（如方框圖中為過熱器，其輸入為92,輸出為91）、被測參數(shù)（圖中為91） 和調(diào)節(jié)器（圖中為

39、溫度調(diào)節(jié)器1）分別被稱為主對(duì)象、主參數(shù)（主變量）和主調(diào)節(jié)器。在 副回路內(nèi)則相應(yīng)地被稱為副對(duì)象（其輸入為控制量，輸出為92） 、副參數(shù)（或副邊量，圖中92）和副調(diào)節(jié)器（圖中為溫度調(diào)節(jié)器2）0副對(duì)象是整個(gè)控制對(duì)象的一部分，常稱為控 制對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)；主對(duì)象是整個(gè)控制對(duì)象的另一部分，常稱為控制對(duì)象的惰性區(qū)。應(yīng)該指 出，系統(tǒng)中有兩個(gè)調(diào)節(jié)器，它們的作用各不相同。主調(diào)節(jié)器具有自己獨(dú)立的給定值，它的 輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值，而副調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)則是送到調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過程。 比較串級(jí)系統(tǒng)和簡單系統(tǒng)，前者只比后者多了一個(gè)測量變送器和一個(gè)調(diào)節(jié)器，增加的儀表 投資并不多，但控制效果卻有明顯的改善。344串級(jí)汽溫

40、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析如圖所示，它有兩個(gè)閉合的控制回路:圖 3 5300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-13 -1由對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)Wo2（s）,導(dǎo)前汽溫變送器丫。2，副調(diào)節(jié)器WT2（s），執(zhí)行器KZ減溫水 調(diào)節(jié)閥K卩組成的副回路（內(nèi)回路）；2由對(duì)象的惰性區(qū)Woi（S）,主汽溫變送器Y01，主調(diào)節(jié)器WTI（S）,以及副回路組成的 外回路（主回路）。串級(jí)控制系統(tǒng)能改善控制品質(zhì)，主要是由于有一個(gè)快速動(dòng)作的內(nèi)回路存在。由圖可以看出，導(dǎo)前汽溫02信號(hào)能快速反映擾動(dòng)，尤其是減溫水側(cè)的自發(fā)性擾動(dòng)WB1，只要02變化，內(nèi)回路就立即動(dòng)作，用副調(diào)節(jié)器WT2（S）的輸出控制減溫水量，使02維持在一定的范圍 內(nèi)，從而使過熱汽溫

41、01基本不變。當(dāng)主汽溫01偏離給定值時(shí)，則由主調(diào)節(jié)器WTI（s）發(fā)出 校正信號(hào)V1,通過副調(diào)節(jié)器及執(zhí)行器改變減溫水量，使主汽溫最終恢復(fù)到給定值。主調(diào)節(jié) 器的輸出信號(hào)V1相當(dāng)于副調(diào)節(jié)器的可變給定值。可見，在串級(jí)過熱汽溫控制系統(tǒng)中，內(nèi)回路的任務(wù)是盡快減溫水量的自發(fā)性擾動(dòng)和其他進(jìn)入內(nèi)回路的各種擾動(dòng)，對(duì)過熱汽溫的穩(wěn)定起粗調(diào)作用，副調(diào)節(jié)器一般可采用P或PD調(diào)節(jié)器；而外回路的任務(wù)是保持過熱汽溫等于給定值，所以主調(diào)節(jié)器可采用PI或PID調(diào)節(jié)300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-14 -4 過熱汽溫的整定4.1 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖串級(jí)控制系統(tǒng)的原理方框圖如圖(41)所示，由于副回路具有快速作用，因此，串 級(jí)控

42、制系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入副回路的擾動(dòng)有很強(qiáng)的克服能力；由于副回路的存在，改善了對(duì)象的動(dòng) 態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；由于副回路的存在，串級(jí)系統(tǒng)有一定的自適應(yīng)能力。圖 4 1W(s)、W2(s)主、副調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)； W1(s)、W2(s)主、副對(duì)象的傳遞函數(shù)； Wi(s)、 W一主、副變送器的傳遞函數(shù)；W(s)調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)；W(s)執(zhí)行器的傳遞函數(shù)；WOf(s) 干擾通道的傳遞函數(shù)干擾當(dāng)f經(jīng)干擾通道W(s)進(jìn)入副回路后，首先影響副參數(shù)y2,由于副調(diào)節(jié)器立即動(dòng)作，力圖消弱干擾對(duì)y2的影響。顯然，干擾經(jīng)過副回路的抑止后再進(jìn)入主回路，對(duì)yi的影響將有較大的減弱。如圖(41)所示，為了方便分析，假設(shè)當(dāng)執(zhí)行

43、器的傳遞函數(shù)W(s)=1，變送器的傳遞函數(shù)Wi(s)、W=1時(shí)，PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為Wt(s)=1/ S (1+1/TiS+TdS)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-15 -Wo(s)=1/6(1+5s)則系統(tǒng)方框圖如圖(42)所示。圖 4 24.2 過熱汽溫的參數(shù)整定由圖(43)可知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)是Wo(s)=1/6(1+5s)通過傳遞函數(shù)可知n=3,T=5.再由表43可求得Tc=18.46,T=4.025時(shí)間常數(shù)Tc、滯后時(shí)間T與階數(shù)n、時(shí)間常數(shù)T的關(guān)系n12345T/Tc00.1040.2180.3190.410T /T00.2820.8051.4302.

44、100Tc/ T12.7123.6924.485.120表 4 3300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-16 -制對(duì)象參數(shù)控制規(guī)律、更寺0.2-$T；Td3rTdP. . 1rP. - 0.0826丄-卩乞十。7PI寸丄占F Tc3-3r.-0.082.6 -卩4-0.6J C0.8TcPIDfl S5丄舟P匚2r0.5r訐-0.1于2 6丄- -卩+0.88丄K0.8IT. +0J9r.-i0.25T因?yàn)門/Tc=0.218,0.2T/Tc1.5 .所以可以用上表左邊第三行求得調(diào)節(jié)器PID的兩個(gè)參數(shù)S、Ti。通過表4-5可以得到S =0.0271, Ti =15.71735,TD=1.006

45、25所以PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為：響應(yīng)曲線法整定參數(shù)計(jì)算表=0.75)控制對(duì)象的階甌響應(yīng)曲線控制對(duì)彙的近似俊遞函.300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-17 -Wt(s)=1/0.0271*(1+1/15.71735s+1.00625s)300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-18 -5.1 控制系統(tǒng) SAMA 圖繪制5 SAMA 圖分析沁T1IE1利珀-HH圖 5 1300MV 機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-19 -5.2 控制系統(tǒng) SAMA圖分析1被調(diào)量給定值的設(shè)定被調(diào)量的給定值是由鍋爐負(fù)荷大小的汽輪機(jī)調(diào)速級(jí)壓力信號(hào)PI，經(jīng)函數(shù)模塊f（X）轉(zhuǎn)換后和設(shè)定器A給出的定值信號(hào)相加作為被調(diào)量的給定值信號(hào)送到PI1（主調(diào)節(jié)器）。2前饋信號(hào)圖 5 3燃燒器傾角指令BIO作為前饋信號(hào)送入PI2的入口，這樣可提前控制此級(jí)減溫水量, 消除負(fù)荷測擾動(dòng)，提高控制量。3過熱器副調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)JE 丿TE01072AA11AM圖 5 4CYC圖 5 2PI2-T