300MW的機(jī)組過熱汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(共32頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上愛愛愛 摘 要300MW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過熱汽溫等

2、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N90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 AbstractIn this paper, The 300 MW unit machine set leads the hot air the control usually adopts a control system, constituting from two opposite and independent string classes c

3、ontrol, string class control the system controls the process quality to the improvement extremely effective .Lead the control system of the hot air for the power station of safe economy circulate all count for much, the whole system is to maintained the hot machine to export the steam temperature to

4、 keep within the scope of allow of, and protected the hot machine is a work temperature that takes care of the wall temperature not to exceed to allow.In the whole control system of power station, affected the factor of the hot air a lot of, mainly have the steam discharge to move, the smoke current

5、 of air quantity move, reduces the water to move three aspects .But spray the water to reduce to lead the safe movement of the hot machine more beneficial is an extensive adoptive method currently.In string class control system vice- modulator place of inside the back track can remove the self-movin

6、g sex of reduce to move quickly and other enter inside the back track of various move, but the outside back track of the main modulator place kept the hot air to be equal to plant certainly .And the system carried out to follow automatically and have no the cut over, guarantee the machine set safety

7、 economy of movement .For led the hot steam to collect to carry out two redundancies, raise dependable sex of the system.Whole lead what the hot air control system is to use the N-90 to carry out, and the system cut over to report to the police the circuit with logic completely, have the higher and

8、dependable.Key Words：electric power system, serial control ,superheated steam temperature目 錄專心-專注-專業(yè)1 引 言火力發(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

9、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±5。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

10、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10，發(fā)電煤耗將增加約1.0標(biāo)煤（kh）。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 DC

11、S控制系統(tǒng)簡(jiǎn)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(cè)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。因此也有人將DCS稱之為集散控制系統(tǒng)。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)

12、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(cè)量出過程變量的數(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

13、大型單元機(jī)組中那些比較簡(jiǎn)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)（Computer）、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

14、合平臺(tái)系統(tǒng)。DCS提供了從現(xiàn)場(chǎng)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，提供的系統(tǒng)也是自己的系統(tǒng)。當(dāng)今的DCS廠商更強(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DCS廠商不再把開發(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

15、方式。例如，多數(shù)DCS廠商自己不再開發(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Wonderware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)（Emerson用Intellution的軟件平臺(tái)做基礎(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(chǎng)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XD

16、PF-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)。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(chǎng)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(chǎng)網(wǎng)絡(luò)Fnet(Field Network)、控制網(wǎng)絡(luò)Cnet（Control Netw

17、ork）、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。現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)Fnet（Field Network）由類現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線儀表。控制網(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（Cnet-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

18、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(chǎng)過程數(shù)據(jù)采集和過程控制的系統(tǒng)，由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與過程控制站組成。1.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一般位于被控生產(chǎn)過程的附近。典型的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)總線的全數(shù)字量傳輸方式；還有一種是在4

19、20mA模擬量信號(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(chǎng)信息以現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)設(shè)備不屬于分散控制系統(tǒng)的范疇，但隨著現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)，微處理機(jī)已經(jīng)進(jìn)入變送器和執(zhí)行器，現(xiàn)場(chǎng)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。2.過程控制站過程控制站接收有現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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

20、現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)設(shè)備送來的信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行一些必要的轉(zhuǎn)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(chǎng)總線儀表。2.2.3人機(jī)接口子系統(tǒng)（HMI）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

21、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。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(chǎng)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

22、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、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)

23、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)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(cè)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(cè)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(cè)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（SI

24、S）和日常管理（MIS）兩部分。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顯示技術(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

25、中操作管理、分散控制的思想,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(chǎng)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(chǎng)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(shì)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

26、顯示結(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強(qiáng)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,并分配在不同模

27、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),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)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

28、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的通訊功能,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。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)?，F(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

29、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510，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±5%。3.2被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析控制對(duì)象是

30、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。歸納起來主要有蒸汽流量擾動(dòng)下；煙汽熱量擾動(dòng)下；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、

31、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)下過熱汽溫的階躍響應(yīng)曲線 圖 31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

32、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 圖 32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)曲線圖 33當(dāng)減溫水量擾動(dòng)時(shí)，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

33、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)間與時(shí)間常數(shù)cS；cS。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，因而汽溫反應(yīng)較快，c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)c和延遲時(shí)間均比其他擾動(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)，

34、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)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

35、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，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

36、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

37、t。為輸出信號(hào)。 圖 34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

38、,，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1有較大的容積遲延，而減溫器出口蒸汽溫度2有明顯的導(dǎo)前作用，完全可以構(gòu)成以2為副參數(shù)，1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1，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)

39、，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?yàn)闇p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1（既將1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)2作為導(dǎo)前信號(hào)，增加一個(gè)調(diào)節(jié)器PI2組成如圖所示的串級(jí)控制系統(tǒng)。調(diào)節(jié)器PI2根據(jù)2信號(hào)控制減溫水閥，如果有某種擾動(dòng)使汽溫2比1提早反映（例如：內(nèi)擾為噴水量WB的自發(fā)性變化,那么由于 PI2的提前動(dòng)作，

40、擾動(dòng)引起的波動(dòng)2很快消除，從而使主汽溫1基本不影響。另外，PI2的給定值受調(diào)節(jié)器PI1的影響，后者根據(jù)1改變的2給定值，從而保證負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，仍能保持1滿足要求?？梢?，串級(jí)系統(tǒng)中采用了兩級(jí)控制器，各有其特殊任務(wù)。3.4.3主汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)原理圖 35從方框圖中可以看到，串級(jí)系統(tǒng)和簡(jiǎn)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(cè)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

41、2，輸出為1）、被測(cè)參數(shù)（圖中為1）和調(diào)節(jié)器（圖中為溫度調(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2）、副參數(shù)（或副邊量，圖中2）和副調(diào)節(jié)器（圖中為溫度調(diào)節(jié)器2）。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(jiǎn)單系統(tǒng)，前者只比后者多了一個(gè)測(cè)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

42、效果卻有明顯的改善。3.4.4串級(jí)汽溫調(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：1 由對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)W02(s)，導(dǎo)前汽溫變送器2，副調(diào)節(jié)器WT2(s)，執(zhí)行器KZ減溫水調(diào)節(jié)閥K組成的副回路（內(nèi)回路）；2 由對(duì)象的惰性區(qū)W01(s)，主汽溫變送器1 ，主調(diào)節(jié)器WT1(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2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2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2維持在一定的范圍內(nèi)，從而使過熱汽溫1基本不變。當(dāng)主汽溫1偏離給定值時(shí)

43、，則由主調(diào)節(jié)器WT1(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)器。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

44、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 41Wt1(s)、Wt2(s)主、副調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)；W01(s)、W02(s)主、副對(duì)象的傳遞函數(shù)；Wm1(s)、Wm2(s)主、副變送器的傳遞函數(shù)；Wµ(s)調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)；Wz(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Wof(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)y1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)行器的傳遞函數(shù)Wz(s)=1，變送器的傳遞函數(shù)Wm1(s)、W

45、m2(s)=1時(shí)，PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為Wt(s)=1/ (1+1/Tis+Tds) 控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為 Wo(s)=1/6（1+5s）3則系統(tǒng)方框圖如圖（42）所示。 （內(nèi)擾） （外擾） r 11/(1+1/Tis+Tds)1/6（1+5s）² e Vt y -1 Vm 圖 424.2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）3 通過傳遞函數(shù)可知n=3,T=5.再由表43可求得Tc=18.46, =4.025 時(shí)間常數(shù)Tc、滯后時(shí)間與階數(shù)n、時(shí)間常數(shù)T的關(guān)系 n 1 2 3 4 5/Tc0 0.104 0.218 0.319 0.41

46、0 /T 00.282 0.805 1.430 2.100 Tc/ T 1 2.712 3.692 4.48 5.120表 43表44因?yàn)?Tc=0.218，0.2</Tc<1.5 .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)、Ti。通過表 4-5可以得到=0.0271, Ti=15.71735，TD=1.00625所以PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： Wt(s)=1/0.0271*(1+1/15.71735s+1.00625s)5 SAMA圖分析5.1控制系統(tǒng)圖繪制圖 515.2控制系統(tǒng)圖分析1 被調(diào)量給定值的設(shè)定 圖 52 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)

47、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 53 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(cè)擾動(dòng)，提高控制量。3 過熱器副調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié) 圖 54 PI2的輸出同時(shí)送入手/自動(dòng)操作器1AM和2AM,這樣當(dāng)某側(cè)發(fā)生內(nèi)擾時(shí)（例如減溫水量的自發(fā)性狀況），可加強(qiáng)左側(cè)減溫水調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作，快速消除擾動(dòng)，而另一側(cè)減溫水調(diào)節(jié)閥基本不動(dòng)作，從而減少了左右兩側(cè)后屏過熱器出口汽溫在調(diào)節(jié)過程中的相互影響同時(shí)保證了左右兩側(cè)后屏過熱器出口汽溫基本相等。在這段控制系統(tǒng)中也實(shí)現(xiàn)了冗余。4 過熱器主調(diào)節(jié)器的

48、調(diào)節(jié) 圖 55出口汽溫的采集實(shí)現(xiàn)了二冗余，將主調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)經(jīng)函數(shù)模塊送到副調(diào)節(jié)器PI2的入口，從而去控制噴水減溫的閥位信號(hào)。5 PI1,PI2的跟蹤 圖 56 當(dāng)減溫水調(diào)節(jié)閥手動(dòng)時(shí)，主調(diào)節(jié)器PI1的輸出跟蹤，過熱器入口汽溫和前饋信號(hào)之前，以防止主調(diào)節(jié)器的輸出積分飽和。 圖 57 副調(diào)節(jié)器PI2的輸出跟蹤左右兩側(cè)閥位信號(hào)的平均值，從而保證手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí)無平衡無擾動(dòng)的無擾切換。6 MATLAB仿真技術(shù)6.1 MATLAB仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用20世紀(jì)70年代后期，Cleve Moler 教授利用代表當(dāng)時(shí)數(shù)值線性代數(shù)計(jì)算最高水平的EISPACK和LINPACK兩大軟件包，用Fortran語言編寫

49、了一個(gè)集命令翻譯、科學(xué)計(jì)算于一體的交互式軟件系統(tǒng)。這就是最初的MATLAB程序，它只能作矩振運(yùn)算和粗糙的星號(hào)式繪圖。Mathworks公司于1984年推出MATLAB商業(yè)版，1990年推出了第一個(gè)可以運(yùn)行在Microsoft Windows系統(tǒng)下的MATLAB 3.5i版本，1992年推出了MATLAB 4.0版本，兩年后又推出了MATLAB 4.2版本。MATLAB 4.x版本除了保持和改善了原有的數(shù)值計(jì)算和圖形功能以外，還新增了許多實(shí)用的新功能： 推出了SIMULINK動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模、仿鎮(zhèn)和分析的集成仿真環(huán)境。SIMULINK的出現(xiàn)提高了人們處理非線性因素和隨即因素的功能。 增加了與外部直

50、接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的單元。 增加了符號(hào)運(yùn)算軟件包。 增加了Notebook,這使得MATLAB和Word文檔能夠更加容易地連接起來。隨后，在1997年又推出了MATLAB 5.0版本，1999年推出了MATLAB 5.3/SIMULINK 3.0版本。2000年推出了MATLAB 6.0/.SIMULINK 4.0版本，一年之后，MATLAB 6.5/.SIMULINK 5.0。隨著版本的不斷更新，MATLAB 的功能不斷完善，已不在是“矩陣實(shí)驗(yàn)室”，其功能齊備的應(yīng)用工具箱、良好的用戶界面、便捷的模塊化動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境，使MATLAB /.SIMULINK成為國際上最流行的科學(xué)計(jì)算以及系統(tǒng)仿真領(lǐng)域的系

51、統(tǒng)元件工具今天的MATLAB集數(shù)值計(jì)算、圖形可視化、圖象處理以及多媒體技術(shù)于一身，再航天、航空、軍事、經(jīng)濟(jì)、交通、自動(dòng)控制、通信、信號(hào)處理、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在，MATLAB已經(jīng)成為國內(nèi)外大學(xué)生和研究生進(jìn)行學(xué)習(xí)以及科學(xué)研究時(shí)必須掌握基本元件工具，在設(shè)計(jì)研究和工業(yè)部門，MATLAB也廣泛于研究和解決各種實(shí)際的工程問題。6.2 MATLAB仿真技術(shù)的特點(diǎn)MATLAB經(jīng)過長期不斷地發(fā)展和完善，已經(jīng)完成為當(dāng)時(shí)世界上最優(yōu)秀的數(shù)值計(jì)算元件，受到了人們的廣泛歡迎。MATLAB除了具有強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算功能和豐富的圖形功能外，還具有一些其他軟件無法比擬的功能和特點(diǎn)： 具有API應(yīng)用程序接口，

52、功能保證MATLAB便捷地和強(qiáng)大計(jì)算機(jī)軟件相結(jié)合。 具有較高的計(jì)算精度，通常數(shù)值計(jì)算精度能達(dá)到10-15數(shù)量級(jí)，能夠滿足科學(xué)計(jì)算和工程的要求。 基本運(yùn)算單位是矩陣，操作數(shù)組像操作數(shù)一樣方便，使用戶易讀易寫。 具有原程序的開放性和功能齊備的軟件包。MATLAB豐富、實(shí)用的功能包，節(jié)省了用戶編寫的應(yīng)用程序所花費(fèi)的時(shí)間，只需要調(diào)用相應(yīng)的工具箱中的函數(shù)就可以了。 具有世界一流水平的數(shù)學(xué)函數(shù)庫。 完全的基于HTML的幫助系統(tǒng)。 語言簡(jiǎn)潔緊湊，程序設(shè)計(jì)流程靈活，易學(xué)易用，擴(kuò)充能力強(qiáng)。另外，MATLAB還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，就是提供了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真工具箱SIMULINK。SIMULINK使得MATLAB的功能得

53、到了進(jìn)一步的擴(kuò)展。SIMULINK由模塊庫、模塊結(jié)構(gòu)及指令分析和演示程序組成，是一個(gè)模塊化模件化的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境。用戶應(yīng)用SIMULINK對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析時(shí) 如同堆積積木一樣簡(jiǎn)單方便，只需要在模型窗口中單擊或是拖動(dòng)鼠標(biāo)即可。SIMULINK不能脫離MATLAB而獨(dú)立運(yùn)行，但是它借助MATLAB在科學(xué)計(jì)算上得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)以及可視化的仿真模型窗口，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)軟件工具的不足。同時(shí)，SIMULINK也是眾多仿真軟件中功能最強(qiáng)大、最優(yōu)秀的一種軟件工具。它使得動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真的實(shí)現(xiàn)相當(dāng)方便，對(duì)系統(tǒng)的非線性因素和隨即因素的研究也十分便捷、直觀。通過SIMULINK還可以對(duì)電汽、機(jī)械、通信等的連續(xù)、離

54、散或是混合系統(tǒng)進(jìn)行深入的系統(tǒng)建模、仿真與分析研究。正是因?yàn)镸ATLAB/SIMULINK具有眾多與其他同類軟件不具備的優(yōu)點(diǎn)，所以才受到國內(nèi)為學(xué)者和工程師的備加關(guān)注，得以不斷地?cái)U(kuò)充和迅速發(fā)展，成為當(dāng)今世界在科學(xué)計(jì)算和系統(tǒng)仿真領(lǐng)域里首選的軟件工具。6.3 MATLAB系統(tǒng)組成 MATLAB系統(tǒng)以MATLAB為核心，由一系列相關(guān)的軟件（也稱組件）構(gòu)成。 MATLAB是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它提供了完整的操作環(huán)境和核心計(jì)算函數(shù)，完成各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，數(shù)據(jù)分析，圖形顯示和程序編輯調(diào)試等功能。 單就MATLAB來說，主要由下面的5各部分構(gòu)成。1） 集成開發(fā)環(huán)境：包括操作桌面、命令窗、歷史命令窗、編輯調(diào)試器、幫助瀏覽器、 工作空間瀏覽器、搜索路徑瀏覽器等工具，方便用戶使用和管理MATLAB的函數(shù)和文件。2） 數(shù)據(jù)庫數(shù)庫：數(shù)學(xué)函數(shù)庫（包含600個(gè)數(shù)學(xué)應(yīng)用類函數(shù)）是MATLAB語言的基礎(chǔ)，也是各種工具箱應(yīng)用的基礎(chǔ)。這些數(shù)學(xué)函數(shù)采用國際上公認(rèn)的最先進(jìn)的可靠算法，經(jīng)過專家優(yōu)化后以簡(jiǎn)單易用的形式呈現(xiàn)出來，以幫助用戶快速、準(zhǔn)確、可靠的完成各種數(shù)值計(jì)算。3） MATLAB語言：MATLAB語言使用方便靈活，它不僅具有條件控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮纫话愠绦蛘Z言特性，而且更有便于矩陣和數(shù)組的操作和運(yùn)算。MATLAB語言既可以進(jìn)行小規(guī)模