火電廠凝結(jié)水系統(tǒng)的過程pi控制應(yīng)用

火電廠凝結(jié)水系統(tǒng)的過程pi控制應(yīng)用

1凝汽器水位控制系統(tǒng)目前，廣泛使用具有相同工頻率的封建水泵和環(huán)保裝置，形成干部水位控制體系。機(jī)組正常運(yùn)行時,通過控制再循環(huán)回路的循環(huán)門開度,進(jìn)行凝汽器水位調(diào)節(jié),如圖1所示。這種調(diào)節(jié)方式存在著能量損失大、調(diào)節(jié)精度差、響應(yīng)速度慢等不足。2自動狀態(tài)下pid的控制裝置該廠3#機(jī)凝結(jié)水泵分甲、乙兩臺。正常運(yùn)行為一備一用。電動機(jī)均為180kW、AC380V、4極。改造后用變頻器控制甲泵,整個系統(tǒng)由變頻器、PID調(diào)節(jié)器、手動操作器、水位傳感器等組成,如圖2所示。(1)手動操作器是為了保證系統(tǒng)可靠性采用的冗余操作控制設(shè)備。手操器與調(diào)節(jié)器配合,完成變頻器頻率調(diào)節(jié)、起/停、事故處理等功能,實現(xiàn)自動/手動狀態(tài)之間無擾動切換。其內(nèi)部有主回路和跟蹤回路兩個通道,主回路實現(xiàn)將PID信號及手動信號傳輸?shù)阶冾l器的功能;跟蹤回路實現(xiàn)將變頻器的信號回送到調(diào)節(jié)器的功能。自動狀態(tài)時,手操器輸出電流跟隨輸入電流,即PID調(diào)節(jié)器的輸出電流直接控制變頻器的輸出頻率;當(dāng)調(diào)節(jié)器或壓力變送器故障時,調(diào)節(jié)器的故障信號AL1將手操器置成手動并報警指示。手動狀態(tài)時,輸出電流由手操器的面板鍵盤控制;手操器的信號跟蹤功能可將此時的輸出信號反饋給調(diào)節(jié)器,以便系統(tǒng)投自動時實現(xiàn)無擾動切換。(2)PID調(diào)節(jié)器作為控制系統(tǒng)的主控制器,用于完成凝汽器水位的自動調(diào)節(jié)、水位超限報警和起動備用泵等功能。PID選用高級過程控制器UDC6300,該控制器功能多,用戶界面簡單,具有4路模擬量輸入、6路開關(guān)量輸入、2路模擬量輸出、4路故障輸出、1路串行RS—232接口,可組成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。UDC6300是計算機(jī)控制的全數(shù)字化過程控制器,其PID調(diào)節(jié)功能是通過軟件來實現(xiàn)的。PID的模擬表達(dá)式為式中,U為調(diào)節(jié)器的輸出,KP為比例系數(shù),TI為積分時間,TD為微分時間,e為水位檢測值與設(shè)定值之偏差。若設(shè)Un為調(diào)節(jié)器的第n次采樣輸出,TS為采樣周期,en為第n次采樣偏差,則式(1)的離散形式為將式(2)變換為常用的增量PID形式,并設(shè)式(3)中的KP、KI、KD可根據(jù)系統(tǒng)的時間常數(shù)、現(xiàn)場的實現(xiàn)需要及穩(wěn)定性、快速性的要求適當(dāng)選取,通過用戶界面設(shè)定。本系統(tǒng)采用單回路PI調(diào)節(jié),由主控回路和輸出跟蹤回路組成。手操器在自動狀態(tài)時,來自手操器的數(shù)字量輸入1(DIN1)使系統(tǒng)切換到主控回路,實現(xiàn)水位自動調(diào)節(jié)。手操器在手動狀態(tài)時,DIN1使系統(tǒng)切換到跟蹤回路,PID輸出直接跟蹤手操器輸出,實現(xiàn)手操器轉(zhuǎn)換到手動狀態(tài)時二者之間的無擾動切換,如圖3所示。3ucd300及al3設(shè)置為控制凝汽器水位,為保證安全運(yùn)行,變頻改造時原來的恒速水泵加再循環(huán)控制系統(tǒng),作為備用系統(tǒng)被保留下來。改造后的凝結(jié)水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路如圖4所示。QF1、QF2為帶輔助觸點(diǎn)的空氣斷路器,KMA1～KMA3為交流接觸器,ALC為三相交流電抗器,用于消除變頻器輸出端的高次諧波,減輕電機(jī)、導(dǎo)線發(fā)熱及射頻干擾。正常情況下,變頻器帶電動機(jī)M1運(yùn)行。一旦變頻器發(fā)生故障,變頻器輸出故障信號BAL,通過中間繼電器KA1,斷開KMA1,接通旁路接觸器KMA2,使電動機(jī)M1工頻運(yùn)行。如果電動機(jī)M1出現(xiàn)過載或短路故障,空氣斷路器QF1跳閘,斷開電動機(jī)M1,同時QF1的輔助觸點(diǎn)接觸KMA3,起動電動機(jī)M2作工頻運(yùn)行,這樣極大提高了系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。在發(fā)電和供氣高峰期間,鍋爐負(fù)荷量加大,會出現(xiàn)一臺凝結(jié)水泵運(yùn)行不能滿足要求的情況,需要兩臺凝結(jié)水泵同時運(yùn)行。為實現(xiàn)這一目的,將UDC6300的AL2設(shè)置為“高于上上限、低于下下限報警”,AL3設(shè)置為“高于上限報警”,AL4設(shè)置為“低于下限報警”。這樣,當(dāng)電動機(jī)M1處于變頻運(yùn)行狀態(tài),且當(dāng)凝汽器水位高于上上限時,接觸器KMA3閉合,起動電動機(jī)M2,電動機(jī)M1、M2共同運(yùn)行,這時凝汽器水位會迅速下降到設(shè)定值以下。由于PID調(diào)節(jié)器的作用,變頻器的輸出頻率也會迅速下降,最后使水位穩(wěn)定在設(shè)定水位上。當(dāng)鍋爐的負(fù)荷量減小時,凝汽器的水位會下偏,為維持水位不下偏,PID調(diào)節(jié)器將使變頻器的輸出頻率下降,直到最低設(shè)定頻率,若此時仍不能維持平衡,水位將下降;當(dāng)水位下降到低于下下限時,接觸器KMA3斷開,電動機(jī)M2停止運(yùn)行,這時凝汽器水位會迅速上升到設(shè)定值以上,PID調(diào)節(jié)器將使變頻器的輸出頻率迅速上升,使水位穩(wěn)定在設(shè)定水位上。4系統(tǒng)的主要特點(diǎn)凝結(jié)水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)投入運(yùn)行后,運(yùn)行穩(wěn)定、可靠,其效果如下:(1)系統(tǒng)響應(yīng)速度快。響應(yīng)速度主要取決于PID的時間常數(shù)與變頻器加、減速時間,與凝水系統(tǒng)時間常數(shù)相比非常小。(2)系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍寬、控制精度高。(3)節(jié)能效果明顯。發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷(125MW)時,凝結(jié)水泵長期運(yùn)行在40Hz左右,電動機(jī)電流240A左右,約為額定電流的70%。在發(fā)電機(jī)負(fù)荷為80MW時,電流為120A,僅占電動機(jī)額定電流的30%多。(4)系統(tǒng)可靠性高,參數(shù)調(diào)節(jié)靈活、保護(hù)功能齊全。(5)軟起動。電機(jī)起動電流小且平穩(wěn),可減少對電網(wǎng)和凝結(jié)水泵設(shè)備的沖擊。水泵長期運(yùn)行速度較低,機(jī)械磨損減小,機(jī)械壽命增長,減少設(shè)備運(yùn)行維持費(fèi)用。5交流交流