【正文】 ，鍋爐縱置式鍋爐、鍋爐橫置式鍋爐。對于大型鍋爐，這種危險(xiǎn)尤為突出。給水控制對象的動(dòng)態(tài)特性是指上述水位變化的各種擾動(dòng)與汽包水位的動(dòng)態(tài)關(guān)系。如果不考慮水面下汽泡容積的變化 ,則當(dāng)給水流量擾動(dòng)時(shí) ,水位的反應(yīng)曲線如圖 中的直線 1 所示 。當(dāng)蒸汽流量突 然增加 (假定供熱量及時(shí)跟上 )時(shí) ,鍋爐的蒸發(fā)量大于給水流量 ,汽包的貯水量應(yīng)等速下降 ,又因?yàn)槠菬o自平衡對象 ,所以水位變化曲線應(yīng)如圖中曲線 H1 所示 ,實(shí)際上當(dāng)蒸發(fā)量突然增加時(shí) ,在汽水循環(huán)系統(tǒng)中蒸發(fā)強(qiáng)度也將成比例地增大 ,使汽水混合物中汽泡的容積增大 ,又因爐膛內(nèi)的發(fā)熱量并不能及時(shí)增加 ,從而使汽包壓力不斷下降 ,降低了飽和溫度 ,促使蒸發(fā)速度加快 ,汽泡膨脹 ,加大了汽水混合物的總體積 ,使水位變化過程如圖中曲線 H2 所示。當(dāng)燃料量 M 增加時(shí) ,爐膛熱負(fù)荷隨著增加 ,水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的汽水混合物的汽泡比例增加 ,蒸發(fā)強(qiáng)度增強(qiáng)。所以在燃料量擾動(dòng)下 ,汽包水位也會(huì)出現(xiàn) “ 虛假水位 ” 現(xiàn)象 ,但由于熱慣性的原因 ,這種虛假水位沒有蒸汽流量擾動(dòng)下的那樣嚴(yán)重。雙沖量實(shí)際上是前饋與反饋調(diào)節(jié)相結(jié)合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。即再加一個(gè)給水流量的沖量 c,使它與液位信號的作用方向一致 ,這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于引進(jìn)了液位、給水流量及蒸汽流量三個(gè)參數(shù) ,叫做三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 當(dāng)蒸汽流量增加時(shí) ,調(diào)節(jié)器立即動(dòng)作 ,相應(yīng)地增加給水流量 ,能有效地減小虛假液位所引起的調(diào)節(jié)器誤動(dòng)作。 單級三沖量和串級三沖量汽包水位控制系統(tǒng)的分析和整定 [5] 單級三沖量汽包水位控制系統(tǒng)的分析和整定 ① 控制原理 :單級三沖量給水控制系統(tǒng)自控原理框圖如圖 所示。如果把調(diào)節(jié)器以外的環(huán)節(jié)等效地看作被控對象 , 那么被控對象動(dòng)態(tài)特性近似為比例環(huán)節(jié)。 ③ 主回路的分析和整定 在內(nèi)回路經(jīng)過整定之后 , 其控制過程是非?？斓?。對象的輸入信號為給水流量變化 W, 輸出信號為水位測量變送單元的輸出 VH,從階躍響應(yīng)曲線上求得延遲時(shí)間 τ 和響應(yīng)速度 ε ,根據(jù)響應(yīng)曲線法可得下述計(jì)算公式 : ???? （ 21） ???? ?WW （ 22） WW ???? ? （ 23） 由此可見 ,當(dāng)變送器的斜率已經(jīng)確定后 ,增大給水量的靈敏度 W? , 等于增加主回路調(diào)節(jié)器的比例帶 , 因而使給水流量動(dòng)作緩慢 ,增加主回路的穩(wěn)定性 (減少主回路的振蕩 ) 。由 ? ? ? ? 01 ??????????? SWSW ODOWWWDD ???? (24) 得到 ? ? ? ?? ?????????? SW SWSWDDWWD00???? (25) 由此可見 ,前饋環(huán)節(jié)不是一個(gè)簡單的比例環(huán)節(jié) , 而是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié) , 要從物理上實(shí)現(xiàn)式 (5) 所表征的動(dòng)態(tài)特性在技術(shù)上也是困難的。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 20 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的分析和整定 ㈠ 控制原理 : 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的控制原理如圖 所示。 ㈡ 副回路的分 析和整定 根據(jù)串級控制系統(tǒng)的分析整定方法 , 應(yīng)將副回路處理為具有近似比例特性快速隨動(dòng)系統(tǒng) , 以使副回路具有快速消除內(nèi)擾及快速跟蹤蒸汽流量的能力。這時(shí) ,主回路等效為一個(gè)單回路控制系統(tǒng)。給水流量 W, 給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù) W? 雖然也同時(shí)對主、副回路的工作產(chǎn)生影響 ,但它們在系統(tǒng)中的作用卻比在單級系統(tǒng)中小得多。 ㈣ 蒸汽流量前饋裝置的傳遞函數(shù) D? 的選擇 在串級三沖量給水控制系統(tǒng)中 , 水位偏差完全由主調(diào)節(jié)器來校正 ,使靜態(tài)水位值總是等于給定值。 對于大型鍋爐 ,通常其給水控制通道延遲性及慣性較大 ,采用串級控制的控制質(zhì)量、調(diào)試整定比較方便 ,因此采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)。串級系統(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)以及當(dāng)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 。 控制給水的手段 ?電動(dòng)定速給水泵 +調(diào)節(jié)閥 對于 20 世紀(jì) 70 年代投產(chǎn)的 200MW 單元機(jī)組，普遍采用電動(dòng)定速給水泵 +調(diào)節(jié)閥的控制方式對汽 包水位進(jìn)行調(diào)節(jié)，其簡化給水系統(tǒng)圖如圖 所示。從上水開始到帶滿負(fù)荷的全過程，汽包水 位的控制都由調(diào)節(jié)閥完成。鍋爐點(diǎn)火前的上水和低負(fù)荷階段。對于 300MW 及以上機(jī)組，每臺(tái)鍋爐配有一臺(tái) 50%容量的電動(dòng)調(diào)速泵和一臺(tái) 100%容量的 汽動(dòng)給水泵，或者兩臺(tái)每臺(tái)容量各為50%的汽動(dòng)泵。 至 省 煤 器旁 路 給 水 調(diào) 節(jié) 閥旁 路 給 水 截 止 閥主 給 水 截 止 閥高壓加熱器電 動(dòng) 調(diào) 速 泵氣 動(dòng) 給 水 泵 A從除氧器萊氣 動(dòng) 給 水 泵 B 圖 汽動(dòng)泵 +電動(dòng)調(diào)速泵 +調(diào)節(jié)閥的簡化給水系統(tǒng)圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 26 第三章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 熱電廠的各運(yùn)行設(shè)備必須進(jìn)行在線狀態(tài)的監(jiān)測，而且熱電廠的自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具備一定的故障預(yù)測、判斷、保護(hù)、處理、追憶與分析等功能，先進(jìn)的計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)可以對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)，根據(jù)不同情況協(xié)調(diào)各設(shè)備的工作狀況，使整個(gè)電廠的自動(dòng)化水平達(dá)到了新的高度。 DCS 以 CPU 群為核心，這些功能強(qiáng)弱不同的微處理器有的對子系統(tǒng)的設(shè)備或工藝流程進(jìn)行控制，有的對子系統(tǒng)與子系統(tǒng)間進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，有的完成系統(tǒng)和子系統(tǒng)間的控制，還有的進(jìn)行系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)控制，即整個(gè)機(jī)組的控制目標(biāo)和任務(wù)事先按一定方式分配給各個(gè)微處理器，形成功能上的分級，而各個(gè) CPU 通過數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)系，交換信息，實(shí)現(xiàn) CPU 控制作用分 散、顯示和操作以及管理集中的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息資源共享。在介紹 DCS 之前，先對以下模件進(jìn)行簡單介紹： ? I/O 模件（輸入或輸出模件）： I/O 模件一般裝有微處理器芯片，可分擔(dān)上一級計(jì)算機(jī)的一部分工作，對信號 進(jìn)行必要的處理。 ? 預(yù)處理：指 I/O 模件對來自現(xiàn)場的信號進(jìn)行先期處理，經(jīng)過處理的信號才能被內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 27 CPU 或計(jì)算機(jī)識別接受。 分散控制系統(tǒng)基礎(chǔ) 分散控制系統(tǒng) DCS 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)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)（即所謂的 4C 技術(shù)， Computer、 Control 、 Communication 、CRT）而形成的現(xiàn)代控制系統(tǒng)。過程控制級，直接與生產(chǎn)過程相連，這一級的 CPU 通過通信方式對來自現(xiàn)場各被監(jiān)控設(shè)備實(shí)施監(jiān)視和控制，同時(shí)向上一級，即第二級傳送采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并接受來自第二級的操作和組態(tài)信息。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 28 第三級。 第一級和第二級的簡化結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示， I / O 擴(kuò) 展 總 線控 制 通 道操 作 員 站 工 程 師 站工 廠 環(huán) 網(wǎng)通 信 接 口 通 信 接 口多 功 能處 理 器 多 功 能處 理 器I / O 模 件 I / O 模 件現(xiàn) 場 被 監(jiān) 控 對 象第二級第一級 (a) INFI 系統(tǒng) 操 作 員 站 工 程 師 站監(jiān) 控 網(wǎng) 絡(luò)服務(wù)器服務(wù)器系 統(tǒng) 網(wǎng) 絡(luò)主 控 單 元主 控 單 元I / O 模 塊 I / O 模 塊現(xiàn) 場 被 監(jiān) 控 對 象第2級第1級 (b) MACS 系統(tǒng) 圖 第一級和第二級的簡化結(jié)構(gòu)框圖 其中 （ a） 是美國 ABB 貝利公司生產(chǎn)的 INFI 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，圖中工廠環(huán)網(wǎng)、通信接口模件、控制通道、多 功能處理器都采用了冗余配置。圖 32 兩圖代表了兩種不同的結(jié)構(gòu)，許多部分名稱不同，但是功能結(jié)構(gòu) 上有相同的地方。 對圖 （ b） ， I/O 模件對信號預(yù)處理，通過控制網(wǎng)絡(luò)傳送到主控單元。 其中操作員站（ OIS）設(shè)置在機(jī)組的集控室內(nèi)，它是一個(gè)集中的操作臺(tái)。在工程師站，用專用組態(tài)軟件工具可對過程控制單元進(jìn)行控制邏輯的在線和離線組態(tài)，并具有對控制邏輯組態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)整及維護(hù)的功能。電源模件它的輸入是來 自系統(tǒng)電源柜的 1： 1 冗余交流電，它的輸出是供給主控模件、通信接口模件、 I/O 模件和風(fēng)扇的直流電。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 30 I/O 模件在主控模件的控制下，輸入模件對輸入信號進(jìn)行預(yù)處理后，輸出到主控模件；輸出模件對主控模件的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)或提供給顯示、記錄儀表。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器稱數(shù)據(jù)庫。根據(jù)不同被控設(shè)備的特性，每個(gè)現(xiàn)場控制站由一些具有不同功能的模件像搭積木一樣，通過插接方式組裝而成，模件間無需內(nèi)部接線。不同的 DCS 系統(tǒng)生產(chǎn)的功能軟件模塊不盡相同，起的名也不一樣。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 31 鍋爐 汽包水位控制系統(tǒng) 硬件圖 汽 包 水 位 變 送 器主 給 水 流 量 變 送 器主 蒸 汽 流 量 變 送 器A I 模 塊 主 控 模 件控 制 通 道服 務(wù) 器以 太 網(wǎng) 計(jì) 算 機(jī) 及 C R T集 控 室A O 模 件電 動(dòng) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)現(xiàn) 場 就 地 設(shè) 備主 給 水 調(diào) 節(jié) 閥至 汽 包主 給 水I / O 擴(kuò) 展 總 線現(xiàn) 場 控 制 站電 子 間圖 汽包水位控制系統(tǒng)硬件圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 32 ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ......A I模 件A O模件主 控 模 件服務(wù)器計(jì) 算 機(jī)和 C R T①①②②③③⑤⑤④④I / O 擴(kuò) 展 總 線 控 制 通 道 以 太 網(wǎng)I / O 擴(kuò) 展 總 線汽 包 水 位 變 送 器 內(nèi) 部 端 子主 給 水 流 量 變 送 器 內(nèi) 部 端 子主 汽 流 量 變 送 器 內(nèi) 部 端 子電 動(dòng) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 內(nèi) 部 端 子至 汽 包主 給 水 調(diào) 節(jié) 閥主 給 水 圖 主要信號線路的端子連接示意圖 硬件選型 DCS 系統(tǒng)的組態(tài)從其硬件的選擇便已經(jīng)在進(jìn)行中了。 ? 強(qiáng)大的自診斷技術(shù) DCS 的許多模件本身都有自診斷能力。 ? 軟件的模塊化 生產(chǎn) DCS 的各廠家為 用戶提供了豐富的功能軟件模塊和至少一種高級語言，以便用戶從事應(yīng)用程序的開發(fā)。DCS 通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確傳遞，實(shí)現(xiàn)資源共享。 分散控制系統(tǒng)基本功能 DCS 具有數(shù)據(jù)采集及處理、手動(dòng) /自動(dòng)控制和系統(tǒng)通信等基本功能。主控模件的關(guān)鍵部件是以微位處理器為核心，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信能力。它一般由機(jī)柜、主控模件、 I/O 模件、電源等組成。運(yùn)行人員通過操作員站了解機(jī)組運(yùn)行的各種信息，運(yùn)行人員對生產(chǎn)過程的干預(yù)又是通過操作員站將控制信號傳遞到相關(guān)設(shè)備。服務(wù)器根據(jù)主控單元的請求提供服務(wù)，這些服務(wù)包括對數(shù)據(jù)的采集、核對、存儲(chǔ)、共享和集中管理。多功能處理器是一個(gè)微處理器，它按照預(yù)定的擴(kuò)展策略對信號進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果像兩個(gè)方向傳送，向上傳送通過控制通道、通信接口模件、工廠環(huán)網(wǎng)到達(dá)操作員站、工程師站等，供運(yùn)行人員監(jiān)視和控制；向下傳送經(jīng)過 I/O 模件（此處是輸出模件），I/O 模件對信號進(jìn)行后處理。圖 （ b） 是北京和利時(shí)公司生產(chǎn)的 MACS 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，圖中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、主控單元也是采用了冗余配置。 第四級?？刂乒芾砑?，主要由操作員站，工程師站和高速通信網(wǎng)線組成。而控制任務(wù)則由不同的計(jì)算機(jī)控制裝置來完成。 ? 通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)：指連接在通信網(wǎng)絡(luò)上參與通信的硬 件設(shè)備。 ? V/I 轉(zhuǎn)換（電壓轉(zhuǎn)換為電流）：以便信號的遠(yuǎn)傳。 DCS 控制方式符合熱電生產(chǎn)的熱工過程基本特征，因此在新廠建設(shè)和老廠技術(shù)改造中，獲得了大力推廣和廣泛應(yīng)用。每一設(shè)備既具有相對獨(dú)立的功能和作 用，又按照特定的工藝流程與其它設(shè)備組成子系統(tǒng)，若干子系統(tǒng)構(gòu)成相應(yīng)的系統(tǒng)。小汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速是以微處理器為核心組成的小汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速從零升到某一臨界轉(zhuǎn)速，當(dāng)達(dá)到這一轉(zhuǎn)速后小汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速給定值由給水控制系統(tǒng)設(shè)置，此后小汽輪機(jī)只相當(dāng)于給水控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)負(fù)荷超過某一較高負(fù)荷值時(shí)，上水截止閥、旁路給水截止閥關(guān)閉，主給水截止閥全開，通過改變給水泵的轉(zhuǎn)速改變給水流量，控制汽包水位。這種系統(tǒng)每臺(tái)鍋爐配備兩臺(tái)容量各為 100 的電動(dòng)調(diào)速泵，運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)工作，另一臺(tái)熱備用，跟蹤工作泵。鍋爐點(diǎn)火前，旁路給水截止閥和主給水截止閥全關(guān)，上水截止閥全開，通過上水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水量，控制汽包水位；在低負(fù)荷階段，上水截止閥和主給水截止閥全關(guān)，旁路給水截止