【正文】 。當(dāng)兩臺(tái)并列運(yùn)行的汽泵轉(zhuǎn)速基本相同且水位穩(wěn)定后可投入汽泵三沖量自動(dòng)。即電泵可工作在單沖量方式也可工作在三沖量方式。 單沖量水位控制也存在以下的問題： 1)當(dāng)負(fù)荷變化產(chǎn)生虛假液位時(shí)，將使控制器反向錯(cuò)誤動(dòng)作。 2)對(duì)負(fù)荷變化不靈敏，負(fù)荷變化時(shí)，需要引起汽包水位變化后，才起控制作用，由于控制器作用緩慢，使控制質(zhì)量下降。雙沖量控制實(shí)際應(yīng)用中很少單獨(dú)用到，這里就不再展開描述。給水流量 w作為閉環(huán)內(nèi)反饋信號(hào)，在于快速平衡來自給水側(cè)的內(nèi)部擾動(dòng)。主控制器的任務(wù)是校正水位偏差。 汽包爐全程給水控制系統(tǒng)是指從鍋爐啟動(dòng)到正常運(yùn)行再到停爐的全部過程均能實(shí)現(xiàn)華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 給水自動(dòng)控制的系統(tǒng)。 : 鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)虛假水位現(xiàn)象不太嚴(yán)重，故低負(fù)荷給水調(diào)節(jié)采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)(如圖 2所示 )。 圖 15 鍋爐水位控制系統(tǒng) SAMA圖 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)通過設(shè)置低負(fù)荷調(diào)節(jié)器的 PID參數(shù)以滿足低負(fù)荷時(shí)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的要求。在正常運(yùn)行 (一般 70％額定負(fù)荷后 )時(shí)，給水自動(dòng)切換為串級(jí)三沖量控制，經(jīng)壓力補(bǔ)償?shù)钠恍盘?hào)作為水位調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào)，與水位給定值的偏差通過比例積分運(yùn)算， 再與主蒸汽流量 (前饋 )相加后作為主給水調(diào)節(jié)器的給定值。主調(diào)部分與低負(fù)荷調(diào)節(jié)相同，汽包水位差壓信號(hào)經(jīng)過汽包壓力補(bǔ)償修正后送入 PID調(diào)節(jié)器，將經(jīng)主汽溫度和主汽壓力補(bǔ)償后的主汽流量作為前饋量引入主調(diào)回路．主汽流量的補(bǔ)償公式為： 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 ? HTP TPD K)( 101010 5331 ?????????? 式中 ： D為經(jīng)補(bǔ)償后的主汽流量值； P? 為現(xiàn)場(chǎng)一次元件送來的表示流量的差壓值； ?H為額定壓力額定溫度下的蒸汽密度； T 為絕對(duì)溫度； P 為絕對(duì)壓力； K1 為常數(shù)。 在通常的調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)整定中，往往比較注重 PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定．但要使給水控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，首先必須調(diào)整好系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部分．經(jīng)過整定后的水位控制系統(tǒng)不論是在穩(wěn)定工況下，還是變負(fù)荷時(shí)均能正常投運(yùn)，且調(diào)節(jié)品質(zhì)能夠滿足鍋爐安全運(yùn)行要求，基本上杜絕了固水位引起的 MPT現(xiàn)象。 主調(diào)校正的作用是主要用來消除水位的控制偏差。因此主調(diào)校正作用必須適度，要充分兼顧外擾情況下．根據(jù)虛假水位的大小來整定。利用蒸汽量來辯別真假水位，使水位控制不發(fā)生誤動(dòng)，避免水位的影響是更加實(shí)用的隨機(jī)的有效手段。因此蒸汽流量的怍用也必須根據(jù)汽包虛假水位的大小來決定，而虛假水位又取決于負(fù)荷變化率以及鍋爐的汽包特性，整定時(shí)應(yīng)反復(fù)調(diào)試，滿足水位動(dòng)態(tài)性能的要求。)( 2)主控制器參數(shù)整定： 在調(diào)整好副回路后，給主回路加階躍信號(hào)，觀察主回路的輸出并調(diào)整 PID控制器的參數(shù)，經(jīng)過反復(fù)嘗試，最后整定的結(jié)果為： 4p?K ?K 8d?K 系統(tǒng)的節(jié)約響應(yīng)曲線如下圖： 從圖中可以看出，調(diào)節(jié)時(shí)為 11s，超調(diào)量為 5%，穩(wěn)態(tài)誤差為 0，滿足控制要求。 在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，被控對(duì)象的參數(shù)往往是隨著時(shí)間變化的，因此要求控制器能夠在被控對(duì)象的參數(shù)發(fā)生一定程度內(nèi)變化時(shí)仍能滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)對(duì)控制品質(zhì)的要求。 2)系統(tǒng)對(duì)主被控對(duì)象參數(shù)改變的適應(yīng)性 上文中選取的被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為： ）（ 1405)(1 ?? SSSG。在我完成論文期間，特別是實(shí)驗(yàn)階段，遇到我所不能解決的問題時(shí)， 他能夠非常細(xì)心的指導(dǎo)我， 解除我的疑惑，指出我的錯(cuò)誤。 最后，我向我的父母家人致以深深的謝意，他們始終關(guān)心、支持和鼓勵(lì)著我，為我付出了許多辛勞，使我能專心學(xué)習(xí)。 其次，我要 感謝 大學(xué)里所有的任課老師 ， 正是因?yàn)樗麄冏巫尾痪氲慕虒?dǎo)，才使我們有了做好本次論文的基礎(chǔ)，使我在 做論文時(shí)有理論可尋。可見控制系統(tǒng)對(duì)副被控對(duì)象參數(shù)品質(zhì)變差的適應(yīng)性良好。 1)系統(tǒng)對(duì)副被控對(duì)象參數(shù)改變的適應(yīng)性 上文中選取的被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為： 14 10)(2 ?? SSG。 1)抗給水量擾動(dòng)的能力 在控制過程的 50s時(shí)給系統(tǒng)加入幅值為 1的給水量階躍信號(hào)作為擾動(dòng)源，觀察系統(tǒng)的輸出： 從圖中可以看出， 50s時(shí)系統(tǒng)的輸出擾動(dòng)非常小，由此可以看出系統(tǒng)克服給水量擾動(dòng)的能力非常理想。 SSWWaa HDWD ? 式中 aD —— 蒸汽流量前饋系數(shù) aW —— 給水流量分流系數(shù) )(SWD —— 蒸汽流量擾動(dòng)下的水位響應(yīng)傳遞函數(shù) )(SWH —— 給水流量擾動(dòng)下的水位響應(yīng)傳遞函數(shù) 上文討論了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和被控對(duì)象的參數(shù)，接下來使用 MATLAB軟件對(duì)三沖量串級(jí)給水控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。1蒸汽流量作用要求增加給水量，而水位高的假水位則要求減小給水量，其作用相反。理想的要求為當(dāng)蒸汽流量突然變化時(shí)，不應(yīng)發(fā)生瞬時(shí)的給水流量波動(dòng)，緊隨蒸汽流量的變化。這種作用過強(qiáng)必將造成汽包的水汽的嚴(yán)重不平衡．往往在低水位之后，緊接著出現(xiàn)高水位，造成水位的 大幅度波動(dòng)，使系統(tǒng)的控制能力十分脆弱，如同單沖量的調(diào)節(jié)效果。下面就對(duì)有關(guān)控制系統(tǒng)的改進(jìn)及其投運(yùn)行情況作一簡(jiǎn)介。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不良品質(zhì)將直接威脅機(jī)組的安全運(yùn) 行．特別是汽包水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一旦整定調(diào)節(jié)不好，經(jīng)受不住內(nèi)、外擾的干擾。通過一套專門設(shè)計(jì)的切換邏輯，實(shí)現(xiàn)單沖量調(diào)節(jié)與三沖量調(diào)節(jié)的雙向無(wú)擾切換。 從圖中可見低負(fù)荷時(shí)給水流量處于特性曲線的線性段，這樣采用旁路閥調(diào)節(jié)不僅滿足了靈敏度的要求且線性也得到了提高。圖中 )(1 xf和 )(2 xf是不同壓力下的水位值函數(shù)。因此，要實(shí)現(xiàn)汽包水位的全量程調(diào)節(jié)，僅采用一個(gè)調(diào)節(jié)閥，會(huì)使低負(fù)荷時(shí)汽包水位不能滿足調(diào)節(jié)質(zhì)量指標(biāo)的要求。副控制器的任務(wù)是消除因水壓力波動(dòng)等因素引起的給水流量自發(fā)擾動(dòng)以及當(dāng)蒸汽負(fù)荷變化時(shí)迅速控制給水流量，以保持給水流量和蒸汽流量的平衡。主控制器采用 PI控制規(guī)律，以保證水位無(wú)靜態(tài)偏差。汽包水位 H是系統(tǒng)的被控量信號(hào)，用以校正水位的最終偏差，使其等于給定值。為了克服上面的三個(gè)問題，除了依據(jù)汽包水位以外，也可依據(jù)蒸汽流量和給水流量的變化，來控制給水閥，將獲得良好的效果，這樣就出現(xiàn)了雙沖量和三沖量控制系統(tǒng)。等到虛假水位消失后，由于蒸汽量增加，送水量反而 減小，將使水位嚴(yán)華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 重下降，波動(dòng)厲害，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使汽包水位降低到危險(xiǎn)程度而發(fā)生事故。以 保證流量不低于最小流量。正常運(yùn)行時(shí)為兩臺(tái)汽泵運(yùn)行。 (3)當(dāng)負(fù)荷達(dá)到 30%時(shí)，電泵由單沖量控制自動(dòng)切換至三沖量控制，提高了水位調(diào)節(jié)品質(zhì)。電泵一旦投入自動(dòng)，旁即切至手動(dòng)操作。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 第四章 給水系統(tǒng)控制策略的研究 控制功能 (1)給 水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有給水旁閥、電泵及兩臺(tái)汽泵四套自動(dòng)。 其中手動(dòng)切換是由操作人員完成的，而自動(dòng)切手動(dòng)的過程則需要滿足一定的邏輯條件。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 在主給水控制回路中，采用了串級(jí)控制系統(tǒng)。這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)重點(diǎn) ，亦是難點(diǎn)。但與此同時(shí) ,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜起來。 影響水位的因素除上述之外，還有給水壓力、汽包壓力、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽門開度、二次風(fēng)分配等。但是由于控制通道在給水側(cè)，因此蒸汽流量 D和燃料量 M習(xí)慣上稱為外部擾動(dòng)，它們只影響水位波動(dòng)的幅度。燃料量增加時(shí)，鍋爐吸收更多的熱量，使蒸發(fā)強(qiáng)度增大，如果不調(diào)節(jié)蒸汽閥門，由于鍋爐出口汽壓提高，蒸汽流量也增大，這時(shí)蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)下降。如圖 23中 2()Ht所示。 ? 1239。在此過程中，負(fù)荷還未發(fā)生變化，汽包中水仍然在蒸發(fā)，因此水位也有下降趨勢(shì)。 其中，主汽流量測(cè)量如下： 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 7 主汽流量測(cè)量 SAMA 圖 給水 擾動(dòng) 汽包水位在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特性： 給水量是鍋爐的 輸入量，如果蒸汽負(fù)荷不變，那么給水流量變化時(shí)，汽包水位的運(yùn)動(dòng)方程式可以表示為： WWWW ukdtduTdtdhTdt hdTT ??? 12221 （ 35） 可以得到汽包水位在給水流量作用下的傳遞函數(shù)為： )1()()( 21)(01 ???? STST KSTV SHSG WWSW (36) 對(duì)于中壓鍋爐，上式中 Tw 的數(shù)值很小，常?？梢院雎圆挥?jì)，因此可以進(jìn)一步改寫為： )1()()( 2)(01 ??? STSV SHSG SW ? (37) 給水量擾動(dòng) 時(shí)水位 階躍響應(yīng)曲線 如圖 8 所示。這種方法克服了在高溫高壓下孔板易磨損和檢修維護(hù)困難的缺點(diǎn)。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 3 給水調(diào)節(jié)對(duì)象 鍋爐給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性有以下特點(diǎn)： 1)由于對(duì)象的內(nèi)擾動(dòng)態(tài)特性存在一定的延遲和慣性， 控制系統(tǒng)應(yīng)考慮采用串級(jí)控制方案； 2)由于對(duì)象在蒸汽流量和熱負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)有虛假水位現(xiàn)象，控制系統(tǒng)應(yīng)考慮采用以主要擾動(dòng) (蒸汽流量 D)為前饋信號(hào)的前饋控制，以改善給水控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量； 3)負(fù)荷變化時(shí)出現(xiàn)的虛假水位現(xiàn)象是鍋爐運(yùn)行中的必然現(xiàn)象，是無(wú)法通過控制給水流量來克服的，只有限制負(fù)荷的一次突變量和變負(fù)荷速度來減小。 39。 ????? ?? （ 31） 將式（ 31） 進(jìn)一步變換得 ： DGdtdHA ??? )( 39。 影響水位的因素主要有：鍋爐蒸發(fā)量（負(fù)荷 D），給水量 G， 爐膛 熱負(fù)荷（燃燒率 M），汽包壓力 bP 。 華北電力大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第三章 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 給水調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 汽包水位是工業(yè)蒸汽鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，是鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水間物質(zhì)是否平衡的重要標(biāo)志 ， 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。當(dāng)調(diào)節(jié)器接受到偏差信號(hào)后，按一定的運(yùn)算規(guī)律輸出控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥門改