【正文】 擾動剛剛加入時，由于給水的 過冷度影響，水位 H的變化很 慢，經(jīng)過一段時間之后其變化速度才逐漸增加，最后變?yōu)榘匆欢ㄋ俣戎本€上升，這時就是物質(zhì)不平衡在起主要作用了，如果給水量和蒸汽量不能平衡，水位就不能確定。 圖 23 給水?dāng)_動傳遞函數(shù)方框圖 蒸汽流量擾動下對象的動態(tài)特性 蒸汽流量擾動下水位的階躍起反應(yīng)曲線如圖 24所示。虛假水位的變化情況和鍋爐的特性有關(guān)，燃料突然減小時（如鍋爐滅火），“虛假水位”約在 2～4 分鐘內(nèi)即達到最低值。 爐膛熱負荷擾動下對象的動態(tài)特性 當(dāng)燃料 M增加時，爐膛熱負荷隨著增加，水循 環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的汽水混合物的氣泡比例增加，蒸發(fā)強度增加。由于熱慣性的原因，這種“虛假水位”沒有蒸汽流 量擾動下的“虛假水位”那樣嚴(yán)重。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 14 第 三 章 串級三沖量給水 系統(tǒng)的 信號校正與系統(tǒng)切換 鍋爐給水設(shè)備及管路連接 鍋爐給水管路連接是和機爐連接方式相適應(yīng)的，可分母管制與單元制兩類。 圖 31 母管制鍋爐給水系統(tǒng)示意圖 在圖 31中， 1 門是主給水調(diào)節(jié)閥， 2 門是備用主給水調(diào)節(jié)閥，這兩個閥門允許通過 100%負荷的給水量； 3 門是旁路給水調(diào)節(jié)閥，允許通過 25%~30%左右負荷的給水量。 另一類是單 元制給水系統(tǒng)，每臺單元機組都有自己獨立的給水管路系統(tǒng)。由于機組啟動階段還不能得到穩(wěn)定的氣源，汽動變速泵無法使用，故先用電動泵。為了保證泵的安全運行特性，通常也裝有再循環(huán)門和調(diào)節(jié)閥門。按參數(shù)變化范圍和要求的校正精度不同，可建立不同的數(shù)學(xué)模型，因而可設(shè)計出不同的自動校正方案。 圖 32 汽包水位測量系統(tǒng) bp 汽包壓力； H汽水連通管之間垂直距離，即最大變化范圍； h汽包水位高度； 1p ， 2p 夾在差壓變送器兩側(cè)的壓力； s? 飽和蒸汽的密度； G? 飽和水的密度； a? 汽包外平衡容器內(nèi)凝結(jié)水的密度 圖 32表示單元單容器平衡測量系統(tǒng)。而飽和水和飽和蒸汽的密度 G? 和 s? 均為汽包壓力 bp 的函數(shù)，即 )( )( bbsG basa pf pf?? ?? ?? ?? 由式（ 31）可以改寫成 )()( bb ba pf ppfh ??? （ 32） 按照式（ 32）可以設(shè)計出水位壓力自動校正線路，如圖 33所示。2 )()( 39。這種噴嘴基本上是按定壓運 行額定工況參數(shù)設(shè)計，在該參數(shù)下運行時，測量精度是較高的。 按式（ 34）可設(shè)計出過熱蒸汽流量信號的壓力，溫度自動校正線路如圖 35所示。 給水流量測量裝置切換系統(tǒng) 圖 36 給水流量信號溫度校正線路 給水流量測量信號的準(zhǔn)確性與壓力、溫度的校正精度有關(guān)，但主要取決于高、低負荷時流量的測量精度。旁路給水管路中的最大流量只有主給水管路流量的 30%左右，如果采用一個孔板測量給水流量，在低負荷時必然會產(chǎn)生較大的測量誤差。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 20 圖 37 給水管路系統(tǒng)示意圖 圖 38 給水流量信號運算回路 由于旁路給水管路中的實際流量為主給水管路的 1/4 左右，因 此測量旁路給水流量的變送器輸出信號要用乘法器乘以 的系數(shù)，以便使旁路給水流量信號與主給內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 21 水流量信號具有同樣的變化范圍。 由上式可以看出，當(dāng) 1?k 時， 1w = 2w ；當(dāng) 0?k 時， w = 1w ，這樣就實現(xiàn)了在低負荷時用旁路管路上的孔板 2 測量給水流量，高負荷時用主給水管路上的孔板 1測量給水量的要求，從而提高了 測量 精度。如果把圖 39中各個環(huán)節(jié)參數(shù)配合恰當(dāng)，則可以得到以下結(jié)果 ： kWkWW 21 )1( ??? （ 35） 圖 39 中用虛線框表示的部分，是一個比例限幅電路，通過恒流給定器 GH 輸出與大孔板測量信號 1m 比較，經(jīng)比例放大后，再限制其最大輸出值（ n=0～ 10），使k =0～ 1變化。由于選擇比例組件的放大倍數(shù)較大，比如為 20，此時，輸出將大于 10，經(jīng)限幅后，使 n =10V， 110?? nk 。在負荷變化時，大小閥門就需要進行無擾切換。 a 信號即為調(diào)節(jié)器的輸出信號，所以小閥回路中的控制信號即為 調(diào)節(jié)器的輸出信號，小閥處于工作狀態(tài)。這時，限速組件輸入為一個 10V的階躍信號，其 圖 310 大小調(diào)節(jié)閥無擾切換原理圖 輸出 b 變?yōu)樾逼滦盘?，?dāng)斜坡信號達到 10V 時， aac baU ????? 1010大，即大閥門逐漸開大，最后變?yōu)檎{(diào)節(jié)器的輸出信號，大閥門參與工作。 由于兩個閥門的流通量是不同的，所以兩個閥門的開關(guān)速度應(yīng)該是不同的，而流量應(yīng)該保持相等，這可以通過比例系數(shù)和偏置值進行調(diào)整。低負荷時，由于蒸汽參數(shù)低，負荷變化小，虛假水位現(xiàn)象不太嚴(yán)重，對維持水位恒定的要求 又 不高，所以允許采用單沖量給水控制系統(tǒng)。高負荷時采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)，其中 PI2 為主調(diào)節(jié)器，接受水位信號。當(dāng)單沖量系統(tǒng)運行時， 1C閉合， 3C 斷開。 當(dāng)三沖量系統(tǒng)運行時，要求 PI1 調(diào)節(jié)器的輸出跟蹤 PI3 調(diào)節(jié)器的輸出；單沖量系統(tǒng)運行時，要求 PI3 調(diào)節(jié)器的輸出跟蹤 PI1 調(diào)節(jié)器的輸出；主調(diào)節(jié)器 PI2 的輸出應(yīng)保證加法器 ? 的輸出跟蹤給水流量信號。通過該線路可使 B 跟隨 A 變化，使 B 總與 A 相等。由于閉環(huán)反饋回路中信號 B 是從比較器正端輸入的，所以在比較器環(huán)節(jié)中輸入輸出關(guān)系不變，而在積分環(huán)節(jié)中輸入輸出關(guān)系則有一負號，所以整個閉環(huán)回路是負反饋形式。 給水泵安全特性要求 給水 泵的安全工作區(qū)如圖 314 所示，圖中陰影區(qū)由泵的上、下限特性、最高轉(zhuǎn)速 maxn 和最低轉(zhuǎn)速 minn ，泵出口最高壓力 maxP 和最低壓力 minP 圍成。這就需要用改變上水通道阻力，即設(shè)置給水調(diào)節(jié)閥的方式，使 泵工作在安全區(qū)內(nèi)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 29 第四 章 串級 三沖量給水控制系統(tǒng) 的 設(shè)計 現(xiàn)代大型鍋爐的水位動態(tài)特性復(fù)雜，汽包存在著嚴(yán)重的“虛假水位”現(xiàn)象，為了保證給水系統(tǒng)的安全可靠，設(shè)計了許多不同類型的控制系統(tǒng)，但是 無論采用何種調(diào)節(jié)手段，汽包鍋爐的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)不外乎采用 以 下三種基本結(jié)構(gòu)：單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 、單級 三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 、 串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 。經(jīng)過一段時間，蒸發(fā)量和給水量的不 平衡逐漸使水位回升并超過正常值，這時調(diào)節(jié)器又接受水位高的信號去減小給水量。 在給水量產(chǎn)生擾動時，由于存在滯后，調(diào)節(jié)器不會及時 動作，當(dāng)水位偏差信號超過調(diào)節(jié)器的不靈敏區(qū)后調(diào)節(jié)器開始動作，改變給水調(diào)節(jié)閥門的開度，從閥門動作改變給水流量到水位發(fā)生變化又需要一 定時間 ， 不能及時克服給水流量變化帶來的影響 。控制器的這種控制作用是不及時的。這種控制方案 多 用于中、小型鍋爐的給水控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)與雙沖量給 水系統(tǒng)相比，多了一個流量反饋信號。 串級三沖量給水控制系統(tǒng) 和單級三沖量給水控制系統(tǒng)相比，有如下特點： 1． 兩個調(diào)節(jié)器任務(wù)不同，參數(shù)整定相對獨立。恰巧相反，在這里可以根據(jù)對象在外擾下虛假水位的嚴(yán)重程度來適當(dāng)加強蒸汽流量信號的作用強度，以 便在負荷變化時，使蒸汽流量信號能更好的 補償虛假水位的影響，從而改變蒸汽負荷擾動下的水位控制質(zhì)量 。 但是，串級三沖量給水控制系統(tǒng)在汽機甩負荷時，它 的過渡過程和響應(yīng)速度不如單級系統(tǒng)快。 汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)地作用是使鍋爐的給水量 自動適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)波動。 串級三沖量給 水 控制系統(tǒng)的工作原理 國產(chǎn) 300MW 火力發(fā)電機組大型汽包鍋爐的控制對象具有給水內(nèi)擾動 態(tài)特性延遲和慣性大的特點，且無自平衡能力，給水 控制系統(tǒng)若采用以水位為被調(diào)量的單回路系統(tǒng)，控制過程中水位將出現(xiàn)較大的動態(tài)偏差，給水流量波動較大，應(yīng)此，應(yīng)考慮采用三沖量給水控制系統(tǒng)方案。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 32 串級三沖量給水控制系統(tǒng)的原理圖如圖 42和所示。 副回路的作用主要為快速消除內(nèi)擾，主回路用于校正水位偏差，而前饋通路則用于補償外擾，主要用于克服虛假水位現(xiàn)象。調(diào)節(jié)器作為控制系統(tǒng)組成部分之一，其動態(tài)特性對控制過程有著很大的影響，因為對象的特性是不容易改變的。積分調(diào)節(jié)規(guī)律的特點就是消除穩(wěn)態(tài)偏差，實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，其控制作用體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的后期。然而在比例積分調(diào)節(jié)器中，積分作用的強弱要適當(dāng)， 過強的積分作用可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定，因為積分作用旨在消除偏差，但使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。因此對象在受到較小的擾動后，被調(diào)量變化量及變化速度都將很小，微分作用調(diào)節(jié)器同時由于自身動作的不靈敏 區(qū) 的存在而始終不動作 。 比例調(diào)節(jié)作用是最基本的調(diào)節(jié)作用，而積分和微分作用為輔助調(diào)節(jié)作用。 （ 3）主參數(shù)要求高，副參數(shù)亦有一定的要求，這時主、副調(diào)節(jié)器均采用比例積分形式。下面分別對它們進行參數(shù)整定。 調(diào)節(jié)器的比例帶 2? 和積分時間 2iT 都應(yīng)該取得很小，給水流量信號和蒸汽流量信號的 分壓系數(shù) Gn 、 Dn 一般均取為 1。 2222iiZGGTTKn??????? （ 42） 副回路的對象為 fK ，可近似為比例環(huán)節(jié)，所以調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時間都可以整定得很小，實際應(yīng)用中， ZK 、 G? 可通過試驗獲得；因此副回路也是整定 Gn/? 和2iT 的問題，一般也用試探法求得。 )()( )()( 11 sWnsH sGsW TGG HT ???? ?? 若： )11()()11(1)(11111sTnsWsTsWiGGHTIiT????????? 也是一個 PI 調(diào)節(jié)器。 圖 46 前饋通路等效圖 前饋通路中完全補償條件為： )()()(1)(1212 sW sWnsWnsWnDDGGDGGDDD ??? ???? )( )(12 sW sWnn DDD GGD ??? ?? （ 44） 若前饋通路的設(shè)計只考慮靜態(tài)補償，且 )(1 sWD 與 )(2 sWD 的靜態(tài)比值為一常數(shù) K ，則有： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 38 Knn D GGD ??? ?? 其中 K 是虛假水位現(xiàn)象決定的常數(shù)，虛假水位現(xiàn)象嚴(yán)重時， K 值大，反之 K 值小。因此，對控制系統(tǒng)的分析研究和自動化人員生產(chǎn)技能的培訓(xùn)只能在仿真控制系統(tǒng)上進行。利用 MATLAB軟件中 的 SIMULINK功能可對自動控制系統(tǒng)進行仿真研究，它的仿真結(jié)果將會對自動控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝調(diào)試和運行維護有著重要的指導(dǎo)意義。實踐證明，利用 MATLAB對自動控制系統(tǒng)進行仿真，具有安全、可靠、節(jié)省人力、物力和財力等優(yōu)點，它為加快大型火電機組熱工自動控制系統(tǒng)的調(diào)試速度，提高火電廠熱工自動控制系統(tǒng)的投入率，又提供了一個新的方法和手段。 主 回路的仿真 主回路的整定是建立在副回路可以等效為一個快速比例環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上的。 從主回路 SIMULINK 仿真圖可以看出， 雖然仿真曲線最終能達到穩(wěn)定 值 1， 但是并不理想， 這是因為 我們在整定主回路的時候把 等效副回路 )/(1 GGn? 中的 給 水流量信號 的 分壓系數(shù) Gn 的值取為了 ，所以下面用試探法修改參數(shù) Gn ，并進行仿真。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 44 圖 59 主回路 仿真圖 從 圖 59可知： 延遲時間 ：響應(yīng)曲線第一次到達其終值一半所需的時間 dt =25s 上升時間： 響應(yīng)從終值 10%上升到終值 90%所需 的時間 rt =40s 峰值時間：響應(yīng)超過其終值到達第一個峰值所需的時間 pt =77s 調(diào)節(jié)時間：響應(yīng)到達并保持在終值 %5? 內(nèi)所需的時間 st =300s 超調(diào)量：響應(yīng)的最大偏離量 )(pth 與終值 )(?h 的差 與終值 )(?h 比的百分數(shù)，即 ??