【正文】 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 43 參考文獻(xiàn) [1] 邊立秀 .熱工制系統(tǒng) .北京 .中國(guó)電力出版社 .2021： 113134 [2] 胡壽松 .自動(dòng)控制原理 .北京 .科技出版社 .2021： 214266 [3] 張玉鐸 ， 王滿稼 .熱工自動(dòng)控制系統(tǒng) .北京 .水利水電出版社 .1997： 111129 [4] 顧曉東 ， 徐耀文 .電廠熱工過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié) .北京 .電力工業(yè)出版社 .1981： 6690 [5] 劉吉臻 .協(xié)調(diào)控制與給水全程控制 .北京 .中國(guó)電力出版社 .1995： 8098 [6] 薛定宇 .控制系統(tǒng)計(jì) 算機(jī)輔助設(shè)計(jì) . 北京 .清華大學(xué)出版社 .1996： 6879 [7] 黃忠霖 .控制系統(tǒng) MATLAB 計(jì)算機(jī)仿真 .北京 .國(guó)防工業(yè)出版社 .2021： 85120 [8] 王加璇，姚文達(dá) .電廠熱力設(shè)備及其運(yùn)行 .北京 .中國(guó)電力出版社 .1997： 179191 [9] 吳永生 .熱工測(cè)量及儀表 .北京 .中國(guó)電力出版社 .1995： 222230 [10] 張法文 .直流爐單元機(jī)組自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) .北京 .水利電力出版社 .1986： 8392 [11] 涂健 .控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) .武漢 .華中理工大學(xué)出版社 .1985： 133145 [12] 陳學(xué)俊，陳聽(tīng)寬 .鍋爐原理 .北京 .機(jī)械工業(yè)出版社 .1991： 1845 [13] 陳哲 .現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ) .北京 .冶金工業(yè)出版社 .1987： 165183 [14] 戴文進(jìn)，章衛(wèi)國(guó) .自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)英語(yǔ) .武漢 .武漢理工大學(xué)出版社 .2021： 192198 [15] ’s Latest Supervisory and Control System for advanced Combined Cycle Power Plants. 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Katsuhiko ： 6894 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 44 謝 辭 大學(xué)四年的生活馬上就要結(jié)束了，在每一位任課老師的認(rèn)真栽培下，我們學(xué)會(huì)了很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)，使自己有一技之長(zhǎng)能夠立足于社會(huì)，在這里我要對(duì)他們說(shuō)聲謝謝！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大 學(xué)四年的最后一課，是給我們自己動(dòng)手的一次非常好的機(jī)會(huì)，我們每個(gè)人通過(guò)查閱資料，不僅學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)的方法，也拓展了我們的思維，對(duì)我們即將走向社會(huì)將是一次很好的鍛煉。由此可見(jiàn) ，串級(jí)三沖量系統(tǒng)比單級(jí)三沖量的工作更合理，控制品質(zhì)要好一些。另外，串級(jí)給水控制系統(tǒng)可視鍋爐動(dòng)態(tài)特性的不同而引入附加的導(dǎo)前沖量。 圖 334 給水流量擾動(dòng)下 仿真 曲線對(duì)比圖 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)和串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在蒸汽流量擾動(dòng)下的 仿真曲線對(duì)比圖如圖 335 所示，曲線 1 為單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在蒸汽流量擾動(dòng)下的仿真 曲線，曲線 2 為串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在蒸汽流量擾動(dòng)下的 仿真 曲線，可以很明顯的看出串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)對(duì) 蒸汽 流量擾動(dòng)的抵抗性更強(qiáng)。 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在給水流量擾動(dòng)下 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖及仿真圖如圖內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 36 328 和 329 所示，在給水流量的擾動(dòng)下，水位雖然有波動(dòng) ，但最大波動(dòng)也只是 ?? ，內(nèi)回路特性抵抗了給水流量的擾動(dòng)，使系統(tǒng)最后達(dá)到穩(wěn)定值 0mm。所以前饋裝置的傳遞函數(shù)選擇不受靜態(tài)特性無(wú)差條件的 限制，而可以根據(jù)鍋爐 “ 虛假水位 ” 的嚴(yán)重程度來(lái)確定，從而改善負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)控制過(guò)程的質(zhì)量。由于內(nèi)回路快速隨動(dòng)，故副調(diào)節(jié)器也可用純比例型調(diào)節(jié)器，所以副回路可看作一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)。下面具體分析單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在給水流量擾動(dòng)和蒸汽流量擾動(dòng)下的抗干擾性能。 廣義調(diào)節(jié)對(duì)象是一個(gè)近似的比例環(huán)節(jié)，因此調(diào)節(jié)器的比例帶和積分時(shí)間都可以取得很小，它們的具體值可以通過(guò)試探法來(lái)決定，以保證內(nèi)回路不振蕩為目的。 由式（ 38）可得量的關(guān)系 ： GGDD nKn ?? ? 在負(fù)荷開(kāi)始變化時(shí)，為使蒸汽流量信號(hào)更好地補(bǔ)償虛假水位現(xiàn)象，改善負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)過(guò)程的質(zhì)量，一般使蒸汽流量信號(hào)大大高于給水流量信號(hào)，即令 1?K 。它的示意圖如圖 35 所示，其中 )/(1 GGn? 為等效副回路。 圖 34 副回路等效圖 把調(diào)節(jié)閥和普通管道系統(tǒng)作為被調(diào)對(duì)象，則作為 fK 以外的環(huán)節(jié)都作為等效調(diào)節(jié)器。 綜上 所述， 可以得出前饋 — 反饋三沖量給水控制系統(tǒng)的整定步驟： 按照迅速消除內(nèi)擾、穩(wěn)定給水量的要求用試湊法整定內(nèi)回路 PI 調(diào)節(jié)器的比例帶 / Gn? 的值和積分時(shí)間 iT 的值。 圖 32 主回路等效圖 圖 32 中 )(1 GGn? 為快速副回路的等效環(huán)節(jié)，把 )(1sWD 和 H? 看作一個(gè)等效調(diào)節(jié)器內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 所控制的對(duì)象，則 )(1 sWGVsW DHHD ???? ）（內(nèi) 而 內(nèi)W ( ) 1/( )GGsn?? 則是一個(gè)常數(shù)，這是一個(gè)等效比例調(diào)節(jié)器，其比例帶 *外? GGn?? 。應(yīng)將副回路處理為具有近似比例特性的快速隨動(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。 串級(jí)控制系統(tǒng)中，主調(diào)節(jié)器和副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同，對(duì)于它們的選型即控制規(guī)律的選擇也有不同考慮。一般應(yīng)使副回路的頻率比主回路的頻率高的多，當(dāng)副回路的時(shí)間常數(shù)加在一起超過(guò)了主回路時(shí)，采用串級(jí)控制就沒(méi)有什么效果了。副回路應(yīng)該把生產(chǎn)系統(tǒng)的主要干擾包括在內(nèi)，應(yīng)力求把變化幅度最大、最劇烈和最頻繁的干擾包括在副回路內(nèi)，以充分發(fā)揮副回路改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的 作用，保證主參數(shù)的穩(wěn)定。 在負(fù)荷變化時(shí)，水位靜態(tài)值是靠主調(diào)節(jié)器來(lái)維持的，并不要求進(jìn)入副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度按所謂 “ 靜態(tài)對(duì)比 ” 來(lái)進(jìn)行整定。按一定控制品質(zhì)指標(biāo)整定的調(diào)節(jié)器參數(shù)只適應(yīng)于工作點(diǎn)附近的一個(gè)小范圍。副調(diào)節(jié)器為保證副回路的 快速性可采用比例積分或比例調(diào)節(jié)器 ， 能消除給水流量的自發(fā)擾動(dòng) ， 當(dāng)蒸汽負(fù)荷改變時(shí)迅速調(diào)節(jié)給水流量 ， 保證給水流量和蒸汽流量的平衡。 這個(gè)系 統(tǒng)有三個(gè)回路， 為 副回路 、 主回路 和 前饋通路 。無(wú)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。 所謂單回路控制系統(tǒng)，通常是指一個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)控制器、一個(gè)執(zhí)行器和一個(gè)被控對(duì)象所構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，也稱(chēng)為簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。在負(fù)荷變化時(shí)，由于產(chǎn)生 “ 虛假水位 ” 現(xiàn)象，水位將迅速變化，這個(gè)水 位暫時(shí)變化的幅度是不能靠控制給水量來(lái)減少的。水位實(shí)際變化曲線是 H1和 H2之和 H。當(dāng)給水流量突然增加后給水流量雖然大于蒸發(fā)量，但由于給水溫度低于汽包內(nèi)飽和水的溫度，給水吸收了原有飽和水中的部分熱量使水面下汽泡 容積減小，所以擾動(dòng)初期水位不會(huì)立即升高。只有給水量等于蒸發(fā)量，即蒸發(fā)設(shè)備中保持物質(zhì)平衡時(shí)，水位才能保持穩(wěn)定。 汽包水位 H是汽包中儲(chǔ)水量和水面下汽包容積的綜合反映 ， 不僅受汽包儲(chǔ)水量變化的影響，還受汽水混合 物中汽包容積變化的影響。 把擾動(dòng)量即水位變化量轉(zhuǎn)變成用相對(duì)量表示的水位變化范圍，通常的水位允許變化范圍為 ? 200mm ，這個(gè)范圍擾動(dòng)量的相對(duì)極限值為 100%。 ?? 令 39。 給水控制的動(dòng)態(tài)特性 汽包鍋爐給水控制對(duì)象的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 12所示。汽包出口蒸汽中水分過(guò)多，也會(huì)使過(guò)熱器溫度產(chǎn)生急劇變化，直接影響機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。補(bǔ)給水進(jìn)入除氧器，同凝結(jié)水一塊由給水泵打入鍋爐。在汽輪機(jī)中，蒸汽不斷膨脹，高速流動(dòng)，沖擊汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，以額定轉(zhuǎn)速（ 3000r/min）旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)與汽輪機(jī)同軸的發(fā)電機(jī)發(fā)電。如果在直流鍋爐的啟動(dòng)回路中加入循環(huán)泵，則可以形成復(fù)合循環(huán)鍋爐。 控制循環(huán)鍋爐 在循環(huán)回路中加裝循環(huán)水 泵，就可以增加工質(zhì)的流動(dòng)推動(dòng)力，形成控制循環(huán)鍋爐。 自然循環(huán)鍋爐 給水經(jīng)給水泵升壓后進(jìn)入省煤器，受熱后進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)。 鍋爐本體實(shí)際上就是一個(gè)龐大的熱交換器，由 “ 鍋 ” 和 “ 爐 ” 兩部分組成 的，鍋爐的輔助設(shè)備主要包括供給空氣的送風(fēng)機(jī)、排除煙氣的引風(fēng)機(jī)、煤粉制備系統(tǒng)以及除渣、除塵設(shè)備等。 單元機(jī)組監(jiān)控智能化是熱工自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展方向單元機(jī)組 DCS 的普及應(yīng)用，使得機(jī)組的監(jiān)控面貌煥然一新，但是它的監(jiān)控智能化程度在電力行業(yè)卻沒(méi)有多大提高。 早期的自動(dòng)控制系統(tǒng)因熱力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量小，對(duì)控制系統(tǒng)要求也不高，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，因此只需對(duì)給水、汽溫、汽壓和汽機(jī)的轉(zhuǎn)速作簡(jiǎn)單的控制即可。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 第一章 概述 發(fā)電廠概述 電能由于其固有的優(yōu)點(diǎn)而成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域最廣泛使用的能源，從而成為人類(lèi)社會(huì)生產(chǎn)和生活中時(shí)刻不能離開(kāi)的二次能源，電力已經(jīng)深入到社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，一個(gè)國(guó)家的電氣化程度已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志。因此，汽包水位是影響整個(gè) 機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素，所以就要有一套較好的控制方案，來(lái)實(shí)現(xiàn)汽包水位的控制。生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化是保證生產(chǎn)穩(wěn)定、降低成本、改善勞動(dòng)條件、促進(jìn)文明生產(chǎn)、保證生產(chǎn)安全和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段，是 20世紀(jì)科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步的特征，是工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。而且，鹽垢會(huì)引起傳熱惡化，經(jīng)濟(jì)性下降。但由于單級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求蒸汽流量和給水流量信號(hào)在穩(wěn)態(tài)時(shí)必須相等，否則汽包水位存在靜態(tài)偏差，而且由于測(cè)量裝置及變送器的誤差等因素的影響，實(shí)際上現(xiàn)場(chǎng)這兩個(gè)信號(hào)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，經(jīng)常難以做到完全相等，而且單級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)一個(gè)調(diào)節(jié)器參數(shù)整定需兼顧的因素多 ， 因此單級(jí)三沖量事實(shí)上一般也難以采用。熱力發(fā)電廠包括燃化石燃料（煤、油、氣）的火力發(fā)電廠與使用核燃料的核動(dòng)力電廠。對(duì)故障信息的研究和充分利用是發(fā)掘熱工故障診斷與故障預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用，為熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供了不斷拓展的空間。 隨著國(guó)家法律對(duì)環(huán)保日 益嚴(yán)格的要求和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)熱工系統(tǒng)將圍繞 “ 節(jié)能增效 、 可持續(xù)發(fā)展 ” 的主題，向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、透明化和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展，新的測(cè)量控制原理和方法不斷得以應(yīng)用，將使機(jī)組的運(yùn)行操作和故障處理 ，像操作普通計(jì)算機(jī)一樣方便。 輔助設(shè)備包括 送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)、磨煤機(jī)、排粉機(jī)、除塵器及煙囪等 ??8 。在自然循環(huán)中，每千克水每循環(huán)一次只有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝蛘哒f(shuō)每千克水要循環(huán)幾次才能完全汽化，循環(huán)水量大于生成的蒸汽量。汽包內(nèi)的大容積能保證汽和水的良好分離 ， 但是汽包鍋爐只適用于臨界壓力以下的鍋爐。上述為汽水系統(tǒng)。凝汽器下部所凝結(jié)的水由凝結(jié)水泵升壓后進(jìn)入低壓加熱器和除氧器，提高水溫并除去水中的氧（以防止腐蝕爐管等），再由給水泵進(jìn)一步升壓，然后進(jìn)入高壓加熱 器，回到鍋爐，完成 水 — 蒸汽 — 水的循環(huán)。汽包水位是鍋 爐運(yùn)行中的一個(gè)重要的監(jiān)控參數(shù)。350mm 保持穩(wěn)定的給水量。 ????? ?? （ 11） 將式（ 11）進(jìn)一步變換得 DGdtdHA ??? )( 39。? — 蒸汽密度， t / 3m 或 kg / 3cm 。m a xm a xm a xm a x??? ???????? DC （ 15） 式 中 ： maxD — 鍋爐最大的蒸發(fā)量； maxH? — 水位變化允許的最大范圍 。當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，如果給水量不變或增加 不及時(shí)，則蒸發(fā)設(shè)備中的水量逐漸被消耗，其最終結(jié)果將使汽包水位下降；反之，其最終結(jié)果將使汽包水位上升。 給水流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性 給水流量是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)所改變的控制量，給水流量擾動(dòng)是來(lái)自控制側(cè)的擾動(dòng)，又稱(chēng)內(nèi)擾。 圖 14 給水量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線 其擾動(dòng)傳遞函數(shù)方框圖如圖 15 所示，可近似認(rèn)為是一個(gè)積分環(huán)節(jié)和一個(gè)慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)或串聯(lián)的兩種形式。為了維持水位在允許的范圍內(nèi)，運(yùn)行中應(yīng)對(duì)負(fù)荷的一次變動(dòng)量及負(fù)荷變化速度加以限制。因此，對(duì)給水內(nèi)擾動(dòng)態(tài)特性遲延和慣性大的鍋爐應(yīng)考慮采用串級(jí)或其他控制方案 ， 或者由于對(duì)象在蒸汽員荷擾動(dòng)（外擾）時(shí)，有 “ 虛假水位 ” 現(xiàn)象。當(dāng)負(fù)荷變化而出現(xiàn) “ 虛假水位 ” 時(shí)，由于采用 “ 虛假水 位 ” 現(xiàn)象而使給水量與負(fù)荷相反方向變化的趨勢(shì)。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(guò)程?？刂葡到y(tǒng)由 2個(gè)閉合 回路及 前饋調(diào)節(jié)部分組成。 由于副口路的存在，串級(jí)系統(tǒng)有一定的自適應(yīng)能力。 串級(jí)三沖量系統(tǒng) 有如下特點(diǎn)： 兩個(gè)調(diào)節(jié)器任務(wù)不同，參數(shù)整定相對(duì)獨(dú)立。