【正文】 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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 28 第三級(jí)。 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(cè)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)。在介紹 DCS 之前，先對(duì)以下模件進(jìn)行簡(jiǎn)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(jí)計(jì)算機(jī)的一部分工作，對(duì)信號(hào)進(jìn)行必要的處理。 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(jiǎn)化給水系統(tǒng)圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（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(cè)，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(cè)、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(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)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。鍋爐點(diǎn)火前的上水和低負(fù)荷階段。 控制給水的手段 ?電動(dòng)定速給水泵 +調(diào)節(jié)閥 對(duì)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(duì)汽包水位進(jìn)行調(diào)節(jié)，其簡(jiǎn)化給水系統(tǒng)圖如圖 所示。 對(duì)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(jí)控制的控制質(zhì)量、調(diào)試整定比較方便 ,因此采用串級(jí)三沖量給水控制系統(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(duì)主、副回路的工作產(chǎn)生影響 ,但它們?cè)谙到y(tǒng)中的作用卻比在單級(jí)系統(tǒng)中小得多。 ㈡ 副回路的分析和整定 根據(jù)串級(jí)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。由 ? ? ? ? 01 ??????????? SWSW ODOWWWDD ???? (24) 得到 ? ? ? ?? ?????????? SW SWSWDDWWD00???? (25) 由此可見(jiàn) ,前饋環(huán)節(jié)不是一個(gè)簡(jiǎn)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。 ③ 主回路的分析和整定 在內(nèi)回路經(jīng) 過(guò)整定之后 , 其控制過(guò)程是非?？斓?。 單級(jí)三沖量和串級(jí)三沖量汽包水位控制系統(tǒng)的分析和整定 [5] 單級(jí)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(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)自控原理框圖如圖 所示。即再加一個(gè)給水流量的沖量 c,使它與液位信號(hào)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)。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(méi)有蒸汽流量擾動(dòng)下的那樣嚴(yán)重。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(wú)自平衡對(duì)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(guò)程如圖中曲線 H2所示。給水控制對(duì)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。 ㈧ 按鍋爐布置形式分類，鍋爐縱置式鍋爐、鍋爐橫置式鍋爐。）、電站鍋爐（用于發(fā)電，為高參數(shù)、大容量鍋爐，我國(guó)現(xiàn)行電站鍋爐標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，容量系列中，最大容量鍋爐的額定蒸發(fā)量為 2020t/h,其發(fā)電量功率為 600MW。排污系統(tǒng)的作用是將鍋水中沉渣和鹽分雜排除掉，使鍋水符合鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，排污系統(tǒng)設(shè)備包括排污管、附件、連續(xù)排污膨脹器、定期排污膨脹器、排污降溫池等。燃料的儲(chǔ)存設(shè)備包 括煤場(chǎng)、原煤倉(cāng)、煤粉倉(cāng)、貯油罐、工作油箱等。鍋爐是發(fā)電廠最重要的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備之一。在現(xiàn)代大型汽輪機(jī)組中都采用這種給水回?zé)嵫h(huán)。下面具體介紹燃燒系統(tǒng)，汽水系統(tǒng)。勵(lì)磁機(jī)發(fā)出的直流電送至發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈中，使轉(zhuǎn)子成為電磁鐵，周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。部分水在冷壁中被加熱沸騰后汽化成水蒸汽，這些飽和蒸汽由汽包上部流出進(jìn)入過(guò)熱器中。磨碎的煤粉由熱空氣攜帶經(jīng)排粉風(fēng)機(jī)送入鍋爐的爐膛內(nèi)燃燒。生產(chǎn)工藝示意圖如圖 所示。但是，由于其 I/O 信號(hào)采用傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)，因此，它無(wú)法在 DCS 的工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表 (變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等 )進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。節(jié)省電纜，并為主廠房模塊化設(shè)計(jì)、安裝、縮短工期，以及主廠房合理布局創(chuàng)造條件。 ? 輔助車間監(jiān)控系統(tǒng) 一個(gè)火電廠有 十 幾個(gè)輔助車間，國(guó)外已有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集中到 1 個(gè)控制室進(jìn)行集中控制的做法。 熱電廠發(fā)展趨勢(shì) 在本世紀(jì)最后 十幾 年左右的時(shí)間里，我國(guó) 熱 電廠自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用 和 發(fā)展，盡管經(jīng)歷內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 2 過(guò)挫折和重重困難，但仍以前所未有的速度發(fā)展。 1882 年，中國(guó)在上海建成一座裝有 1 臺(tái) 12KW 直流發(fā)電機(jī)的火電廠， 這是中國(guó)第一座火電廠。按燃料的類別可分為燃煤火電廠、燃油火電廠和燃?xì)饣痣姀S等。而鍋爐在發(fā)電等工業(yè) 生產(chǎn)過(guò)程中是必不可少的重要的動(dòng)力設(shè)備，因此， 鍋爐 生產(chǎn)過(guò)程 中 的各個(gè)主要參數(shù)必須嚴(yán)格控制。按服務(wù)規(guī)?？煞譃閰^(qū)域性火電廠、地方性火電廠以及流動(dòng)性列車電站。全國(guó) 220 千伏及以上輸電線路回路長(zhǎng)度達(dá)到 萬(wàn)公里， 220 千伏及以上變電設(shè)備容量達(dá)到 98131 萬(wàn)千伏安。 ? 廠級(jí)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化系統(tǒng) (簡(jiǎn)稱廠級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng) ) 由廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng) (Supervisory information system in plant level,簡(jiǎn)寫(xiě) SIS)和廠級(jí)管理信息系統(tǒng) (Management information system in plant level,簡(jiǎn)寫(xiě) MIS)組成。輔助車間網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到上層網(wǎng) ——廠級(jí) SIS 網(wǎng)，不連接到單元機(jī)組 DCS 網(wǎng)，再將信息引到 SIS 網(wǎng)的做法，因?yàn)檫@樣增加了 DCS 負(fù)荷，降低了單元機(jī)組監(jiān)控可靠性，很難處 理單元機(jī)組公用車間運(yùn)行管理不同的矛盾，而且單元機(jī)組對(duì)大量輔助車間信息也沒(méi)有需要。首先，單元機(jī)組各個(gè)控制系統(tǒng)間有著千絲萬(wàn)縷的信號(hào)聯(lián)系，一對(duì)控制器故障，往往會(huì)導(dǎo)致另一對(duì)控制器因沒(méi)有正確的聯(lián)系信號(hào)而不能正常工作，甚至誤動(dòng)；其次，由于目前大多沒(méi)有常規(guī)后備監(jiān)控設(shè)備，因此，對(duì)于大部分重要控制器，只要其中一對(duì)控制器故障，可能就要被迫停機(jī)，而過(guò)多的控制器實(shí)際上反而增加了故障停機(jī)的概率；再次，目前控制器容量和速度均大大提高，多個(gè)相互聯(lián)系密切的控制系統(tǒng)集中在一對(duì)控制器中，反而因內(nèi)部信息交換方便而提高可靠性。輔 助 車間實(shí)現(xiàn)高度集中控制： (1) 提高可控性，并集中解決好某些特殊檢測(cè)問(wèn)題，使設(shè)計(jì)的順序控制得以可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)在當(dāng)?shù)鼗緹o(wú)人值班； (2) 配置好輔助 車間的計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)若干輔助車間遠(yuǎn)方集中監(jiān)控 。前者僅向用戶供應(yīng)電能，而熱電廠除供給用戶電量外，還向熱用戶供應(yīng)蒸汽和熱水，即所謂的 “ 熱電聯(lián)合生產(chǎn) ” 。燃煤燃盡的灰渣落入爐膛下面的渣斗內(nèi)，與從除塵器分離出的細(xì)灰內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 5 一起用 水沖至灰漿泵房?jī)?nèi)，再由灰漿泵送至灰場(chǎng)。具有熱勢(shì)能的過(guò)熱蒸汽經(jīng)管道引入汽輪機(jī)后，便將熱勢(shì)能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能。電能經(jīng)變壓器將電壓升壓后，由輸電線送至電用戶。而煙氣經(jīng)過(guò)電除塵脫出粉塵再將煙氣送至脫硫裝置，通過(guò)石漿噴淋脫出流的氣體經(jīng)過(guò)吸風(fēng)機(jī)送到煙筒排人天空。凝結(jié)水集中在凝汽器下部由凝結(jié)水泵打至低壓加熱再經(jīng)過(guò)除氧氣除氧，給水泵將預(yù)加熱除氧后的水送至高壓加熱器，經(jīng)過(guò)加熱后的熱水打入鍋爐，再過(guò)熱器中把水已經(jīng)加熱到過(guò)熱的蒸汽，送至汽輪機(jī)作功，這樣周而復(fù)始不斷的作功。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工藝過(guò)程中也都離不開(kāi)蒸汽，供熱通風(fēng)，空氣調(diào)節(jié)工程以及生活熱水供應(yīng)所需要的熱能也都是來(lái)自于高溫?zé)崴蛘羝? ② 送、引風(fēng)設(shè)備：送、引風(fēng)設(shè)備的作用是給爐子送入燃燒所需要的空氣或給磨煤機(jī)系統(tǒng)輸送熱空氣干燥劑，并從爐膛內(nèi)引出燃燒產(chǎn)物 —— 煙氣，以保證鍋爐正常燃燒。 ⑤ 煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)備：煙氣凈化系統(tǒng)包括煙氣的除塵、脫硫、脫硝設(shè)備，它們的作用是除去鍋爐煙氣中夾帶的固體的微粒 —— 飛灰和氮氧化物等有害物質(zhì)，改善大氣環(huán)境。 ㈢ 按所用燃料或能源分類，燃煤鍋爐、燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、混合燃料鍋爐、廢料鍋爐、余熱鍋爐、其他能源鍋爐。汽包水位過(guò)低，由于鍋爐的蒸汽量大，汽包容積相對(duì)較小，水的汽化速度很快，如果控制不及時(shí)，不能給汽包及時(shí)補(bǔ)水，汽包內(nèi)的水很快就會(huì)蒸發(fā)光而導(dǎo)致干鍋，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起鍋爐爆炸。當(dāng)水面下汽泡容積不再變化時(shí) ,水位才開(kāi)始逐漸上升。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 12 t HtH 1HDH 2 圖 蒸汽流量擾動(dòng)下水位的階躍反應(yīng)曲線 ㈢ 爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性 爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位的階躍反應(yīng)曲線如圖 所示。其中調(diào)節(jié)閥為氣關(guān)閥 ,液位調(diào)節(jié)器采用正作用 ,調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)在加法器內(nèi)與蒸汽流量信號(hào)相減。實(shí)質(zhì)上三沖量控制系統(tǒng)是前饋加反饋控制 系統(tǒng) ,可分為單級(jí)和串級(jí)兩種控制系統(tǒng)。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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 18 圖 單 級(jí)三沖量給水控制的主回路等效圖 根據(jù)以上的分析 ,在整定主回路時(shí) ,應(yīng)用試驗(yàn)方法求得到對(duì)象的階躍響應(yīng)曲 線。如果要求在不同負(fù)荷時(shí) ,水位的穩(wěn)定值不變 ,則 WWDD ???? ? （ 26） 一般蒸汽流量變送設(shè)備的斜率 D? 等于給水流量變送設(shè)備的斜率 W? ,則 WD ?? ? （ 27） 即蒸汽流量前饋裝置的傳遞系數(shù) (蒸汽流量信號(hào)的靈敏度 ) D? 等于給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù) W? 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 21 ㈢ 主回路的分析和整定 在主回路中 ,如果把副回路近似看作比例環(huán)節(jié) , 則主回路的等效方框圖如圖 所示。因此 ,調(diào)整 *1? 并不會(huì)影響到副回路的工作穩(wěn)定性 ,從而做到主、副回路互不影響 , 即副回路的穩(wěn)定性由改變 W?來(lái)保證 , 主回路的穩(wěn)定性由改變 1? 來(lái)保證。在一般的情況下 ,副調(diào)節(jié)器可采用比例調(diào)節(jié)器 ,以保證副回路的快速性?？刂破弧? 至 省 煤 器上 水 調(diào) 節(jié) 閥 上 水 截 止 閥旁 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 A電 動(dòng) 調(diào) 速 泵 B從除氧器萊 圖 電動(dòng)調(diào)速閥 +調(diào)節(jié)閥的簡(jiǎn)化給水系統(tǒng)圖 ? 汽動(dòng)給水泵 +電動(dòng)調(diào)速泵 +調(diào)節(jié)閥 300MW 及以上機(jī)組采用這種控制方式。系統(tǒng)與系統(tǒng)間，系統(tǒng)與它的子系統(tǒng)間緊密聯(lián)系，運(yùn)行中互相影響，機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行決定于各系統(tǒng)，各系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)配合。 ? 控制策略：又稱控制方案或控制算法，指根據(jù)被控對(duì)象的特性，微處理器中執(zhí)行控制任務(wù)的有關(guān)程序軟件。通常把 DCS分為 4 級(jí)，如圖 所示， 現(xiàn) 場(chǎng) 被 控 設(shè) 備 群過(guò) 程 控 制 級(jí)控 制 管 理 級(jí)生 產(chǎn) 管 理 級(jí)經(jīng) 營(yíng) 管 理 級(jí)第 1 級(jí)第 2 級(jí)第 3 級(jí)第 4 級(jí) 圖 DCS的功能 分級(jí) 各級(jí)的作用是： 第一級(jí)。經(jīng)營(yíng)管理級(jí)，實(shí)現(xiàn)全廠辦公自動(dòng)化，擔(dān)負(fù)全廠的管理工作 。再輸出到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成控制作用。 工程師站（ EWS） 是一個(gè)以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的工具性設(shè)備，是 DCS 通信環(huán)路上的重要設(shè)備之一，它能直接或遠(yuǎn)距離地訪問(wèn)過(guò)程控制系統(tǒng)。運(yùn)行組態(tài)的控制方案，執(zhí)行對(duì)過(guò)程的控制策略，完成從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各種控制。 分散控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 熱電廠的熱工監(jiān)控經(jīng)歷了單元組合式、組件組裝式、模件組裝式、計(jì)算機(jī)集中控制、分散控制系統(tǒng)等發(fā)展 階段，與其他的熱工監(jiān)控系統(tǒng)相比，分散控制系統(tǒng)除了控制功能分散、顯示管理集中的特點(diǎn)外，主要有四方面的特點(diǎn)： ? 硬件的積木化結(jié)構(gòu) DCS 是以 “ 模件化 ” 為設(shè)計(jì)方法專門生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)件和不同功能的標(biāo)準(zhǔn)化模件。其前面板裝有 LED狀態(tài)顯示燈，利用狀態(tài)顯示燈發(fā)光的不同組合，反映模件的工作狀態(tài)和故障類型。功能軟件模塊是指具有明確的一種或幾種基本的控制功能且能獨(dú)立運(yùn)行的程序段。數(shù)據(jù)采集及處理是 DCS 的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)之一，它的功能包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的刷新和存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和檢索、顯示、記錄報(bào)表以及性能計(jì)算。機(jī)柜用來(lái)支持站內(nèi)其他部件的安裝，并對(duì)站內(nèi)