【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 說明書（畢業(yè) 論文 ） 28 第三級。 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)，全面融合計算機技術(shù)、測量控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機接口技術(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，先對以下模件進行簡單介紹： ? 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)上一級計算機的一部分工作，對信號進行必要的處理。 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 調(diào) 速 泵氣 動 給 水 泵 A從除氧器萊氣 動 給 水 泵 B 圖 汽 動泵 +電動調(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 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 熱電廠的各運行設(shè)備必須進行在線狀態(tài)的監(jiān)測，而且熱電廠的自動化系統(tǒng)應(yīng)具備一定的故障預(yù)測、判斷、保護、處理、追憶與分析等功能，先進的計算機分散控制系統(tǒng)可以對整個生產(chǎn)過程進行控制和自動調(diào)節(jié)，根據(jù)不同情況協(xié)調(diào)各設(shè)備的工作狀況，使整個電廠的自動化水平達到了新的高度。鍋爐點火前的上水和低負荷階段。 控制給水的手段 ?電動定速給水泵 +調(diào)節(jié)閥 對于 20 世紀(jì) 70 年代投產(chǎn)的 200MW 單元機組，普遍采用電動定速給水泵 +調(diào)節(jié)閥的控制方式對汽包水位進行調(diào)節(jié)，其簡化給水系統(tǒng)圖如圖 所示。 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)。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。 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 ,前饋環(huán)節(jié)不是一個簡單的比例環(huán)節(jié) , 而是一個復(fù)雜的動態(tài)環(huán)節(jié) , 要從物理上實現(xiàn)式 (5) 所表征的動態(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) 過整定之后 , 其控制過程是非?？斓?。 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。即再加一個給水流量的沖量 c,使它與液位信號的作用方向一致 ,這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于引進了液位、給水流量及蒸汽流量三個參數(shù) ,叫做三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所以在燃料量擾動下 ,汽包水位也會出現(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下的那樣嚴(yán)重。當(dāng)蒸汽流量突然增加 (假定供熱量及時跟上 )時 ,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 ,又因為汽包是無自平衡對象 ,所以水位變化曲線應(yīng)如圖中曲線 H1 所示 ,實際上當(dāng)蒸發(fā)量突然增加時 ,在汽水循環(huán)系統(tǒng)中蒸發(fā)強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。給水控制對象的動態(tài)特性是指上述水位變化的各種擾動與汽包水位的動態(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。燃料的儲存設(shè)備包 括煤場、原煤倉、煤粉倉、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)。勵磁機發(fā)出的直流電送至發(fā)電機的轉(zhuǎn)子線圈中，使轉(zhuǎn)子成為電磁鐵，周圍產(chǎn)生磁場。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入過熱器中。磨碎的煤粉由熱空氣攜帶經(jīng)排粉風(fēng)機送入鍋爐的爐膛內(nèi)燃燒。生產(chǎn)工藝示意圖如圖 所示。但是，由于其 I/O 信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，因此，它無法在 DCS 的工程師站上對現(xiàn)場儀表 (變送器、執(zhí)行機構(gòu)等 )進行遠方診斷、維護和組態(tài)。節(jié)省電纜，并為主廠房模塊化設(shè)計、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) 一個火電廠有 十 幾個輔助車間，國外已有通過網(wǎng)絡(luò)集中到 1 個控制室進行集中控制的做法。 熱電廠發(fā)展趨勢 在本世紀(jì)最后 十幾 年左右的時間里，我國 熱 電廠自動化技術(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 說明書（畢業(yè) 論文 ） 2 過挫折和重重困難，但仍以前所未有的速度發(fā)展。 1882 年，中國在上海建成一座裝有 1 臺 12KW 直流發(fā)電機的火電廠， 這是中國第一座火電廠。按燃料的類別可分為燃煤火電廠、燃油火電廠和燃氣火電廠等。而鍋爐在發(fā)電等工業(yè) 生產(chǎn)過程中是必不可少的重要的動力設(shè)備，因此， 鍋爐 生產(chǎn)過程 中 的各個主要參數(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性列車電站。全國 220 千伏及以上輸電線路回路長度達到 萬公里， 220 千伏及以上變電設(shè)備容量達到 98131 萬千伏安。 ? 廠級生產(chǎn)過程自動化和管理現(xiàn)代化系統(tǒng) (簡稱廠級自動化系統(tǒng) ) 由廠級監(jiān)控信息系統(tǒng) (Supervisory information system in plant level,簡寫 SIS)和廠級管理信息系統(tǒng) (Management information system in plant level,簡寫 MIS)組成。輔助車間網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)連接到上層網(wǎng) ——廠級 SIS 網(wǎng)，不連接到單元機組 DCS 網(wǎng)，再將信息引到 SIS 網(wǎng)的做法，因為這樣增加了 DCS 負荷，降低了單元機組監(jiān)控可靠性，很難處 理單元機組公用車間運行管理不同的矛盾，而且單元機組對大量輔助車間信息也沒有需要。首先，單元機組各個控制系統(tǒng)間有著千絲萬縷的信號聯(lián)系，一對控制器故障，往往會導(dǎo)致另一對控制器因沒有正確的聯(lián)系信號而不能正常工作，甚至誤動；其次，由于目前大多沒有常規(guī)后備監(jiān)控設(shè)備，因此，對于大部分重要控制器，只要其中一對控制器故障，可能就要被迫停機，而過多的控制器實際上反而增加了故障停機的概率；再次，目前控制器容量和速度均大大提高，多個相互聯(lián)系密切的控制系統(tǒng)集中在一對控制器中，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問題，使設(shè)計的順序控制得以可靠運行，實現(xiàn)在當(dāng)?shù)鼗緹o人值班； (2) 配置好輔助 車間的計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)若干輔助車間遠方集中監(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灰內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5 一起用 水沖至灰漿泵房內(nèi)，再由灰漿泵送至灰場。具有熱勢能的過熱蒸汽經(jīng)管道引入汽輪機后，便將熱勢能轉(zhuǎn)變成動能。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)過電除塵脫出粉塵再將煙氣送至脫硫裝置，通過石漿噴淋脫出流的氣體經(jīng)過吸風(fēng)機送到煙筒排人天空。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)過加熱后的熱水打入鍋爐，再過熱器中把水已經(jīng)加熱到過熱的蒸汽，送至汽輪機作功，這樣周而復(fù)始不斷的作功。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工藝過程中也都離不開蒸汽，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、燃氣鍋爐、混合燃料鍋爐、廢料鍋爐、余熱鍋爐、其他能源鍋爐。汽包水位過低，由于鍋爐的蒸汽量大，汽包容積相對較小，水的汽化速度很快，如果控制不及時，不能給汽包及時補水，汽包內(nèi)的水很快就會蒸發(fā)光而導(dǎo)致干鍋，嚴(yán)重時會引起鍋爐爆炸。當(dāng)水面下汽泡容積不再變化時 ,水位才開始逐漸上升。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 12 t HtH 1HDH 2 圖 蒸汽流量擾動下水位的階躍反應(yīng)曲線 ㈢ 爐膛熱負荷擾動下水位的動態(tài)特性 爐膛熱負荷擾動下水位的階躍反應(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)器輸出信號在加法器內(nèi)與蒸汽流量信號相減。實質(zhì)上三沖量控制系統(tǒng)是前饋加反饋控制 系統(tǒng) ,可分為單級和串級兩種控制系統(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 說明書（畢業(yè) 論文 ） 18 圖 單 級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 ,應(yīng)用試驗方法求得到對象的階躍響應(yīng)曲 線。如果要求在不同負荷時 ,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 說明書（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?來保證 , 主回路的穩(wěn)定性由改變 1? 來保證。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?。 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 調(diào) 速 泵 A電 動 調(diào) 速 泵 B從除氧器萊 圖 電動調(diào)速閥 +調(diào)節(jié)閥的簡化給水系統(tǒng)圖 ? 汽動給水泵 +電動調(diào)速泵 +調(diào)節(jié)閥 300MW 及以上機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，運行中互相影響，機組的安全經(jīng)濟運行決定于各系統(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，如圖 所示， 現(xiàn) 場 被 控 設(shè) 備 群過 程 控 制 級控 制 管 理 級生 產(chǎn) 管 理 級經(jīng) 營 管 理 級第 1 級第 2 級第 3 級第 4 級 圖 DCS的功能 分級 各級的作用是： 第一級。經(jīng)營管理級，實現(xiàn)全廠辦公自動化，擔(dān)負全廠的管理工作 。再輸出到現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)，完成控制作用。 工程師站（ EWS） 是一個以個人計算機為基礎(chǔ)的工具性設(shè)備，是 DCS 通信環(huán)路上的重要設(shè)備之一，它能直接或遠距離地訪問過程控制系統(tǒng)。運行組態(tài)的控制方案，執(zhí)行對過程的控制策略，完成從簡單到復(fù)雜的各種控制。 分散控制系統(tǒng)的特點 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、計算機集中控制、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外，主要有四方面的特點： ? 硬件的積木化結(jié)構(gòu) DCS 是以 “ 模件化 ” 為設(shè)計方法專門生產(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立運行的程序段。數(shù)據(jù)采集及處理是 DCS 的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)之一，它的功能包括實時數(shù)據(jù)的刷新和存儲、歷史數(shù)據(jù)的存儲和檢索、顯示、記錄報表以及性能計算。機柜用來支持站內(nèi)其他部件的安裝，并對站內(nèi)