【正文】 產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)與否和企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。兩調(diào)節(jié)器任務(wù)分工明確，整定相對(duì)容易，而且不要求穩(wěn)態(tài)時(shí)給水流量信號(hào)與蒸汽流量信號(hào)完全相等，易于得到較好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，因此現(xiàn)場(chǎng) 多采用此控制方式 。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 。 24 給水流量測(cè)量裝置切換系統(tǒng) 23 給水控制系統(tǒng)的切換 10 串極三 沖量給水控制系統(tǒng)分析 1 第一章 第一章 給水控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 汽包鍋爐給水水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 目 錄 引言 3 給水控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 9 給水控制系統(tǒng)的基本要求 20 測(cè)量信號(hào)的自動(dòng)校正 20 水位信號(hào)的壓力校正 36 串級(jí)三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定 從傳統(tǒng)的控制方式來(lái)看，它們要么系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低，卻不能有效的 控制鍋爐汽包“虛假水 位”現(xiàn)象，要么能夠在一定程度上控制“虛假現(xiàn)象”，系統(tǒng)卻過(guò)于復(fù)雜 ，成本投入過(guò)大。 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，參數(shù)的整定也是非常重要的，由于在系統(tǒng)中所設(shè)計(jì)的對(duì)象是內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 確定的，所以只有對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行整定，控制系統(tǒng)的參數(shù)整定有理論計(jì)算方法和工程整定方法，理論計(jì)算方法是基于一定的性能指標(biāo)，結(jié)合組成系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特征，通過(guò)理論計(jì)算求 得調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)定值；而工程整定法，則是源于理論分析，結(jié)合實(shí) 驗(yàn)、工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)等一套工程上的方法，其具體方法將在本設(shè)計(jì)中體現(xiàn) 。 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，所以非常簡(jiǎn)單，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。我國(guó)的鍋爐工業(yè)是在新中國(guó)成立后才建立和發(fā)展起來(lái)的， 1953 年在上海首創(chuàng)了上海鍋爐廠(chǎng) ,從其在生產(chǎn)和生活中所起的作用不同，鍋爐可分為電站鍋爐，主要用于發(fā)電；工業(yè)鍋爐，主要用于直接供給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)或驅(qū)動(dòng)機(jī)械能源；生產(chǎn) 鍋爐，主要用于為居民提供熱水和供內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 居民取暖。 對(duì)蒸汽鍋爐來(lái)說(shuō)，汽包水位是其正 常運(yùn)行的主要指標(biāo)之一，是一個(gè)重要的被調(diào)節(jié)參數(shù)。 變速泵： 變速泵又分為電動(dòng)變速泵和氣 動(dòng)變速泵。因此采用變速泵的給水控制系統(tǒng)，在控制給水流量的過(guò)程中必須保證泵的工作點(diǎn)在安全工作區(qū)內(nèi)。 (2)保持給水量穩(wěn)定。從水位反映儲(chǔ)水量來(lái)看，調(diào)節(jié)對(duì)象是一個(gè)無(wú)自平 衡能力的對(duì)象，這是因?yàn)閮?chǔ)水量的變化是由給水流量和蒸汽流量變化引起的，而水位變化后既不能影響給水流量，又不能影響蒸發(fā)量，所以說(shuō)水位調(diào)節(jié)對(duì)象是沒(méi)有自平衡能力的。鍋爐水位調(diào)節(jié)對(duì)象的原理結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。在此 過(guò)程中，負(fù)荷還未變化，汽包中水仍在蒸發(fā)，因此水位也有下降趨勢(shì)。 圖 24 蒸汽流量擾動(dòng)下水位階躍響應(yīng)曲線(xiàn) H1只考慮貯水量變化的水位反應(yīng)曲線(xiàn)； H2只考慮水面下汽泡容積變化的水位反應(yīng)曲線(xiàn)； H實(shí)際水位反應(yīng)曲線(xiàn)（ H=H1+H2） 兩曲線(xiàn)的疊加，即圖中的曲線(xiàn) H， 由圖可知，負(fù)荷變化時(shí)汽包水位的動(dòng)態(tài)特性具內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 有特殊的形式：負(fù)荷增加時(shí)，蒸發(fā)量大于給水量，但水位不是下降反而迅速上升；負(fù)荷突然減小時(shí)，水位卻先下降，然后迅速上升，這就是“虛假水位” 現(xiàn)象。所以在燃料量擾動(dòng)下，汽包水位也會(huì)因汽包容積的增加水位先上升，因此也會(huì)出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象，至蒸發(fā)量與燃料量 相 適應(yīng)時(shí)，水位才開(kāi)始下降，即經(jīng)過(guò)了 Tm時(shí)間后水位開(kāi)始下降。典型的連接如圖 31 所示。另一臺(tái)是定速 電動(dòng)泵，在單元機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷時(shí)使用 。 測(cè)量信號(hào)自動(dòng)校正的基本方法是：先推導(dǎo)出被測(cè)參數(shù)隨溫度、壓力變化的數(shù)學(xué)模型，然后利用各種元件構(gòu)成運(yùn)算電路進(jìn)行運(yùn)算，便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校正。在鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中，水溫略有增加，但由于同時(shí)壓力也升高，兩種因素對(duì) a? 的影響基本上可抵消，即可近似地認(rèn)為 a? 時(shí)恒值。 圖 34 水位壓力自動(dòng)校正線(xiàn)路二 、溫度校正 過(guò)熱蒸汽流量測(cè)量通常采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴。若給水溫度變化不大，則不必對(duì)給內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 水流量測(cè)量信號(hào)進(jìn)行校正。對(duì)于這種采用兩個(gè)測(cè)量元件的給水流量測(cè)量系統(tǒng)，需要用一個(gè)流量信號(hào)運(yùn)算回路，如圖 38所示。 其他符號(hào)意義可從圖中看出。 大小給水調(diào)節(jié)閥門(mén)的切換 在給水 控制中，低負(fù)荷時(shí)通常用旁路閥門(mén)（即小閥門(mén)）調(diào)節(jié)給水流量，高負(fù)荷時(shí)用主給水閥門(mén)（即大閥門(mén)）調(diào)節(jié)給水流量。 當(dāng)機(jī)組負(fù)荷增加，給水流量增大到一定值時(shí)，絕對(duì)值報(bào)警組件 H/L 動(dòng)作，使繼內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 24 電 組件 KJ 激勵(lì)，接點(diǎn) KJ 閉合。 系統(tǒng)的無(wú)擾切換 鍋爐在不同的負(fù)荷 和 參數(shù)下，其給水被控對(duì)象 的動(dòng)態(tài) 特性是不同的。蒸汽流量信號(hào)送入偏差報(bào)警 繼電 器 1KJ，控制繼電器接點(diǎn) 1C 和 3C。 （ a） （ b） 圖 312 負(fù)端輸入跟蹤線(xiàn)路原理圖 （ a）原理電路圖；（ b）原理框圖 圖 312是由一個(gè)比較器和一個(gè)積分器組成的反饋線(xiàn)路，主動(dòng)信號(hào)是 A，從動(dòng)信號(hào)是 B。這是因?yàn)殡娐分杏蟹e分器和負(fù)反饋，并形成閉合回路，最后總能使比較器輸入信號(hào)代數(shù)和為零，始終使加法器輸出（即副調(diào)的給定值）跟蹤給水流量 W 值，保證副調(diào)節(jié)器入口偏差為零，從而保證無(wú)擾切換。如圖 314 泵工作點(diǎn)由 2a 移至 2b 點(diǎn)。另外，由于采用比例調(diào)節(jié)規(guī)律有靜差存在，鍋爐在大負(fù)荷時(shí)，水位保持低值，而在小負(fù)荷時(shí)，水位則保持高值，這種特性對(duì)鍋爐設(shè)備的運(yùn)行是不利的。所以這種系統(tǒng)尚不能迅速消除給水流量的自發(fā)擾動(dòng)，也不能及時(shí) 體現(xiàn) 控制效果。所以，又出現(xiàn)了串級(jí)三沖量給水系統(tǒng)，此系統(tǒng)更進(jìn)一步完善了結(jié)構(gòu)，提高了控制質(zhì)量。 4． 串級(jí)系統(tǒng)還可以接入其他沖量信號(hào)（如燃料信 號(hào)等）形成多參數(shù)的串級(jí)系統(tǒng)。其中給水流量和蒸汽流量是影響汽包水位的 2種主要擾動(dòng)，前者來(lái)自調(diào)節(jié)側(cè)，稱(chēng)為內(nèi)擾 ，后者來(lái)自負(fù)荷側(cè)，稱(chēng)為 外擾。 為保證被調(diào)量無(wú)靜差，主調(diào)節(jié)器采用 PI 控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器采用 PI 或 P 控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器接受三個(gè)輸入信號(hào)，信號(hào)之間有靜態(tài)配合問(wèn)題，但系統(tǒng)的靜態(tài)特性由主調(diào)節(jié)器決定，因此蒸汽流量信號(hào)并不要求與給水流量信號(hào)相等。積分作用可以實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)，只要偏差存在，積分控制作用一直增加；換言之，只有偏差為零時(shí)，積分作用才停止變化，這表明系統(tǒng)達(dá)到再次穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，被調(diào)量的偏差必然為零。微分調(diào)節(jié)作用的大小僅與偏差信號(hào)的變化速度有關(guān)，而與偏差值大小無(wú)關(guān)。 （ 2）要求主參數(shù)波動(dòng)范圍很小，且不允許有余差（穩(wěn)態(tài)誤差），此時(shí)副調(diào)節(jié)器可采用比例控制，主調(diào)節(jié)器采用比例積分控制。 )()( )()( 22 sWKnsG ssW TZGGT ?? ??? 若 )(2 sWT 采用 型 如 )11(122 sTi??的調(diào)節(jié)規(guī)律，則 )11()( )()( 222 sTKnsG ssW iZGGT ???? ??? （ 41） 式中 2? 副調(diào)節(jié)器比例帶； 2iT 副調(diào)節(jié)器積分時(shí)間。 圖 45 主回 路等效圖 把 )(1 sWD 看成是被控對(duì)象，其余的環(huán)節(jié)可看成是等效調(diào)節(jié)器。 這時(shí)有 GGGGDD nnKn ??? ?? 1?K 若 GD ?? ? ，則 GD Knn ? 1?K 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 39 第五章 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的仿真 MATLAB 概述 火電廠(chǎng)是高度重視安全生產(chǎn)的企業(yè)之一，控制 系統(tǒng)一旦投入運(yùn)行，是不允許無(wú)關(guān)人員隨便亂動(dòng)的。這對(duì) DEH系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行中參數(shù)的整定、修改起到了預(yù)測(cè)和指導(dǎo)作用。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 42 圖 55 主回路的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 圖 56 主回路的仿真圖 上圖中縱坐標(biāo)的 eHH 表示 相對(duì)水位， 也就是期望達(dá)到的 穩(wěn)定水位，這里穩(wěn)定 值設(shè) 為 1。 修改參數(shù) 后主回路 的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 如圖 57 所示： 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 圖 57 主回路的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 修改參數(shù)后的主回路仿真圖如圖 58 所示 ： 圖 58 主回路的仿真圖 修改參數(shù)后的主回路的仿真曲線(xiàn)是一波半，顯示出很好的控制特性， 并能穩(wěn)定在穩(wěn)定 值 1， 這是因?yàn)樵谶M(jìn)行參數(shù)整定的時(shí)候， 為了不降低副回路控制過(guò)程的快速性，同時(shí)要減小副調(diào)節(jié)器的比例帶 2? ， 為了配合方便， Dn / Gn 最好 為整數(shù)（一般為 2，即 Gn =） ，而在一般情況下， 若要求在負(fù)荷不變的情況下，水位無(wú)靜差， 給水流量信號(hào)的 分壓系數(shù) Gn 一般都取為 1。 串級(jí)三沖量 給水控制 系統(tǒng) 的 仿真 系統(tǒng)參數(shù)： 給水流量傳函 ： )201( )1()( )()(1 sssssW SHsW D ????? ?? 蒸汽流量傳函 ： ssssTKsD sHsW D )( )()( 222 ??????? ? 負(fù)荷從 0～ 100t/h 變化時(shí)，開(kāi)方器輸出 0～ 100mA 調(diào)節(jié)器輸出從 0～ 10mA 變化時(shí)，閥門(mén)開(kāi)度變化 0%～ 100%，即執(zhí)行器放大系數(shù) 100 1 0 % /10zK mA?? 。以往的仿真控制系統(tǒng)主要是物理和半物理仿真，建立這樣的仿真控制系統(tǒng)投資大，安裝和維護(hù)費(fèi)用也大。 1111iiHGGTTn???????? （ 43） G? 和 H? 為已知，所以回路只要整定 Gn 、 1? 和 1iT 的問(wèn)題，用以下 經(jīng)驗(yàn) 公式整定： ???? ??iT 所以 ???? ??11????iGGHTn 由式（ 42）和式（ 43）兩式可知： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 37 GGnn????121?? 即當(dāng) Gn 增加時(shí)，內(nèi)回路穩(wěn)定性降低，外回路穩(wěn)定性增強(qiáng)，反之相反。當(dāng)給水被控對(duì)象“虛假水位”嚴(yán)重時(shí)，需加大蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度，以改善控制過(guò)程品質(zhì)，此時(shí)可取 1?Dn ，并通過(guò)試驗(yàn)來(lái)減小Gn， Dn / Gn 最好為整數(shù)（一般為 2，即 Gn =）。 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 在串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中，副回路是一個(gè) PI 調(diào)節(jié)器 2()TWs，一般用試探法整定副回路的 2/ Gn? 和 2iT 。這樣經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，偏差將積累成一個(gè)較大的值。但是，具有積分調(diào)節(jié)規(guī)律的調(diào)節(jié)器不能完全消除偏差。 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的 SAMA 圖 下圖為串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的 SAMA 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) 33 圖 43 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的 SAMA圖 調(diào)節(jié)器的選 擇 調(diào)節(jié)規(guī)律是指調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)與其輸入信號(hào)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，從理論上說(shuō)可有各種形式的函數(shù)關(guān)系，然而在實(shí)踐中總結(jié)出三種基本調(diào)節(jié)關(guān)系，廣為采用。 另外 ，控制對(duì)象在蒸汽負(fù)荷擾動(dòng)（外擾）時(shí)，存在“虛假水位”現(xiàn)象，應(yīng)此在擾動(dòng)的初始階段，調(diào)節(jié)器將 使 給水流量 向與 負(fù)荷變化相反的方向變化，加劇了鍋爐的進(jìn)、出流量的不平衡。 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 給水控制系統(tǒng)概況 鍋爐的汽包水位能夠間接反映鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系，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。副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是當(dāng)給水?dāng)_動(dòng)時(shí)，迅速動(dòng)作使給水量不變；當(dāng)蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)， 副調(diào)節(jié)器迅速改變給水量，保持給水量和蒸汽量平衡。 總之， 通過(guò)對(duì)給水控制系統(tǒng)的對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能分析可以看出 ， 采用單回路控制系統(tǒng) 是不能滿(mǎn)足生產(chǎn)對(duì)控制品質(zhì)的要求，所以電站汽包鍋爐的給水控制普遍采用三沖量給水控制方案。當(dāng)給水控制閥開(kāi)度不變時(shí)，若給水泵出口壓力 、 管道阻力 或汽包壓力變化 ， 將引起控內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 30 制閥前后的差壓變化，從而引起