【正文】 ....... 42 總結(jié) .......................................................................................................................................... 47 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 48 致謝 .......................................................................................................................................... 49 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 ） 1 第一章 引言 電力行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 火電廠(chǎng)是 利用煤、石油、天然氣等固體、液體燃料燃燒所產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能以生產(chǎn)電能的工廠(chǎng)。 本設(shè)計(jì)結(jié)合鍋爐的生產(chǎn)工藝要求，針對(duì)鍋爐汽包水位的動(dòng)態(tài)特性，具體分析了單沖量、雙沖量、三沖量鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)，并對(duì)其性能特點(diǎn)進(jìn)行深入的分析和比較，最終選擇了三沖量。區(qū)域性電廠(chǎng)裝機(jī)容量較大，一般建造在燃料基地，如大型煤礦附近 ， 又稱(chēng)坑口電廠(chǎng) ， 其電能通過(guò)長(zhǎng)距離的輸電線(xiàn)路供給用戶(hù)。 從電力生產(chǎn)情況看， 20xx 年全國(guó)發(fā)電量達(dá)到 28344 億千瓦時(shí)。 SIS 主要處理全廠(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成廠(chǎng)級(jí)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和管理，廠(chǎng)級(jí)故障診斷和分析，廠(chǎng)級(jí)性能計(jì)算、分析和經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào)度等； MIS 主 要為全廠(chǎng)運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)和行政的管理工作服務(wù)，主要完成設(shè)備和維 修管理、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理 (包括電力市場(chǎng)報(bào)價(jià)子系統(tǒng) )、財(cái)務(wù)管理等。 ㈡ 單元機(jī)組自動(dòng)化將展現(xiàn)新的特點(diǎn) 火電廠(chǎng)單元機(jī)組的自動(dòng)化水平，無(wú)論國(guó)外和國(guó)內(nèi)，都是比較高的 。目前有的公司推出的 DCS， CPU 采用 22 冗余 (由于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，成本增加很小 )，可靠性進(jìn)一步提高。 熱力發(fā)電廠(chǎng)生產(chǎn)流程 [2] 熱力發(fā)電是利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能，通過(guò)發(fā)電動(dòng)力裝置（包括電廠(chǎng)鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)及其輔助裝置）轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電方式?；痣姀S(chǎng)的容量大小各異，具體形式也不盡相同，但就其生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)卻是相似的。 在除氧器水箱內(nèi)的水經(jīng)過(guò)給水泵升壓后通過(guò)高壓加熱器送入省煤器。高速流動(dòng)的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，形成機(jī)械能。 生產(chǎn)過(guò)程雖然較為繁雜，但從能量轉(zhuǎn)換的角度看卻很簡(jiǎn)單，即燃料的化學(xué)能→蒸汽的熱勢(shì)能→機(jī)械能→電能。 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 ） 6 皮 帶 秤煙囪鍋爐排 粉 風(fēng) 機(jī)磨煤機(jī)除 塵 器引 風(fēng) 機(jī)送 風(fēng)機(jī)灰 渣 泵P1P2煤斗煤煤粉熱空氣熱 空 氣沖 灰 水 煙氣爐渣細(xì)灰至 灰 場(chǎng) 冷空氣 空 氣 預(yù) 熱 器 圖 燃燒系統(tǒng)流程 ㈡ 汽水系統(tǒng) 熱力發(fā)電廠(chǎng)的汽水系統(tǒng)是由鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、高低壓加熱器、凝結(jié)水泵和給水泵等組成，他包括汽水循環(huán)、化學(xué)水處理和冷卻系統(tǒng)等。 在汽水系統(tǒng)中的蒸汽和凝結(jié)水，由于疏通管道很多并且還要經(jīng)過(guò)許多的閥門(mén)設(shè)備，這樣就難免產(chǎn)生跑、冒、滴 、漏等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都會(huì)或多或少地造成水的損失，因此必須不斷的向系統(tǒng)中補(bǔ)充經(jīng)過(guò)化學(xué)處理過(guò)的軟化水，這些補(bǔ)給水一般都補(bǔ)入除氧器中 。 鍋爐設(shè)備的工藝 鍋爐設(shè)備是由鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分構(gòu)成： ㈠ 鍋 爐本體：鍋爐本體是由鍋和爐兩大部分組合在一起構(gòu)成的。送、引風(fēng)設(shè)備包括送風(fēng)機(jī)、引 風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)道、熱風(fēng)道、煙道和煙囪等。除塵、脫硫、脫硝設(shè)備包括重力除塵器、慣性力除塵器、離心力除塵器等。 ㈣ 按燃料方式分類(lèi)，火床燃燒鍋爐、火室燃燒鍋爐、流化床燃燒鍋爐。對(duì)于大型鍋爐，這種危險(xiǎn)尤為突出。如果不考慮水面下汽泡容積的變化 ,則當(dāng)給水流量擾動(dòng)時(shí) ,水位的反應(yīng)曲線(xiàn)如圖 中的直線(xiàn) 1 所示 。當(dāng)燃料量 M 增加時(shí) ,爐膛熱負(fù)荷隨著增加 ,水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的汽水混合物的汽泡比例增加 ,蒸發(fā)強(qiáng)度增強(qiáng)。雙沖量實(shí)際上是前饋與反饋調(diào)節(jié)相結(jié)合的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 當(dāng)蒸汽流量增加時(shí) ,調(diào)節(jié)器立即動(dòng)作 ,相應(yīng)地增加給水流量 ,能有效地減小虛假液位所引起的調(diào)節(jié)器誤動(dòng)作。如果把調(diào)節(jié)器以外的環(huán)節(jié)等效地看作被控對(duì)象 , 那么被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性近似為比例環(huán)節(jié)。對(duì)象的輸入信號(hào)為給水流量變化 W, 輸出信號(hào)為水位測(cè)量變送單元的輸出 VH,從階躍響應(yīng)曲線(xiàn)上求得延遲時(shí)間 τ 和響應(yīng)速度 ε ,根據(jù)響應(yīng)曲線(xiàn)法可得下述計(jì)算公式 : ???? （ 21） ???? ?WW （ 22） WW ???? ? （ 23） 由此可見(jiàn) ,當(dāng)變送器的斜率已經(jīng)確定后 ,增大給水量的靈敏度 W? , 等于增加主回路調(diào)節(jié)器的比例帶 , 因而使給水流量動(dòng)作緩慢 ,增加主回路的穩(wěn)定性 (減少主回路的振蕩 ) 。 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 ） 20 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的分析和整定 ㈠ 控制原理 : 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的控制原理如圖 所示。這時(shí) ,主回路等效為一個(gè)單回路控制系統(tǒng)。 ㈣ 蒸汽流量前饋裝置的傳遞函數(shù) D? 的選擇 在串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中 , 水位偏差完全由主調(diào)節(jié)器來(lái)校正 ,使靜態(tài)水位值總是等于給定值。串級(jí)系統(tǒng)主副調(diào)節(jié)器的任務(wù)不同 ,副調(diào)節(jié)器的任務(wù)是用以消除給水壓力波動(dòng) 等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動(dòng)以及當(dāng)蒸汽負(fù)荷改變時(shí)迅速調(diào)節(jié)給水流量 ,以保證給水流量和蒸汽流量的平衡 。從上水開(kāi)始到帶滿(mǎn)負(fù)荷的全過(guò)程，汽包水 位的控制都由調(diào)節(jié)閥完成。對(duì)于 300MW 及以上機(jī)組，每臺(tái)鍋爐配有一臺(tái) 50%容量的電動(dòng)調(diào)速泵和一臺(tái) 100%容量的 汽動(dòng)給水泵，或者兩臺(tái)每臺(tái)容量各為50%的汽動(dòng)泵。 DCS 以 CPU 群為核心，這些功能強(qiáng)弱不同的微處理器有的對(duì)子系統(tǒng)的設(shè)備或工藝流程進(jìn)行控制，有的對(duì)子系統(tǒng)與子系統(tǒng)間進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，有的完成系統(tǒng)和子系統(tǒng)間的控制，還有的進(jìn)行系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)控制，即整個(gè)機(jī)組的控制目標(biāo)和任務(wù)事先按一定方式分配給各個(gè)微處理器，形成功能上的分級(jí)，而各個(gè) CPU 通過(guò)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)系，交換信息，實(shí)現(xiàn) CPU 控制作用分 散、顯示和操作以及管理集中的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息資源共享。 ? 預(yù)處理：指 I/O 模件對(duì)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)進(jìn)行先期處理，經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)才能被內(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 ） 27 CPU 或計(jì)算機(jī)識(shí)別接受。過(guò)程控制級(jí)，直接與生產(chǎn)過(guò)程相連，這一級(jí)的 CPU 通過(guò)通信方式對(duì)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)各被監(jiān)控設(shè)備實(shí)施監(jiān)視和控制，同時(shí)向上一級(jí)，即第二級(jí)傳送采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并接受來(lái)自第二級(jí)的操作和組態(tài)信息。 第一級(jí)和第二級(jí)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示， I / O 擴(kuò) 展 總 線(xiàn)控 制 通 道操 作 員 站 工 程 師 站工 廠(chǎng) 環(huán) 網(wǎng)通 信 接 口 通 信 接 口多 功 能處 理 器 多 功 能處 理 器I / O 模 件 I / O 模 件現(xiàn) 場(chǎng) 被 監(jiān) 控 對(duì) 象第二級(jí)第一級(jí) (a) INFI 系統(tǒng) 操 作 員 站 工 程 師 站監(jiān) 控 網(wǎng) 絡(luò)服務(wù)器服務(wù)器系 統(tǒng) 網(wǎng) 絡(luò)主 控 單 元主 控 單 元I / O 模 塊 I / O 模 塊現(xiàn) 場(chǎng) 被 監(jiān) 控 對(duì) 象第2級(jí)第1級(jí) (b) MACS 系統(tǒng) 圖 第一級(jí)和第二級(jí)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖 其中 （ a） 是美國(guó) ABB 貝利公司生產(chǎn)的 INFI 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，圖中工廠(chǎng)環(huán)網(wǎng)、通信接口模件、控制通道、多 功能處理器都采用了冗余配置。 對(duì)圖 （ b） ， I/O 模件對(duì)信號(hào)預(yù)處理，通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)傳送到主控單元。在工程師站，用專(zhuān)用組態(tài)軟件工具可對(duì)過(guò)程控制單元進(jìn)行控制邏輯的在線(xiàn)和離線(xiàn)組態(tài)，并具有對(duì)控制邏輯組態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)整及維護(hù)的功能。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 ） 30 I/O 模件在主控模件的控制下，輸入模件對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理后，輸出到主控模件；輸出模件對(duì)主控模件的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)或提供給顯示、記錄儀表。根據(jù)不同被控設(shè)備的特性，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站由一些具有不同功能的模件像搭積木一樣，通過(guò)插接方式組裝而成，模件間無(wú)需內(nèi)部接線(xiàn)。 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 ） 31 鍋爐 汽包水位控制系統(tǒng) 硬件圖 汽 包 水 位 變 送 器主 給 水 流 量 變 送 器主 蒸 汽 流 量 變 送 器A I 模 塊 主 控 模 件控 制 通 道服 務(wù) 器以 太 網(wǎng) 計(jì) 算 機(jī) 及 C R T集 控 室A O 模 件電 動(dòng) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)現(xiàn) 場(chǎng) 就 地 設(shè) 備主 給 水 調(diào) 節(jié) 閥至 汽 包主 給 水I / O 擴(kuò) 展 總 線(xiàn)現(xiàn) 場(chǎng) 控 制 站電 子 間圖 汽包水位控制系統(tǒng)硬件圖 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 ） 32 ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ......A I模 件A O模件主 控 模 件服務(wù)器計(jì) 算 機(jī)和 C R T①①②②③③⑤⑤④④I / O 擴(kuò) 展 總 線(xiàn) 控 制 通 道 以 太 網(wǎng)I / O 擴(kuò) 展 總 線(xiàn)汽 包 水 位 變 送 器 內(nèi) 部 端 子主 給 水 流 量 變 送 器 內(nèi) 部 端 子主 汽 流 量 變 送 器 內(nèi) 部 端 子電 動(dòng) 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 內(nèi) 部 端 子至 汽 包主 給 水 調(diào) 節(jié) 閥主 給 水 圖 主要信號(hào)線(xiàn)路的端子連接示意圖 硬件選型 DCS 系統(tǒng)的組態(tài)從其硬件的選擇便已經(jīng)在進(jìn)行中了。 ? 軟件的模塊化 生產(chǎn) DCS 的各廠(chǎng)家為 用戶(hù)提供了豐富的功能軟件模塊和至少一種高級(jí)語(yǔ)言，以便用戶(hù)從事應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。 分散控制系統(tǒng)基本功能 DCS 具有數(shù)據(jù)采集及處理、手動(dòng) /自動(dòng)控制和系統(tǒng)通信等基本功能。它一般由機(jī)柜、主控模件、 I/O 模件、電源等組成。服務(wù)器根據(jù)主控單元的請(qǐng)求提供服務(wù)，這些服務(wù)包括對(duì)數(shù)據(jù)的采集、核對(duì)、存儲(chǔ)、共享和集中管理。圖 （ b） 是北京和利時(shí)公司生產(chǎn)的 MACS 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，圖中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、主控單元也是采用了冗余配置?？刂乒芾砑?jí)，主要由操作員站，工程師站和高速通信網(wǎng)線(xiàn)組成。 ? 通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)：指連接在通信網(wǎng)絡(luò)上參與通信的硬 件設(shè)備。 DCS 控制方式符合熱電生產(chǎn)的熱工過(guò)程基本特征，因此在新廠(chǎng)建設(shè)和老廠(chǎng)技術(shù)改造中，獲得了大力推廣和廣泛應(yīng)用。小汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速是以微處理器為核心組成的小汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)牧闵侥骋慌R界轉(zhuǎn)速，當(dāng)達(dá)到這一轉(zhuǎn)速后小汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速給定值由給水控制系統(tǒng)設(shè)置，此后小汽輪機(jī)只相當(dāng)于給水控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這種系統(tǒng)每臺(tái)鍋爐配備兩臺(tái)容量各為 100 的電動(dòng)調(diào)速泵，運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)工作，另一臺(tái)熱備用，跟蹤工作泵。這樣 , 當(dāng)負(fù)荷變化時(shí) ,水位穩(wěn)定值是靠主調(diào)節(jié)器 PI1 來(lái)維持的，在這里可以根據(jù)對(duì)象在外擾下虛假水位的嚴(yán)重程度來(lái)適當(dāng)加強(qiáng)蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度 ,從而改變負(fù)荷擾動(dòng)下的水位控制品質(zhì)。一般使蒸汽流量信號(hào)大于給水流量信號(hào) ,即 wwDD K ???? ? K 1 （ 214） 如果給水流量變送器和蒸汽流量變送器的斜率相等 ,則 wD K?? ? K 1 （ 215） 由于在負(fù)荷擾動(dòng)時(shí) ,水位的最大偏差 (第一個(gè)波幅 ) 往往出現(xiàn)在擾動(dòng)發(fā)生后不久 (虛 假內(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 ） 23 水位現(xiàn)象造成 ),這個(gè)水位最大偏差的數(shù)值決定于擾動(dòng)的大小 , 擾動(dòng)的速度和鍋爐的特性 , 蒸汽流量信號(hào)加強(qiáng)后的控制作用對(duì)水位的最大偏差起不了多大作用。 等效主調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 *11T 就是 PI1 調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間 11T 。 ② 由被控對(duì)象 ? ?SWOW ,水位測(cè)量變送器 H? ,主調(diào)節(jié)器 PI1 和副回路組成主回路。 ④ 前饋通道的分析和整定 對(duì)于圖 所示的串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) , 當(dāng)反饋回路經(jīng)過(guò)正確整定 , 確定了給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù) W? 及調(diào)節(jié)器參數(shù) δ , Ti 的數(shù)值后 , 系統(tǒng)的方框圖就可以用圖 來(lái)表示。 δ 和 Ti的數(shù)值以保證內(nèi)回路不振蕩為原則 , 一般 Ti≤ 100 s?？梢?jiàn)給水流量信號(hào)作為反饋信號(hào) ,其主要作用是快速消除來(lái)自給水側(cè)的內(nèi)部擾動(dòng)。但是如果給水壓力本身有波動(dòng)時(shí) ,雙沖量控制也不能克服給