【正文】 50℃時水的密度。所以，對給水流量測量信號可以只采 用溫度校正，其校正回路如圖 36所示。 圖 39 給水流量測量信號系統(tǒng) 在圖 39中， 1W 經(jīng)過大孔板的給水流量； 2W 經(jīng)過小孔板的給 水流量； ?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 22 1r 大孔板、流量變送器、 I/U 轉(zhuǎn)換及開方器合在一起的測量系統(tǒng)總的系數(shù)； 2r ?小孔板等測量系統(tǒng)總的系數(shù)； W 最后測得的給水流量信號，它如用指示表表示出來，系數(shù)值用 1r （即按大孔板測量范圍作為指示儀表的測量范圍）； k 0～ 1變化的系數(shù)。這是因為 KJ 斷開，限速組件≦的輸出信號 b為 0，則大閥回路中乘法器輸出 010 0 ????? ac baU大。兩套控制系統(tǒng)的切換是根據(jù)鍋爐負荷（蒸汽流量）的大小進行的。 圖 313 正端輸入跟蹤線路原理圖 （ a）原理電路圖；（ b）原理框圖 如果在信號跟隨電路中客觀需要加入一些其他信號，例如圖 311 中，串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求副調(diào)節(jié)器給定信號跟隨給水流量信號 W，在 PI1 調(diào)節(jié)的積分器后又加入了蒸汽流量信號 D，即中間加入了附加信號，仍能使從動信號跟隨主動信號。水位的第二次升高值是調(diào)節(jié)器接受虛假水位信號后產(chǎn)生的誤動作造成的。但是，在系統(tǒng)參數(shù)整定時，內(nèi)外回路相互關(guān)聯(lián)相互影響，不容易確定參數(shù)，從而得不到希望的調(diào)節(jié)效果，且負荷變化時水位靜態(tài)值是根據(jù) “ 靜態(tài)對比 ” 來進行整定的。其中主要的擾動為給水流量 W、鍋爐蒸發(fā)量 D、汽包壓力、爐膛熱負荷等，其對水位的影響各不相同。然而比例調(diào)節(jié)不能保證系統(tǒng)無差。 主、副回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇原則： （ 1）主參數(shù)控制質(zhì)量要求不十分嚴格，同時在對副參數(shù)的要求也不高的情況下，為使兩者兼顧而采用串級控制方式時 ，主、副調(diào)節(jié)器均可采用比例控制。它的示意圖如圖 45 所示，其中 )/(1 GGn? 為等效副回路。為此，利用 MATLAB仿真工具和 VB開發(fā)界面，建立 DEH仿真平臺，在不干擾生產(chǎn)的情況下，對 DEH系統(tǒng)動態(tài)過程進行分析研究， 從而避免了對系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整的盲目性，使 DEH系統(tǒng)各部分的動態(tài)過程完整地呈現(xiàn)出來。 動態(tài)性能分析： 穩(wěn)態(tài) 是 控制系統(tǒng)能夠運行的首要條件，因此只有當動態(tài)過程收斂時，研究系統(tǒng)的動態(tài)性能才有意義。尤其是自動化儀表發(fā)展如此之快，使這些仿真控制系統(tǒng)不得不進行設(shè)備的更新改造，其經(jīng)濟損失是顯而易見的。由于 內(nèi)回路快速隨動，故副調(diào)節(jié)器也可用純比例 型調(diào)節(jié)器。就是說純 微 分 作用的調(diào)節(jié)器是不能單獨使 用的，微分作用要與比例作用或比例積分作用相結(jié)合，形成比例微分調(diào)節(jié)規(guī)律或比例微分積分調(diào)節(jié)規(guī)律。這三種基本調(diào)節(jié)規(guī)律就是比例調(diào)節(jié)規(guī)律、積分調(diào)節(jié)規(guī)律、微分調(diào)節(jié)規(guī)律。汽包水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離裝置的正常工作，造成出口的蒸汽水分 含量 過多，導(dǎo)致過熱器管壁結(jié)垢而被燒壞，也使過熱蒸汽溫度急劇變化，直接影響機組的穩(wěn)定運行。三沖量給水系統(tǒng)又分為單級三沖量和串級三沖量給水系統(tǒng)。 圖 41 單沖量單回路自動調(diào)節(jié) 這種系統(tǒng)的缺點是不能適應(yīng)較大的負荷擾動。若 A 是變化量，則 B 信號跟隨 A 信號變化，始終保持 B 與 A 相等。于是出現(xiàn)了低負荷時采用單沖量，高負荷時采用三沖量給水 控制系統(tǒng)，如圖 311所示。 從圖 310 可以看出，在低負荷時 ，繼電器接點 KJ 斷開，定值組件 GH 發(fā)出 10V的階躍信號，經(jīng)過加法器，直接送到小閥回路中的乘法器，即 10?b V。當給水流量大于 25%時， k 值由 1 向零逐漸變小，當流量達到 30%時 0?k ，這時旁路給水流量信號消失，轉(zhuǎn)入主給水管路的給水流量測量。當被測過熱蒸汽的壓力和溫度偏離設(shè)計值時，蒸汽的密度變化很大，這就會給流量測量造成誤差，所以要進行壓力和溫度的校正。通?？梢圆捎靡韵路椒ㄟM行壓力校正。為了檢修方便，在主給水管路上又安裝了總的電動截門 7。汽 輪機甩負荷擾動下的“虛假水位”現(xiàn)象是相當嚴重的，這給組成水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來了困難。影響水位變化的原因是很多的，其中鍋爐的蒸 發(fā)量和給水流量的變化是主要的，其它還有爐膛熱負荷、汽包壓力的變化等原因。 實踐證明，無論是電站鍋爐，或者是工業(yè)鍋爐，用人工操作調(diào)節(jié)水位，既 不安全，也不經(jīng)濟，其最有效的方法是實現(xiàn)給水自動調(diào)節(jié)。但由于驅(qū)動小汽輪機的蒸汽一般采用主汽輪機的抽汽，在機組啟動和低負荷時，汽輪機抽汽氣壓太低，無法維持 氣動 泵運行，因此采用 氣動 給水泵的系統(tǒng)，一般都配有一定容量的電動泵，作為機組啟停和低負荷時使用以及 氣動 泵故障時的備用泵。鍋爐的自動化控制 ， 經(jīng)歷了三四十年代單參數(shù)儀 表控制，四五十年代單元組合儀表綜合參數(shù)儀表控制，以及六十年代初期 的計算機過程控制幾個階段，隨著六十年代第一臺計算機在控制中的應(yīng)用以及此后計算機和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機逐漸進入了鍋爐控制領(lǐng)域并正在成為這一領(lǐng)域的主要角色。只有電力產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展才有可能保證整個 國民經(jīng)濟的迅速而穩(wěn)步的 發(fā)展。 電廠熱工自動化水平的高低是衡量電廠生產(chǎn)技術(shù)的先進與否和企業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。 46 謝辭 37 整個系統(tǒng)和各種擾動量下的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖和仿真圖 但由于單級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求蒸汽流量和給水流量信號在穩(wěn)態(tài)時必須相等，否則汽包水位存在靜態(tài)偏差，而且由于測量裝置及變送器的誤差等因素的影響，實際上現(xiàn)場這兩個信號在穩(wěn)態(tài)時，經(jīng)常難以做到完全相等，而且單級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)一個調(diào)節(jié)器參數(shù)整定需兼顧的因素多。爐子是指燃燒設(shè)備，為化石烯料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能提供必要的燃燒空間。 主要設(shè)備介紹 汽包： 一般 汽包采用夾層結(jié)構(gòu)，并且汽包上、下兩半部采用不等壁厚，以減輕汽包重量，節(jié)約鋼材。水位過高會影響汽水分離裝置的 正常工作，嚴重時會導(dǎo)致蒸汽帶水增加，使過熱器管壁和氣輪機葉片結(jié)垢，造成事故；對于工業(yè)鍋爐，蒸汽帶水量過多，也要影響用戶的某些工藝過程。因此，鍋爐運行中，保持汽包水位 在一定范圍是十分 重要 的自動控制問題。 其擾動傳遞函數(shù)方框圖如圖 23 所示，可近似認為是一個積分環(huán)節(jié) 和一個慣性環(huán)節(jié)的并聯(lián)或串聯(lián)的兩種形式。為維持水 位在允許的范圍內(nèi)，必須限制負荷的一次改變量和負荷變化速度；在負荷變化后的開始階段，給水流量和負荷的變化方向相反，如果忽視“虛假水位”現(xiàn)象的存在，盲目根據(jù)“水位”來調(diào)節(jié)給水量，將會擴大鍋爐進出流量的不平衡，使水位波動加劇，實際工作中應(yīng)當防止和避免。 電 動泵組單元制給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的典型形式是三臺可變速 電動給水泵并聯(lián) ，兩臺運行一臺備用，泵的轉(zhuǎn)速變化依靠液壓聯(lián)軸節(jié)（靠背輪）滑差實現(xiàn)。1)( ksa ???? bpk39。圖中 1， 2， 3 為 截止 閥， 4， 5， 6 為調(diào)節(jié)閥，7 為總截止 閥。 當 GHm?? 值時，比例組件輸入為正值。即在大閥門開大時，小閥門相應(yīng)關(guān)小，直到全部關(guān)閉。為了防止因負荷波動造成系統(tǒng)反復(fù)切換，切換值應(yīng)有 10%的滯環(huán)值，就是說由單沖量系 統(tǒng)切換為三沖量系統(tǒng)是在 30%負荷下進行的，由三沖量系統(tǒng)切換為單沖量系統(tǒng)是在 20%負荷下進行的。 圖 314 給水泵安全特性示意圖 由于給水泵有最低轉(zhuǎn)速 minn 的要求，在給水泵已接近 minn 時就不能以繼續(xù)降低轉(zhuǎn)速的方式來調(diào) 節(jié)給水量?？刂破鞑拍茌敵鲂盘柛淖兛刂崎y開度，以抵消給水流量的自發(fā)擾動。 2． 在負荷變化時，水位靜態(tài)值是靠主調(diào)節(jié)器 1PI 來維持的，并不要求進入副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號 的作用強度按所謂“靜態(tài)配合 ”來進行整定。 采用串級控制系統(tǒng)將具有更好的控制品質(zhì)，調(diào)試整定也比較方便，故在大型汽包爐上可采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)。因此工程中很少采用純積分調(diào)節(jié)器，廣泛采用的是比例積分調(diào)節(jié)器。它主要是為了補償“虛假水位”現(xiàn)象。則有 22222iiGTTn????? ??? 111 ii TT ???? ??? ? ??????11??iGHT 前饋通路的設(shè)計 前饋通路的簡化圖見圖 46， 通路中 Dn 的選擇是基于“虛假水位”情況而定的。 圖 52 副回路的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 41 圖 53 副回路的仿真圖 由仿真曲線 可知，將副回路整定成快速隨動系統(tǒng)。它的示意圖如圖 54 所示，其中 )/(1 GGn? 為等效副回路。負號表示前饋調(diào)節(jié)方向與虛假水位方向相反。 副回路 可看作一個隨動系統(tǒng)，如圖 44所示。因此與采用純比例調(diào)節(jié)器相比，比例積分調(diào)節(jié)器的比例帶應(yīng)適當加大，以補償積分作用造成的穩(wěn)定性下降。 圖 42 串級三沖量給水控制系統(tǒng)原理方框圖 這個系統(tǒng)有三個回路， Ⅰ為副回路 ， 包括 給水量 W、副調(diào)節(jié)器 )(2 sWT 、執(zhí)行器放大系數(shù) ZK 、 閥門系數(shù) fK 、給水 流量變送器斜率 G? 和給水流量分壓系數(shù) Gn ； Ⅱ為主回路 ，包括 水位被控對象 )(1 sWD 、水位變送器斜率 H? 、主調(diào)節(jié)器 )(1 sWT 和副 回路 ；Ⅲ位前饋通路 ，包括 蒸汽流量變送器斜率 D? 和 蒸汽流量分壓系數(shù) Dn 、副 回路和被控對象 )(2 sWD 。對于虛假水位較嚴重的被控對象，這一點就顯得更有意義。 因此，當調(diào)節(jié)對象的滯后時間和飛升速度較大時，調(diào)節(jié)過程將出現(xiàn)很大的動態(tài)偏差。由于兼用改變泵轉(zhuǎn)速和上水通道阻力兩種方式調(diào)節(jié)給水量，增加了全程給水自動控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。所謂比較線路是由比較器和積分器組成得線路。 繼電 組件 KJ 是由給水量控制的組件，為了防止啟停過程中造成閥門的多次反復(fù)切換，切換點電壓應(yīng)具有一定的滯環(huán)值。 當 1m ＜ GH，并數(shù)值范圍在 GM 1m ＜ 時，輸出 n 在 0至 10V 范圍內(nèi)變化，使0＜ k ＜ 1。為此，給水泵系統(tǒng)中安裝了 2兩個孔板。239。 測量信號的自動校正 鍋爐從啟動到正常運行或是從正常運行到停爐過程中，蒸汽參數(shù)和負荷在很大范圍內(nèi)變化，這就使水位、給水流量和蒸汽流量測量信號的準確性受到影響。母管制給水系統(tǒng)是指具有全廠鍋爐共用的給水母管系統(tǒng)。當蒸汽流量突然增加（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，所以水位的變化曲線應(yīng)如圖中曲線 H1 所示：實際 上當蒸發(fā)量突然增加時，在汽水循環(huán)系統(tǒng)中的蒸發(fā)強度也將成比例的 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。燃煤量對水位變化的影響是非常緩慢的，比較容易克服。水位過高或過低，都是不允許的。汽包頂部還配有立式波形板分 離器，作為三次分離元件，經(jīng)三次分離的飽和蒸汽由 汽包頂部的引出管送到過熱器去，下降管安置于汽包最底部，在下降管入 口處還裝有十字架，用來消除由于入 口產(chǎn)生旋渦而將蒸汽帶入下降管的現(xiàn)象。 鍋爐作為一種把煤、 石油或天然氣等化石燃料所儲藏的化學(xué)能轉(zhuǎn)換 成水或水蒸氣的熱能的重要設(shè)備，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)和居民生活中都 扮演著極其重要的角色，它已經(jīng)有二百多年的歷史了，但是鍋爐工業(yè)的迅猛發(fā)展卻是近幾十年的事情。 串級三沖量調(diào)節(jié)方式，采用主 、副兩個調(diào)節(jié)器。 29 第四章 系統(tǒng)的參數(shù)整定及 MATLAB 仿真 28 系統(tǒng)的無擾切換 32 控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法 33 調(diào)節(jié)器的選取 36 單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)整定 及 MATLAB 仿真 47 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 3 引 言 自動控制技術(shù)在工程和科學(xué)發(fā)展中起著極為重要的作用，在火電廠的生產(chǎn)過程中也采用了自動控制技術(shù)。 本設(shè)計的目的是采用串級三沖量給水控制系統(tǒng)控制汽包水位，使其平穩(wěn)運行，并通過 MATLAB 仿真，證明所設(shè)計的系統(tǒng)可以很好的克服系統(tǒng)的內(nèi)外擾動，實現(xiàn)汽包鍋爐水位控制的要求。 應(yīng)該說鍋爐控制問題伴隨著鍋爐的出現(xiàn)也就相應(yīng)的出現(xiàn)了，它長期以來就是控制領(lǐng)域的一個典型問題。電動變速泵的驅(qū)動電動機經(jīng)液力聯(lián)軸器與水泵相連接，通過改變液力聯(lián)軸器中勺管的徑向行程，改變聯(lián)軸器的工作油量，實現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速的改變， 氣動 給水泵由小汽輪機直接驅(qū)動，通過控制小汽輪機的進氣量，改變 氣動 泵的轉(zhuǎn)速。給水量穩(wěn)定，有助于省煤器和給水管道的安全運行。 圖 21 給水調(diào)節(jié)對象結(jié)構(gòu)圖 1給水母管 ； 2調(diào)節(jié)閥； 3省 煤器 ； 4汽包； 5管路； 6過熱器 ； 7蒸汽管 給水調(diào)節(jié)