【文章內(nèi)容簡介】 回路的分析和整定在內(nèi)回路經(jīng)過整定之后, 其控制過程是非常快的。這主要因為調(diào)節(jié)器為比例積分特性, 和Ti又設(shè)置的非常小,所以它能迅速動作。當外來控制信號V 改變時,調(diào)節(jié)器幾乎立即成比例地改變給水流量W,使,即,或,。 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。對象的輸入信號為給水流量變化W, 輸出信號為水位測量變送單元的輸出VH,從階躍響應(yīng)曲線上求得延遲時間τ和響應(yīng)速度ε,根據(jù)響應(yīng)曲線法可得下述計算公式: （21）　 （22）　 （23）由此可見,當變送器的斜率已經(jīng)確定后,增大給水量的靈敏度, 等于增加主回路調(diào)節(jié)器的比例帶, 因而使給水流量動作緩慢,增加主回路的穩(wěn)定性(減少主回路的振蕩) 。但是對內(nèi)回路來說,增加就增加了內(nèi)回路的開環(huán)放大倍數(shù), 因而增加了內(nèi)回路振蕩的傾向, 因此由于提高主回路的穩(wěn)定性而增加時,必須相應(yīng)地增加調(diào)節(jié)器的比例帶δ, 以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。④ 前饋通道的分析和整定, 當反饋回路經(jīng)過正確整定, 確定了給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù)及調(diào)節(jié)器參數(shù)δ, Ti 的數(shù)值后, 。 簡化的三沖量給水控制系統(tǒng)方框圖蒸汽流量前饋(,) 不在控制系統(tǒng)反饋回路之內(nèi),因此,它們的動態(tài)特性及取值大小不會影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性, 故可以根據(jù)蒸汽流量D 擾動時水位H不發(fā)生變化的原則來確定前饋環(huán)節(jié)的參數(shù)。由 (24) 得到 (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。但是由于控制系統(tǒng)中已有了反饋控制, 而且容許汽包水位在一定范圍內(nèi)變化, 因此蒸汽流量前饋環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以取比較簡單的近似形式。前饋環(huán)節(jié)只要取用比例特性, 就能使在負荷變化時的水位保持在允許范圍內(nèi), 通常都用蒸汽流量信號和給水流量信號靜態(tài)配合原則選擇。如果要求在不同負荷時,水位的穩(wěn)定值不變,則 （26）一般蒸汽流量變送設(shè)備的斜率等于給水流量變送設(shè)備的斜率,則 （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) 等于給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù)。㈠ 控制原理: 所示。 串級三沖量給水控制系統(tǒng)自控原理框圖整個系統(tǒng)由兩個閉合回路和前饋部分組成的,系統(tǒng)組成如下: ① 由給水流量W, 給水流量變送器, 給水流量反饋裝置副調(diào)節(jié)器PI2 ,執(zhí)行器kz 和調(diào)節(jié)閥kμ 組成副回路。② 由被控對象,水位測量變送器,主調(diào)節(jié)器PI1 和副回路組成主回路。③ 由蒸汽流量信號D, 以及蒸汽流量變送器及蒸汽流量前饋裝置構(gòu)成前饋控制部分。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。,其分析整定原則完全相同。即用試探的方法選擇副調(diào)節(jié)器的比例帶δ2, 以保證內(nèi)回路不振蕩為原則,在試探時,給水流量反饋裝置的傳遞函數(shù)可任意設(shè)置一個數(shù)值,得到滿意的δ2值,如果以后有必要改變,則應(yīng)相應(yīng)地改變 δ2值, 使保持試探時的值,以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。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), 所示。這時,主回路等效為一個單回路控制系統(tǒng)。如果以給水流量W 作為被控對象的輸入信號, 則可以把PI1 調(diào)節(jié)器與副回路兩者看作為等效主調(diào)節(jié)器,它的傳遞函數(shù)為 （28） 所以等效主調(diào)節(jié)器仍然是比例積分調(diào)節(jié)器, 等效的比例帶為 （29） 式中δ1 ——主調(diào)節(jié)器PI1 的比例帶。等效主調(diào)節(jié)器的積分時間就是PI1 調(diào)節(jié)器的積分時間。主回路仍按單回路系統(tǒng)的整定方法整定,如通過試驗方法求取主回路被控對象的階躍響應(yīng)曲線,并由曲線上求得延遲時間τ和響應(yīng)速度ε,在按曲線整定法中給出的公式計算等效主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)為 （210） （211）則PI1 調(diào)節(jié)器的參數(shù)為 （212） （213） 　串級三沖量給水控制系統(tǒng)的主回路等效圖通過對串級三沖量給水控制系統(tǒng)的分析, 可以看出串級系統(tǒng)的主、副回路的工作可以認為基本上是各自獨立的。給水流量W, 給水流量反饋裝置的傳遞系數(shù)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。在單級三沖量控制系統(tǒng)中,主回路的等效調(diào)節(jié)器比例帶,可以通過改變來調(diào)整,但的選擇還必須同時兼顧內(nèi)回路的穩(wěn)定性。串級三沖量系統(tǒng)中的等效主調(diào)節(jié)器的比例帶,可以改變PI1 調(diào)節(jié)器的比例帶來調(diào)整。因此,調(diào)整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)定性由改變來保證, 主回路的穩(wěn)定性由改變來保證。㈣ 蒸汽流量前饋裝置的傳遞函數(shù)的選擇在串級三沖量給水控制系統(tǒng)中, 水位偏差完全由主調(diào)節(jié)器來校正,使靜態(tài)水位值總是等于給定值。因此,不要求送到副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號等于給水流量信號,所以前饋裝置的傳遞函數(shù)的選擇將不受靜態(tài)特性無差條件的限制, 而可以根據(jù)鍋爐“虛假水位”的嚴重程度來確定, 從而改善負荷擾動時控制過程的穩(wěn)定性。一般使蒸汽流量信號大于給水流量信號,即 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　　 K 1 （215）由于在負荷擾動時,水位的最大偏差(第一個波幅) 往往出現(xiàn)在擾動發(fā)生后不久(虛假水位現(xiàn)象造成),這個水位最大偏差的數(shù)值決定于擾動的大小, 擾動的速度和鍋爐的特性, 蒸汽流量信號加強后的控制作用對水位的最大偏差起不了多大作用。加強蒸汽流量信號的作用在于減少控制過程中第一個波幅以后的水位波動幅度和縮短控制時間, 因此蒸汽流量信號也不需過分加強(一般可取K= 2)。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)。串級三沖量給水控制系統(tǒng)與單級三沖量給水控制系統(tǒng)相比較,串級控制系統(tǒng)是由兩個調(diào)節(jié)器組成,主調(diào)節(jié)器PI1 采用比例積分控制規(guī)律,以保證水位無靜態(tài)偏差。主調(diào)節(jié)器的輸出信號和給水流量,蒸汽流量都作用到副調(diào)節(jié)器PI2 上。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。串級系統(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等因素引起的給水流量的自發(fā)性擾動以及當蒸汽負荷改變時迅速調(diào)節(jié)給水流量,以保證給水流量和蒸汽流量的平衡。主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位偏差。這樣, 當負荷變化時,水位穩(wěn)定值是靠主調(diào)節(jié)器PI1 來維持的，在這里可以根據(jù)對象在外擾下虛假水位的嚴重程度來適當加強蒸汽流量信號的作用強度,從而改變負荷擾動下的水位控制品質(zhì)。因此,串級三沖量系統(tǒng)比單級三沖量的工作更合理,控制品質(zhì)要好一些。 控制給水的手段⑴電動定速給水泵+調(diào)節(jié)閥對于20世紀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)。這種系統(tǒng)每臺鍋爐配置兩臺容量各為100%的電動定速泵，運行時，一臺工作，另一臺熱備用，跟蹤工作泵。鍋爐點火前，旁路給水截止閥和主給水截止閥全關(guān)，上水截止閥全開，通過上水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水量，控制汽包水位；在低負荷階段，上水截止閥和主給水截止閥全關(guān)，旁路給水截止閥全開，通過旁路給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水量，控制汽包水位；當負荷上升到某一負荷值時，上水截止閥和旁路給水截止閥全關(guān)，主給水截止閥全開，通過主給水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)給水量?？刂破?。從上水開始到帶滿負荷的全過程，汽包水位的控制都由調(diào)節(jié)閥完成。 電動定速泵+調(diào)節(jié)閥的簡化給水系統(tǒng)圖⑵電動調(diào)速給水泵+調(diào)節(jié)閥對于20世紀80年代以后投產(chǎn)的200MW單元機組，普遍采用電動調(diào)速給水泵+調(diào)節(jié)閥對汽包水位進行調(diào)節(jié)。這種系統(tǒng)每臺鍋爐配備兩臺容量各為100的電動調(diào)速泵，運行時，一臺工作，另一臺熱備用，跟蹤工作泵。電動調(diào)速泵的驅(qū)動電動機經(jīng)聯(lián)軸器與給水泵連接，通過改變液力聯(lián)軸器中勺管的徑向行程來改變聯(lián)軸器的工作油量，實現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速的改變。鍋爐點火前的上水和低負荷階段。主給水截止閥一直關(guān)閉，汽包水位的控制與電動定速泵+調(diào)節(jié)閥的方式一樣，采用調(diào)節(jié)閥控制。當負荷超過某一較高負荷值時，上水截止閥、旁路給水截止閥關(guān)閉，主給水截止閥全開，通過改變給水泵的轉(zhuǎn)速改變給水流量，控制汽包水位。 電動調(diào)速閥+調(diào)節(jié)閥的簡化給水系統(tǒng)圖 ⑶ 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。對于300MW及以上機組，每臺鍋爐配有一臺50%容量的電動調(diào)速泵和一臺100%容量的汽動給水泵，或者兩臺每臺容量各為50%的汽動泵。為與單元機組的汽輪機下相區(qū)別，汽動泵的汽輪機稱小汽輪機，一般驅(qū)動小汽輪機工作的汽源來自汽輪機的高壓缸抽汽，通過控制小汽輪機的進汽量，改變小汽輪機的轉(zhuǎn)速，達到改變給水泵的轉(zhuǎn)速。小汽輪機的轉(zhuǎn)速是以微處理器為核心組成的小汽輪機的轉(zhuǎn)速從零升到某一臨界轉(zhuǎn)速，當達到這一轉(zhuǎn)速后小汽輪機的轉(zhuǎn)速給定值由給水控制系統(tǒng)設(shè)置，此后小汽輪機只相當于給水控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。采用一臺50%容量的電動調(diào)速泵、兩臺容量各為50%。 汽動泵+電動調(diào)速泵+調(diào)節(jié)閥的簡化給水系統(tǒng)圖第三章 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。[11]單元機組的熱工過程是由許多設(shè)備共同完成的。每一設(shè)備既具有相對獨立的功能和作用，又按照特定的工藝流程與其它設(shè)備組成子系統(tǒng)，若干子系統(tǒng)構(gòu)成相應(yīng)的系統(tǒng)。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。DCS以CPU群為核心，這些功能強弱不同的微處理器有的對子系統(tǒng)的設(shè)備或工藝流程進行控制，有的對子系統(tǒng)與子系統(tǒng)間進行協(xié)調(diào)控制，有的完成系統(tǒng)和子系統(tǒng)間的控制，還有的進行系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)控制，即整個機組的控制目標和任務(wù)事先按一定方式分配給各個微處理器，形成功能上的分級，而各個CPU通過數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)系，交換信息，實現(xiàn)CPU控制作用分散、顯示和操作以及管理集中的有機結(jié)合，實現(xiàn)信息資源共享。分散具有廣泛的含義，它包括功能分散、控制分散、數(shù)據(jù)分散、通信分散、設(shè)備分散，從而達到危險分散，提高機組的安全運行水平。DCS控制方式符合熱電生產(chǎn)的熱工過程基本特征，因此在新廠建設(shè)和老廠技術(shù)改造中，獲得了大力推廣和廣泛應(yīng)用。DCS綜合了現(xiàn)代計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)，是一種新型的控制系統(tǒng)。在介紹DCS之前，先對以下模件進行簡單介紹：⑴ 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。⑵ A/D轉(zhuǎn)換（模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量）：轉(zhuǎn)換成計算機能夠接受的數(shù)字信號。⑶ V/I轉(zhuǎn)換（電壓轉(zhuǎn)換為電流）：以便信號的遠傳。⑷ 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。⑸ 預(yù)處理：指I/O模件對來自現(xiàn)場的信號進行先期處理，經(jīng)過處理的信號才能被CPU或計算機識別接受。⑹ 后處理：指I/O模件把CPU或計算機輸出的指令進行最后的處理，將反應(yīng)控制策略的信號輸出到現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)或顯示儀表。⑺ 通信網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點：指連接在通信網(wǎng)絡(luò)上參與通信的硬件設(shè)備。⑻ 通信網(wǎng)絡(luò)的鏈路：連接通信網(wǎng)絡(luò)中相鄰兩節(jié)點之間的一段線路稱鏈路，這段線路是傳輸信號的通道。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)。其主要特征在于分散控制和集中管理，即對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視，操作和管理。而控制任務(wù)則由不同的計算機控制裝置來完成。通常把DCS分為4級， DCS的功能分級各級的作用是：第一級。過程控制級，直接與生產(chǎn)過程相連，這一級的CPU通過通信方式對來自現(xiàn)場各被監(jiān)控設(shè)備實施監(jiān)視和控制，同時向上一級，即第二級傳送采集到的實時數(shù)據(jù)，并接受來自第二級的操作和組態(tài)信息。第二級?？刂乒芾砑墸饕刹僮鲉T站，工程師站和高速通信網(wǎng)線組成。第二級的計算機綜合監(jiān)視來自過程控制級的所有信息，通過人機對話進行集中顯示和操作，可以對過程控制級的控制方案進行修改、組態(tài)，對參數(shù)進行調(diào)整，并進行歷史數(shù)據(jù)存檔，故障存檔等。第三級。生產(chǎn)管理級，此級的計算機對來自下一級的信息進行處理，顯示各級組的運行情況，供生產(chǎn)管理者參考和決策。第四級。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。 ，(a) INFI系統(tǒng)(b) MACS系統(tǒng)圖 第一級和第二級的簡化結(jié)構(gòu)框圖（a）是美國ABB貝利公司生產(chǎn)的INFI系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，圖中工廠環(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。并且通信接口模件、控制通道、多功能處理器、I/O擴展總線和I/O模件安裝在機柜內(nèi)，共同組成對輸入信號的采集和處理，對現(xiàn)場設(shè)備進行監(jiān)控，完成網(wǎng)絡(luò)通信等功能，這種機柜被稱為過程控制單元（PCU）或現(xiàn)場控制單元（HCU）。（b）是北京和利時公司生產(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。并且系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、主控單元、控制網(wǎng)絡(luò)、