【文章內容簡介】 應用軟件 。 (a)系統(tǒng)軟件 系統(tǒng)軟件一般包括匯編語言、高級算法語言、過程控制語言等語言加工程序、 數據結構、數據庫系統(tǒng)、管理計算機資源的操作系統(tǒng)、網絡通信軟件、系統(tǒng)診斷 程序等，系統(tǒng)軟件一般由計算機設計人員研制，由計算機廠商提供。對于計算機 控制系統(tǒng)的設計和維護人員，要對系統(tǒng)軟件有一定程度的了解，并會使用系統(tǒng)軟 件，以便更好的編制應用軟件。 (b)應用軟件 應用軟件是根據用戶所要解決的實際問題而編制的具有一定針對性的計算機 程序，這些程序決定了信息在計算機內的處理方法和算法。計算機控制系統(tǒng)的應 用軟件一般有：過程輸入程序、數據處理程序，過程控制程序，過程輸出程序， 人機接口程序，顯示、報警、打印程序以及各種公用子程序等。應用軟件的開發(fā) 與被控對象的動態(tài)特性以及運行方式密切相關，因此，應用軟件的開發(fā)人員除掌 握計算機的應用技術外，還應了解被控對象的特性和運行要求，才有可能開發(fā)出 合理的應用軟件。 計算機控制系統(tǒng)的軟件優(yōu)劣與否，既關系到系統(tǒng)硬件的功能發(fā)揮，也關系到 對生產過程的控制品質和管理水平，同時還影響計算機系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠 性。例如，同樣的硬件配置，采用高性能的軟件，可以獲得更好的控制效果 ，反 之，硬件功能難以充分發(fā)揮，達不到預定的控制目的，甚至會造成系統(tǒng)“死機” 等不良現象。計算機控制和管理的實時性，不僅取決于硬件指標，同樣很大程度 上依賴于系統(tǒng)軟件和應用軟件。 1． 4． 3電廠控制系統(tǒng)的體系結構 在火力發(fā)電廠內針對不同的控制對象采用不同的過程控制設備?？删幊踢壿嬁刂破?(PLC)是一種以微處理器為核心、具有貯存記憶功能的數字化控制裝置。它的最大特點是提供了開關量輸入、輸出通道，可以通過預先編制好的程序來實現時間順序控制或邏輯程序控制，以取代以往復雜的繼電器控制裝置。目前，各廠家生產的 PLC均已標準化、模塊化、系列化。 PLC中的一個 I／ 0模塊通?？奢斎牖蜉敵?16～ 64個點。用戶可根據需要靈活選配模塊構成不同規(guī)模的 PLC。新型的 PLC，還提供了模擬量輸入、輸出通道和 PID等控制量算法，可以實現連續(xù)過程的控制。這種集模擬量控制和開關量控制為一體的 PLC，通常也成為可編程控制器(Programmable Controller，簡稱 PC)PLC一般設有異步通信接口 (RS— 232或 Rs— 422)，它既可作為一個獨立的控制站直接與分散控制系統(tǒng)的操作站交換信息，也可以連接到分散控制系統(tǒng)的現場總線上，還可以通 過網間連接器與分散控制系統(tǒng)的上層通信網絡連接。具有很多優(yōu)點 ： 第一、控制分散、信息相對集中。系統(tǒng)運用了大系統(tǒng)遞階控制的思想，將系統(tǒng)功能垂直分解和將生產過程水平分解，采用了全防衛(wèi)高度分散的系統(tǒng)結構。生產過程的控制是容國只負責少量控制回路、功能強大、具有～定自治能力、以微14 處理器為核心的一系列標準化模件予以實現 它既能代替常規(guī)模擬儀表完成規(guī)定的控制任務，又能實現更為高級復雜的控制規(guī)律。分散控制結構相對于集中式計算機控制，不僅提高了各功能模件的相對獨立性和自主性，還能保證局部故障時不危及整個系統(tǒng)。控制上的分散帶來的危 險分散、大大提高了系統(tǒng)的可靠性。利用系統(tǒng)的通信網絡、存貯設備和軟件系統(tǒng)等，可實現整個系統(tǒng)的監(jiān)視和操作集中，以及綜合信息集中，有利于全面了解和有效操縱生產過程及系統(tǒng)的運行。 第二、控制功能齊全、控制算法豐富。分散控制系統(tǒng)充分利用和發(fā)揮了計算機的優(yōu)勢，可以實現滿足生產過程需求的各種控制功能。它不僅集連續(xù)控制、順序控制和批量控制于一體，還可以通過軟件的開發(fā)在原來已有的各種控制算法基礎上，方便地吸納和積累許多新穎實用的控制算法，使其不斷地豐富與完善，而且可以實現串級、前饋、復合、解藕等復雜的控制方式和自適應、預報、 最優(yōu)、智能化等更高級更先進的控制技術。分散控制系統(tǒng)靈活的組態(tài)功能，能使其豐富的控制功能得以充分的體現和應用，從而提高了系統(tǒng)的可控性。計算機所具有的強大的貯存和邏輯判斷能力，使得分散控制系統(tǒng)可根據生產環(huán)境和條件的變化，及時 做出 判斷，選擇最為合理的控制對策，以達到理想的控制效果。這些是常規(guī)模擬調節(jié)器所不可比擬的。除上述功能之外，分散控制系統(tǒng)還可以實現對生產過程的各級管理。如生產過程的平衡計算與性能計算、壽命管理、經濟核算、生產計劃與調度等等。為實現全廠綜合自動化提供了物質基礎和綜合條件。 第三、靈活性好、適應性強、具有較好的開放性。分散控制系統(tǒng)的硬件和軟 件都采用標準化、模塊化的開放式的設計。硬件系統(tǒng)采用積木組裝結構，它可以 通過選擇不同數量、不同功能或類型的插接式模件 (如 5／ 0模件、控制模件、通 信模件、顯示模件等等 )組成不同規(guī)模和不同要求的硬件環(huán)境，以適應不同用戶 的需要。若要改變系統(tǒng)規(guī)模時，只需減少或增加相應的模件，而不影響系統(tǒng)其它 硬件的功能發(fā)揮。同時，系統(tǒng)的應用軟件也采用模塊結構、用戶只需借助系統(tǒng)的 組態(tài)軟件，用回答問題或填寫表格等方式，可方便地將所選擇的硬件與相應的軟 件模塊聯系起來，構成所需功能的控制系統(tǒng)，硬件和軟件的模塊化，便于系統(tǒng)的 O組態(tài)，提高了系統(tǒng)配置的靈活性，有利于系統(tǒng)的擴展與升級，適應于各種生產過程控制和管理的應用。而且，良好的硬件特性還能提高對各種應用環(huán)境的適應能力。 第四、實時性好、協(xié)調性強。分散控制系統(tǒng)采用了現代通信網絡和先進的微 處理器，可實現各模塊或工作單元間的信息高速傳輸、信息共享以及信息的管理， 在優(yōu)良的實時操作系統(tǒng) (如 Unix等 )、實時時鐘和中斷處理系統(tǒng)的支持下，所有 信息采集、處理、顯示以及控制都具有良好的實時性，能及時觀察到生產過程的 微 小變化，及時對生產過程進行控制操作，由于微處理器非凡的邏輯功能和計算 能力，能綜合分析和協(xié)調處理各種信息，并能通過通信網絡將各工作單元的工作 協(xié)調起來，所以，分散控制系統(tǒng)既能協(xié)調系統(tǒng)內部的工作，也能對生產過程進行 從而提高系統(tǒng)的可靠性。其次，采用先進的高質量的大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路， 在確保選用質量可靠的元器件的基礎上，大幅度減少元器件數量和應用表面安裝 技術，提高硬件設計和制造的可靠性，最大限度地降低硬件故障率。再其次，采 用硬件冗余和軟件容錯技術，使系統(tǒng)的關鍵硬件 (如通信網絡、操作監(jiān)視站、電 源、主要 模件等等 )雙重化配置，使系統(tǒng)的軟件具有故障檢測、診斷、處理和程 序卷回、指令復執(zhí)等功能。在系統(tǒng)出現差異時，可實現自動報警、故障部件自動 隔離、熱備用的冗余部件自動投入、故障部件帶電捅拔等在線處理，以及手動后 援。最后，采用“電磁兼容性”設計，即通過接地、屏蔽、隔離等技術手段，提 15 高系統(tǒng)的抗干擾能力以滿足系統(tǒng)應用環(huán)境并留有充分的裕度，以保證系統(tǒng)的可靠 性。 SIS系統(tǒng) (Supervision Information System)是指電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)，是屬于全廠級生產過程自動化的范疇。目前，世界范圍內都非常 重視信息化建設，希望以此推動各國、各部門、各企業(yè)的改革和發(fā)展。隨著近幾年中國電力體制改的深入發(fā)展，廠網分開、競價上網已經成為必然發(fā)展趨勢。在此大環(huán)境下，國內各電廠也必需重視整合企業(yè)現有軟硬件資源，在整個電廠內實現資源共享，真正做到管控一體化，為電廠整體效益的提高打下堅實的基礎， SIS系統(tǒng)的建立響應了以信息化建設來提高電廠生產過程管理、決策水平的需求。 SIS系統(tǒng)強調面向用戶，其主要任務是輔助決策，強調對決策者提供系統(tǒng)外部環(huán)境信息、內部綜合信息、決策者個人經驗和判斷等方面的支持。 1． 5本文所做的工作 針對某廠自備電站鍋爐汽溫控制系統(tǒng)，應用模糊控制技術進行改造，通過與傳統(tǒng)的 PIP控制技術仿真對比，來探討模糊控制在發(fā)電廠鍋爐汽溫控制系統(tǒng)中的應用。為此，本文所做的主要工作如下： (1)以某廠 鍋爐汽溫控制系統(tǒng)為例，在實現傳統(tǒng)的 PID控制的基礎上，進一步應用模糊控制技術的改造方案。 (2)鍋爐 汽水 系統(tǒng)模糊控制器的總體方案設計。主要包括輸入量的模糊化，模糊控制規(guī)則的形成，輸出信息的精確化。 (3)利用 MATIAB7． 0中的 SIMULINK對系統(tǒng)仿真，分析模糊控制與 PID控制的優(yōu)越性。 (4)就如何將本文提出的控制理論、算法和控制規(guī)則廣泛應用于實踐進行進一步探討。 16 第二章 鍋爐蒸汽溫度自動控制系統(tǒng)的分析 2． 1引言 過熱蒸汽溫度自動控制是維持過熱器出口蒸汽溫度在允許范圍內，并且保護 過熱器，使管壁溫度不超過允許的工作溫度。過熱蒸汽溫度是鍋爐運行質量的重 要指標之一，過熱蒸汽溫度過高或過低都會顯著地影響電廠的安全性和經濟性。 目前，汽包鍋爐的過熱器側調溫都是以噴水減溫方式為主的。它的原理是將潔凈 的給水直接噴進蒸汽，水吸收蒸汽的汽化潛熱，從而改變過熱蒸汽溫度。汽溫的 變化通過減溫器噴水量的調 節(jié)加以控制。本章將以單元機組為控制對象，討論汽 包鍋爐蒸汽溫度控制系統(tǒng)的構成、工作原理、特點及方案比較 。 2． 2過熱汽溫控制的任務 近代鍋爐對過熱汽溫和再熱汽溫的控制是十分嚴格的，允許變化范圍一般為 額定汽溫177。 5℃。 汽溫過高 或過低，以及大幅度的波動都嚴重影響鍋爐、汽輪機的安全和經濟性。 蒸汽溫度過高，若超過了設備部件 (如過熱器管、蒸汽管道、閥門，汽輪機 的噴嘴、葉片等 )的允許工作溫度，將使鋼材加速蠕變，從而降低設備使用壽命。 嚴重的超溫甚至會使管予過熱而爆破。過熱器、再熱器一般由若干級組成。各級 管子常使用不同的材料，分別對應一定的最高許用溫度。因此為保證金屬安全， 還應當對各級受熱面出口的汽溫加以限制。此外，還應考慮平行過熱器管的熱偏 差及汽溫兩側偏差，防止局部管子的超溫爆漏和汽輪機汽缸兩側的受熱不均。因 而過熱汽溫的上限一般不應超過額定值 5℃。 蒸汽溫度過低，將會降低熱力設備的經濟性。對于亞臨界、超臨界機組，過 熱汽溫降低 10℃，發(fā)電煤耗將增加約 ／ (kWh)，再熱汽溫每降低 1℃， 發(fā)電煤耗將增加約 0． 89標煤／ (kWh)。汽溫過低，還會使汽輪機最后幾級的蒸汽 濕度增加，對葉片的侵蝕作用加劇，嚴重時將會發(fā)生水沖擊，威脅汽輪機的安全。 因此運行中規(guī)定，在汽溫低到一定數值時，汽輪機就要減負荷甚至緊急停機。因 而過熱汽溫的下限一般不低于額定值 10℃。 汽溫突升或突降會使鍋爐各受熱面焊口及連接部分產生較大的熱應力。還將 造成汽輪機的汽缸與轉子間的相對位移增加，即脹差增加。嚴重時甚至可能發(fā)生 葉輪與隔板的動靜摩擦，汽輪機劇烈振動等。 過熱汽溫的額定值通常在 500℃以上，例如高壓鍋爐一般為 540℃，就是說要使過熱汽溫保持在 540177。 5℃的范圍內。 性分析 影響過熱器出口蒸汽溫度變化的原因很多，如蒸汽流量變化、燃燒工況變化、 鍋爐給水溫度變化、進入過熱器的蒸汽溫度變化、流經過熱器的煙汽溫度和流速 變化、鍋爐受熱面結垢等。但歸納起來，主要有三個方面： (負荷 )擾動下過熱汽溫對象的動態(tài)特性 當鍋爐負荷擾動時，蒸汽流量的變化使沿整個過熱器管路長度上各點的蒸汽流速幾乎同時改變，從而改變過熱器的對流放熱系數，使過熱器出口汽溫的階躍響應曲線如圖 2． 1所示，其特點是：有滯后、有慣性、有自平衡能力，且 /ct? 較17 小。 當鍋爐的負荷增加時，對流式過熱器和輻射式過熱器的出口汽溫隨負荷變化的方向是相反的。負荷增加時，通過對流式過熱器的煙汽溫度和流速都增加，從而使對流式過熱器的出口汽溫升高。但是，由于負荷增加時，爐膛溫度升高不多，而爐膛煙溫升高所增加的輻射熱量小于蒸汽負荷增大所需要的吸熱量，因而當負荷增加時，輻射式過熱器出口汽溫是下降的。現代大型鍋爐的過熱器，對流式過熱器的受熱面積大于輻射式過熱器的受熱面積，因此總的汽溫將隨負荷增加而升高。 圖 2． 2表示煙氣熱量 Qy階躍變化時 過熱汽溫的反應曲線，其特點是：有遲延、有慣性、有自平衡能力。煙氣熱量擾動 (煙氣溫度和流速產生變化 )時，由于煙氣流速和溫度的變化也是沿整個過熱器同時改變的，因而沿過熱器整個長度使煙 圖 2． 1負荷擾動下的動態(tài)特性 氣傳遞熱量也同時變化，所以汽溫反應較快，其時間常數 cT 和遲延 t均比其他擾動小?，F場當中是通過改變煙氣溫度 (例如改變噴燃器角度或改變噴燃器投入的個數 )或改變煙氣流量來求取汽溫響應曲線的。 2． 3． 3減溫水量擾動下的過熱汽。溫動態(tài)特性 當減溫水流量擾動時，改變了高一溫過熱器的入口汽溫，從而影響了過熱器出口汽溫，其階躍響應曲線如圖 2． 3所示。從圖中可看出，其特點也是有遲延、有慣性、有自 平衡 能力的。但是由于現代大型鍋爐的過熱器管路很長，因而當減18 溫水流量擾動時，汽溫反應較慢。 圖 2． 2煙氣熱量擾動下的動態(tài)特性 對于一般高、中壓鍋爐，當減溫水流量擾動時，汽溫的遲延時間 ? ≈ 30～ 60s，時間常數 cT ≈ 100s，而當煙氣側擾動時 ?? 10～ 20s， cT 100s。 可見，當負荷擾動或煙氣熱量擾動時，汽溫的反應較快；而減溫水量擾動時，汽溫的反應較慢。因而從過熱汽溫控制對象動態(tài)特性的角度考慮，改變煙氣側參數 (改變煙溫或煙汽流量 )的控制手段是比理想的 (因為負荷信號由用戶決定，不能作為控制量 )，但具體實現較困難，所以一般很少被采用。噴水減溫對過熱器的安全運行比較有利，所以盡管對象的特性不太理想，但還是目前廣泛被采用的過熱蒸汽溫度控制 方法。 采用噴水減溫時，由于對象控制通道有較大的遲延和慣性以及運行