【導(dǎo)讀】自動(dòng)控制技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和國(guó)防建設(shè)。和企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。其中，鍋爐汽包給水及水位的調(diào)節(jié)已經(jīng)完全采用自動(dòng)的方。當(dāng)汽包水位過(guò)高時(shí)，蒸汽中攜帶。的水分會(huì)增加，容易造成過(guò)熱器積鹽結(jié)垢，使管道過(guò)熱損壞。而且，鹽垢會(huì)引起傳熱。惡化，經(jīng)濟(jì)性下降。汽包嚴(yán)重滿水時(shí)，會(huì)造成蒸汽大量帶水，使蒸汽溫度急劇下降，當(dāng)時(shí)，則可能造成水冷壁爆管。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。目前工業(yè)控制急需一種系統(tǒng)簡(jiǎn)單，并且能夠控制“虛假水位”?，F(xiàn)象，具有高性能的控制系統(tǒng)。負(fù)荷達(dá)到一定值以上時(shí)，疏水和排污閥將逐漸關(guān)閉，汽、水趨于平衡，流量逐漸。增大，測(cè)量誤差逐漸減小，這時(shí)原則上可采用三沖量調(diào)節(jié)方式。DCS為生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制提供了強(qiáng)有力的控制手段，因此它廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)。件將會(huì)在火電廠得到發(fā)展與應(yīng)用。DCS，已在控制結(jié)構(gòu)和控制范圍上發(fā)生了巨大的變化。

　　

【正文】 給水控制系統(tǒng) 主回路的 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 圖 323 串級(jí)三沖量 給水控制系統(tǒng) 主回路的仿真圖 從主回路 SIMULINK 仿真圖可以看出，曲線最終能達(dá)到穩(wěn)定值 100mm，主回路仿真曲線是一波半， 但是 動(dòng)態(tài)性能分析 ，超調(diào)為 51%， Ts 為 280s。 前饋通路的 仿真 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)器校正，使靜態(tài)水位值總是等于給定值 。所以前饋裝置的傳遞函數(shù)選擇不受靜態(tài)特性無(wú)差條件的 限制，而可以根據(jù)鍋爐 “ 虛假水位 ” 的嚴(yán)重程度來(lái)確定，從而改善負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)控制過(guò)程的質(zhì)量。 在負(fù)荷開(kāi)始變化時(shí)，為使蒸汽流量信號(hào)更好地補(bǔ)償 “ 虛假水位 ” 現(xiàn)象，改善負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)過(guò)程的質(zhì)量，一般使蒸汽流 量信號(hào)大大高于給水流量信號(hào)，一般 K=2。 可以得到 前饋通道 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖如 圖 324 所示， 由于給定值為 ， 水位測(cè)量變送器傳遞系數(shù) 為 ， 所以示波器輸出穩(wěn)定值為 100mm。 在 600s 和 800s 處分別加內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 34 入給水流量和蒸汽流量擾動(dòng)。 圖 324 串級(jí)三沖量 前饋通道 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 圖 325 串級(jí)三沖量 前饋通道仿真圖 為了提高系統(tǒng)的性能，對(duì)串級(jí)三沖量水位控制系統(tǒng)的整定參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，圖 325所示為串級(jí)三沖量在外擾條件下的仿真圖，超調(diào) ? 為 51%， Ts 為 280s，因?yàn)槌{(diào)量過(guò)大，所以要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)，同時(shí)對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行仿真分析。調(diào)整后如圖 326 所示，在 600S 和 800s 處分別加入給水流量和蒸汽流量擾動(dòng)，如圖 327 超調(diào)為 45%， Ts 為內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 35 450s，顯然性能變好 ， 115, 11 ?? iT? s。 圖 326 微調(diào)后的串級(jí)三沖量 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 圖 327 微調(diào)后的串級(jí)三沖量仿真圖 圖 327 表明整定后的系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和抗干擾性。下面具體分析串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在給水流量擾動(dòng)和蒸汽流量擾動(dòng)下的抗干擾性能。 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在給水流量擾動(dòng)下 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖及仿真圖如圖內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 36 328 和 329 所示，在給水流量的擾動(dòng)下，水位雖然有波動(dòng) ，但最大波動(dòng)也只是 ?? ，內(nèi)回路特性抵抗了給水流量的擾動(dòng)，使系統(tǒng)最后達(dá)到穩(wěn)定值 0mm。 圖 328 串級(jí)三沖量給水流量擾動(dòng)下 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 圖 329 串 級(jí) 三沖量給水流量擾動(dòng)下 仿 真圖 圖 330 和圖 331 分別為有、無(wú)前饋裝置 串 級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在蒸汽流內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 37 量擾動(dòng)下 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖，對(duì)應(yīng)仿真圖分別為圖 332 和 圖 333。圖 332 說(shuō)明對(duì)應(yīng)有前饋通道的系統(tǒng)能夠抵抗蒸汽流量擾動(dòng)，系統(tǒng)最后達(dá)到穩(wěn)定值 0，而圖 333 說(shuō)明對(duì)應(yīng)無(wú)前饋通道的系統(tǒng) 也 能夠抵抗蒸汽流量擾動(dòng)，系統(tǒng)穩(wěn)定值為 也為 0mm，這是因?yàn)榇?jí)三沖量給水系統(tǒng)水位偏差完全由主調(diào)節(jié)器校正，使靜態(tài)水位值總是等于給定值 ，但是加入前饋裝置的系統(tǒng)更為穩(wěn)定。 蒸汽流量擾動(dòng)是外擾，在串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中當(dāng)蒸汽流量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，蒸汽流量信號(hào)使給水調(diào)節(jié)閥一開(kāi)始就向正方向移動(dòng)，保持給水量和蒸汽流量平衡，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)大，抵消了由于 “ 虛假水位 ” 引起的反方向動(dòng)作因而減少了水 位和給水流量的波動(dòng)幅度。 圖 330 有前饋裝置的 串 級(jí)三沖量蒸汽流量擾動(dòng)下 SIMULINK 結(jié)構(gòu)圖 圖 331 無(wú)前饋裝置的 串 級(jí)三沖量蒸汽流量擾動(dòng)下 SIMULINK 結(jié)構(gòu)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) 38 圖 332 有前饋裝置的 串 級(jí)三沖量蒸汽流量擾動(dòng)下仿真圖 圖 333 無(wú)前饋裝置的 串 級(jí)三沖量 蒸汽流量擾動(dòng)下仿真圖 單 級(jí) 三沖量 給水控制系統(tǒng) 與串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)比較 單級(jí)三沖量與串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)抗擾動(dòng) 特性對(duì)比 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)和串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在給水流量擾動(dòng)下的 仿真曲線對(duì)比圖如圖 334 所示，曲 線 1 為單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在給水流量擾動(dòng)下的內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 39 仿真 曲線，曲線 2 為串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 在給水流量擾動(dòng)下的 仿真 曲線，可以很明顯的看出串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)對(duì)給水流量擾動(dòng)的抵抗性更強(qiáng)，最大擾動(dòng)量?jī)H為 ?? mm。 給水流量擾動(dòng)是內(nèi)擾，串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)中主調(diào)節(jié)器的任務(wù)是校正水位，這比單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的工作更為合理。當(dāng)水位發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，汽包水位變化，系統(tǒng)立刻通過(guò)水位變送器將變化量反饋到主調(diào)節(jié)器，使主調(diào)節(jié)器動(dòng)作，進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而消除未進(jìn)入副回路的擾動(dòng)，穩(wěn)態(tài)時(shí)保持汽包水位等 于原來(lái)設(shè)定值，維持系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。但這種擾動(dòng)發(fā)生后，系統(tǒng)是通過(guò)反饋?zhàn)饔脕?lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)的，所以系統(tǒng)調(diào)節(jié)會(huì)存在一定的遲延，不如調(diào)節(jié)前饋擾動(dòng)量及時(shí) 。 圖 334 給水流量擾動(dòng)下 仿真 曲線對(duì)比圖 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)和串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在蒸汽流量擾動(dòng)下的 仿真曲線對(duì)比圖如圖 335 所示，曲線 1 為單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在蒸汽流量擾動(dòng)下的仿真 曲線，曲線 2 為串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)在蒸汽流量擾動(dòng)下的 仿真 曲線，可以很明顯的看出串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)對(duì) 蒸汽 流量擾動(dòng)的抵抗性更強(qiáng)。 蒸汽流量擾動(dòng)是外擾，在三沖量給水控制系統(tǒng)中 當(dāng)蒸汽流量發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，蒸汽流量信號(hào)使給水調(diào)節(jié)閥一開(kāi)始就向正方向移動(dòng)，保持給水量和蒸汽流量平衡，即蒸汽流量增加，給水調(diào)節(jié)閥開(kāi)大，抵消了由于 “虛假水位 ”引起的反方向動(dòng)因而減少了水位和給水流量的波動(dòng)幅度 ， 就這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)優(yōu)于單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 40 圖 335 蒸汽流量擾動(dòng)下 仿真 曲線對(duì)比圖 單級(jí)和串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)的比較分析 （ 1） 單級(jí)給水控制系統(tǒng)里 PI 調(diào)節(jié)器要完成副回路和主回路兩者的控制任務(wù)，因此，在調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方面要兼顧到兩個(gè)回路的控制質(zhì)量要求。而串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)則由主 、副兩個(gè) PI 調(diào)節(jié)器分別控制兩個(gè)回路。 （ 2） Gn 是單級(jí)給水控制系統(tǒng)等效比例帶，因此 Gn 的大小對(duì)主回路的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，而對(duì)于串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)， Gn 對(duì)水位 H 的穩(wěn)定性不起作用，因?yàn)檫€有主調(diào)節(jié)器 )(1 SWPI 在發(fā)揮作用。因此， Gn 大小在單級(jí)和串級(jí)給水控制系統(tǒng)里產(chǎn)生的影響不一樣。 （ 3） 串級(jí)給水控制系統(tǒng)由于 有主調(diào)節(jié)器維持水位為給定值，因此，蒸汽流量信號(hào)可視鍋爐 “ 虛假水位 ” 而定，不一定與給水量信號(hào)相等，兩個(gè)信號(hào)的配合比較靈活。對(duì)于單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)，如蒸汽流量信號(hào)與給水流量信號(hào)不相等，則將選成水位的靜態(tài)偏差。另外，串級(jí)給水控制系統(tǒng)可視鍋爐動(dòng)態(tài)特性的不同而引入附加的導(dǎo)前沖量。 總而言之， 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)與串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)相比較，串級(jí)控制系統(tǒng)是 有兩個(gè)回路 ，以及當(dāng)蒸汽負(fù)荷改變時(shí)迅速調(diào)節(jié)給水流量 。 主調(diào)節(jié)器 PIl 采用比例積分控制規(guī)律，以保證水位無(wú)靜態(tài)偏差。主調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)和給水流量，蒸汽流量都作用到副調(diào) 節(jié)器 P12 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(jí)系統(tǒng)主副調(diào)節(jié)器的任務(wù)保持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(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。并不要求進(jìn) 入 副調(diào)節(jié)器的蒸汽流量信號(hào)的作用強(qiáng)度按所謂的 “ 靜態(tài)配比 ”來(lái)進(jìn)行整定。恰恰相反，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)適內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 41 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)。由此可見(jiàn) ，串級(jí)三沖量系統(tǒng)比單級(jí)三沖量的工作更合理，控制品質(zhì)要好一些。 由仿真圖可知，串級(jí)系統(tǒng) 的抗擾性能要好。當(dāng)為蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)，串級(jí)系統(tǒng)波形的波動(dòng)比單級(jí)系統(tǒng)明顯要小，串級(jí)系統(tǒng)的抗擾性能優(yōu)于單級(jí)系統(tǒng)，所以串級(jí)系統(tǒng)被廣泛采用。 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 結(jié) 論 本文介紹了發(fā)電廠的概況和熱工自動(dòng)化在電廠中的應(yīng)用，說(shuō)明了鍋爐水位控制的重要性，主要 掌握 了氣泡鍋爐給水控制對(duì)象 的動(dòng)態(tài)特性，分析了 給水流量擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性、蒸汽流量擾動(dòng)下的水位的動(dòng)態(tài)特性和爐膛熱負(fù)荷擾動(dòng)下水位的動(dòng)態(tài)特性 。為了克服汽包水位的波動(dòng)，采用串級(jí)三沖量 給水控制系統(tǒng) 進(jìn)行抵抗 給水流量 和 蒸汽流量 等 擾動(dòng) 。通過(guò)仿真證明 了串級(jí)三沖量 給水控制系統(tǒng) 能夠有效的克服“虛假水位”現(xiàn)象和內(nèi)擾， 副回路 能 快速消除給水流量擾動(dòng)，前饋通路用于補(bǔ)償蒸汽流量擾動(dòng)，克服 “ 虛假水位 ” 現(xiàn)象 。 本文通過(guò)仿真 進(jìn)行 了 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 與 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 的 比較，串級(jí) 三沖量 給水控制系統(tǒng) 克服給 水流量擾動(dòng) 和 蒸汽流量擾動(dòng) 的效果更好，即串級(jí)三沖量抗擾性能強(qiáng)。在 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 與 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 的參數(shù)整定過(guò)程中，由于 串級(jí) 三沖量給水控制系統(tǒng) 主、副回路可以看成獨(dú)立工作的，而在 單級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 中是相互影響的，因而 串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng) 的參數(shù)更容易整定 。 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 參考文獻(xiàn) [1] 邊立秀 .熱工制系統(tǒng) .北京 .中國(guó)電力出版社 .2021： 113134 [2] 胡壽松 .自動(dòng)控制原理 .北京 .科技出版社 .2021： 214266 [3] 張玉鐸 ， 王滿稼 .熱工自動(dòng)控制系統(tǒng) .北京 .水利水電出版社 .1997： 111129 [4] 顧曉東 ， 徐耀文 .電廠熱工過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié) .北京 .電力工業(yè)出版社 .1981： 6690 [5] 劉吉臻 .協(xié)調(diào)控制與給水全程控制 .北京 .中國(guó)電力出版社 .1995： 8098 [6] 薛定宇 .控制系統(tǒng)計(jì) 算機(jī)輔助設(shè)計(jì) . 北京 .清華大學(xué)出版社 .1996： 6879 [7] 黃忠霖 .控制系統(tǒng) MATLAB 計(jì)算機(jī)仿真 .北京 .國(guó)防工業(yè)出版社 .2021： 85120 [8] 王加璇，姚文達(dá) .電廠熱力設(shè)備及其運(yùn)行 .北京 .中國(guó)電力出版社 .1997： 179191 [9] 吳永生 .熱工測(cè)量及儀表 .北京 .中國(guó)電力出版社 .1995： 222230 [10] 張法文 .直流爐單元機(jī)組自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng) .北京 .水利電力出版社 .1986： 8392 [11] 涂健 .控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) .武漢 .華中理工大學(xué)出版社 .1985： 133145 [12] 陳學(xué)俊，陳聽(tīng)寬 .鍋爐原理 .北京 .機(jī)械工業(yè)出版社 .1991： 1845 [13] 陳哲 .現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ) .北京 .冶金工業(yè)出版社 .1987： 165183 [14] 戴文進(jìn)，章衛(wèi)國(guó) .自動(dòng)化專業(yè)英語(yǔ) .武漢 .武漢理工大學(xué)出版社 .2021： 192198 [15] ’s Latest Supervisory and Control System for advanced Combined Cycle Power Plants. 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