【導(dǎo)讀】本文應(yīng)用自動(dòng)控制理論對(duì)單元機(jī)組給水的要求和特點(diǎn)進(jìn)行了全面的分析，使單元機(jī)組。統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差小，控制精度高，超調(diào)量小。此外還提出了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)。題，這對(duì)單元機(jī)組給水全程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試均具有一定的參考價(jià)值。但是，火電機(jī)組越大，其設(shè)備結(jié)構(gòu)就越復(fù)雜，自動(dòng)化程度要求也越高。。維持汽包水位在一定允許范圍內(nèi)，是保證鍋爐和汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件。過(guò)高會(huì)影響汽水分離器的正常運(yùn)行，蒸汽品質(zhì)變壞，使過(guò)熱器管壁和氣輪機(jī)葉片結(jié)垢。重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致蒸汽帶水，造成汽輪機(jī)水沖擊而損壞設(shè)備。水位過(guò)低則會(huì)破壞水循環(huán)，嚴(yán)重。時(shí)將引起水冷壁管道破裂。因而對(duì)火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造已成為必然。全程調(diào)節(jié)已完全成為可能。控制汽包水位，大旁路調(diào)節(jié)閥維持給水壓力，采用三沖量的控制方式。量變送器故障時(shí)為單沖量。順利投入的基本要求。給水流量是調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)所改變的控制量，給水流量擾動(dòng)是來(lái)自控制側(cè)的擾動(dòng)，又稱內(nèi)擾。

　　

【正文】 通控制信號(hào)。 邏輯信號(hào) 10： A 泵轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋值與給定值偏差太大時(shí)報(bào)警。 邏輯信號(hào) 12： B 泵雙回路跟蹤時(shí)，接通 B 泵轉(zhuǎn)速反饋值；否則，接通手動(dòng)給定值。 邏輯信號(hào) 13： B 泵手動(dòng)時(shí)，接通轉(zhuǎn)速反饋值或者手動(dòng)給定值；否則，接通控制信號(hào)。 邏輯信號(hào) 14： A 泵轉(zhuǎn)速信號(hào)反饋值與給定值偏差太大時(shí)報(bào)警。 控制系統(tǒng)的跟蹤與切換 當(dāng)負(fù)荷小于 30%時(shí)，采用單回路輸出信號(hào)來(lái)控制閥門開度，此時(shí)三沖量主調(diào)節(jié) 器 PID1跟蹤總給水流量與主蒸汽流量 SW 之差，三沖量副調(diào)節(jié)器 PID2 的輸入信號(hào)即為 0， PID2輸出跟蹤單回路控制器 PID3 的輸出，并產(chǎn)生控制信號(hào)去控制閥門和電泵。 當(dāng)負(fù)荷增加到 30%后，采用三沖量進(jìn)行控制此時(shí)， PID1 停止跟蹤，該將水位給定值 H和測(cè)量值進(jìn)行偏差運(yùn)算并進(jìn)行調(diào)節(jié)，其結(jié)果經(jīng)過(guò)高低限幅運(yùn)算與主蒸汽流量一同送入副調(diào)節(jié)器 PID2，此時(shí) PID2 也停止跟蹤，進(jìn)行調(diào)節(jié)工作，輸出控制信號(hào)。由于在負(fù)荷〈 30%時(shí)，PID2 的輸出是跟蹤 PID3 的，所以切換是無(wú)擾動(dòng)的 。 PID3 這時(shí)轉(zhuǎn)為跟蹤 PID2 輸出的控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn) 由三沖量向單沖量的切換也能無(wú)擾進(jìn)行。 泵和閥門的運(yùn)行 從 3PI 輸出的控制信號(hào)經(jīng)過(guò) f1(x)運(yùn)算后，轉(zhuǎn)化為使旁閥開度在 0~100%時(shí)，符合可以從 0~30%變化的信號(hào)。并由位置變送器 ZT 將旁閥位置反饋回來(lái)，如果反饋值和位置信號(hào)相差過(guò)大，則出現(xiàn)旁閥閥位偏差報(bào)警。 3PI 的輸出經(jīng)過(guò) f2(x)運(yùn)算后變?yōu)榭梢栽?0~100%負(fù)荷調(diào)節(jié)給水量的信號(hào)去控制 A 泵轉(zhuǎn)速。該信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)低限幅模塊后，在符合小于 30%時(shí)，不動(dòng)作，電泵維持在最低轉(zhuǎn)速。只有當(dāng)負(fù)荷升高到一定程度，控制信號(hào)經(jīng) f2(x)運(yùn)算后大于給定值時(shí)，才能作為泵的轉(zhuǎn)速給 定值 去控制泵的給水流量。同時(shí)，轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置會(huì)將泵的轉(zhuǎn)速反饋回來(lái)，若和給定值偏差過(guò)大，則會(huì)出現(xiàn) A 泵轉(zhuǎn)速偏差報(bào)警。 B 泵同理。 手 /自動(dòng)切換問(wèn)題 當(dāng)給水手動(dòng)控制時(shí)，也存在跟蹤問(wèn)題。 PID3 在手動(dòng)并且旁閥開度大于 30%時(shí)，會(huì)跟蹤A 泵和 B 泵轉(zhuǎn)速信號(hào)中的較大值，在手動(dòng)并且旁閥開度小于 30%時(shí)，會(huì)跟蹤旁閥位置信號(hào)。此時(shí)， PID2 跟蹤 PID3 的輸出信號(hào)。 PID1 跟蹤給水流量與蒸汽流量 SW之差，當(dāng)旁閥硬手操時(shí)，則處于雙回路跟蹤狀態(tài)，這時(shí)控制信號(hào)直接跟蹤旁閥位置變送器的輸出值。如果旁閥處于手動(dòng)，則跟蹤手動(dòng)給定值。 A 泵和 B 泵同理。由 于這些跟蹤，使得在手 /自動(dòng)切換時(shí)得以無(wú)擾進(jìn)行。 6 仿真及整定 采用的仿真軟件為 MATLAB，在其 Simulink 工具箱中搭建仿真框圖進(jìn)行仿真。 子系統(tǒng)仿真 搭建單回路仿真框圖如圖 ： 圖 其中， 1 2 1() 58wGs ss? ? 為給水流量在低負(fù)荷時(shí)對(duì)汽包水位的傳遞函數(shù)。 經(jīng)整定得 P= 5 ， I= 系統(tǒng)在給定值擾動(dòng)下的階躍響應(yīng)曲線如圖 ： 圖 單回路系統(tǒng)在給定值單位階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線 指 標(biāo) 超調(diào)量 衰減率 調(diào)節(jié)時(shí)間 穩(wěn)態(tài)誤差 結(jié)果 30% 90% 103s 0 搭建串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)仿真框圖如圖 ： 圖 串級(jí)三沖量仿真框圖 其中， 332 12 ??? ssG w 為給水流量在高負(fù)荷時(shí)對(duì)汽包水位的傳遞函數(shù)； ssG D 410 ?? 為蒸汽流量擾動(dòng)在高負(fù)荷時(shí)對(duì)汽包水位的傳遞函數(shù)； 經(jīng)整定得 P=， I=； P1=4， I1= 串級(jí)三沖量系統(tǒng)在給定值階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線如圖 ： 圖 三沖量系統(tǒng)在給定值單位階躍擾動(dòng) 下的響應(yīng)曲線 指標(biāo) 超調(diào)量 衰減率 調(diào)節(jié)時(shí)間 穩(wěn)態(tài)誤差 結(jié)果 49% 77% 370s 0 串級(jí)三沖量系統(tǒng)在蒸汽階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線如圖 ： 圖 串級(jí)三沖量系統(tǒng)在蒸汽單位階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線 串級(jí)三沖量系統(tǒng)在給水流量單位階躍擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線如圖 ： 圖 全程給水系統(tǒng)仿真 通過(guò)全程給水仿真使單回路和三沖量?jī)蓚€(gè)子系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，仿真中選擇在 200s 時(shí)使系統(tǒng)從單回路切換到三沖量控制，測(cè)試其控制品質(zhì)。 仿真框圖如 圖 ： 圖 全程給水控制仿真框圖 在 0 秒加入給定階躍擾動(dòng) ,該仿真試驗(yàn)在 300s 時(shí)由單回路切換到三沖量，在 600s 時(shí)加入了蒸汽流量的階躍擾動(dòng)。 900 秒加入給水節(jié)約擾動(dòng) ,響應(yīng)曲線如圖 : 圖 全程仿真圖 執(zhí)行器輸出如圖 ： 圖 執(zhí)行器輸出曲線 測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能良好，在切換過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)，執(zhí)行器輸出也無(wú)急劇變化的情況發(fā)生。 魯棒性測(cè)試 將各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)做以下調(diào)整 : 低負(fù)荷時(shí)給水力量擾動(dòng)對(duì)汽包水位的傳遞函數(shù)由 1 21() 68wGs ss? ? ；高負(fù)荷時(shí)改為2 () 11 4wGs ss? ?蒸汽流量擾動(dòng)改為 2 1() 3 3 3DGs ss? ?? 重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，得到以下一組仿真曲線如圖 ： 圖 執(zhí)行器輸出如圖 ： 圖 執(zhí)行器輸出曲線 經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)魯棒性能良好 全文總結(jié) 汽包水位是鍋爐運(yùn)行中一個(gè)重要的參數(shù)。他間接反映了鍋爐蒸汽負(fù)荷與給水量之間的平衡關(guān)系，維持汽包水位正常是保證鍋爐和氣輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件。因此，給水系統(tǒng)的自動(dòng)化問(wèn)題也是人們 關(guān)注的重點(diǎn)。 由于鍋爐水位有其自身的動(dòng)態(tài)特性，比如非自衡，虛假水位等，這就給鍋爐給水自動(dòng)控制帶來(lái)了困難。為了解決這一問(wèn)題，我們?cè)谔摷偎惠^嚴(yán)重的高負(fù)荷采取了三沖量控制，即不僅僅由汽包水位這一反饋值來(lái)來(lái)調(diào)節(jié)給水流量，同時(shí)又增加了內(nèi)回路來(lái)消除給水側(cè)的擾動(dòng)，增加了蒸汽流量作為前饋來(lái)克服虛假水位現(xiàn)象給控制造成的困難。 同時(shí)，在設(shè)計(jì)中還存在一些問(wèn)題，比如：信號(hào)的測(cè)量。對(duì)水位信號(hào)的測(cè)量我們采取了壓力補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)提高測(cè)量的精確度，流量的測(cè)量采取了溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ羝髁康牟扇×苏{(diào)速及壓力補(bǔ)償?shù)姆椒?；同時(shí)，還存在各個(gè)調(diào)節(jié)閥 門之間的切換問(wèn)題，以及手自動(dòng)切換問(wèn)題，解決這一問(wèn)題基本的原則就是保持信號(hào)間的互相跟蹤。 參考文獻(xiàn) [1] 于希寧 , 劉紅軍 . 自動(dòng)控制原理（第二版） . 中國(guó)電力出版社 ， 20211. 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