【正文】 是因?yàn)檎羝髁康淖兓鸬模羝髁康耐簧?，?duì)于沒(méi)有主動(dòng)平衡能力的汽包水位來(lái)說(shuō)就會(huì)有這樣的結(jié)果。 )1()(G11 SSS ???? () 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 式 中 ： ε1 表示飛升速度 ； τ 表示延遲時(shí)間 。導(dǎo)致產(chǎn)汽量會(huì)明顯減少，水中的汽泡體積減小，這樣的結(jié)果就會(huì)使水位降低，即圖中曲線 H2所示。 給水流量的變動(dòng)的特征是有慣性的但是不能自己平衡自己特征。則汽包水位的給水?dāng)_動(dòng)下的響應(yīng)曲線如圖 所 示。 可是實(shí)踐中有所不同，舉個(gè)凸顯的例子來(lái)說(shuō)，水循環(huán)過(guò)程中的水?dāng)y帶者大量的蒸汽泡，隨著汽包壓力和爐膛負(fù)荷的變化，蒸汽包的大小也會(huì)跟著變化，不管是什么原因引起氣泡體積改變，即使沒(méi)有改變水循環(huán)的總水量，但是，這并不能說(shuō)明什么，同樣會(huì)使汽包水位發(fā)生改變，所以保持這兩者的穩(wěn)定才能保障水位的動(dòng)態(tài)平穩(wěn)。其中主要擾動(dòng)有：上水管段的流量 W、鍋爐內(nèi)部產(chǎn)生的蒸發(fā)量 D、汽包內(nèi)部環(huán)境壓力 Pb、還有爐膛的熱負(fù)荷量等。所以，要時(shí)時(shí)刻刻保持水位的監(jiān)控與調(diào)節(jié)正常，保證鍋爐能夠良好的運(yùn)行，生產(chǎn)出合格的蒸汽，來(lái)滿足電廠的發(fā)電需要。作為重點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)，它直接關(guān)系到鍋爐負(fù)荷和給水的相互持衡?；痣姀S中要求鍋爐有一定的安全運(yùn)行環(huán)境，所以鍋爐可靠及安全運(yùn)行非常重要。針對(duì)現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)，提出了本文的工作內(nèi)容并闡明了課題的意義。本課題的主要研究工作可概括為以下幾點(diǎn)： (1)汽包水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)； (2)基于 VB汽包水位監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì)； (3)硬件選型； (4)硬件單片機(jī)設(shè)計(jì)； (5)Modbus串口通訊協(xié)議。 本課題針對(duì)火電廠汽包水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基于 VB 可視化應(yīng)用程序，進(jìn)行火電廠汽包水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)。因此，對(duì)于汽包水位的實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)節(jié)顯得尤為重要。當(dāng)汽包的輸入輸出平衡時(shí) ,水位處于穩(wěn)定狀態(tài) ,當(dāng)汽包水位受到燃料量和蒸汽量的擾動(dòng)時(shí) ,根據(jù)偏差 ,FNN 的輸出通過(guò)變頻器 ,調(diào)節(jié)給水泵轉(zhuǎn)速 ,從而改變給水流量 ,使水位恢復(fù)到給定值。 圖 汽包水位 FNN 模型控制系統(tǒng)框圖 利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊控制就形成了 FNN,通過(guò)將 FNN 和優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來(lái) ,實(shí)現(xiàn)對(duì)模糊控制器的隸屬函數(shù)、模糊控制規(guī)則、模糊邏輯和比例因子的綜合優(yōu)化整定 ,避免了只憑經(jīng)驗(yàn)和試湊法設(shè)計(jì)模糊控制器所存在的困難和盲目性 ,有效地提高了模糊控制器的控制品質(zhì) ,FNN 的結(jié)構(gòu)考慮了模糊推理及模糊規(guī)則 ,所以其學(xué)習(xí)結(jié)果很容易理解 ,可以實(shí)現(xiàn)不同形式的模糊模型 ,同時(shí)又具有學(xué)習(xí)、計(jì)算能力。這樣 ,FNN 實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)模糊控制函數(shù)估計(jì)器 ,它直接將普通模糊控制器中的各種結(jié)構(gòu)化關(guān)系和數(shù)值運(yùn)算關(guān)系融于網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部描述之中。那么 ,使二者結(jié) 合起來(lái) ,使模糊控制具備學(xué)習(xí)功能 ,使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備處理模糊信息功能 ,進(jìn)行判斷和決策 ,從而得到一種既具有學(xué)習(xí)、聯(lián)想、自適應(yīng)性 ,又能進(jìn)行模糊思維的新型結(jié)構(gòu) ,這就是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 (FNN)的基本出發(fā)點(diǎn)。 C模糊控制典型模型 —— 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (FNN)[7] 實(shí)際上模糊控制器是一種“語(yǔ)言控制” ,它通過(guò)模擬人類(lèi)智慧進(jìn)行判斷和決策 ,能較好的處理模糊信息。過(guò)多的規(guī)則數(shù)目使得其推理過(guò)程較為繁瑣 。控制規(guī)則— 旦確定 ,在控制過(guò)程中就不會(huì)改變 。應(yīng)用在汽包水位控制上存在的缺點(diǎn)有 :系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、整定困難、仍舊存在 誤差 。經(jīng)采樣和 A/D轉(zhuǎn)換 ,送入模糊控制器 ,模糊控制器的輸出控制量經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換 ,與信號(hào)功率放大器控制給水閥門(mén) ,從而改變進(jìn)水量 ,保持水位在允許范圍內(nèi)波動(dòng)。它有如下 3 個(gè)主要特點(diǎn) :(1)用語(yǔ)言變量代替數(shù)學(xué)變量或者兩者結(jié)合應(yīng)用； (2)用模型條件語(yǔ)句來(lái)刻劃變量間的函數(shù)關(guān)系； (3)用模糊算法來(lái)刻劃復(fù)雜關(guān) 系。 1973 年 ,L. A. Zadeh 繼續(xù)豐富和發(fā)展了模糊集合論 ,提出了一種把邏輯規(guī)則的語(yǔ)言表達(dá)轉(zhuǎn)化成相關(guān)控制量的思想 ,從而為模型控制的形成奠定了理論基礎(chǔ)。此后 ,模糊數(shù)學(xué)得到迅速發(fā)展 ,形成了一系列比較完整的基礎(chǔ)理論。 B模糊控制 在鍋爐汽包水位控制中 ,模糊控制是主要控制策略之一 ,模糊控制 [5]是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯理論為基礎(chǔ)的一類(lèi)計(jì)算機(jī)數(shù)字控制方法。雖然 PFCPID 控制需要確定預(yù)測(cè)模型 ,但對(duì)模型的精度要求不是很高 。給水流量的擾動(dòng)在內(nèi)回路得以迅速消除 ,而蒸汽流量外擾及系統(tǒng)參數(shù)的變化主要由 PFC 的強(qiáng)魯棒性來(lái)保證； (2)采用 PFCPID 串級(jí)控制策略的水位系統(tǒng) ,與傳統(tǒng) PIDPID 串級(jí)控制相比 ,在參數(shù)整定上要簡(jiǎn)單得多 ,相對(duì)于以往的模型預(yù)測(cè)控制 ,主要只有兩個(gè)參數(shù)需要整定 :參考軌跡時(shí)間常數(shù)一般取為主通道對(duì)象模型時(shí)間常數(shù)的 1/10， 1/5 即可。與常規(guī)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 PIDPID串級(jí)控制的不同之處在于 ,圖 中用 PFC 代替了常規(guī)外環(huán)的 PID控制器。仿真結(jié)果表明 ,采用該新型汽包水位系統(tǒng)控制策略具有良好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)品質(zhì)和很強(qiáng)的魯棒性。 PFC 把控制結(jié)構(gòu)的輸入作為關(guān)鍵 ,可以克服其他模型預(yù)測(cè)控制可能出現(xiàn)規(guī)律不明的控制輸入問(wèn)題 ,同時(shí)具有良好的跟蹤能力、較強(qiáng)的魯棒性 ,抑制干擾能力好。該系統(tǒng)適合于對(duì)汽包水位要求嚴(yán)格或變化頻繁 ,虛假水位嚴(yán)重的系統(tǒng)。 圖 省煤器閥作為控制閥控制系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)實(shí)際是串級(jí)三沖量控制的一種變形 , 是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中為更好地滿足工藝的要求而確立的 。該系統(tǒng)的思想是 ,以鍋爐汽包水位測(cè)量信號(hào)作為主控制信號(hào) ,構(gòu)成主調(diào)節(jié)回路 ,以蒸汽流量信號(hào)作為前饋信號(hào) ,總給水流量也作為前饋信號(hào) ,構(gòu)成前饋調(diào)節(jié)回路 ,總給水流量減去減溫水流量 ,即進(jìn)省煤器的給水流量與前兩個(gè)控制回路的輸出構(gòu)成副調(diào)節(jié)回路 (即串級(jí)回路 ),由主調(diào)節(jié)回路、前饋調(diào)節(jié)回路、副調(diào)節(jié)回路來(lái)共同構(gòu)成鍋爐汽包水位串級(jí)三沖量自動(dòng)控制系統(tǒng)。(2)尤其在無(wú)論主環(huán)還是副環(huán) ,只要是有一個(gè)環(huán)發(fā)生振蕩 ,就可能造成系統(tǒng)的崩潰。(3)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié) (不存在穩(wěn)態(tài)配合問(wèn)題 )。 圖 總給水閥作為控制閥系統(tǒng)框圖 該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是 : (1) 系統(tǒng)適合于對(duì)于汽包 水位要求嚴(yán)格或變化頻繁、 虛假水位嚴(yán)重的系 統(tǒng) 。引入蒸汽流量 前饋信號(hào)可以消除“虛假水位”現(xiàn)象對(duì)自動(dòng)控制的不良影響 ,引 入給水流量串級(jí)信號(hào)可以消除給水側(cè)壓力擾動(dòng)對(duì)自動(dòng)控制的不良影響。 A選用總給水閥門(mén)作為汽包水位控制閥門(mén) 選用總給水閥門(mén)作為汽包水位控制閥門(mén)對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō) ,方案成熟 ,是典型的串級(jí)三沖量控制設(shè)計(jì) ,在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中最為廣泛。 汽包水位經(jīng)典控制策略 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 經(jīng)典汽包水位控制策略包括單沖量、雙沖量和三沖量控制 ,由于單沖量、 雙沖量及單級(jí)三沖量控制策略比較簡(jiǎn)單 ,并且難以適應(yīng)現(xiàn)代各種復(fù) 雜鍋爐的控制要求 ,目前各種鍋爐汽包水位控制絕大多數(shù)采用三沖量水位控制策略 ,本文僅對(duì)三沖量串級(jí)控制策略進(jìn)行詳細(xì)分析。每種控制方式又會(huì)根據(jù)不同的形式有更為細(xì)化的分類(lèi)。 國(guó)內(nèi)外汽包水位監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)外常用的汽包水位控制方式主要有三種：三沖量控制、模糊控制和PID 自校準(zhǔn)與自調(diào)整。基本思想是把自動(dòng)控制理論與生產(chǎn)過(guò)程知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)難以測(cè)量或者暫時(shí)不能測(cè)量的重要變量，選擇另外一些容易測(cè)量的變量，通過(guò)構(gòu)成某種數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)推斷或者估計(jì)，以軟件來(lái)替代硬件的功能。所以，啟動(dòng)初期應(yīng)以云母水位計(jì)和電接點(diǎn)水位計(jì)為準(zhǔn)，控制汽包水位。電接點(diǎn)水位計(jì)是根據(jù)汽和水的導(dǎo)電率不同的原理測(cè)量水位，指示值不受汽包壓力變化影響。例如鍋爐啟動(dòng)初期汽包水位要以云母水位計(jì)和電接點(diǎn)水位計(jì)為準(zhǔn)。 國(guó)內(nèi)外汽包水位監(jiān)測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)外汽包水位測(cè)量手段發(fā)展概況 國(guó)內(nèi)外電廠目前常采用的水位測(cè)量方法有以下幾種：云母水位計(jì)測(cè)量、電接點(diǎn)水位計(jì)、壓差式水位計(jì)、多測(cè)孔接管技術(shù)、核子汽包水位計(jì)、激光法汽包水位計(jì)。 為能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鍋爐運(yùn)行過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)、自動(dòng)控制等多項(xiàng)功能，采用PLC 控制技術(shù)是不錯(cuò)的選擇。它集 PLC軟件、硬件，鍋爐節(jié)能，自動(dòng)控制等技術(shù)于一體。因此， PLC 技術(shù)可以適用于各種從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的控制。 PLC 是 70 年代發(fā)展起來(lái)的中大規(guī)模的控制器，是集 CPU、 RAM、 ROM、 I/O接口與中斷系統(tǒng)于一體的器件 [2]， 在冶金、機(jī)械、能源等各種領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。但是由于這種控制方式的局限性，必須考慮各分立器件的性能 影響，系統(tǒng)各部分相互依賴影響較大，自動(dòng)化水平和控制效果并不能十分理想，另外故障也頻頻產(chǎn)生，對(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)期安全、高效運(yùn)行不利。 控制給水流量和蒸汽量之間的動(dòng)態(tài)平衡是鍋爐汽包水位調(diào)節(jié)控制的主要任務(wù)，保證鍋爐汽包水位在正常運(yùn)行允許的范圍內(nèi)，是保證安全生產(chǎn)運(yùn)行的首要條件，鍋爐汽包水位從側(cè)面反映了鍋爐給水與負(fù)荷之間的平衡關(guān)系，是鍋爐安全運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)參數(shù)。由于負(fù)荷、燃燒狀況及給水流量等因素的變化，汽包水位會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化 [1]。 SCM 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................... 1 課題背景 ............................................................................................................. 1 國(guó)內(nèi)外汽包水位監(jiān)測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀 ......................................................................... 2 國(guó)內(nèi)外汽包水位測(cè)量手段發(fā)展概況 ...................................................... 2 國(guó)內(nèi)外汽包水位監(jiān)控發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................................. 2 課題意義及主要工作 ......................................................................................... 8 本章小結(jié) ............................................................................................................. 8 2 火電廠汽包水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總述 ................................................................................... 8 汽包水位的影響因素 ......................................................................................... 9 汽包水位的控制方案設(shè)計(jì) ............................................................................... 11 本 章小結(jié) ........................................................................................................... 12 3 汽包水位監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì) ............................................................................................. 13 基于 visual basic 界面設(shè)計(jì) ................................................................. 13 basic 簡(jiǎn)介 ........................................................................ 13 監(jiān)測(cè)界面控件介紹 ................................................................................ 14 汽包水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面總體概況 ................................................................... 20 界面硬件選型 ................................................................................................... 23 水位傳感器 ............................................................................................ 23 流量傳感器 ..............................................................