電廠鍋爐水位單級三沖量控制系統(tǒng)設(shè)計答辯稿PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1電廠鍋爐水位單級三沖量控制系統(tǒng)設(shè)計電廠鍋爐水位單級三沖量控制系統(tǒng)設(shè)計答辯稿答辯稿 熱力發(fā)電廠包括燃化石燃料（煤、油、氣）熱力發(fā)電廠包括燃化石燃料（煤、油、氣）的火力發(fā)電廠與使用核燃料的核動力電廠。迄今的火力發(fā)電廠與使用核燃料的核動力電廠。迄今為止，我國的火力發(fā)電占為止，我國的火力發(fā)電占70%左右，而且根據(jù)我左右，而且根據(jù)我國國情，火力發(fā)電廠基本是燃煤電廠。國國情，火力發(fā)電廠基本是燃煤電廠。 早期的自動控制系統(tǒng)因熱力發(fā)電機組單機容量小早期的自動控制系統(tǒng)因熱力發(fā)電機組單機容量小，對系統(tǒng)要求也不高，結(jié)構(gòu)簡單，隨著現(xiàn)代科學(xué)，對系統(tǒng)要求也不高，結(jié)構(gòu)簡單，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電機組已由中溫、

2、中壓、中小容技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電機組已由中溫、中壓、中小容量發(fā)展到大容量、高參數(shù)的單元機組。集散控制量發(fā)展到大容量、高參數(shù)的單元機組。集散控制系系DCS為生產(chǎn)過程的自動控制提供了強有力控制為生產(chǎn)過程的自動控制提供了強有力控制手段的，因此它廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)。手段的，因此它廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)。第1頁/共25頁 自自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需求，特年代以來，由于工業(yè)過程控制的需求，特別是在微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及別是在微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外溫自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅猛，并在智能化、自適應(yīng)、參度控

3、制系統(tǒng)發(fā)展迅猛，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面日本、美國數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面日本、美國、德國、瑞典等國家技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批、德國、瑞典等國家技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的控制器及儀器儀表，并在商品化的、性能優(yōu)異的控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。各行業(yè)廣泛應(yīng)用。 目前，國外控制系及儀表正朝著高精度、智目前，國外控制系及儀表正朝著高精度、智能化、小型化等方面發(fā)展。能化、小型化等方面發(fā)展。第2頁/共25頁 我國工業(yè)鍋爐的自動化控制，經(jīng)歷了三四十我國工業(yè)鍋爐的自動化控制，經(jīng)歷了三四十年的單參數(shù)儀表控制，四五十年代的單元組合年的單參數(shù)儀表控制

4、，四五十年代的單元組合式綜合參數(shù)儀表控制，從六十年代開始，人們式綜合參數(shù)儀表控制，從六十年代開始，人們對鍋爐水位系統(tǒng)進行了更深入的研究，采用了對鍋爐水位系統(tǒng)進行了更深入的研究，采用了更先進的計算機控制方法。更先進的計算機控制方法。 近年來，集散控制系統(tǒng)迅速發(fā)展并為鍋爐控近年來，集散控制系統(tǒng)迅速發(fā)展并為鍋爐控制提供了強有力的手段，總得來說，汽包水位制提供了強有力的手段，總得來說，汽包水位控制正經(jīng)歷由單元組合式儀表到計算機控制、控制正經(jīng)歷由單元組合式儀表到計算機控制、由由PID控制到更高級的智能控制、由直接現(xiàn)場控控制到更高級的智能控制、由直接現(xiàn)場控制到集散控制的發(fā)展過程。制到集散控制的發(fā)展過程。第

5、3頁/共25頁 第二篇第二篇 水位控制系統(tǒng)的基本水位控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及分析結(jié)構(gòu)及分析 鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)鍋爐給水控制系統(tǒng)的任務(wù)給水控制系統(tǒng)的基本要求給水控制系統(tǒng)的基本要求單級三沖量給水控制系統(tǒng)參數(shù)整定單級三沖量給水控制系統(tǒng)參數(shù)整定第4頁/共25頁 汽包鍋爐給水控制的任務(wù)是使給水量適汽包鍋爐給水控制的任務(wù)是使給水量適應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量，并使汽包中的水位保持在一應(yīng)鍋爐蒸發(fā)量，并使汽包中的水位保持在一定的范圍內(nèi)，要求如下：定的范圍內(nèi)，要求如下： （1 1）保持穩(wěn)定的給水量。）保持穩(wěn)定的給水量。穩(wěn)定工況下，給水量不應(yīng)該時大時小的劇烈穩(wěn)定工況下，給水量不應(yīng)該時大時小的劇烈波動，否則，將對省煤器和給水管道

6、的安全波動，否則，將對省煤器和給水管道的安全運行不利。運行不利。返回返回第5頁/共25頁 （2 2）維持汽包水位在一定范圍內(nèi)。）維持汽包水位在一定范圍內(nèi)。 水位過高，會破壞汽水分離裝置的水位過高，會破壞汽水分離裝置的正常工作，嚴重時會導(dǎo)致蒸汽帶水增多正常工作，嚴重時會導(dǎo)致蒸汽帶水增多，從而增加在過熱器管壁上和汽輪機葉，從而增加在過熱器管壁上和汽輪機葉片上的結(jié)垢，甚至使汽輪機發(fā)生水沖擊片上的結(jié)垢，甚至使汽輪機發(fā)生水沖擊而損壞葉片；水位過低，則會破壞水循而損壞葉片；水位過低，則會破壞水循環(huán)，引起水冷壁的破裂。環(huán)，引起水冷壁的破裂。 正常運行時的水位波動范圍：正常運行時的水位波動范圍：50mm50m

7、m30mm30mm汽包異常情況：汽包異常情況：190mm190mm汽包事故情況：汽包事故情況： 300mm300mm返回返回第6頁/共25頁 給水控制系統(tǒng)應(yīng)該符合以下基本要求給水控制系統(tǒng)應(yīng)該符合以下基本要求： 首先，由于被控對象在給水量首先，由于被控對象在給水量 擾動下擾動下的水位階躍反應(yīng)曲線表現(xiàn)為無自平衡能力的水位階躍反應(yīng)曲線表現(xiàn)為無自平衡能力，且有較大的遲延，因此必須采用帶比例，且有較大的遲延，因此必須采用帶比例作用的調(diào)節(jié)器以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。作用的調(diào)節(jié)器以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。返回返回第7頁/共25頁 其次，由于對象在蒸發(fā)量其次，由于對象在蒸發(fā)量 擾動下，水?dāng)_動下，水位階躍反應(yīng)曲線表現(xiàn)有位階

8、躍反應(yīng)曲線表現(xiàn)有“虛假水位虛假水位”現(xiàn)象，現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的反應(yīng)速度比內(nèi)擾快，為了克服這種現(xiàn)象的反應(yīng)速度比內(nèi)擾快，為了克服“虛假水位虛假水位”現(xiàn)象對控制系統(tǒng)的不利影響，應(yīng)現(xiàn)象對控制系統(tǒng)的不利影響，應(yīng)考慮引入蒸汽流量的補償信號?？紤]引入蒸汽流量的補償信號。 再次，給水壓力是有波動的，為了再次，給水壓力是有波動的，為了穩(wěn)定給水量，應(yīng)考慮將給水量信號作為反饋穩(wěn)定給水量，應(yīng)考慮將給水量信號作為反饋信號，用于及時消除內(nèi)擾。信號，用于及時消除內(nèi)擾。返回返回第8頁/共25頁 在生產(chǎn)實踐中，汽包鍋爐的給水調(diào)節(jié)系在生產(chǎn)實踐中，汽包鍋爐的給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用以下三種基本結(jié)構(gòu)：統(tǒng)采用以下三種基本結(jié)構(gòu)： （1 1）單沖量給

9、水控制系統(tǒng)）單沖量給水控制系統(tǒng) （2 2）雙沖量給水控制系統(tǒng)）雙沖量給水控制系統(tǒng) （3 3）三沖量給水控制系統(tǒng)）三沖量給水控制系統(tǒng)返回返回第9頁/共25頁系統(tǒng)的參數(shù)整定系統(tǒng)的參數(shù)整定系統(tǒng)的系統(tǒng)的MATLABMATLAB仿真仿真第10頁/共25頁 通過論文通過論文4.24.2節(jié)分析并計算得出單級三沖量給水節(jié)分析并計算得出單級三沖量給水控制系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)如下：控制系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)如下：調(diào)節(jié)器采用調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器采用調(diào)節(jié)器。給水流量的傳函：給水流量的傳函： 蒸汽流量的傳函：蒸汽流量的傳函： sssssWsHsWD)301 (037. 0)1 ()()()(1ssssTKsDsHsWD037. 01516

10、 . 31)()()(222第11頁/共25頁水位變送器的斜率：水位變送器的斜率：給水量及蒸汽流量變送器的斜率：給水量及蒸汽流量變送器的斜率：執(zhí)行器放大系數(shù)等于閥門系數(shù)：執(zhí)行器放大系數(shù)等于閥門系數(shù)：mmVH033.0htVDG/075. 01fZKK第12頁/共25頁 (1) (1)當(dāng)衰減率當(dāng)衰減率=0.75=0.75時，時，由副回路的參數(shù)整定得主回由副回路的參數(shù)整定得主回路的參數(shù)為：路的參數(shù)為：T T=0.1=0.1，n nG G=0.091=0.091，=0.1001.=0.1001.但不是很理但不是很理想，經(jīng)過多次調(diào)試，最終的想，經(jīng)過多次調(diào)試，最終的T T=0.11=0.11，n nG

11、G=0.14=0.14，=0.154=0.154得到較為理想的仿真曲線，如下圖得到較為理想的仿真曲線，如下圖3-13-1和和3-23-2分別為結(jié)構(gòu)圖分別為結(jié)構(gòu)圖和仿真曲線圖。和仿真曲線圖。第13頁/共25頁圖圖3-1 Simulink3-1 Simulink仿真仿真圖圖第14頁/共25頁圖圖3-2 3-2 主回路的仿真曲線主回路的仿真曲線第15頁/共25頁 修改參數(shù)后的主回路顯示出很好的控制特性，修改參數(shù)后的主回路顯示出很好的控制特性，并能快速穩(wěn)定。從內(nèi)、外回路的比例帶來看，給水并能快速穩(wěn)定。從內(nèi)、外回路的比例帶來看，給水流量的分壓系數(shù)若增大，外回路穩(wěn)定性增強，內(nèi)回流量的分壓系數(shù)若增大，外回路

12、穩(wěn)定性增強，內(nèi)回路則減弱，反之則情況相反。因此，在整定外回路路則減弱，反之則情況相反。因此，在整定外回路時若要改變，應(yīng)相應(yīng)改變調(diào)節(jié)器的比例帶，使兩者時若要改變，應(yīng)相應(yīng)改變調(diào)節(jié)器的比例帶，使兩者的比值不變，以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。的比值不變，以保證內(nèi)回路的穩(wěn)定性。第16頁/共25頁峰值時間峰值時間t tp p：t tp p=55s=55s調(diào)節(jié)時間調(diào)節(jié)時間t ts s：t ts s=276s=276s超調(diào)量：超調(diào)量：% %3 .49%100)()()(%hhthp7517. 03 .302 .453 .30341113mmyy第17頁/共25頁 (2) (2)系統(tǒng)的擾動性能分析系統(tǒng)的擾動性能分析 圖

13、圖3-33-3和和3-43-4分別是給水流量擾動與蒸汽流量擾動分別是給水流量擾動與蒸汽流量擾動下的仿真曲線。下的仿真曲線。圖圖3-33-3給水流量擾動下的水位變化仿真曲給水流量擾動下的水位變化仿真曲線線第18頁/共25頁 圖圖3-33-3為在給水流量擾動下的為在給水流量擾動下的SimulinkSimulink仿真曲線，從仿真曲線，從物質(zhì)平衡的觀點來看，突加給水流量擾動，水位應(yīng)該立物質(zhì)平衡的觀點來看，突加給水流量擾動，水位應(yīng)該立即下降，但實際上并不是這樣，而是先下降再上升。通即下降，但實際上并不是這樣，而是先下降再上升。通過仿真曲線則說明了該系統(tǒng)在克服了給水流量擾動下的過仿真曲線則說明了該系統(tǒng)在

14、克服了給水流量擾動下的水位變化特性，系統(tǒng)在給水流量擾動下能回到期望水位水位變化特性，系統(tǒng)在給水流量擾動下能回到期望水位0 0達到要求。達到要求。第19頁/共25頁圖圖3-43-4蒸汽流量擾動下水位變化仿真曲蒸汽流量擾動下水位變化仿真曲線線第20頁/共25頁 圖圖3-43-4為在蒸汽流量擾動下的為在蒸汽流量擾動下的SimulinkSimulink仿真曲仿真曲線，由仿真曲線可以看出，系統(tǒng)在蒸汽流量擾動線，由仿真曲線可以看出，系統(tǒng)在蒸汽流量擾動下存在下存在“虛假水位虛假水位”現(xiàn)象被很好的克服。產(chǎn)生現(xiàn)象被很好的克服。產(chǎn)生“虛假水位虛假水位”的原因是由于負荷增加時，在汽水循的原因是由于負荷增加時，在汽水

15、循環(huán)回路中的蒸發(fā)強度也將成比例的增加，水面下環(huán)回路中的蒸發(fā)強度也將成比例的增加，水面下汽泡的容積增加得也很快，此時燃料量還來不及汽泡的容積增加得也很快，此時燃料量還來不及增加，汽包中汽壓下降，汽包膨脹，使汽泡體積增加，汽包中汽壓下降，汽包膨脹，使汽泡體積增大而水位上升，這與給水?dāng)_動一樣，在經(jīng)歷了增大而水位上升，這與給水?dāng)_動一樣，在經(jīng)歷了一段的波動后，回到了期望值，并逐漸趨于期望一段的波動后，回到了期望值，并逐漸趨于期望水位水位0 0。 當(dāng)衰減率當(dāng)衰減率=0.9=0.9時的仿真將在設(shè)計文章中體時的仿真將在設(shè)計文章中體現(xiàn)?，F(xiàn)。第21頁/共25頁第22頁/共25頁 通過對給水流量、蒸汽流量擾動下的仿

16、真及分析，通過對給水流量、蒸汽流量擾動下的仿真及分析，單級三沖量給水控制系統(tǒng)既可以快速消除給水流量的自單級三沖量給水控制系統(tǒng)既可以快速消除給水流量的自發(fā)性擾動，保持給水流量的相對穩(wěn)定，又有效地減少發(fā)性擾動，保持給水流量的相對穩(wěn)定，又有效地減少“虛假水位虛假水位”產(chǎn)生的誤動作，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。產(chǎn)生的誤動作，提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。 通過這學(xué)期大量的資料閱讀及材料參考，基本完成通過這學(xué)期大量的資料閱讀及材料參考，基本完成了本次設(shè)計，但因知識不夠了解全面，在設(shè)計的過程中了本次設(shè)計，但因知識不夠了解全面，在設(shè)計的過程中遇到問題較多，比如：控制器的選擇、調(diào)節(jié)規(guī)律的采用遇到問題較多，比如：控制器的選擇、調(diào)節(jié)規(guī)律