鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)方案

./目錄TOC\o"1-3"\u1.汽包水位的動(dòng)態(tài)特性描述11.1.汽包在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特性11.2.汽包水位在蒸汽流量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性22.汽包水位控制方案的選擇及其原理42.1.三沖量控制原理及各部分的作用42.1.1.控制原理42.1.2.各部分的作用53.前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和調(diào)節(jié)器作用方式判斷73.1.控制系統(tǒng)的特點(diǎn)73.1.1.前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)73.1.2.串級(jí)控制系統(tǒng)特點(diǎn)73.2.調(diào)節(jié)器作用方式判斷73.2.1.判斷副調(diào)節(jié)器的作用方式73.2.2.判斷主調(diào)節(jié)的作用方式74.控制儀表及技術(shù)參數(shù)84.1.控制儀表的選定84.2.各元器件的型號(hào)及參數(shù)85.總結(jié)與體會(huì)10參考文獻(xiàn)11摘要在鍋爐運(yùn)行中,水位是一個(gè)很重要的參數(shù)。若水位過高,則會(huì)影響汽水分離的效果,使用氣設(shè)備發(fā)生故障；而水位過低,則會(huì)破壞汽水循環(huán),嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鍋爐爆炸。同時(shí)高性能的鍋爐發(fā)生的蒸汽流量很大,而汽包的體積相對(duì)來說較小,所以鍋爐水位控制顯得非常重要。鍋爐水位自動(dòng)控制的任務(wù),就是控制給水流量,使其與蒸發(fā)量保持平衡,維持汽包水位在允許的圍變化。鍋爐汽包水位是一種非線性、時(shí)變大、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng),討論了目前通常采用的控制方法,分析了水位對(duì)象模型的動(dòng)靜特性。首先從鍋爐汽包水的熱平衡、物質(zhì)平衡原理出發(fā),推導(dǎo)出了用來描述鍋爐水位對(duì)象的通用機(jī)理控制模型,通過對(duì)幾種控制方案的分析、研究與比較,選三沖量系統(tǒng)作為最佳控制方案,并著力研究三沖量系統(tǒng)的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：鍋爐汽包水位控制三沖量控制系統(tǒng).鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)汽包水位的動(dòng)態(tài)特性描述汽包在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特性為了在給水量擾動(dòng)試驗(yàn)過程中保障機(jī)組運(yùn)行的安全性和試驗(yàn)效果,選擇某一負(fù)荷工況下試驗(yàn),因?yàn)榇藭r(shí)給水泵出力有較大的裕量,萬一試驗(yàn)中汽包水位上升過快,運(yùn)行人員可及時(shí)手操控制；另外,選擇10%的擾動(dòng)量不會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行,且試驗(yàn)效果比較明顯。在某一負(fù)荷工況下,汽包水位控制由自由控制方式切換為手動(dòng)控制方式；手操迅速改變氣泵轉(zhuǎn)速；使給水流量迅速增加10%；記錄給水量擾動(dòng)試驗(yàn)曲線如圖2-1,相當(dāng)于積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)之和,其表達(dá)式如下,則從實(shí)驗(yàn)圖2-1可以看出,在鍋爐燃燒工況不變,即鍋爐蒸發(fā)量不變時(shí),減少給水量,汽包水位的虛假水位并不明顯；另外,通過試驗(yàn)曲線能夠求得汽包水位控制對(duì)象在給水量擾動(dòng)下的滯后時(shí)間和響應(yīng)速度,從而求得汽包水位對(duì)象在給水量擾動(dòng)下的傳遞函數(shù)。傳遞函數(shù)表達(dá)式如下,從物質(zhì)平衡的觀點(diǎn)來看,加大給誰流量W,水位應(yīng)立即上升,但試驗(yàn)情況實(shí)際并不如此,而水位經(jīng)過一段時(shí)間的延遲,甚至先下降后上升,主要是由于給水溫度遠(yuǎn)低于省煤器的溫度,使省煤器汽泡總?cè)莘e減少,因此,進(jìn)入省煤器部的水首先用來填補(bǔ)省煤器中因汽泡破滅引起的容積減少而降低的水位,經(jīng)過一段時(shí)間延遲甚至水位下降后,水位才能不斷上升。圖2-1給水流量擾動(dòng)曲線汽包水位在蒸汽流量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性蒸汽的流量階躍增大時(shí),蒸汽流量擾動(dòng)試驗(yàn)曲線,如圖2-2所示。蒸汽流量擾動(dòng)試驗(yàn)曲線相當(dāng)于一階慣性環(huán)節(jié)2和積分環(huán)節(jié)1傳遞函數(shù)差對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)曲線,表現(xiàn)為有虛假水位的無自平衡能力的對(duì)象,汽包水位控制對(duì)象傳遞函數(shù)如下,則圖2-2蒸汽流量擾動(dòng)曲線蒸汽流量擾動(dòng)時(shí),蒸汽流量高于給水流量,汽包水位無自平衡能力,所以水位應(yīng)該直線下降,但試驗(yàn)中實(shí)際水位先上升后下降,這種現(xiàn)象稱為虛假水位現(xiàn)象。出現(xiàn)虛假水位的原因是符合增加時(shí),燃料量來不及增加,使汽包壓力下降,汽泡膨脹,體積增大而水位上升；一段時(shí)間后,汽泡容積與負(fù)荷相適應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定,水位就要反應(yīng)物質(zhì)平衡關(guān)系而下降。汽包水位控制方案的選擇及其原理因?yàn)閱螞_量汽包水位調(diào)節(jié)存在著一些缺點(diǎn),即單沖量控制方案只根據(jù)水位信號(hào)控制給水量,在鍋爐負(fù)荷變化大,也就是階躍擾動(dòng)很大時(shí),會(huì)出現(xiàn)鍋爐的假水位現(xiàn)象。所以目前現(xiàn)場(chǎng)采用的比較先進(jìn)的方案一般是三沖量控制。三沖量控制原理及各部分的作用控制原理考慮到給水流量的擾動(dòng)影響及由于被控對(duì)象的非線性等因素,將給水流量引入到雙沖量過程控制系統(tǒng)中,組成三沖量水位控制系統(tǒng),三沖量水位控制系統(tǒng)中,出了汽包水位和蒸汽流量外,引入的第三個(gè)沖量是水流量。三沖量水位控制系統(tǒng)是將汽包水位作為主被控變量,給水流量作為副被控變量的串級(jí)控制系統(tǒng)與蒸汽流量作為前饋信號(hào)的前饋串級(jí)反饋控制系統(tǒng)。三沖量水位控制系統(tǒng)以鍋爐水位為主控信號(hào),給水流量為控制器的反饋信號(hào)來控制給水流量,它以物料平衡關(guān)系為依據(jù),能適應(yīng)負(fù)荷的快速變化,它不僅能克服"虛假水位"的影響,也能克服由于給水壓力變化等因素引起給水流量變化的影響,從而使系統(tǒng)有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和靜態(tài)特征。三沖量水位控制系統(tǒng)方框圖如下圖3-1,圖3-1三沖量水位控制系統(tǒng)方框圖三沖量水位控制系統(tǒng)原理圖如下圖3-2,圖3-2三沖量水位控制系統(tǒng)原理圖在雙沖量的基礎(chǔ)上引入給水流量信號(hào),構(gòu)成三沖涼控制系統(tǒng)。三沖量控制根據(jù)汽包水位、蒸汽量、給水流量三個(gè)信號(hào)區(qū)控制給水流量穩(wěn)定汽包水位,其中,汽包水位是主信號(hào),蒸汽流量是前饋信號(hào),給水量為副信號(hào),三沖量控制對(duì)象為電泵和汽泵。各部分的作用控制模塊PID參數(shù)調(diào)整：由于給水流量與蒸汽流量的變化使汽包水位發(fā)生變化需要一定的時(shí)間,因此,控制系統(tǒng)為串級(jí)回路控制,控制器為反作用,引入蒸汽量與給水流量信號(hào),這樣可以使給水泵提前動(dòng)作,消除遲緩。三沖量控制回路：當(dāng)汽包水位上升或下降時(shí),與設(shè)定值產(chǎn)生偏差,主控制器的輸出將減小或增大,此值與前饋信號(hào)相加,即為副控制器的設(shè)定值。將設(shè)定值與給水流量進(jìn)行比較,副控制的輸出減小或增大,從而使電泵和汽泵的轉(zhuǎn)速降低或升高,實(shí)現(xiàn)汽包水位的自動(dòng)控制。三沖量控制前饋回路：當(dāng)蒸汽流量改變時(shí),通過加法器和副控制器改變給水泵轉(zhuǎn)速即給水流量。由于蒸汽流量代表負(fù)荷,所以當(dāng)負(fù)荷改變時(shí),相應(yīng)改變給水流量,從而減少或抵消由于虛假水位現(xiàn)象而使給水流量向與負(fù)荷相反方向變化的趨勢(shì)。三沖量控制副回路：當(dāng)給水流量發(fā)生變化時(shí),副控制器立即動(dòng)作,使給水流量恢復(fù)到原來的數(shù)值,給水流量信號(hào)能消除給水流量的自發(fā)性變化,因而當(dāng)給水流量發(fā)生自發(fā)性變化時(shí),汽包水位基本上不受影響。前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和調(diào)節(jié)器作用方式判斷控制系統(tǒng)的特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)〔1前饋控制是基于原理工作的,比反饋控制及時(shí)有效；〔2前饋控制是屬于開環(huán)控制系統(tǒng)；〔3前饋控制使用的是視對(duì)象特性而定的"專用"控制器。又稱前饋補(bǔ)償裝置〔4一種前饋?zhàn)饔弥荒芸朔环N干擾。串級(jí)控制系統(tǒng)特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)有：按偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)量小,失調(diào)量小,能隨時(shí)了解被控量變化情況；輸出影響輸入<閉環(huán)>。因此,將前饋控制和串級(jí)控制相結(jié)合起來,構(gòu)成前饋-串級(jí)控制系統(tǒng),是具有良好控制效果的控制方式,可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)前饋控制的精度。調(diào)節(jié)器作用方式判斷判斷副調(diào)節(jié)器的作用方式系統(tǒng)原理方框圖所示,當(dāng)測(cè)量值W上升時(shí),由于閥門為氣開閥,調(diào)節(jié)器的輸出減小,即當(dāng)調(diào)節(jié)器的輸入值增加時(shí),調(diào)節(jié)器的輸出減小,調(diào)節(jié)器的作用為反作用。判斷主調(diào)節(jié)的作用方式系統(tǒng)原理方框圖所示,當(dāng)測(cè)量值H上升時(shí),測(cè)量值W應(yīng)該下降,副調(diào)節(jié)器的作用方式為反作用,則主調(diào)節(jié)器的輸出應(yīng)增大,即主調(diào)節(jié)器的輸入上升時(shí),其輸出也上升,主調(diào)節(jié)器的作用為正作用?？刂苾x表及技術(shù)參數(shù)控制儀表的選定在汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,所需要使用的儀表由主副調(diào)節(jié)器、主副變送器、電動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)操作器、顯示儀表等。其選型如下：在前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)中,調(diào)節(jié)器的作用是準(zhǔn)確保證被控量符合生產(chǎn)要求,工藝上對(duì)控制品質(zhì)的要求不是很高,不允許被調(diào)量存在較大的偏差,因此,調(diào)節(jié)器都必須具有積分作用,一般都采用PI調(diào)節(jié)器,故采用實(shí)驗(yàn)室的智能儀表控制型號(hào)為才SA-11.前饋反饋系統(tǒng)的整定要比簡單系統(tǒng)復(fù)雜些。對(duì)于調(diào)節(jié)器正反作用方式的選擇,要使一個(gè)過程控制系統(tǒng)正常工作,系統(tǒng)必須采用負(fù)反饋。本系統(tǒng)選擇控制閥為氣開式,因?yàn)橐ＷC鍋爐汽包的安全,在沒有信號(hào)的時(shí)候是關(guān)閉的。Kv>0,變送環(huán)節(jié)Km>0,因?yàn)殚y體的開度增大,流量增大從而被控對(duì)象也就是鍋爐汽包的液位也會(huì)增加,所以,Kp>0,滿足KvKmKpKc>0,所以Kc>0,即控制器選用反作用控制器。當(dāng)水位變送器檢出水位偏離設(shè)定值,控制器反作用,控制器輸出就小,閥的開度變小,進(jìn)水量變小。各元器件的型號(hào)及參數(shù)調(diào)節(jié)器選型：主調(diào)節(jié)器選擇的型號(hào)為CR-6031CR-6031技術(shù)指標(biāo)：工作電壓：最大：28V最?。?0V電流環(huán)：兩線制4mv~20mv工作壓力：22MPamax測(cè)量圍：1500mm測(cè)量周期：0.5秒環(huán)境溫度：-40~65〔攝氏度防護(hù)等級(jí)：IP65變送器選型變送器選擇的型號(hào)為MS-121MS-121技術(shù)指標(biāo)：輸出信號(hào)：4-20mv,0-10v電流消耗：40mv為最大防護(hù)：NEMA4X<IP66>安裝：隔膜垂直方向安裝調(diào)節(jié)閥選型調(diào)節(jié)閥選擇的型號(hào)為ZAJP電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥ZAJP技術(shù)指標(biāo)：型式：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)〔如DKZ型執(zhí)行機(jī)構(gòu)電源：220V或380V輸入信號(hào)：4-20mA或0-10V?DC輸出信號(hào)：4-20mA?DC總結(jié)與體會(huì)通過這次課程設(shè)計(jì),讓我學(xué)到了許多課堂上學(xué)不到的東西,不僅鍛煉了我搜集信息、提取信息的能力,而且還教會(huì)了我一種做學(xué)問的態(tài)度。使我深刻的認(rèn)識(shí)到做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)是很困難的,而且需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度才能完成。因?yàn)槲宜鶎W(xué)的知識(shí)有限,所以在設(shè)計(jì)的過程就難免會(huì)很吃力并且出現(xiàn)很多錯(cuò)誤,這就需要我們有自強(qiáng)不息的能力。通過這次過程控制課程設(shè)計(jì),我不僅更加深刻的理解了鍋爐汽包水位的三沖量控制,而且將我們過程控制與基本的辦公軟件word,visio等,當(dāng)然還有AutoCAD相結(jié)合,更一步提高了我們綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。在設(shè)計(jì)一開始的時(shí)候,我還認(rèn)為課程設(shè)計(jì)給了2周的時(shí)間,實(shí)在是太長了,慢慢的才發(fā)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)不是這么好做的。課程設(shè)計(jì)的模板、格式都什么也不知道,通過老師的講解,還有自己去圖書館查閱資料,上網(wǎng)搜索才慢慢捋順。就這樣我才一步步的完成了本次課程設(shè)計(jì)。經(jīng)過對(duì)這些資料的整理、理解和消化,使我對(duì)過程控制技術(shù)尤其是鍋爐的爐膛負(fù)壓控制技術(shù)有了更深一層次的理解。我喜歡做課程設(shè)計(jì),因?yàn)樗坏柟涛宜鶎W(xué)的基礎(chǔ)知識(shí),而且可以提高我的動(dòng)手能力和動(dòng)腦能力。同時(shí),還要感老師們?yōu)槲覀儼才帕松a(chǎn)實(shí)習(xí)和過程控制課程設(shè)計(jì)這樣能夠鍛煉我們能力的實(shí)踐性環(huán)節(jié),及左鴻飛老師對(duì)我們課程設(shè)計(jì)的