除氧器水位课程设计任务书.docx

课程设计用纸目 录引言.1第一章、设计题目.2第二章、除氧器知识简介.3第三章、控制仪表知识简介.5第四章、除氧器水位控制系统总体方案.8第一节、测量部分. .8第二节、变送部分.12第三节、控制部分.15第四节、执行器部分.22第五节、除氧器水位控制系统连锁保护.22第六节、除氧器水位控制系统整体设计方案24第五章、SAMA图知识简介及设计思路.24第六章、组态图知识简介27第七章、模拟输入输出通道设计.29小结.30附 录.31参考文献.31教师批阅：引 言在次课程设计中首先对除氧器有的大体的认识，以控制仪表及装置为知识背景，对除氧器水位控制系统进行设计。首先从除氧器的控制任务着手，在已有的控制仪表及装置的基础并通过查阅大量的参考文献资料，合理选择传感器、变送器、调节器和执行器等对整体方案进行设计。具体控制策略为：除氧器水位信号选择逻辑是两个模拟量水位差压信号进行的选择判断，信号选择原理是：两个信号都是好点，取两个信号的平均值，任一信号坏，取另一好值，它们之间的选择是通过切换来实现。将所测得的差压与压力信号经过一定的函数变换关系，得到校正后的除氧器水位。若水位高时，发出相应控制信号，同时显示并记录除氧器水位值。结合对测得的锅炉了给水流量进行分析，低负荷时进行单冲量控制，高负荷时进行三冲量的控制，将输出信号控制执行机构动作。再根据控制策略绘制SAMA图，完成设计要求。教师批阅：第一章、设计题目第一节、 除氧器水位控制系统的设计一、针对机组运行要求，利用所学知识，设计除氧器水位控制系统的总体方案。内容包括：合理选择传感器、变送器、调节器和执行器等，并根据自己方案编写主要模块的组态，实现对除氧器水位的控制。该控制系统要求的功能：1、 除氧器水位为要求值，并实现保护调节功能；2、 能显示除氧器水位测量值；3、 能记录除氧器水位测量值；4、 能显示和记录执行器阀位值；5、 可在线设置或修改参数和组态，实现控制功能。二、设计内容：1、 传感器，执行器、调节器等，设计总体方案；2、 画出系统框图及接线图；3、 设计调节器组态；4、 设计模拟量输出/输入通道；5、 画出控制系统SAMA图；6、撰写设计说明书，要求字迹清楚，图表规范。教师批阅：第二章、除氧器知识简介第一节、概述火力发电厂的热力除氧器利用汽轮机的抽气加热锅炉给水，使得锅炉的给水达到该压力下相应的饱和温度，以除去溶于水中的氧气等气体，防止锅炉、汽轮机和管道等热力设备遭到腐蚀，另一方面除氧器是汽水直接接触式的加热器，它是给水加热系统中的一环，利用汽轮机的抽气加热锅炉给水，可以提高电厂效率，节省燃料。除氧器是电厂重要的辅助设备之一，是电厂热力系统中不可缺少的环节。除氧器的主要作用是除去锅炉给水中的氧气和其它不凝结气体，以保证给水的品质。若水中溶解氧气，就会使与水接触的金属被腐蚀，同时在热交换器中若有气体聚积，将使传热的热阻增加，降低设备的传热效果。因此水中溶解有任何气体都是不利的，尤其是氧气，它将直接威胁设备的安全运行。在火电厂采用热力除氧，除氧器本身又是给水回热系统中的一个混合式加热器，同时高压加热器的疏水、化学补水及全厂各处水质合格的高压疏水、排汽等均可汇入除氧器加以利用，减少发电厂的汽水损失。 来自低压加热器的主凝结水(含补充水)经进水调节阀调节后，进入除氧器，与其他各路疏水在除氧器内混合，经喷头或多孔管喷出，形成伞状水膜，与由下而上的加热蒸汽进行混合式传热和传质，给水迅速达到工作压力下的饱和温度。此时，水中的大部份溶氧及其他气体基本上被解析出来，达到除氧的目的。从水中析出的溶氧及其他气体则不断地从除氧器顶部的排汽管随余汽排出器外。进入除氧器的高加疏水也将有一部分水闪蒸汽化作为加热汽源，所有的加热蒸汽在放出热量后被冷凝为凝结水，与除氧水混合后一起向下经出水口流出。为了使除氧器内的水温教师批阅：保持在工作压力下的饱和温度，可通过再沸管引入加热蒸汽至除氧器内。除氧水则由出水管经给水泵升压后进入高加。第二节、除氧器控制任务锅炉的供水系统中还包括除氧器压力控制和除氧器水位控制，除氧器压力控制主要是为了保证除氧器口有足够的蒸汽压力用于将软化水除氧，这是一个单闭环控制回路，输入参数是除氧器压力输出参数控制除氧器进汽阀。除氧器水位控制主要是为了保证除氧器内有足够的水提供给锅炉，这是一个单闭环控制回路输入参数，是除氧器水位输出参数控制除氧器进水阀。在机组正常运行时，除氧器汽源来自汽轮机抽汽阀门全开的四段抽汽，除氧器汽源压力和流量不受控制，而与被出洋的水温、气水接触面积与除氧器水位有直接的关系。除氧器水位高，可能造成除氧水加热不足，汽水接触面积减少和水中溶解氧气逸出困难而影响除氧效果；除氧器水位过高，可能造成汽封进水，抽汽管道水淹，威胁汽轮机的安全运行；除氧器水位过低，除了影响给水泵安全运行之外，甚至会威胁锅炉上水，造成断水事故。因此，在机组运行中稳定除氧器水位，将其控制在最佳的高度具有非常重要的意义。一般来说，除氧器的水位波动会比较明显，为了维持水位，除氧工必须经常和机组联系开关补水量，并注意锅炉疏水箱的水位，合理安排锅炉司泵上水，除氧器的水位过低可能会引起给水泵进口汽化，水位过高可能会从汽平衡去机组轴封管道内通向机组的轴封，引起机组的水冲击，直接导致跳机。故需对除氧器水位进行控制。教师批阅：第三章、控制仪表知识简介第一节、变送器变送器是将各种被测参数如温度、压力、流量、液位等物理量转换成010mA或420mA直流统一标准信号，传送到指示、记录、调节等仪表或巡回检测装置、控制计算机，以实现对生产过程的自动检测和控制。变送器的方框图如下图所示，这是一般性的构成原理方框图，各类变送器的差别在于输入转换部分、放大部分和反馈部分不同。图 3.1 变送器构成一般方框图第二节、控制器一、概述控制器也称之为调节器，可以分为两大类，即模拟式和数字式。模拟调节器又分为三类，即电动、气动、液动。模拟式调节器一般组成框图如下图所示。主要有三个部分组成，即比较环节、放大器和反馈环节。比较环节的作用是把给定信号r(t)与测量信号y(t)做比较，得出偏差信号e(t),e(t)=r(t)-y(t)。放大器一般是一个稳态增益很大的比例环节。利用负反馈来实现P，PI等各种控制规律。控制器将来自变送器的测量值与给定值进行比较后产生的偏差进行运算后输出统一信号去控制执行器动作。教师批阅：图 3.2 控制器构成一般方框图由方框图可以求得传递函数为当放大器的开环放大倍数K趋于无穷大时则1可得：从以上结果可以看出只要选择具有合适的动态特性的反馈环节，就能实现不同的动作规律。调节器将被调量与给定值进行比较，对其偏差进行比例、积分、微分运算，并把结果以010mA或420mA直流统一标准信号输送至执行单元。二、 比例、积分、微分运算特点：1、比例调节规律具有调节及时的特点，但比例调节为有差调节，因此调节过程结束时存在稳态偏差。通过减小调节器的比例带可减小稳态偏差，但会使系统的稳定性下降；2、积分调节规律能消除稳态偏差，所以能最终消除扰动对被调量的影响，实现无差调节。但积分作用的调节不及时，又使调节过程的动态偏差加大，过渡过程时间加长，因此，在积分作用引入到比例调节器后，调节器的比例带应适当加大，以弥补积分作用对控制过程稳定性的影响；教师批阅：3、微分调节是一种超前调节方式，其实质是阻止被调量的一切变化。适当的微分作用可收到减小动态偏差，缩短调节过程时间的效果，这样在采用比例积分微分调节器时，又可适当减小比例带和积分时间。第三节、执行器一、概述执行器由执行机构和调节机构组成。执行机构指产生推力或位移的装置，调节机构指直接改变能量或物料输送量的装置，通常称为控制阀（调节阀）。执行器接受调节器的输出信号或来自手动操作信号，将其转换成调节机构（阀门、风门或挡板）动作的位移信号，从而改变被调量的大小。执行器通常由伺服放大器和执行机构两部分组成。执行机构主要由两相伺服电动机、机械减速器和位置发送器组成。两相伺服电动机是执行机构的动力装置，可能将电能转换成机械能。机械减速器将高转速、小力矩的输出功率转换成低转速、大力矩的输出，带动调节机构改变被调量的大小。位置发送器用来提供与执行机构输出轴角位移成正比的电流信号，以表明阀门开度，改电流信号作为位置反馈信号送到伺服放大器的反馈通道。二、 执行机构的选型主要是对气动执行机构和电动执行机构的选择，根据能源、介质的工艺要求、安全、控制系统的精度、经济效益及现场情况等多种因素，综合考虑选用哪种执行机构。再根据执行机构的输出力必须大于控制阀的不平衡力来确定执行机构的规格品种。对于气动执行机构来说，薄膜式气动执行机构的输出力一般能满足控制阀的要求，所以大多均选用它。但当所选用的控制阀口径较大或差压较高时，要求执行机构具有较大的输出力，因此可考虑选用活塞式执行机构，当然也可以选用薄膜式执行机构再教师批阅：配以阀门定位器。在选用气动执行机构时，还必须考虑气动执行器的作用方式时气开式还是气关式。有压力信号时阀关，无压力信号时阀开为气关式执行器，反之为气开式执行器。考虑的原则是：信号压力中断时，应保证设备和工作人员的安全。调节机构的选择：由于生产过程中，被控介质的特性千差万别，有高压的、高黏度的、强腐蚀的；流体的流动状体也各不相同。因此，必须根据流体性质、工艺条件和过程控制要求，并参照各种阀门结构的特点进行综合考虑，同时兼顾经济性来最终确定合适的结构形式。第四章、除氧器水位控制系统第一节、测量部分：除氧器水位的测量通常采用的方法有三种：磁翻板水位计、浮球水位开关、差压式水位计测量。综合分析在除氧器水位控制系统的设计中采用差压式水位计测量。一、磁翻板水位计外形如下图所示，当被测容器内的液位升降时，液位计主导管中的浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到现场指示器，驱动红、白翻柱翻转180，当液位上升时，翻柱由白色转为红色，当液位下降时，翻柱由红色转为白色，指示器的红、白分界处为容器内介质液位的实际高度，从而实现液位的指示。二、 浮球水位开关一般采用SOR的机械式液位开关作为高低液位报警。安装时根据报警水位高度，通过开关上的动作标记来确定安装位置。当水位超过或低于动作值时，浮球筒内的浮球带动内部的磁铁滑块教师批阅：移动，从而引起筒外面的微动开关动作。三、 差压式水位计差压式水位计是通过把液位高度变化转换成差压变化来测量水位的，因此其测量仪表就是差压计。差压式水位计准确测量水位的关键是水位与差压之间的准确转换,这种转换是通过平衡容器实现的,常用的双室平衡容器结构示意图如下图所示所示。正压头式从容器中引出,负压头是从置于宽容器中的水侧连通管中取得。宽容器中的水面高度是一定的，当水面增高时,水便通过汽侧连通管溢流入除氧器；要降低时,由蒸汽冷凝水来补充。因此当宽容器中的水的密度一定时, 正压头为定值，负压管与除氧器是连通的。因此,负压管中输出压头的变化反映了水位的变化。图 4.1 双室平衡容器按照流体静力学原理,当除氧器水位在正常水位 (即零水位)时,平衡容器的差压输出为 （4.1）其中：为除氧器汽空间密度；为对应压力下的饱和水密度。当除氧器水位偏离正常水位变化时，平衡容器的差压教师批阅：输出为: （4.2）、为确定值，若、和为已知的确定值时，正常水位的相对差压输出就是常数，也就是说差压式水位计的零水位差压是稳定的。平衡容器的输出差压则是除氧器水位变化的单值函数。水位增高，输出差压减小。上述平衡容器在实际使用时，它存在下列问题会造成差压式水位计指示不准：1、 由于平衡容器向外散热，正、负压容器中的水温由上至下逐步降低，且温度分布不易确定。因此用式（4.1）和（4.2）分度差压计时，因密度和的数值很难准确确定，分度好的差压式水位计装到现场后，其指示值与云母水位计的指示值不一致。即使在现场对照云母水位计的指示调好刻度值，随着使用情况的变化，还会由于和数值改变而指示不准。为解决这个问题，通过改进平衡容器结构，设法使和为已知确定值。例如，用蒸汽套保温，可使和都等于汽包压力下饱和水的密度，这时，差压和水位有下列关系式： （4.3）其中：2、 一般，差压式水位计是在额定工作压力下分度的，因此差压式水位计只有在额定工作压力下运行其指示才正确。当除氧器压力变化时，饱和水密度和汽空间蒸汽密度随之变化，使差压式水教师批阅：位计的指示发生很大的误差。为了消除除氧器压力变化造成的误差，可采用除氧器压力补偿措施，进行水位的校正。四、 差压式流量计为了更好的控制除氧器水位，除了对除氧器水位进行测量，还需检测给水流量和凝结水流量，以便对除氧器水位进行三冲量控制。现采用差压式流量计对流量进行测量。差压式流量计主要由节流装置、压差信号管路和显示仪表三部分组成。在管道内装入节流件，流体流过节流件时流束收缩，于是在节流件前后产生差压。对于一定形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管段情况、一定参数的流体以及其他条件下，节流件前后产生的差压值随流量而变，两者之间有确定的关系，因此可通过测量差压来测量流量。其他条件不变时，节流件前后的差压与流量q的关系为。差压式流量计的工作原理如下图所示：图 4.2 差压式流量计工作原理图教师批阅：如图4.2所示：1节流件；2引压管路；3三阀组；4差压计。差压式流量计适用于被测流体充满全部管道，并沿着内径不小于50mm的圆形管道流动；流体在管道内的流动是稳定流，流速为亚音速；被测流体通过节流装置时是单相均质流体，不发生相变和析出杂质；标准节流装置安装在两段内径相同的直管段之间，在节流装置前后的最小直管段长度内不得有其他凸出物或肉眼可见的凹凸不平现象等场合。第二节、变送部分：一、差压变送器（电容式差压变送器）： 为了对除氧器水位进行校正，需利用除氧器压力进行运算，故利用差压变送器将压力取出来以便使用。现采用电容式差压变送器对压力进行转换。电容式压力变送器中，以测压弹性膜片为电容器的可动极板，它与固定极板之间形成一可变电容。随被测压力的变化，膜片产生位移使电容器的可动极板与固定极板之间的距离改变，从而改变了电容器的电容量，这样就完成了压力信号与电容量之间的变换。将激励电压加于电容器，产生的交变电流经整流、控制、放大，输出420m A直流电流。这就是电容式（差压）变送器的基本工作原理。在常用的1151系列电容式变送器中，电容式传感部分又被称为室，如图 4.3所示：教师批阅：图 4.3 电容式变送器结构1151变送器的变换过程示意如图 4.4所示：图 4.4 变送器的变换过程示意图二、 水位信号的校正：锅炉从启动到正常运行的过程中，蒸汽参数和负荷在很大范围内变化，这就使得水位、给水流量和蒸汽流量的测量准确性受到影响。为了实现全程调节，首先必须保证在各种工况下都能得到正常的水位信号和给水流量信号，所以需要对这些测量信号进行压力、温度变化的校正。测量信号自动校正的基本方法是先推导出被测参数随温度、压力变化的数学模型，然后运用功能组件进行校正运算，便可以实现信号的自动校正。为了进一步消除除氧器压力变化对差压式水位计的指示值的影响，可以在差压式水位计的差压输出信号回路中，教师批阅：用同时测得的除氧器压力信号，根据除氧器压力与密度之间的关系，对差压输出信号进行校正计算，校正由于除氧器压力偏离额定值所带来的误差。其输出差压与水位的关系为 （4.4） （4.5）式中， -除氧器工作压力下的饱和水与汽空间蒸汽密度之差；-平衡容器结构尺寸。若将室温近似作为常数，则式中与除氧器压力的关系近似用线性关系。 （4.6）来表达，并带入式（4），可得水位与除氧器压力及差压之间的关系为 (4.7)其中， ；式中：、皆为常数。除氧器压力在不同的变化范围内，这些常数为不同的值。带有汽包压力校正的差压式水位计测量系统方框图如下图所示。当压力补偿范围较大、测量准确度有要求较高时，除氧器压力与密度差的关系可用几段折线来更好的逼近，也就是说在不同的压力区段上采用不同、值来进行补偿。教师批阅：图 4.5 有压力校正的汽包水位测量系要使除氧器除氧的效果好，就应该将水加热到沸点温度。由于温度测量存在较大的迟延，而饱和压力和饱和温度间有一一对应的关系，所以一般采用控制除氧器蒸汽空间的压力来达到控制给水加热至饱和温度的目的，故在此只对除氧器水位进行压力补偿而不进行温度校正了。第三节、控制部分：一、控制方式1、 除氧器水位调节系统不外乎采用如下三种基本结构：1) 单冲量调节系统结构。2) 单级三冲量调节系统结构。3) 串级三冲量调节系统结构。低负荷阶段，给水和蒸汽流量存在严重的不平衡，而且流量太小时，测量误差大，故在低负荷阶段，很难采用三冲量调节方教师批阅：式，一般均采用单冲量调节方式。由于除氧器容积较大。作为被调量的除氧器水位存在较大惯性。负荷增减过程中给水流量变化较大时有可能出现“虚假水位”现象，使得给水流量和凝结水流量的不平衡增大，延长了调节时间。这时，在高负荷阶段原则上可以采用三冲量控制回路以解决这一问题。但是由于单级三冲量调节系统参数整定需要兼顾的因素多，因此单级三冲量事实上一般也很难采用。串级三冲量调节方式，采用主、副两个调节器。两个调节器的任务分工明确，整定相对容易，而且不要求稳态时兼顾的因素多，易于得到较好的调节品质，因此采用串级三冲量调节系统调节结构来控制高负荷时的除氧器水位。由于兼顾低负荷阶段和高负荷阶段的调节，采用给水全程控制方式。这时不再是单一的单冲量系统或三冲量系统，而是单冲量和三冲量系统的有机结合并配有完善的方式自动切换与连锁逻辑。2、 采用两种控制方式的原因：在直流锅炉的启动初期，其水冷壁管必须通过个保证该受热面安全的最小流量，当锅炉的产汽量小这个最小安全流量时，多的水经过汽水分离器及其水箱回到凝汽器。本锅炉这个最小安全流量为425T。所以在给水流量小于450T时锅炉的给水基本上是维持不变的，除氧器水位受给水流量变化的拢动也就很小。因此采用单冲量系统即满足调节品质的要求，又可以减小整个给水全程调节的参数的整定。进入干态运后锅炉的给水流量即为锅炉输入需求值（BID）的比例函数，所以给水流量是随BID每时每刻都在变化，特别是负荷改变时变化更为剧烈，因此为提除氧器水位的调节品质就有必要受用较为复杂的三冲量串级控制系统。根据机组的特性可教师批阅：以发现锅炉干态和湿态切换的区间（130160MW）锅炉的给水流即约为500T左右，即为单冲量和三冲量控制方式的切换点。三冲量控制时为了保证除氧器水位在不同的干态负荷下均有良好的控制品质，在不同负荷下相当于副调节器能够有不同的参数整，控制系统有一定和自适应能力。二、 单冲量调节系统:单冲量控制用于给水流量小于500T时的工况。控制器仅接受除氧器水位H信号，与给定值进行比较得出偏差，再按照一定的控制规律输出信号去执行器，控制除氧器水位。除氧器液位信号通过三选二逻辑输出，与设定值进行比较后输入到数字PID控制器，经过数字PID计算后通过手、自动切换器吧控制型号输出给阀门执行机构，进而通过2个凝结水调节阀进行凝结水流量的调节，以控制除氧器水位。通过合理的设置数字PID控制器的各个控制参数可以达到较为满意的控制效果。单冲量除氧器水位控制系统如下图所示：图 4.6 单冲量除氧器水位控制系统教师批阅：三、 单级三冲量调节系统在给水流量大于500T时除氧器的水位控制可采用单级三冲量调节系统。除氧器水位调节接受除氧器的水位和主凝结水流量、总给水流量三个信号再按照一定的控制规律输出信号去执行器，控制除氧器水位。单级三冲量除氧器水位控制系统如下图所示：图 4.7 单级三冲量除氧器水位控制系统其中，G、H、N分别为给水流量、除氧器水位、凝结水流量；Vg、Vh、Vn为给水流量、除氧器水位、凝结水流量测量变送器的斜率；Ag、An为给水流量信号与凝结水流量信号的分流系数；g、h、n分别为输入控制器的给水流量、除氧器水位、凝结水流量信号。四、 串级三冲量调节系统在给水流量大于500T时除氧器的水位控制是一个典型的串级三冲量控制系统。与单冲量调节系统相比，其调节任务由两个调节器来完成。主调节器才有PI调节规律，以保证水位无静态偏差，主调节器的输出信号和主凝结水流量、总给水流量信号都作用在负调节器。一般串级调节系统的负调节器可采用比例调节器，以保证副回路的快速性。教师批阅：串级调节系统主、副调节器的任务不同，主调节器调节除氧器水位，副调节器调节凝结水流量，同时将总给水流量作为副调节器的前馈信号。当凝结水流量发生扰动时。通过内回路的作用可以迅速消除；当给水流量发生扰动时，通过内回路的作用可以使凝结水流量迅速跟踪给水流量的变化。从串级三冲量调节系统与单级三冲量调节系统进行比较，可以看出它们的不同点在于：串级系统的主、副回路的工作可以认为基本上是各自独立的，主凝结水流量和总给水流量虽然也同时对主、副回路产生影响，但它们在系统中的作用比单级的小得多。在串级三冲量给水调节系统中，水位偏差完全由主调节器来校正，是静态水位值总是等于给定值。串级控制系统的目的是使系统具有良好的动态性能和稳态性能，确保主被控量的控制质量，实现无差调节。当有扰动出现于副回路时，由于主被控对象的时间常数大于副被控对象的时间常数，因而当主被控量未作出反映时，副回路已作出快速响应，及时地消除了扰动对主被控量的影响。此外，如果扰动作用于主被控对象，由于副回路的存在，使副被控对象的时间常数大大减小，从而加快了系统的响应速度，改善了动态性能。图 4.8 串级三冲量调节系统教师批阅：其中，G、H、N分别为给水流量、除氧器水位、凝结水流量；Vg、Vh、Vn为给水流量、除氧器水位、凝结水流量测量变送器的斜率；Ag、An为给水流量信号与凝结水流量信号的分流系数；g、h、n分别为输入控制器的给水流量、除氧器水位、凝结水流量信号。五、单冲量、三冲量之间的无扰切换1、单冲量和三冲量系统切换原理 调节器均可采用PI节器，单冲量、三冲量调节的主调节器。三冲量的副调节器也可采用PI调节器构成串级调节系统，主调节器的输出信号与蒸汽流量信号相加后作用于副调节器作为给定信号，而副调节器的被调量是给水流量信号。上述两套调节系统，低负荷时用单冲量，高负荷时用三冲量，两调节系统的切换是根据蒸汽流量信号的大小进行控制的。2、单冲量三冲量系统无扰切换跟踪技术 单冲量三冲量系统切换过程应是无扰动的。因此，在单冲量运行时，三冲量调节的输出信号（从动信号）应跟踪于单冲量调节器的输出信号（主动信号），反之，在三冲量系统运行时，单冲量调节器输出信号跟踪于三冲量系统副调节器的输出信号在除氧器水位控制系统中，通常主管道和旁路管道都配备有调节阀（在凝汽器热井补充水回路和主给水管路上也常采用这种方式）。在机组起动和带低负荷阶段，通过旁路管道的调节阀（小阀）控制除氧器水位，在机组带较大负荷时，通过主管道的调节阀（大阀）控制除氧器水位。旁路管道的最大流量一般为主管道最大流量的15%30%。在低负荷下使用小阀，在高负荷下使用大阀，避免了大阀在小开度下较长时间运行，减小了大阀的磨损!和节流损失，提高了机组效率。3、无扰切换具体实现教师批阅：600MW超临界机组除氧器水位控制两个调节阀，可由控制系统自动进行切换。系统原理见图4.9，A为可由运行人员手动操作的除氧器水位设定值，其后分别为防止设定值变化时对系统冲击过大的速率限制器，以及为了防止运行人员误操作的最大和最小设定值限制，PI1为低负荷下小阀使用的单冲量调节器，PI2为高负荷下大阀使用的单冲量调节器，PI3为高负荷下大阀使用的三冲量调节主调节器，P为高负荷下大阀使用的三冲量调节副调节器 。设计在低负荷下采用单冲量控制除氧器水位，在高负荷时采用三冲量控制除氧器水位，其差别仅在于把大阀和小阀所使用的调节器完全分开!使调节器跟踪方便：PI1跟踪小阀的控制指令，PI2和P跟踪大阀的控制指令，PI3跟踪凝结水流量和锅炉总给水流量之差。图 4.9 单冲量、三冲量无扰切换系统原理图教师批阅：当大小阀在自动控制方式，并在三冲量控制阶段，小阀将自动按一定速度（比如1%/min）从当前开度强制关小到零。当大小阀在自动控制方式，并在单冲量控制阶段，大阀将自动按一定速度（比如1%/min）从当前开度强制关小到零。如果两个阀门中有任何一个处于手动控制方式，则上述自动切换不会进行。第四节、 执行器部分：一、执行机构气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式、活塞式、拨叉式和齿轮齿条式。活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合；而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。拨叉式气动执行器具有扭矩大、空间小、扭矩曲线更符合阀门的扭矩曲线等特点，但是不很美观；常用在大扭矩的阀门上。齿轮齿条式气动执行机构有结构简单，动作平稳可靠，并且安全防爆等优点，故常选用它。 二、调节机构除氧器水位调节阀分有一阀和两阀（主阀和启动阀），国内多采用一个调节阀代替两个阀，而国外多采用两阀：主阀和启动阀。此课程设计中除氧器水位调节阀采用一个主调节阀和一个副调节阀并联进行调节的方式，在控制过程中先开副调节阀，等副调节阀全开后再开主调节阀，关闭时的控制刚好相反。采用两个调节阀的目的是为了更好地实现调节与凝结水流量之间的线性关系。 第五节、 除氧器水位控制系统连锁保护一、除氧器水位升高的原因补给水阀开度过大；凝汽器管子泄漏；给水泵故障跳闸或锅教师批阅：炉给水系统阀门误关；水位自动调节阀失灵；机组负荷突然降低等都有可能使水位升高。二、 处理措施 首先，应校对各水位计，确认水位是否真实升高，如果发现水位高出正常规定范围时，应将水位调阀手动关小，并停止其它补水；如调节阀失灵，应隔绝调节阀，开启旁路阀进行调节；如因给水泵跳闸，锅炉给水系统阀门误关引起水位升高，应将水位调节阀改为手动调节，并查明原因，采取相应措施；如水位升高超过溢流水位而溢流阀未动作，则应改用手动，必要时，开启除氧器至凝汽器放水阀或至疏水箱放水阀放水，并密切注意除氧器水位；如水位仍然继续升高，则应关闭抽汽逆止阀和抽汽电动隔离阀，并检查连锁动作是否良好。三、 除氧器水位降低原因 水位自动调节阀失灵；补水量太少；除氧器底部放水阀、除氧器至凝汽器放水阀或机组事故放水阀误开或不严；给水系统阀门误开或给水系统、锅炉省煤器等管子泄漏；机组负荷突然增加；凝结水泵故障；凝结水系统阀门误关或阀芯脱落；锅炉给水流量突然增大等都有可能使水位降低。四、 处理措施 首先校对各水位计，确认水位真实降低；发现水位低于正常规定范围时，应将水位调节阀手动打开，手控无效时可开启调节阀的旁路阀；若给水系统阀门误开或管子泄漏时，应立即纠正或采取相应措施；如因凝结水系统故障，应根据实际情况，迅速恢复通水，如短时无法恢复，则应采取停机措施。除氧器发生故障时，应根据表针指示和故障现象，分析故障原因，迅速采取正确措施。教师批阅：第六节、除氧器水位控制系统总体设计方案 根据上述对除氧器水位控制系统的各个部分的分析，现将总体设计方案总结如下：一、 各组成部分列表:系统构成部分项目方案测量、变送除氧器水位平衡容器、电容式差压变送器给水、凝结水流量差压流量计控制低负荷时基型控制器（串级三冲量）高负荷时基型控制器（单冲量）执行器执行机构气动执行机构调节机构直通型调节阀二、控制系统方框图：（见附表）第五章、SAMA图知识简介第一节、SAMA图知识简介 SAMA图是美国科学仪器制造协会（Scientific Apparatus Makers Association）所采用的绘制图例，它易于理解，能清楚地表示系统功能，广为自动控制系统所应用。SAMA图的外形分为四类，分别如图（a）、（b）、（c）、（d）所示。其中（a）为测量或信号显示功能，（b）为自动信号处理功能，（c）为手动信号处理功能，（d）为执行机构第二节、 SAMA图设计思路说明一、除氧器差压信号的选择除氧器水位信号选择逻辑是两个模拟量水位差压信号进行的选择判断，信号选择原理是：两个信号都是好点，取两个信号教师批阅：的平均值，任一信号坏，取另一好值。它们之间的选择是通过切换来实现，当除氧器差压故障QC/04成立时，发出QC/06控制切换，选择另外一个好的信号；当除氧器差压故障QD/04成立时，发出QD/06控制切换，选择另外一个好的信号；否则输出两者的平均值。二、 压力补偿（水位校正）由于除氧器水位是差压的函数，故可通过压力补偿来校正除氧器水位值。具体措施：将所测得的差压与压力信号经过一定的函数变换关系，得到校正后的除氧器水位。若水位高DA/04成立时，发出DA/06信号关闭除氧器水位主、副调节门。同时显示并记录除氧器水位值。三、 单冲量、三冲量控制方式的选择通过对测得的锅炉了给水流量进行分析，若小于500T则DC/04成立，发出DC/06选择单冲量控制小阀；若大于500T则DD/04成立，发出DD/06控制大阀，同时在给水或凝结水流量变送器故障，即QE/04或QF/04成立时，发出QE/06通过三冲量控制大阀，否则通过单冲量控制大阀。同时显示给水、凝结水流量值。四、 驱动执行机构，调节除氧器水位控制器的输出信号控制执行器实现对除氧器水位的控制。通过阀位反馈信号与输入值进行比较得到偏差，当除氧器水位调节门故障或输入输出偏差过大，即若高DE/04成立时，则发出DE/06命令将A/M站切到手动；若高DF/04成立时，则发出DF/06命令将A/M站切到手动。可实现保护功能。同时显示阀位值。在手自动切换过程中，切换逻实际上为当除氧器水位调节门故障，或输入输出偏差过大，或除氧器流量变送器故障，或水位变送器故障，教师批阅：或汽动给水泵主蒸汽阀关闭，则发出MRE/06命令，将A/M站切到手动。第三节：SAMA图图例详单图例功能图例功能图例功能压力变送器除法限速流量变送器切换偏差位置反馈手动/自动切换高报指示低报函数记录执行机构限幅积分比例均值加法手动设置操作第四节、SAMA图（见附图2）教师批阅：第六章、组态图知识简介第一节、PID 运算模块图 8.1 PID 运算模块包括PID1和PID2，都具有常规PID运算规律和微分先行运算规律，其模块符号如下：当 P2 = ON时，U(n) = P1 + DU(n) ，此时微分不起作用， P1为P1端输入电压信号， DU(n)为第n次采样偏差的PI运算增量值。当 P2 = OFF时，U(n) = U(n-1) + DU(n)，U(n-1)为前一次采样输出值； DU(n)为第n次采样偏差的常规PID运算增量值。第二节、高、低值监视模块HMS和LMS图 8.2 监视模块HMS1、HMS的模块当 H1 H2时， U = ON ； 当 H1 (H2 P2)时，U = OFF 。式中 P2 为滞后宽度。2、LMS的模块教师批阅：图 8.3 监视模块LMS当 H1 H2时， U = ON ； 当 H1 (H2 + P2)时，U = OFF 。第三节、运行方式切换模块MOD用于调节器运行方式的切换。模块符号和切换特性如下