电厂锅炉水位单级三冲量控制系统设计答辩稿PPT学习教案

1、会计学1电厂锅炉水位单级三冲量控制系统设计电厂锅炉水位单级三冲量控制系统设计答辩稿答辩稿 热力发电厂包括燃化石燃料（煤、油、气）热力发电厂包括燃化石燃料（煤、油、气）的火力发电厂与使用核燃料的核动力电厂。迄今的火力发电厂与使用核燃料的核动力电厂。迄今为止，我国的火力发电占为止，我国的火力发电占70%左右，而且根据我左右，而且根据我国国情，火力发电厂基本是燃煤电厂。国国情，火力发电厂基本是燃煤电厂。 早期的自动控制系统因热力发电机组单机容量小早期的自动控制系统因热力发电机组单机容量小，对系统要求也不高，结构简单，随着现代科学，对系统要求也不高，结构简单，随着现代科学技术的发展，发电机组已由中温、

2、中压、中小容技术的发展，发电机组已由中温、中压、中小容量发展到大容量、高参数的单元机组。集散控制量发展到大容量、高参数的单元机组。集散控制系系DCS为生产过程的自动控制提供了强有力控制为生产过程的自动控制提供了强有力控制手段的，因此它广泛应用于电力行业。手段的，因此它广泛应用于电力行业。第1页/共25页 自自70年代以来，由于工业过程控制的需求，特年代以来，由于工业过程控制的需求，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅猛，并在智能化、自适应、参度控

3、制系统发展迅猛，并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面日本、美国数自整定等方面取得成果，在这方面日本、美国、德国、瑞典等国家技术领先，都生产出了一批、德国、瑞典等国家技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的控制器及仪器仪表，并在商品化的、性能优异的控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。各行业广泛应用。 目前，国外控制系及仪表正朝着高精度、智目前，国外控制系及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面发展。能化、小型化等方面发展。第2页/共25页 我国工业锅炉的自动化控制，经历了三四十我国工业锅炉的自动化控制，经历了三四十年的单参数仪表控制，四五十年代的单元组合年的单参数仪表控制

4、，四五十年代的单元组合式综合参数仪表控制，从六十年代开始，人们式综合参数仪表控制，从六十年代开始，人们对锅炉水位系统进行了更深入的研究，采用了对锅炉水位系统进行了更深入的研究，采用了更先进的计算机控制方法。更先进的计算机控制方法。 近年来，集散控制系统迅速发展并为锅炉控近年来，集散控制系统迅速发展并为锅炉控制提供了强有力的手段，总得来说，汽包水位制提供了强有力的手段，总得来说，汽包水位控制正经历由单元组合式仪表到计算机控制、控制正经历由单元组合式仪表到计算机控制、由由PID控制到更高级的智能控制、由直接现场控控制到更高级的智能控制、由直接现场控制到集散控制的发展过程。制到集散控制的发展过程。第

5、3页/共25页 第二篇第二篇 水位控制系统的基本水位控制系统的基本结构及分析结构及分析 锅炉给水控制系统的任务锅炉给水控制系统的任务给水控制系统的基本要求给水控制系统的基本要求单级三冲量给水控制系统参数整定单级三冲量给水控制系统参数整定第4页/共25页 汽包锅炉给水控制的任务是使给水量适汽包锅炉给水控制的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中的水位保持在一应锅炉蒸发量，并使汽包中的水位保持在一定的范围内，要求如下：定的范围内，要求如下： （1 1）保持稳定的给水量。）保持稳定的给水量。稳定工况下，给水量不应该时大时小的剧烈稳定工况下，给水量不应该时大时小的剧烈波动，否则，将对省煤器和给水管道

6、的安全波动，否则，将对省煤器和给水管道的安全运行不利。运行不利。返回返回第5页/共25页 （2 2）维持汽包水位在一定范围内。）维持汽包水位在一定范围内。 水位过高，会破坏汽水分离装置的水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶，从而增加在过热器管壁上和汽轮机叶片上的结垢，甚至使汽轮机发生水冲击片上的结垢，甚至使汽轮机发生水冲击而损坏叶片；水位过低，则会破坏水循而损坏叶片；水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁的破裂。环，引起水冷壁的破裂。 正常运行时的水位波动范围：正常运行时的水位波动范围：50mm50m

7、m30mm30mm汽包异常情况：汽包异常情况：190mm190mm汽包事故情况：汽包事故情况： 300mm300mm返回返回第6页/共25页 给水控制系统应该符合以下基本要求给水控制系统应该符合以下基本要求： 首先，由于被控对象在给水量首先，由于被控对象在给水量 扰动下扰动下的水位阶跃反应曲线表现为无自平衡能力的水位阶跃反应曲线表现为无自平衡能力，且有较大的迟延，因此必须采用带比例，且有较大的迟延，因此必须采用带比例作用的调节器以保证系统的稳定性。作用的调节器以保证系统的稳定性。返回返回第7页/共25页 其次，由于对象在蒸发量其次，由于对象在蒸发量 扰动下，水扰动下，水位阶跃反应曲线表现有位阶

8、跃反应曲线表现有“虚假水位虚假水位”现象，现象，这种现象的反应速度比内扰快，为了克服这种现象的反应速度比内扰快，为了克服“虚假水位虚假水位”现象对控制系统的不利影响，应现象对控制系统的不利影响，应考虑引入蒸汽流量的补偿信号。考虑引入蒸汽流量的补偿信号。 再次，给水压力是有波动的，为了再次，给水压力是有波动的，为了稳定给水量，应考虑将给水量信号作为反馈稳定给水量，应考虑将给水量信号作为反馈信号，用于及时消除内扰。信号，用于及时消除内扰。返回返回第8页/共25页 在生产实践中，汽包锅炉的给水调节系在生产实践中，汽包锅炉的给水调节系统采用以下三种基本结构：统采用以下三种基本结构： （1 1）单冲量给

9、水控制系统）单冲量给水控制系统 （2 2）双冲量给水控制系统）双冲量给水控制系统 （3 3）三冲量给水控制系统）三冲量给水控制系统返回返回第9页/共25页系统的参数整定系统的参数整定系统的系统的MATLABMATLAB仿真仿真第10页/共25页 通过论文通过论文4.24.2节分析并计算得出单级三冲量给水节分析并计算得出单级三冲量给水控制系统的系统参数如下：控制系统的系统参数如下：调节器采用调节器。调节器采用调节器。给水流量的传函：给水流量的传函： 蒸汽流量的传函：蒸汽流量的传函： sssssWsHsWD)301 (037. 0)1 ()()()(1ssssTKsDsHsWD037. 01516

10、 . 31)()()(222第11页/共25页水位变送器的斜率：水位变送器的斜率：给水量及蒸汽流量变送器的斜率：给水量及蒸汽流量变送器的斜率：执行器放大系数等于阀门系数：执行器放大系数等于阀门系数：mmVH033.0htVDG/075. 01fZKK第12页/共25页 (1) (1)当衰减率当衰减率=0.75=0.75时，时，由副回路的参数整定得主回由副回路的参数整定得主回路的参数为：路的参数为：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，经过多次调试，最终的想，经过多次调试，最终的T T=0.11=0.11，n nG

11、G=0.14=0.14，=0.154=0.154得到较为理想的仿真曲线，如下图得到较为理想的仿真曲线，如下图3-13-1和和3-23-2分别为结构图分别为结构图和仿真曲线图。和仿真曲线图。第13页/共25页图图3-1 Simulink3-1 Simulink仿真仿真图图第14页/共25页图图3-2 3-2 主回路的仿真曲线主回路的仿真曲线第15页/共25页 修改参数后的主回路显示出很好的控制特性，修改参数后的主回路显示出很好的控制特性，并能快速稳定。从内、外回路的比例带来看，给水并能快速稳定。从内、外回路的比例带来看，给水流量的分压系数若增大，外回路稳定性增强，内回流量的分压系数若增大，外回路

12、稳定性增强，内回路则减弱，反之则情况相反。因此，在整定外回路路则减弱，反之则情况相反。因此，在整定外回路时若要改变，应相应改变调节器的比例带，使两者时若要改变，应相应改变调节器的比例带，使两者的比值不变，以保证内回路的稳定性。的比值不变，以保证内回路的稳定性。第16页/共25页峰值时间峰值时间t tp p：t tp p=55s=55s调节时间调节时间t ts s：t ts s=276s=276s超调量：超调量：% %3 .49%100)()()(%hhthp7517. 03 .302 .453 .30341113mmyy第17页/共25页 (2) (2)系统的扰动性能分析系统的扰动性能分析 图

13、图3-33-3和和3-43-4分别是给水流量扰动与蒸汽流量扰动分别是给水流量扰动与蒸汽流量扰动下的仿真曲线。下的仿真曲线。图图3-33-3给水流量扰动下的水位变化仿真曲给水流量扰动下的水位变化仿真曲线线第18页/共25页 图图3-33-3为在给水流量扰动下的为在给水流量扰动下的SimulinkSimulink仿真曲线，从仿真曲线，从物质平衡的观点来看，突加给水流量扰动，水位应该立物质平衡的观点来看，突加给水流量扰动，水位应该立即下降，但实际上并不是这样，而是先下降再上升。通即下降，但实际上并不是这样，而是先下降再上升。通过仿真曲线则说明了该系统在克服了给水流量扰动下的过仿真曲线则说明了该系统在

14、克服了给水流量扰动下的水位变化特性，系统在给水流量扰动下能回到期望水位水位变化特性，系统在给水流量扰动下能回到期望水位0 0达到要求。达到要求。第19页/共25页图图3-43-4蒸汽流量扰动下水位变化仿真曲蒸汽流量扰动下水位变化仿真曲线线第20页/共25页 图图3-43-4为在蒸汽流量扰动下的为在蒸汽流量扰动下的SimulinkSimulink仿真曲仿真曲线，由仿真曲线可以看出，系统在蒸汽流量扰动线，由仿真曲线可以看出，系统在蒸汽流量扰动下存在下存在“虚假水位虚假水位”现象被很好的克服。产生现象被很好的克服。产生“虚假水位虚假水位”的原因是由于负荷增加时，在汽水循的原因是由于负荷增加时，在汽水

15、循环回路中的蒸发强度也将成比例的增加，水面下环回路中的蒸发强度也将成比例的增加，水面下汽泡的容积增加得也很快，此时燃料量还来不及汽泡的容积增加得也很快，此时燃料量还来不及增加，汽包中汽压下降，汽包膨胀，使汽泡体积增加，汽包中汽压下降，汽包膨胀，使汽泡体积增大而水位上升，这与给水扰动一样，在经历了增大而水位上升，这与给水扰动一样，在经历了一段的波动后，回到了期望值，并逐渐趋于期望一段的波动后，回到了期望值，并逐渐趋于期望水位水位0 0。 当衰减率当衰减率=0.9=0.9时的仿真将在设计文章中体时的仿真将在设计文章中体现。现。第21页/共25页第22页/共25页 通过对给水流量、蒸汽流量扰动下的仿

16、真及分析，通过对给水流量、蒸汽流量扰动下的仿真及分析，单级三冲量给水控制系统既可以快速消除给水流量的自单级三冲量给水控制系统既可以快速消除给水流量的自发性扰动，保持给水流量的相对稳定，又有效地减少发性扰动，保持给水流量的相对稳定，又有效地减少“虚假水位虚假水位”产生的误动作，提高系统的调节品质。产生的误动作，提高系统的调节品质。 通过这学期大量的资料阅读及材料参考，基本完成通过这学期大量的资料阅读及材料参考，基本完成了本次设计，但因知识不够了解全面，在设计的过程中了本次设计，但因知识不够了解全面，在设计的过程中遇到问题较多，比如：控制器的选择、调节规律的采用遇到问题较多，比如：控制器的选择、调节规律