基于MCGS的热电厂锅炉控制系统组态汽包水位控制系统设计说明

统组态汽包水位控制系统设计内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：基于MCGS的热电厂锅炉控制系统组态---汽包水位控制系统学生姓名：邱玲专业：测控技术与仪器班级：测控04-2班指导教师：左鸿飞内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）Abstract内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）Abstract II 1内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）（蒸汽初压力约为0.12～1.5兆帕（MPa、中压电厂(2～4MPa）、高压电厂（6~“十一五”期间，我国将迎来电网建设的新高潮。到2010年，国家电网在跨区域电内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）㈠热电厂将进入信息网络化时代⑴厂级生产过程自动化和管理现代化系统(简称厂级自动化系统)电力集团企业MIS和电网运营系统与火电厂的厂级M的做法。过去国内都是一个辅助车间内由PLC和上位机构成一个网络，在车间控制室㈡单元机组自动化将展现新的特点内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）⑵监控系统的功能配置和物理配置随着计算机技术的发展，监控系统将由以前的全部集中到一个控制楼里的配置方对自身进行诊断、维护和组态。但是，由于其I/O信号采用传统的模拟量信号，因此，它无法在DCS的工程师站上对现场内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）㈢辅助车间高度集中控制一个电厂有十几个辅助车间，过去在每个车间都设一个控制室，采用PLC实现顺(1)提高可控性，并集中解决好某些特殊内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）炭是由皮带输送机从煤场,通过电磁铁、碎煤机然后送到煤仓间的煤斗内,再经过给煤机置，通过石浆喷淋脱出流的气体经过吸风机送到烟筒排人天空。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）煤煤斗煤送风机空气预热器热空气皮带秤除尘器-引风机细灰排粉风机磨煤机热空气冷空气煤粉锅渣-冲灰水灰渣泵至灰场内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）必须不断的向系统中补充经过化学处理过的软化水汽轮机汽轮机过热蒸汽生水凝汽器水处理补给水除氧器低压加热器高压加热器凝结水泵冷却水给水泵发电机业生产中的余热或其他热源，转化为一定温度和压力的水锅炉广泛应用于现代社会国民经济的各个领域，我国现阶段70%以上的电能是利内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）罐、工作油箱等。燃料的运输设备包括带式输送机、埋刮板输送机、多斗提升机、电动葫芦吊煤罐、单斗提升机、给煤机、给粉机、桥式抓斗起重机、推煤机、油泵、输油管道、过滤器、调压器等。燃料的加工设备包括破碎机、磨煤附件、分汽缸等。给水系统的作用是将经过水处理后的符合锅炉水质要求的给液管、水的除硬、除碱、除盐和除气设备等。排污系统的作用是将锅水中沉渣地除去并运送到灰渣场。除灰渣设备包括马丁除渣机、螺旋除渣机、刮板出渣内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）它们的作用是除去锅炉烟气中夹带的固体的微粒——飞灰和氮氧化物等有害物质，改善大气环境。除尘、脱硫、脱硝设备包括重力除尘器、惯性力除尘器、锅炉设备进行检测、程序控制、自动保护和自动调节。仪表及自动控制系统设备包括微型计算机和温度计、压力表、水位计、流量计、负压表等仪表、烟气㈠按用途分类，工业锅炉（用于工业生产、采暖通风、空气调节工程和生活热水内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第二章锅炉汽包水位控制系统2.1锅炉汽包水位的动态特性[4]态特性是指上述水位变化的各种扰动与汽包水给水流量扰动下的水位阶跃反应曲线如图2.1所示。在给水流量突然增加的瞬间,锅炉的蒸发量还未改变,给水流量大于蒸发量,但水位一开始并不立即增加,这是因为温度较低的给水进入省煤器及水循环系统的流量增加了,从原有的饱和汽水混合物中吸取了一部分热量,使水面下的汽泡容积有所减少。当水面下汽泡容积不再变化时,水位才开始逐渐上升。如果不考虑水面下汽泡容积的变化,则当给水流量扰动时,水位的反应曲线内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）WtHH1Ht量及时跟上)时,锅炉的蒸发量大于给水流量,汽包的贮水量应等速下降,又因为汽包是无自平衡对象,所以水位变化曲线应如图中曲线H1所示,实际上当蒸发水循环系统中蒸发强度也将成比例地增大,使汽水混合物中汽泡的容积增大,又因炉膛内的发热量并不能及时增加,从而使汽包压力不断下降,降低了饱和温度,促使蒸发速度加快,汽泡膨胀,加大了汽水混合物的总体积,使水位变化过程如图中曲线H水位的动态特性具有特殊的形式:负荷增加时,蒸发量大于给水量,但水位不是下降反而内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）DtHH2tHH1㈢炉膛热负荷扰动下水位的动态特性炉膛热负荷扰动下水位的阶跃反应曲线如图2.3所示。当燃料量M增加时,炉膛热负荷随着增加,水循环系统内的汽水混合物的汽泡比例增加,蒸发强度增强。如果负荷设备的进汽阀不加调节,则汽包饱和压力升高,蒸汽流出量增加,蒸发量大于给水量,水位应该下降。随着汽包压力的升高,汽水混合物中汽泡其次,在汽压升高时,汽的比容变小,水的比容变大,总的效果是汽水混合物的比容变化不MM0tt0HH0tLC正作用调节器给水省煤器气关阀省煤器号在加法器内与蒸汽流量信号相减。双冲量实际上是前馈与反馈调节相结合的调节系假液位”的影响。但是如果给水压力本身有波动时,双冲量控制也不能克服给水量波动孔板孔板LC正作用调节器给水加法器蒸汽省煤器气关阀省煤器一致,这种调节系统由于引进了液位、给水流量及蒸汽流量三个参数,叫做三冲量调节系内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）孔板孔板LT液位变送器LCa正作用调节器给水气关阀加法器省煤器蒸汽锅炉汽包三冲量液位控制系统是在双冲量液位控制基础上引入了给水流量信号,由水位、蒸汽流量和给水流量组成了三冲量液位控制系统。汽包水位是被控变量,是主冲当蒸汽流量增加时,调节器立即动作,相应地增加给水流量,能有效地减小虚假液位所引起的调节器误动作。当给水流量发生自发性扰动时(例如给水压力波动引起给水流量的波动),调节器也能立即动作,控制给水流量使给水流量迅速恢复到原来的数值,从而使汽包水位基本不变。可见给水流量信号作为反馈信号,其主要作用是快速消除来自给小,反之亦然,即调节器操作给水流量的方向与水位信号的变化方向相反,因此调节器入口处水位信号定义为负极性但由于汽包锅炉的水位测量装置—平衡容器本身已具有反2.3单级三冲量和串级三冲量汽包水位控制系统的分析和整定[5]2.3.1单级三冲量汽包水位控制系统的分内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）DDYD0DW1W-VHaWYHrVWVDakkYWDμZ12DW内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）副回路处理为具有近似比例特性的快速随动系统,以使副回路具有快速消除内扰及快速跟踪蒸汽流量的能力。如果把调节器以外的环节等效地看作被控对象,那么被控对象动态特性近似为比例环节。因此调节器的比例带δ和积分时间Ti可以取的很小。δ和(给水流量信号的灵敏度)a可任意设置一个数值,得到满意的δ值,如果以后a有必aδa③主回路的分析和整定2乎立即成比例地改变给水流量W,使V=V,即V=aY,或-=,aY内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）根据以上的分析,在整定主回路时,应用试验方法求得到对象的阶跃响应曲线。对象的输入信号为给水流量变化W,输出信号为水线上求得延迟时间τ和响应速度ε,根据响应曲线法可得下述计算公式:C=W由此可见,当变送器的斜率已经确定后,增大给水量的灵敏度C,等于增加主回路调W节器的比例带,因而使给水流量动作缓慢,增加主回路的稳定性(减少主回路的振荡)。但是对内回路来说,增加C就增加了内回路的开环放大倍数,因而增加了内回路振荡的W倾向,因此由于提高主回路的稳定性而增加C时,必须相应地增加调节器的比例带δ,W④前馈通道的分析和整定水流量反馈装置的传递系数C及调节器参数δ,Ti的数值后,系统的方框图就可以用W内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）蒸汽流量前馈(Y,a)不在控制系统反馈回路之内,因此,它们的动态特性及取值DDaYDDaDW由此可见,前馈环节不是一个简单的比例环节,而是一个复杂的动态环节,要从物理上实现式(5)所表征的动态特性在技术上也是困难的。但是由于控制系统中已有了反馈控制,而且容许汽包水位在一定范围内变化,因此蒸汽流量前馈环节的传递函数可以在允许范围内,通常都用蒸汽流量信号和给水流量信号静态配合原则选择a。如果要D求在不同负荷时,水位的稳定值不变,则DW内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）a=aDW即蒸汽流量前馈装置的传递系数(蒸汽流量信号的灵敏度)a等于给水流量反馈装置的D传递系数a。W整个系统由两个闭合回路和前馈部分组成的,系统组成如下:OWH③由蒸汽流量信号D,以及蒸汽流量变送器Y及蒸汽流量前馈装置a构成前馈DD㈡副回路的分析和整定根据串级控制系统的分析整定方法,应将副回路处理为具有近似比例特性快速随内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）节器的比例带δ2,以保证内回路不振荡为原则,在试探时,给水流量反馈装置的传递a可任意设置一个数值,得到满意的δ2值,如果a以后有必要改变,则应相应地改变a21W所以等效主调节器仍然是比例积分调节器,等效的*等效主调节器的积分时间T*就是PI1调节器的积分时间T。主回路仍按单回路系统的整定方法整定,如通过试验方法求取主回路被控对象的阶跃响应曲线,并由曲线上求得延迟时间τ和响应速度ε,在按曲线整定法中给出的公式计*T**ετW时对主、副回路的工作产生影响,但它们在系统中的作用却比在单级系统中小得多。在W影响到副回路的工作稳定性,从而做到主、副回路互不影响,即副回路的稳定性由改变D在串级三冲量给水控制系统中,水位偏差完全由主调节器来校正,使静态水位值总内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）DwDDDww如果给水流量变送器和蒸汽流量变送器的斜率相等,则=KDw由于在负荷扰动时,水位的最大偏差(第一个波幅)往往出现在扰动发生后不久(虚假水位现象造成),这个水位最大偏差的数值决定于扰动的大小,扰动的速度和锅炉的特信号的作用在于减少控制过程中第一个波幅以后的水位波动幅度和缩短控制时间,因此蒸汽流量信号也不需过分加强(一般可取K=2对于大型锅炉,通常其给水控制通道延迟性及惯性较大,采用串级控制的控制质量、串级三冲量给水控制系统与单级三冲量给水控制系统相比较,串级控制系统是由两的任务是用以消除给水压力波动等因素引起的给水流量的自发性扰动以及当蒸汽负荷改变时迅速调节给水流量,以保证给水流量和蒸汽流量的平衡;主调节器的任务是校正水位偏差。这样,当负荷变化时,水位稳定值是靠主调节器PI1来维持的，在这里可以根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度,从而改变负荷扰动下的水位控制品质。因此,串级三冲量系统比单级三冲量的工作更合理,控制品质从除氧器莱内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）从除氧器莱2.4控制给水的手段⑴电动定速给水泵+调节阀上水调节阀上水调节阀上水截止阀旁路给水调节阀旁路给水截止阀主给水调节阀主给水截止阀高压加热器⑵电动调速给水泵+调节阀速泵+调节阀的方式一样，采用调节阀控制。当负荷超过某一较高负荷值时，上从除氧器莱从除氧器莱内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）从除氧器莱从除氧器莱上水调节阀上水调节阀上水截止阀旁路给水调节阀旁路给水截止阀主给水截止阀高压加热器至省煤器⑶汽动给水泵+电动调速泵+调节阀300MW及以上机组采用这种控制方式。对于300MW及以上机组，每台锅炉配有一台50%容量的电动调速泵和一台100%容量的汽动给水泵，或者两台每台容量各为控制系统设置，此后小汽轮机只相当于给水控制系统的执行机构。采用一台50%容量的电动调速泵、两台容量各为50%的汽动泵和调节阀对汽包水位进行调节的简化图如电动调速泵电动调速泵旁路给水调节阀旁路给水截止阀至省煤器主给水截止阀高压加热器图内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第三章锅炉汽包水位控制系统的硬件设计DCS控制方式符合热电生产的热工过程基本特征，因此在新厂建设和老厂技术改造中，获得了大力推广和广泛应用。DCS综合了现代计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术，是一种新型的控⑵A/D转换（模拟量转换为数字量转换成计算机能够接受的数字信号。⑶V/I转换（电压转换为电流以便信号的远传。⑷控制策略：又称控制方案或控制算法，指根据被控对象的特性，微处理器中执内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）⑻通信网络的链路：连接通信网络中相邻两节点之间的一段线路称链路，这段线Communication、CRT）而形成的现代控制系统。其主要特征在于分散控制和集中管第4级第3级第2级第1级经营管理级生产管理级控制管理级过程控制级现场被控设备群接受来自第二级的操作和组态信息。控制通道I/O扩展总线控制通道I/O扩展总线操作员站操作员站第二级通信接口I/O模件I/O模件现场被监控对象通信接口工程师站(a)INFI系统操作员站操作员站监控网络主控单元主控单元I/O模块I/O模块现场被监控对象工程师站服务器服务器(b)MACS系统内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）对图3.2(a)，I/O模件（此处是输入模件）对信号预处理，通过I/O扩展种信息，运行人员对生产过程的干预又是通过操作员站将控制信号传递到相关设内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）I/O模件在主控模件的控制下，输入模件对输入信号风扇组件为现场控制站内运行的各种模件降温，保散、显示管理集中的特点外，主要有四方面的特点：⑴硬件的积木化结构DCS是以“模件化”为设计方法专门生产的标准化结构件制站、操作员站、工程师站等的数量可按照用户的实际需要，方便、灵活地配置。⑶高可靠性DCS的关键设备和主要模件都采用了冗余技术，冗余技术是容错技状态显示灯，利用状态显示灯发光的不同组合，反映模件的工作状态和故障类型。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）汽包水位变送器汽包水位变送器集控室主蒸汽流量变送器现场控制站现场就地设备至汽包主给水流量变送器控制通道主控模件服务器主给水AI模块主给水调节阀服务器内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）服务器汽包水位变送器内部端子主给水流量变送器内部端子主汽流量变送器内部端子①①②②③③ -- AI 模模 -..I/O扩展总线主控模件控制通道计算机和CRT………-④④. --AO.件.-I/O扩展总线电动执行机构内部端子主给水至汽包主给水调节阀DCS系统的组态从其硬件的选择便已经在进行中了。在硬件上主要应考虑如下一内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）提供处理现场问题的强有力的解决方法，即由软件组态形成的控制策略。根据被控对象的复制程度，主控模件与各类I/O模件组态，实现对被控对象的数据场I/O模件的通信；另一块以太网卡与冗余的FM811内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）㈡模拟量输入模件（AI）接受现场测量变送器的直流电流信号、直流电压信号以及热电阻或热电偶的毫伏级电压信号，对各种AI信号采样，并进行预处理。预处理包向主控模件提供准确可靠的数字信号。同时AI模件还提供了滤波、隔离、电压和电流和0～20mADC模拟量信号。它是MACS系统A内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）㈢模拟量输出模件（AO）通过I/O扩展总线与主控模件通信，把主FM151的功能是由一块8路模拟量输出板，一块I/O智能处理板和端子模件㈣开关量输入模件（DI）将生产过程中有关阀门联动触点的开理包括判断DI的真假，对DI进行整形、限幅，采用滤波电路去除干扰等。最终将DIMACS系统DI模件之一。其中通道指示灯共计16个⑴16路触点型开关量输入模板。对DI信号进内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）⑵I/O智能处理板。控制译码和读数据电路的工作，通过译码器把相应的代码译码表示的开关量数据进行后处理，后处理包括整形和变换等，最终转换AI、AO、DI、DO四类I/O模件是为现场控制站的输入/输出信号提供信息通道的主蒸汽变送器产生经过③主蒸汽变送器产生经过③模拟信号水位变送器产生水位变送器产生主给水变送器产生主蒸汽变送器产生水位高信号主给水信号主蒸汽信号行运算，形执行机构位置反馈信号指令AO模件对指令进行D/A转换等后处理主给水新信号经过①模拟信号经过②模拟信号经过③模拟信号经过⑤模拟信号调节过程结束后水位变送器产生主给水变送器产生服务器对控制指令进行检查、校对。确定无误后存储、传递指令经过⑤模拟信号经过①模拟信号经过②模拟信号主控模件对信号判断、处理，并按控制策略进AI模件分别对4个信号进行A/D转换等预处理执行机构位置反馈信号水位新信号主控模件执行校对无误制指令执行机构关小主给水调节阀I/O扩展总线数字信号I/O扩展总线数字信号控制通道数字信号控制通道数字信号经过④模拟信号成控制主蒸汽新信号主蒸汽新信号CRTCRT分别显示新的水位、主给水、主蒸汽和执行机构位置AI模件对4个信号分别进行A/D转换等预处理服务器对信号处理、刷新存储的数据主控模件分别接受4个信号I/O扩展总线数字信号控制通道数字信号数字信号内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）过去工业控制计算机系统的软件功能都靠软件人员编程实现。工作量大,软件通用运而生,它是一套功能齐全的组态生成工具软件,可以建立全新的过程测控系统，通用性强,而且系统的执行程序代码部分一般固定不变,为适应不同的应用对象只需改变数内的应用逐渐得到了普及。下面就对几种组态软件分别进行介绍:提供了丰富的图库。但是，早期的InTouch软件采用DDE方式与驱动程序通信，性能内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）⑤组态王：组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司（更早的品牌多数快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于MicrosoftWindowsMCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数表输出以及企业监控网络等功能。使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，实时数据库组态软件核心实时数据库组态结果数据库实时数据库组态软件核心实时数据库组态结果数据库解释执行组态结果组态生成应用系统构建动画流程控制设计报表组态环境多任务多线程运行环境现场控制设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcgMCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、