量、雙沖量、三沖量鍋爐汽包水位控制系統，并對其性能特點進行深入的分析和比Thepowerresourceisonekbasiccraftprocessisthatusingtheboilertoproducesteamandletthevaptheproductionprocessessuchasgenerateelectricityprocess.So,eachConnectingwiththecraftrequirementoftheboiltwo-varisble、three-ariableboilecharacteristicoftheboilerdrumwaterlevel,andfurtherlyanalyzetheirfunctiocharacteristics,choosingthethree-ariablecontrolsysteminkeywords:drumwaterlevel I 第一章引言 1.1電力行業發展現狀與趨勢 11.1.1熱電廠發展趨勢 21.1.2熱力發電廠生產流程2 41.2鍋爐設備的工藝和分類2 81.2.1鍋爐設備的工藝 81.2.2鍋爐分類 第二章鍋爐汽包水位控制系統 2.1鍋爐汽包水位的動態特性4 2.2鍋爐汽包水位控制系統的基本方法 2.3單級三沖量和串級三沖量汽包水位控制系統的分析和整定5 2.3.1單級三沖量汽包水位控制系統的分析和整定 2.3.2串級三沖量給水控制系統的分析和整定 2.4控制給水的手段 第三章鍋爐汽包水位控制系統的硬件設計 273.1分散控制系統1 3.1.1分散控制系統基礎 283.1.2分散控制系統基本功能 3.1.3分散控制系統的特點 3.3硬件選型 第四章汽包水位控制系統的MCGS 40 4.1.1組態軟件MCGS的簡介7 41 42 43 4.2.1定義數據變量 45 46 50參考文獻 49第一章引言1.1電力行業發展現狀與趨勢 超高壓電廠(12～14MPa)、亞臨壓力電廠(16～18MPa)和超臨界壓力電廠(22.6MPa)。在全世界范圍內，火電廠的裝機容量約占總裝機容量的70%,發電量約占總發電量的80%,中國火電廠的裝機容量占總裝機容量的74.27%,發電量占總發電量的79.7%,1882年，中國在上海建成一座裝有1臺12KW直流發電機的火電廠，這是中國第一座火電廠。經過了100多年電力行業的發展，截止2006年底，全國發電裝機容量達到62200萬千瓦。其中，水電達到12857萬千瓦，約占總容量20.67%;火電達到48405萬千伏及以上變電設備容量達到98131萬千伏安。核電發電量543億千瓦時，約占全部發電量1.92%。“十一五”期間，我國將迎來電網建設的新高潮。到2010年，國家電網在跨區域電網建設方面，交流特高壓輸電線路建設規模將達到4200千米，變電容量達到3900萬千伏安，跨區送電能力達到7000萬千瓦；在城鄉電網建設方面，220千伏及以上交直流輸電線路要超過34萬千米，交流變電容量超過13億千伏安。過挫折和重重困難，但仍以前所未有的速度發展。可以預見，進入21世紀，我國熱電廠自動化技術應用很可能將以更快的速度發展，未來21世紀的最初10年，火電廠必將隨著不可抗拒的潮流加速進入信息網絡時代，(G)或其它接口分隔成2個網，分別設置相應的計算單元和數據服務器，以提高SIS網的電力集團企業MIS和電網運營系統與火電廠的廠級MIS相連，而電網調度系統則通過發電端的遠程發送單元(RTU)與網內火電廠的的廠級SIS相連，進行1級或2級調度，有可能不再需要RTU,而可以由專用Intrenet網實現上述通信。一個火電廠有十幾個輔助車間，國外已有通過網絡集中到1個控制室進行集中控制控制。目前趨向于采用適度集中控制的方案，例如全廠形成煤、灰、水3個網絡、3個火電廠單元機組的自動化水平，無論國外和國內，都是比較高的。未來10年左右(1)控制系統全計算機化，控制室緊湊小型化單元機組實現全CRT監控，傳統監控盤臺將取消，控制室(2臺單元機組)面積由目前的350～4000m2,降到150m2以下。①物理配置隨著計算機技術的發展，監控系統將由以前的全部集中到一個控制樓里的配置方量采用遠程I/O控制。②功能配置縱觀DCS發展史，結合火電廠單元機組控制系統的特點，DCS功能配置將與物理提高可靠性。目前有的公司推出的DCS,CPU采用2×2冗余(由于計算機技術發展，成本增加很小),可靠性進一步提高。態。FCS的現場總線和全數字的現場總線智能化儀表熔入DCS后，將徹底解決這個問控制，值班人員多達100～200人，不少電廠輔助車間實際達到的自動化水平不高。輔(1)提高可控性，并集中解決好某些特殊檢測問題，使設計的順序控制得以可靠運(2)配置好輔助車間的計算機監控網絡，實現若干輔助車間遠方集中監1.1.2熱力發電廠生產流程2過發電動力裝置(包括電廠鍋爐、汽輪機和發電機及其輔助裝置)轉換成電能的一種發熱力發電、水利發電、核電、地熱發電、風力發電等。生產工藝示意圖如圖1.1所示。在除氧器水箱內的水經過給水泵升壓后通過高壓加熱器送入省煤器。在省煤器粗細分離器將合格的煤粉(不合格的煤粉送回磨煤機),經過排粉機送至粉倉，給粉機為了進一步提高其熱效率，一般都從汽輪機的某些中間級后抽出作過功的部分蒸圖1.3汽水系統流程1.2鍋爐設備的工藝和分類2鍋爐廣泛應用于現代社會國民經濟的各個領域，我國現階段70%以上的電能是利用的各個部件，包括鍋殼、鍋筒(汽包)、下降管、集箱(聯箱)、水冷壁、凝渣管、鍋爐爐膛(燃燒室)和爐前煤斗、煤閘門、爐排、除渣板、分配送風裝置等組成的燃燒設備。①燃料供應系統設備：燃料供應系統設備的作用是保證鍋爐連續運行所需要的符②送、引風設備：送、引風設備的作用是給爐子送入燃燒所需要的空氣或給磨煤③汽、水系統設備：汽、水系統包括蒸汽、給水、排污等三大系統。蒸汽系統的④除灰渣設備：除灰渣設備的作用是將鍋爐的燃燒產物——灰渣連續不斷地除去⑤煙氣凈化系統設備：煙氣凈化系統包括煙氣的除塵、脫硫、脫硝設備，它們的⑥儀表及自動控制系統設備：儀表及自動控制系統設備的作用是對運行的鍋爐設(一)按用途分類，工業鍋爐(用于工業生產、采暖通風、空氣調節工程和生活熱水第二章鍋爐汽包水位控制系統2.1鍋爐汽包水位的動態特性4動有：給水流量W、鍋爐蒸汽流量D、汽包壓力P、燃燒工況等。給水控制對象的動態2.1中的直線1所示；實際的水位反應曲線應如圖2.1中曲線2所示。所以給水流量的擾(二)蒸汽流量擾動下水位的動態特性蒸汽流量擾動下水位的階躍反應曲線如圖2.2所示。當蒸汽流量突然增加(假定供熱水循環系統中蒸發強度也將成比例地增大，使汽水混合物中汽泡的容積增大，又因爐膛內汽泡膨脹，加大了汽水混合物的總體積，使水位變化過程如圖中曲線H?所示。水位實際變化過程的曲線是H?和H?兩曲線疊加，即圖中的曲線H,由此可知，負荷變化的動態特性具有特殊的形式：負荷增加時，蒸發量大于給水量，但水位不是下降反而上升；(三)爐膛熱負荷擾動下水位的動態特性爐膛熱負荷擾動下水位的階躍反應曲線如圖2.3所示。當燃料量M增加時，爐膛熱負荷隨著增加，水循環系統內的汽水混合物的汽泡比例增加，蒸發強度增強。如果負荷設備假水位沒有蒸汽流量擾動下的那樣嚴重。圖2.3爐膛熱負荷擾動下水位的階躍反應曲線蒸汽LC正作用調節器省煤器氣關閥圖2.4鍋爐汽包液位的單沖量調節系統圖2.5鍋爐汽包液位的雙沖量調節系統由于單沖量和雙沖量都很難達到理想穩定的控制所以這就要用如圖2.6所示的鍋爐a圖2.6鍋爐液位的三沖量調節系統信號定義為負極性但由于汽包鍋爐的水位測量裝置—平衡容器本身已具有反號的特性，DDYpW圖2.7中，各符號意義如下：W?—給水流量擾動；αp,αw一蒸汽流量信號和給水流量信號的靈敏度；Kz—執行器的比例系數；Ku—調節閥的放大系數。②內回路的分析和整定WwYwk內回路方框圖如圖2.8所示，可以把內回路作為一般的單回路系統進行分析。應將③主回路的分析和整定ay.DDHYy圖2.10簡化的三沖量給水控制系統方框圖2.3.2串級三沖量給水控制系統的分析和整定(一)控制原理：串級三沖量給水控制系統的控制原理如圖2.11所示。HDHDYpW7a整個系統由兩個閉合回路和前饋部分組成的，系統組成如下：器kz和調節閥kμ組成副回路。③由蒸汽流量信號D,以及蒸汽流量變送器yp及蒸汽流量前饋裝置αp構成前饋控制部分。(二)副回路的分析和整定根據串級控制系統的分析整定方法，應將副回路處理為具有近似比例特性快速隨動系統，以使副回路具有快速消除內擾及快速跟蹤蒸汽流量的能力。圖3.11中所示副回路與圖3.9所示的內回路完全相似，其分析整定原則完全相同。即用試探的方法選擇副調節器的比例帶δ2,以保證內回路不振蕩為原則，在試探時，給水流量反饋裝置的傳遞函數αw式中81——主調節器PI1的比例帶。則PI1調節器的參數為W/a_yu的任務是用以消除給水壓力波動等因素引起的給水流量的自發性擾動以及當蒸汽負荷對于20世紀70年代投產的200MW單元機組，普遍采用電動定速給水泵+調節閥的置兩臺容量各為100%的電動定速泵，運行時，一臺工作電動定速泵A至省煤器從除氧器萊高壓加熱器對于20世紀80年代以后投產的200MW單元機組，普遍采用電動調速給水泵+調備兩臺容量各為100的電動調速泵，運行時，一臺工作，另一臺熱備用，跟蹤工作泵。電動調速泵的驅動電動機經聯軸器與給水泵連接，通過改變液力聯軸器中勺管的徑向行程來改變聯軸器的工作油量，實現給水泵轉速的改變。鍋爐和低負荷階段。主給水截止閥一直關閉，汽包水位的控制與電動定速泵+調節閥的水截止閥關閉，主給水截止閥全開，通過改高壓加熱器高壓加熱器從除氧器菜從除氧器菜(3)汽動給水泵+電動調速泵+調節閥300MW及以上機組采用這種控制方式。對于300MW及以上機組，每臺鍋爐配有一臺50%容量的電動調速泵和一臺100%容量的汽動給水泵，或者兩臺每臺容量各為50%系統設置，此后小汽輪機只相當于給水控制系統的執行機構。采用一臺50%容量的電動調速泵、兩臺容量各為50%的汽動泵和調節閥對汽包水位進行調節的簡化圖如圖2.15所從除氧器萊高壓加熱器第三章鍋爐汽包水位控制系統的硬件設計3.1分散控制系統[1](1)I/O模件(輸入或輸出模件):I/O(3)V/I轉換(電壓轉換為電流):以便信號的遠傳。分為4級，如圖3.1所示，I/O模塊服務器服務器圖3.2第一級和第二級的簡化結構框圖對圖3.2(a),I/O模件(此處是輸入模件)對信號預處理，通過I/O擴展總線傳送其中操作員站(OIS)設置在機組的集控室內，它是一工程師站(EWS)是一個以個人計算機為基礎的工具性設備，是DCS通信環路上起保護作用。電源模件它的輸入是來自系統電源柜的1:1冗余交流電，它的輸出是供能力。運行組態的控制方案，執行對過程的控制策略，完成從簡單到復雜的各種控制。DCS具有數據采集及處理、手動/自動控制和系統通信等基本功能。數據采集及處DCS通過通信網絡實現數據的快速、準確傳遞，實現資源共享。(2)軟件的模塊化生產DCS的各廠家為用戶提供了豐富的功能軟件模塊和至少一基本的控制功能且能獨立運行的程序段。不同的DCS系統生產的功能軟件模塊不盡相(4)強大的自診斷技術DCS的許多模件本身都有自診斷能力。其前面板裝有LED主給水至汽包圖3.3汽包水位控制系統硬件圖----②③-一古--白白白器件②⑤-圖3.4主要信號線路的端子連接示意圖DCS系統的組態從其硬件的選擇便已經在進行中了。在硬件上主要應考慮如下一些問題：首先DCS系統的處理能力必須滿足現場的要求，其控制器CPU的運行周期不應各通道之間要相互隔離；在模擬量控制器和數據量控制器為不同類型和順序控制器時，在各自功能分配上要使模擬量控制和順序控制盡可能的分的數據也應盡量獨自使用，不同的控制器之間交換的數據越少越好；與上層網絡的數據基于上述的要求，我對本設計的硬件進行了如下選型，主要選擇的模件有主控模件、模擬量輸入模件(AI)、模擬量輸出模件(AO)、開關量輸出模件(DI)、開關量輸出模在MACS中，現場控制站的主控模件稱主控單元，型號為FM811。是Intel公司生產的CPU的芯片型號。以上內容可理解為CPU執行ISA和PCI標準，與②一塊FB193多功能卡。卡上裝有靜態存儲器、雙機冗余控制等，與CPU卡通過ISA總線互連，完成CPU卡的擴展功能。③三塊以太網卡。兩塊以太網卡通過PCI總線與CPU卡互連，實現與現場I/O模件的通信；另一塊以太網卡與冗余的FM811實現主/備數據備份傳遞。④一塊FB121DP主站卡。通過ISA總線與CPU卡互連，實現與現場I/O模件的卡、FB121主站卡各1塊和3塊以太網卡及電源等部件連接起來，并提供主控單元與外⑥電源組件。將外接220VAC/50Hz交流電轉換成FM811內部有關部件所需的5V和12VDC電源。①POWER。電源指示燈(綠燈)。上電后點亮。②STANDBY。冗余燈(黃燈)。主FM811燈滅，備用FM811燈亮。③RUN。運行燈(綠色)。表明FM811的運行狀態。④ERROR。故障燈(紅燈)。⑥SNET2。系統B網指示燈(黃燈)。B網正常燈亮，反之燈滅。⑦CNET。控制網指示燈(黃燈)。⑧RNET。冗余網指示燈，若系統冗余網正常，⑨電源開關。接通和斷開FM811的供電。當電源接通時，POWER燈亮。⑩RST。FM811的復位按鈕。每按動一次此按鈕，FM811將①電源接口。3孔插座。連接220VAC/50Hz電源。②3個RJ45接口。為通信用RJ45插座。從左至右依次為系統網A網接口、系統網B網接口、雙機數據備份線接口。其中雙擊數據備份線接口通過RJ45插座分別插在1:1榮富裕的FM811雙擊數據備份插座。③CPU卡的接口。CPU卡接口共4個。及熱電阻或熱電偶的毫伏級電壓信號，對各種AI信號采樣，并進行預處理。預處理包括補償(如熱電偶的冷端補償)、修正(如電路性能漂移修正)、線性化、A/D轉換等，向主控模件提供準確可靠的數字信號。同時AI模件還提供了濾波、隔離、電壓和電流FM18A是大信號AI模件，它具有8路獨立的輸入通道，處理來自現場的0～10VDC和0～20mADC模擬量信號。它是MACS系統AI模件之一。其中RDY燈和COM燈是反映FM148A的工作狀態和通信狀態的LED燈，兩燈全亮表示正常工作，當模件故障控制系統原理框圖以及硬件的選型，現在我以汽包水位過高為例，來說明主要的工作過程。(使用框圖敘述)模擬信號4個A/D令理動水位變送器產生模擬信號模擬信號號據置應用過程中，PC(包括工控機)相比以前的專用系統具有的優勢日趨明顯。這些優勢主性強；基于PC的控制系統易于學習和使用，可以容易地得到技術方面的支持。在PC信協議，并且通常應提供分布式數據管理和網絡功能。在1995年以后，組態軟件在國①InTouch:Wonderware的InTouch軟件是最早進入我國的組態軟件。在80年代末、90年代初，基于Windows3.1的InTouch軟件曾讓我們耳目一新，并且InTouch提差，最新的InTouch7.0版已經完全基于32位的Windows平臺，并且提供了OPC支持。②Fix:Intellution公司以Fix組態軟件起家，1995年被愛默生收購，現在是愛默生動程序(需單獨購買)。③Citech:CiT公司的Citech也是較早進入中國市場的產品。Citech具有簡潔的操⑤組態王：組態王是國內第一家較有影響的組態軟件開發公司(更早的品牌多數已經湮滅)。組態王提供了資源管理器式的操作主界面，并且提供了以漢字作為關鍵字⑥ForceControl(力控):大慶三維公司的ForceControl(力控)從時間概念上來說，品廣泛推廣，所以并不為大多數人所知。大約在93年左右，力控就已形成了第一個版本，只是那時還是一個基于DOS和VMS的版本。后來隨著Windows3.1的流行，又開發出了16位Windows版的力控。PCSoft的Wizcon以及國內一些組態軟件通態軟件公司的MCGS,也都各有特色。4.1.1組態軟件MCGS的簡介7構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統，可運行于MicrosoftWindows使用MCGS,用戶無須具備計算機編程的知識，就可以在短時間內輕而易舉地完成能源原材料、農業自動化、航空航天等領域，經過各種現場的長期實際運行，系統穩定4.1.2MCGS組態軟件的系統構成MCGS5.1軟件系統包括組態環境和運行環境兩個部分。組態環境相當于一套完整的工具軟件，幫助用戶設計和構造自己的應用系統。運行環境則按照組態環境中構造的組態工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態設計的目標和功能。MCGS組態軟件(以下簡稱MCGS)的兩部分互相獨立，又緊密相關。多任務多線程多任務多線程構建動畫動畫顯示流程控制報警組態設計報表A組態軟件核心實時數據庫實時數據庫現場控制報警輸出報表打印連接設備設備輸出MCGS組態環境是生成用戶應用系統的工作環境，由可執行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組態環境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態工作后，生成擴展名為.mcg的工程文件，又稱為組態結果數據庫，其與MCGS運行環境一起，構成了用戶應用系統，統稱為“工程”。MCGS運行環境是用戶應用系統的運行環境，由可執行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。在運行環境中完成對工程的控制工作。MCGS組態軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五部分構成，每一部分分別進行組態操作，完成不同的工作，具有不同的特性。腳本程序),選用各種功能構件，如：數據提取、定時器、配方操作、多媒體輸出等行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統。MCGS5.1還提供