過(guò)熱汽溫控制課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　概述 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1</p><p>　　中英文摘要 - - - - - - - - - - - - - - - - - -3</p><p>　　緒論 - - - - - - - - -

2、- - - - - - - -5</p><p>　　1.1控制系統(tǒng)基本原理及組成</p><p>　　1.2汽溫控制系統(tǒng)的被控對(duì)象 </p><p>　　1.3本課程設(shè)計(jì)的題目及任務(wù)</p><p>　　第二章 過(guò)熱汽溫控制 - - - - - - - - - - - - - -8</p><p>　　2.1

3、 過(guò)熱汽溫控制的任務(wù)</p><p>　　2.2 過(guò)熱汽溫控制的難點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則</p><p>　　2.3 過(guò)熱汽溫對(duì)象模型的建立及其特性</p><p>　　第三章 過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) - - - - - - - - -15</p><p>　　3.1 過(guò)熱汽溫系統(tǒng)的串級(jí)控制方案</p><p>　　3.2

4、具體設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　3.3 設(shè)計(jì)的論證</b></p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)的切換</p><p>　　第四章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)及體會(huì) - - - - - - - - - - -28</p><p><b>　　4.1課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><

5、p><b>　　4.2體會(huì)</b></p><p>　　結(jié)束語(yǔ) - - - - - - - - - - - -- - - - - - - -31 </p><p>　　參考文獻(xiàn) - - - - - - - - - - - - - - - - - -32 </p><p><b>　　概述</b>&l

6、t;/p><p>　　單元機(jī)組是由鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)和輔助設(shè)備組成的龐大的設(shè)備群。由于其工藝流程復(fù)雜，設(shè)備眾多，管道縱橫交錯(cuò)，有上千個(gè)參數(shù)需要監(jiān)視、操縱或控制，而且電能生產(chǎn)還要求有高度的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性，因此，目前，采用以分散微機(jī) 為基礎(chǔ)的集散型控制系統(tǒng)（TDCS）組成一個(gè)完整的控制、保護(hù)、監(jiān)視、操作及計(jì)算等多功能自動(dòng)化系統(tǒng)。</p><p>　　在現(xiàn)代火力發(fā)電廠(chǎng)熱工控制中，鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度是

7、影響鍋爐生產(chǎn)過(guò)程安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù),也是整個(gè)汽水行程中工質(zhì)的最高溫度，對(duì)電廠(chǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重大影響。由于過(guò)熱器正常運(yùn)行時(shí)的溫度已接近材料允許的極限溫度，因此，必須相當(dāng)嚴(yán)格地將過(guò)熱汽溫控制在給定值附近。過(guò)熱汽溫偏高會(huì)使蒸汽管道、汽輪機(jī)內(nèi)某些零部件產(chǎn)生過(guò)大的熱膨脹變形而損壞，威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。過(guò)熱汽溫偏低則會(huì)降低機(jī)組的熱效率，增加燃料消耗量，浪費(fèi)能源，同時(shí)會(huì)使汽輪機(jī)最后幾級(jí)的蒸汽濕度增加，加速汽輪機(jī)葉片的水蝕，從而縮短汽輪機(jī)葉片的

8、使用壽命，所以過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高或過(guò)低都是生產(chǎn)過(guò)程所不允許的。 </p><p>　　過(guò)熱蒸汽溫度一般可以看作多容分布參數(shù)受控對(duì)象，其動(dòng)態(tài)特性描述可用多容慣性環(huán)節(jié)表示，該對(duì)象具有明顯的滯后特性?，F(xiàn)代鍋爐機(jī)組大多采用那些大容量、高參數(shù)、高效率的大型鍋爐，其過(guò)熱器管道加長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜。在鍋爐運(yùn)行中，影響過(guò)熱器出口蒸汽溫度的因素很多，有蒸汽流量、燃燒狀況、鍋爐給水溫度、流經(jīng)過(guò)熱器的煙氣溫度、流量、流速等等

9、。在這些因素的共同作用下，過(guò)熱汽溫對(duì)象除了具有多容、大慣性、大延遲特性之外，往往表現(xiàn)出一定的非線(xiàn)性和時(shí)變特性，因此，過(guò)熱汽溫控制是鍋爐各項(xiàng)控制中較為困難的任務(wù)之一。針對(duì)上述情況設(shè)計(jì)的過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)，既要求對(duì)煙氣側(cè)擾動(dòng)及負(fù)荷擾動(dòng)等較大外擾具有足夠快的校正速度，同時(shí)又要求對(duì)減溫水內(nèi)擾有較強(qiáng)的抑制能力，從而使系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)定性和良好的控制品質(zhì)，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。因此，能否對(duì)過(guò)熱汽溫進(jìn)行有效的控制，研究如何改善過(guò)熱汽溫系統(tǒng)的控制品質(zhì)

10、，對(duì)電廠(chǎng)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，在經(jīng)濟(jì)性上也有十分重要的意義。</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著我國(guó)電力工業(yè)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的高參數(shù)大容量機(jī)組陸續(xù)投產(chǎn)。從發(fā)展趨勢(shì)看, 600MW 及以上等級(jí)的火電機(jī)組已成為大電網(wǎng)的主力機(jī)組。</p><p>　　鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度是影響鍋爐生產(chǎn)過(guò)程安全性和經(jīng)濟(jì)性的重

11、要鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度是影響鍋爐生產(chǎn)過(guò)程安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要參數(shù),現(xiàn)代鍋爐的過(guò)熱器是在高溫、高壓的條件下工作。必須通過(guò)自動(dòng)化手段加以控制，維持其出口蒸汽溫度在生產(chǎn)允許的范圍內(nèi)。因此，需要采用適當(dāng)?shù)臏p溫方式改變過(guò)熱器入口的蒸汽溫度。從而控制出口的過(guò)熱蒸汽溫度。</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)以600MW火電機(jī)組鍋爐串級(jí)過(guò)熱氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)為研究對(duì)象，根據(jù)已知的參數(shù)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到準(zhǔn)確控制過(guò)熱氣溫目的。</p>

12、;<p>　　關(guān)鍵詞：過(guò)熱汽溫；串級(jí)控制系統(tǒng) ；動(dòng)、靜態(tài)特性</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1控制系統(tǒng)基本原理及組成</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證生產(chǎn)的安全性、經(jīng)濟(jì)性，保持設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，必須對(duì)標(biāo)志生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行情況的一些物理參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使它們保持在所要求的額定值附近，

13、或按照一定的要求變化，如火電廠(chǎng)中汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，鍋爐蒸汽的溫度、壓力，汽包的水位，爐膛負(fù)壓等。在設(shè)備運(yùn)行中這些參數(shù)要經(jīng)常受到各種因素的影響而偏離額定值，此時(shí)，運(yùn)行人員就及時(shí)進(jìn)行操作，對(duì)它們加以控制，使這些參數(shù)保持為所希望的數(shù)值。這一操作過(guò)程就是調(diào)節(jié)，這個(gè)調(diào)節(jié)任務(wù)可以由人工操作來(lái)完成，稱(chēng)為人工調(diào)節(jié)，假若用一套自動(dòng)控制裝置來(lái)代替人工操作，就是自動(dòng)調(diào)節(jié)。 </p><p>　　自動(dòng)控制系統(tǒng)一般由測(cè)量變送裝置、控制器

14、、執(zhí)行器、被控對(duì)象等組成。其控制系統(tǒng)方塊圖如下所示。</p><p>　　圖1-1過(guò)程控制系統(tǒng)組成框圖</p><p>　　其中，y(t)為被控參數(shù)，變送器單元將被控參數(shù)檢測(cè)出來(lái)并變換成便于遠(yuǎn)送的統(tǒng)一信號(hào)z(t)；z(t)與給定信號(hào)x(t)比較的偏差e(t)=z(t)-x(t)；e(t)經(jīng)控制器運(yùn)算后輸出控制作用u(t)；u(t)控制</p><p>　　執(zhí)行器調(diào)節(jié)

15、閥的開(kāi)度，改變流體的流量q(t),從而使被控參數(shù)y(t)回到給定值x（t）附近，q(t)稱(chēng)為控制參數(shù)；從被控參數(shù)檢測(cè)點(diǎn)至調(diào)節(jié)閥之間的管道或設(shè)備，稱(chēng)為被控過(guò)程，可簡(jiǎn)稱(chēng)過(guò)程；作用于過(guò)程且使被控參數(shù)y(t)變化得作用稱(chēng)為擾動(dòng)?？刂茀?shù)q(t)作用是使被控參數(shù)穩(wěn)定于給定值附近，稱(chēng)為內(nèi)部擾動(dòng)；擾動(dòng)作用f(t)企圖使得被控參數(shù)y(t)偏離給定值x(t)，稱(chēng)為外部擾動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)中控制作用就是要克服外部擾動(dòng)f(t)對(duì)被控參數(shù)y(t)的影響，保證其盡快回

16、到給定值。</p><p><b>　　必須指出：</b></p><p>　　(1) 兩個(gè)框圖之間的一條帶箭頭的連線(xiàn)表示其相互關(guān)系和信號(hào)傳遞方向，并不表示兩框之間的物料聯(lián)系。</p><p>　　(2) 各框之間信號(hào)作用是單向的，即各框的輸入信號(hào)會(huì)影響其輸出信號(hào)，而輸出信號(hào)會(huì)反過(guò)來(lái)影響輸入信號(hào)。</p><p>　　(

17、3) 調(diào)節(jié)閥控制的介質(zhì)流量可以是流入過(guò)程，也可以是從過(guò)程流出來(lái)。若被控物料是輸入過(guò)程的，則正好與箭頭方向一致；若被控物料從過(guò)程流出來(lái)，則與箭頭的方向不一致。而輸出信號(hào)會(huì)反過(guò)來(lái)影響輸入信號(hào)。</p><p>　　1.2汽溫控制系統(tǒng)的被控對(duì)象</p><p>　　對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的控制品質(zhì)的好壞取決于被控對(duì)象的認(rèn)識(shí)，對(duì)被控對(duì)象有了好的了解和認(rèn)識(shí)，就可以很好的對(duì)它進(jìn)行控制，如果不能夠

18、很好認(rèn)識(shí)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象，對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析都是有很大難度的。</p><p>　　600MW機(jī)組的汽溫控制系統(tǒng)一般由過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、低溫再熱器和高溫再熱器組成。如下圖所示為一機(jī)組的汽溫控制系統(tǒng)的被控對(duì)象。</p><p>　　整個(gè)過(guò)程工質(zhì)的流程：</p><p>　　水冷壁→過(guò)熱器→汽輪機(jī)高壓缸→再熱器→汽輪機(jī)中、低壓缸</p><p

19、>　　圖1-2汽溫控制對(duì)象工質(zhì)流程圖</p><p>　　過(guò)熱器是鍋爐中將一定壓力下的飽和水蒸氣加熱成相應(yīng)壓力下的過(guò)熱水蒸氣的受熱面。按傳熱方式可分為對(duì)流式、輻射式和半輻射式；按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為蛇形管式、屏式、墻式和包墻式。</p><p>　　主蒸汽按照：低溫過(guò)熱器→屏式過(guò)熱器→高溫過(guò)熱器經(jīng)過(guò)多級(jí)過(guò)熱器。飽和蒸汽由汽包引出后，進(jìn)入低溫對(duì)流過(guò)熱器，從低溫過(guò)熱器出來(lái)后，經(jīng)過(guò)第一級(jí)噴水減溫

20、器減溫，再進(jìn)入屏式過(guò)熱器，從屏式過(guò)熱器中出來(lái)以后，再經(jīng)過(guò)二級(jí)噴水減溫，這后通過(guò)高溫對(duì)流之后進(jìn)入高壓汽缸做功。</p><p>　　在低溫過(guò)熱器和屏式過(guò)熱器、屏式過(guò)熱器與高溫過(guò)熱器之間都設(shè)置有噴水減溫器,利用減溫水來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)熱汽溫，一般都采用多級(jí)過(guò)熱器。為提高控制品質(zhì)，過(guò)熱汽溫采用分段控制方案，即將整個(gè)過(guò)熱器系統(tǒng)分成若干段，每段都包含一個(gè)減溫器，分別控制各段過(guò)熱器出口汽溫，以維持過(guò)熱汽溫為給定值。機(jī)組汽溫給定值按機(jī)組

21、的啟停和正常運(yùn)行工況的要求來(lái)形成，將隨負(fù)荷而變，即過(guò)熱汽溫被設(shè)計(jì)成全程控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 本課程設(shè)計(jì)的題目及任務(wù)</p><p><b>　　1.3.1 題目：</b></p><p>　　600MW機(jī)組過(guò)熱汽溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.3.2 任務(wù)：</b&

22、gt;</p><p>　　(1) 蒸汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)量信號(hào)的處理、顯示、報(bào)警。</p><p>　　(2) 按實(shí)際系統(tǒng)需要，選用單回路控制、串級(jí)控制、導(dǎo)前微分控制、前饋-反饋復(fù)合控制、比值控制等控制原理。</p><p>　　(3) 系統(tǒng)的組成及工作原理。</p><p>　　(4) 畫(huà)出控制系統(tǒng)SAMA圖。</p>&l

23、t;p>　　(5) 確定控制規(guī)律，畫(huà)出系統(tǒng)工藝流程圖。</p><p>　　(6) 畫(huà)出熱工控制系統(tǒng)原理圖。</p><p>　　(7) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)和控制系統(tǒng)之間的無(wú)擾切換。</p><p>　　(8) 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，要求字跡清楚，圖表規(guī)范。</p><p>　　第二章 過(guò)熱汽溫控制</p><p>　　2

24、.1過(guò)熱汽溫控制的任務(wù)</p><p>　　過(guò)熱蒸汽溫度是鍋爐運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。過(guò)熱汽溫過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。因?yàn)檫^(guò)熱蒸汽溫度是鍋爐汽水通道中溫度最高的部分，過(guò)熱器正常運(yùn)行的溫度一般接近于材料允許的最高溫度。</p><p>　　如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，則過(guò)熱器、蒸汽管道容易損壞，也會(huì)使汽輪機(jī)內(nèi)部引起過(guò)度的熱膨脹，造成汽輪機(jī)的高壓部分金屬損壞;如果過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)低，則

25、會(huì)降低設(shè)備的熱效率，一般汽溫每降低5-10℃，熱效率約降低1%，而且溫度降低會(huì)使汽輪機(jī)軸向推力增大而造成推力軸承過(guò)載，汽輪機(jī)最后幾級(jí)的蒸汽濕度增加，易引起葉片磨損。所以，過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)的任務(wù)是在鍋爐運(yùn)行中，必須保持過(guò)熱蒸汽溫度穩(wěn)定在規(guī)定值附近。一般要求過(guò)熱汽溫與規(guī)定值的暫時(shí)偏差值不超過(guò)士10℃，長(zhǎng)期偏差不超過(guò)士5℃。因此，過(guò)熱蒸汽溫度控制的主要任務(wù)就是：(1) 克服各種干擾因素，將過(guò)熱器出口蒸汽溫度維持在規(guī)定允許的范圍內(nèi)，從而保持蒸氣品質(zhì)

26、合格。</p><p>　　(2) 保護(hù)過(guò)熱器管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。</p><p>　　2.2過(guò)熱汽溫控制的難點(diǎn)及設(shè)計(jì)原則</p><p>　　過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的難點(diǎn)在于：</p><p>　　(1) 發(fā)生擾動(dòng)后，時(shí)滯較大。此外，測(cè)量溫度的傳感器也有較大的慣性。</p><p>　　(2) 設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與自

27、動(dòng)調(diào)節(jié)的要求存在矛盾。從調(diào)節(jié)的角度看，減溫設(shè)備應(yīng)安裝在過(guò)熱器出口的地方，這樣可以使調(diào)節(jié)作用的時(shí)滯最小，但是從設(shè)備安全的角度看，減溫設(shè)備應(yīng)安裝在過(guò)熱器入口的地方。</p><p>　　(3) 造成過(guò)熱汽溫?cái)_動(dòng)的因素很多，各種因素之間又相互影響，使對(duì)象的動(dòng)態(tài)過(guò)程十分復(fù)雜。能使過(guò)熱器出口汽溫改變的因素有:蒸汽流量的變化、燃燒工況的變化、鍋爐給水溫度的變化、進(jìn)入過(guò)熱蒸汽熱焙的變化、流經(jīng)過(guò)熱器煙氣溫度即流速的變化、鍋爐受熱

28、面結(jié)垢等。</p><p>　　綜上所述，過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則可歸納為：</p><p>　　(1) 從動(dòng)態(tài)特性的角度考慮，改變煙氣側(cè)參數(shù)(如改變煙溫或煙氣流速)的調(diào)節(jié)手段是比較理想的，但具體實(shí)現(xiàn)比較困難的，所以一般很少被采用。</p><p>　　(2) 噴水減溫對(duì)過(guò)熱器的安全運(yùn)行比較理想，盡管對(duì)象的調(diào)節(jié)特性不夠理想，但還是目前被廣泛使用的過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)方法。采

29、用噴水減溫時(shí)，由于對(duì)象調(diào)節(jié)通道有較大的遲延和慣性以及運(yùn)行中要求有較小的汽溫控制偏差，所以采用單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)往往不能獲得好的調(diào)節(jié)品質(zhì)。針對(duì)過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象調(diào)節(jié)通道慣性延遲大、被調(diào)量信號(hào)反饋慢的特點(diǎn)，應(yīng)該從對(duì)象的調(diào)節(jié)通道中找出一個(gè)比被調(diào)量反應(yīng)快的中間點(diǎn)信號(hào)作為調(diào)節(jié)器</p><p>　　的補(bǔ)充反饋信號(hào)，以改善對(duì)象調(diào)節(jié)通道的動(dòng)態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的質(zhì)量。</p><p>　　(3) 使用快速的測(cè)

30、量元件，安裝在正確的位置，保證測(cè)量</p><p>　　信號(hào)傳遞的快速性，減小延遲和慣性。如果測(cè)量元件的延遲和慣性比較大，就不能及時(shí)反映過(guò)熱汽溫的變化，就會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，影響控制質(zhì)量。</p><p>　　(4) 現(xiàn)代電廠(chǎng)的過(guò)熱器管道的長(zhǎng)度不斷加長(zhǎng)，延遲和慣性越來(lái)越大，采用一級(jí)減溫已不能滿(mǎn)足要求，可以采用多級(jí)減溫，以保證汽溫控制的要求。</p><p>　　2.3

31、過(guò)熱汽溫對(duì)象模型的建立及其特性</p><p>　　分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的一個(gè)首要任務(wù)是建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，因?yàn)椴徽撘私獾氖呛?jiǎn)單系統(tǒng)的特性還是復(fù)雜系統(tǒng)的特性，都必須掌握系統(tǒng)中各變量之間的相互動(dòng)態(tài)關(guān)系。盡管電廠(chǎng)過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜，具有多變量、非線(xiàn)性和分布復(fù)雜的特點(diǎn)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，但是運(yùn)用多種知識(shí)，建立能相對(duì)反映過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的數(shù)學(xué)模型，還是對(duì)研究相應(yīng)的自動(dòng)控制方法大有益處。鍋爐過(guò)

32、熱器是由輻射過(guò)熱器、對(duì)流過(guò)熱器和減溫器等組成，其任務(wù)是將從汽</p><p>　　包出來(lái)的飽和蒸汽加熱到一定的數(shù)值，然后送往汽輪機(jī)去做功。通常稱(chēng)減溫器前的過(guò)熱器為前級(jí)過(guò)熱器，減溫器后的過(guò)熱器為后級(jí)過(guò)熱器。</p><p>　　過(guò)熱器布置在高溫?zé)煹乐校笮湾仩t的過(guò)熱器往往分為若干段，在各段之間設(shè)置噴水減溫器，即采用過(guò)熱汽溫的分段控制，溫度控制用減溫水由鍋爐的給水系統(tǒng)提供。其示意圖如圖2—1所

33、示。</p><p>　　圖2-1過(guò)熱汽溫噴水減溫系統(tǒng)示意圖</p><p>　　圖中，為過(guò)熱器出口蒸汽溫度，它是控制系統(tǒng)的被調(diào)量；為減溫器出口的蒸汽溫度；D是過(guò)熱蒸汽流量；Wi是減溫器的噴水量，它是控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)量。</p><p><b>　　2.3.1靜態(tài)特性</b></p><p>　　過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)對(duì)象的靜態(tài)特性

34、指汽溫隨鍋爐負(fù)荷變化的靜態(tài)關(guān)系。鍋爐過(guò)熱器由對(duì)流式過(guò)熱器和輻射式過(guò)熱器等組成，但是從圖2-2所示的靜態(tài)特性可以看出，對(duì)流式過(guò)熱器和輻射式過(guò)熱器的過(guò)熱汽溫的靜態(tài)特性完全相反。</p><p>　　圖2-2過(guò)熱汽溫的靜態(tài)特性圖</p><p>　　對(duì)于對(duì)流式過(guò)熱器，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，通過(guò)其煙氣的溫度和流速都增加，因而使過(guò)熱汽溫升高，所以對(duì)流式過(guò)熱氣的出口</p><p>　

35、　汽溫隨負(fù)荷增加而升高。對(duì)于輻射式過(guò)熱器，由于負(fù)荷增加時(shí)爐膛溫度升高不多，而爐膛煙溫升高所增加的輻射熱量小于蒸汽負(fù)荷增大所需要的吸熱量，此輻射式過(guò)熱器的出口汽溫隨負(fù)荷增加而降低?，F(xiàn)代大型鍋爐的過(guò)熱器，對(duì)流式過(guò)熱器的受熱面積大于輻射式過(guò)熱器受熱面積，因而總的汽溫將隨負(fù)荷增加而升高。</p><p><b>　　2.3.2動(dòng)態(tài)特性</b></p><p>　　過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)

36、對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性是指引起過(guò)熱汽溫變化的擾動(dòng)與汽溫之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。</p><p>　　蒸汽從汽包出來(lái)以后通過(guò)過(guò)熱器的低溫加熱段，之后經(jīng)過(guò)減溫調(diào)節(jié)器，然后再到過(guò)熱器的高溫加熱段，最后送入汽輪機(jī)，通常的的大中型鍋爐都是采用減溫器的辦法來(lái)控制過(guò)熱汽溫。各種鍋爐的結(jié)構(gòu)不同的過(guò)熱器的安置也是不一樣的。對(duì)過(guò)熱器出口蒸汽溫度影響的的因素有許多，例如煙氣的溫度和速度，爐膛的熱負(fù)荷，減溫水量和給水的溫度。但是總體來(lái)說(shuō)，主要的影響因素

37、有以下三方面的因素：煙氣傳熱量，蒸汽流量，減溫水量。</p><p>　　目前，現(xiàn)在火電廠(chǎng)中大多利用噴水減溫的方法來(lái)控制過(guò)熱汽溫。在各種擾動(dòng)情況下，汽溫控制對(duì)像具有大延遲、大慣性和自平衡能力。</p><p>　　(1) 蒸汽流量(負(fù)荷)擾動(dòng)下過(guò)熱汽溫的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　引起蒸汽流量擾動(dòng)的原因有兩個(gè)。一是蒸汽母管的壓力變化，二是汽輪機(jī)控制汽門(mén)的開(kāi)度變化。

38、對(duì)于大型的鍋爐來(lái)說(shuō)，一般情況下都采用復(fù)合式過(guò)熱器，當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時(shí)，鍋爐燃燒率增加，通過(guò)對(duì)流式過(guò)熱器的煙氣量增加，而且煙氣溫度也隨負(fù)荷的增大而升高。這兩個(gè)因素都會(huì)讓對(duì)流式過(guò)熱器的汽溫升高。然而，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，爐膛溫度升高的并不明顯，由爐</p><p>　　膛輻射傳給過(guò)熱器的熱量比鍋爐蕭汽量所需要熱量少，因此使</p><p>　　輻射式過(guò)熱器出口溫度下降。可以看到，這兩種不同的過(guò)熱器，對(duì)

39、蒸汽量的擾動(dòng)的響影正好相反。所以，如果這兩種過(guò)熱器配合使用，就能使過(guò)熱器出口溫度隨蒸汽流量變化的影響減小。因此在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐中，需要把對(duì)流式過(guò)熱器和輻射式過(guò)熱器結(jié)合起來(lái)使用。</p><p>　　如果汽機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，則會(huì)引起蒸汽量的擾動(dòng)。然而當(dāng)蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)，將會(huì)改變過(guò)熱器和煙氣之間的傳熱關(guān)系，導(dǎo)致過(guò)熱蒸汽溫度發(fā)生變化。從蒸汽量擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn)，我們可以看到，溫度的響應(yīng)具有平衡特性，而且慣性延遲都比較小，這是

40、因?yàn)檎羝孔兓臅r(shí)侯，沿過(guò)熱汽管道的長(zhǎng)度的方向的各個(gè)點(diǎn)的溫度幾乎是同時(shí)變化的。過(guò)熱器出口汽溫是隨蒸汽流量D的增加而升高的，過(guò)熱器出口汽溫在蒸汽流量擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn)如下圖所示：</p><p>　　圖2-3蒸汽流量擾動(dòng)下的汽溫響應(yīng)曲線(xiàn)</p><p>　　(2) 煙氣流量擾動(dòng)下過(guò)熱汽溫的動(dòng)態(tài)特性</p><p>　　燃料量的增減，燃料種類(lèi)的不同，送風(fēng)量的變化都對(duì)煙

41、氣的流速和煙氣的溫度產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的影響，這會(huì)改變煙氣的傳熱情況，導(dǎo)致過(guò)熱氣出口溫度的變化。對(duì)于煙氣的傳熱量的變化，是沿著整個(gè)過(guò)熱器的長(zhǎng)度方向的變化，且這種變化是同時(shí)發(fā)生</p><p>　　的。因此，我們可以看到，在煙氣擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn)上，汽溫度化的遲延是非常小的，一般會(huì)在10s-20s之間。它與蒸汽量擾動(dòng)時(shí)的情況有些類(lèi)似。盡管引起煙氣傳熱量擾動(dòng)的原因很多，但被控對(duì)象特征總的特點(diǎn)是有延遲、有慣性、時(shí)變、非線(xiàn)性和有

42、自平衡能力。煙氣流量變化對(duì)過(guò)熱汽溫的影響的特性曲線(xiàn)如下圖所示：</p><p>　　圖2-4煙氣側(cè)傳熱量擾動(dòng)下的汽溫響應(yīng)曲線(xiàn)</p><p>　　因從煙氣側(cè)來(lái)的擾動(dòng)使沿整個(gè)長(zhǎng)度的過(guò)熱器傳熱量發(fā)生變化，故汽溫變化反映較快，延遲時(shí)間一般較小，煙氣傳熱量擾動(dòng)可以用來(lái)作為控帛量信號(hào)。</p><p>　　(3) 減溫水流量擾動(dòng)下過(guò)熱汽溫的動(dòng)態(tài)特性</p>&l

43、t;p>　　現(xiàn)在我們控制過(guò)熱蒸汽溫度的主要方法是利用噴水減溫來(lái)實(shí)現(xiàn)，也是我們目前最常見(jiàn)的一種方法。故而對(duì)于這種控制方法，噴水量就成了基本擾動(dòng)量。過(guò)熱器的特性決定了噴水減溫系統(tǒng)的特性。我們呆以把過(guò)熱器看成是無(wú)窮多個(gè)單容對(duì)象串聯(lián)起來(lái)組成的多容對(duì)象。當(dāng)噴水減溫發(fā)生改變之后，這就需要通過(guò)這些串聯(lián)的單容對(duì)象，最終引起了過(guò)熱器出口的過(guò)熱蒸汽溫度的變化。因而，過(guò)熱器出口的過(guò)熱蒸汽的溫度有很大的延遲。減溫水量擾動(dòng)下的被控對(duì)象特征曲線(xiàn)，如下圖所示：

44、</p><p>　　圖2-5噴水量擾動(dòng)下的汽溫響應(yīng)曲線(xiàn)</p><p>　　總的來(lái)說(shuō)，根據(jù)對(duì)過(guò)熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)對(duì)象作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)得出的動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn)可知，它們均為有遲延的慣性環(huán)節(jié)，但各自的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)值(T、￡、P)有較大的差別。</p><p>　　第三章過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　單回路控制系統(tǒng)是各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而

45、單回路控制系統(tǒng)也憑借其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著科技的發(fā)展，技術(shù)的不斷更新，生產(chǎn)不斷的強(qiáng)化，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)工業(yè)參數(shù)提出了越來(lái)越嚴(yán)格的要求，并且隨著工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的被控對(duì)象越來(lái)越復(fù)雜，被控對(duì)象的遲延和慣性也越來(lái)越大，這對(duì)控制系統(tǒng)提出了更高的要求，而面對(duì)這樣的被控對(duì)象，單回路控制系統(tǒng)顯然已經(jīng)不能滿(mǎn)足控制要求了。這樣，許多復(fù)雜的控制系統(tǒng)就應(yīng)動(dòng)而生了，如串級(jí)控制系統(tǒng)、導(dǎo)前微分信號(hào)控制系統(tǒng)、Smith預(yù)估控制系統(tǒng)等。</p>

46、<p>　　3.1 過(guò)熱汽溫系統(tǒng)的串級(jí)控制方案</p><p>　　目前電廠(chǎng)采用噴水減溫來(lái)調(diào)節(jié)過(guò)熱汽溫。正如前面所分析的過(guò)熱汽溫的動(dòng)態(tài)特性可知:系統(tǒng)的延遲和慣性大，為了改善</p><p>　　系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，引入中間點(diǎn)信號(hào)作為調(diào)節(jié)器的補(bǔ)充信號(hào)，以便快速反映影響過(guò)熱汽溫變化的擾動(dòng)，而最能反映減溫水變化的就是減溫器出口的溫度，因此引入該點(diǎn)作為輔助被調(diào)量，

47、組成了串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。圖3-1為過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)。圖中，和分別為溫度變送器的斜率，為減溫器后汽溫，為過(guò)熱器出口汽溫。汽溫控制對(duì)象由減溫器和過(guò)熱器組成，減溫水流量Wi為對(duì)象調(diào)節(jié)通道的輸入信號(hào)，過(guò)熱器出口的汽溫為輸出信號(hào)。為了改善控制品質(zhì)，系統(tǒng)中采用減溫器出口處汽溫,作為輔助控制信號(hào)(稱(chēng)為導(dǎo)前汽溫信號(hào))。當(dāng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作(噴水量變化)后，導(dǎo)前汽溫信號(hào)，的反應(yīng)顯然要比過(guò)熱器出口的汽溫快很多。</p><p>　　圖3-

48、1過(guò)熱汽溫串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)</p><p>　　串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器出口的信號(hào)不是直接控制減溫器的調(diào)節(jié)閥，而是作為副調(diào)節(jié)器的可變給定值，與減溫器出口汽溫信號(hào)比較，通過(guò)副調(diào)節(jié)器去控制執(zhí)行器動(dòng)作，以調(diào)節(jié)減溫水流量，保證過(guò)熱汽溫基本保持不變。</p><p>　　串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)之所以能改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，主要是由于</p><p>　　有一個(gè)快速動(dòng)作的副調(diào)節(jié)回路存在。為了保證

49、快速性，副調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)器比例(P)或比例微分(PD)調(diào)節(jié)器，使過(guò)熱汽溫基本保持不變，起到了粗調(diào)的作用;為了保證調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性，主調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)器采用比例積分(PI)或比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)器，使過(guò)熱汽溫與設(shè)定值相等，起到了細(xì)調(diào)的作用。</p><p>　　減溫水對(duì)過(guò)熱器出口蒸汽溫度T1和過(guò)熱器入口蒸汽溫度T2的變化趨勢(shì)是一致的，蒸汽溫度T2的響應(yīng)速度快于出口蒸汽溫度T1，因此蒸汽溫度T2叫做導(dǎo)前蒸汽溫度。由此

50、對(duì)象控制通道的動(dòng)態(tài)特性G(s)可以看成為有兩部構(gòu)成：</p><p>　　(1) 以減溫水量Wj為對(duì)象輸入，導(dǎo)前蒸汽溫度T2為輸出的通道，這部分控制通道稱(chēng)為導(dǎo)前區(qū)，其傳遞函數(shù)為G2(s)。</p><p>　　(2) 以導(dǎo)前蒸汽溫度T2為輸入，過(guò)熱器出口蒸汽溫度T1為輸出的通道，這部分控制通道稱(chēng)為惰性區(qū)，其傳遞函數(shù)為G1(s)，整個(gè)被控對(duì)象控制通道可用如3-2圖來(lái)表示。</p>

51、<p>　　圖3-2過(guò)熱汽溫控制對(duì)象方框圖</p><p>　　在工程上，導(dǎo)前區(qū)的傳遞函數(shù)形式為</p><p>　　G2(s)=T2(s)/ Wj(s)= K2/(1+ T2s)n2</p><p><b>　　一般n2=1～2。</b></p><p>　　惰性區(qū)的傳遞函數(shù)形式為</p>

52、<p>　　G2(s)=T1(s)/ T2(s)= K1/(1+ T1s)n1</p><p>　　在現(xiàn)場(chǎng)往往是改變減溫水流量來(lái)獲取蒸汽溫度T1和蒸汽溫度</p><p><b>　　教師批閱：</b></p><p>　　T2響應(yīng)曲線(xiàn)，由響應(yīng)曲線(xiàn)利用切線(xiàn)法或兩點(diǎn)法可獲得導(dǎo)前區(qū)的傳遞函數(shù)G2(s)以及減溫水到過(guò)熱器出口蒸汽溫度T1的傳

53、遞函數(shù)為</p><p>　　GTWj(s)=T1(s)/ Wj(s)= K/(1+ Ts)n</p><p>　　由G2(s)和GTWj(s)中的參數(shù)可獲得惰性區(qū)的傳遞函數(shù)G1(s)</p><p>　　3.2 具體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　3.2.1串級(jí)控制系統(tǒng)的選擇</p><p>　　圖3—3過(guò)熱汽溫串級(jí)控

54、制系統(tǒng)</p><p>　　在上圖中我們可以看到，過(guò)熱器溫串級(jí)控制系統(tǒng)是用減溫水量做為其控制手段的。而噴水減溫器離過(guò)熱器出口比較遠(yuǎn)，且通過(guò)上節(jié)對(duì)過(guò)熱器特性的分析，我們可以得知過(guò)熱器的熱容較大，故使得主汽溫被控對(duì)象的滯后和慣性也較大。如果利用單回路控制系統(tǒng)控制如此的被控對(duì)象，則主汽溫度根本無(wú)法滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求，控制品質(zhì)也達(dá)不到要求。因此，我們可以取一個(gè)對(duì)減溫水量變化反映快的中間點(diǎn)溫度做為導(dǎo)前信</p&g

55、t;<p>　　號(hào)，再增加一個(gè)PID控制器組成如上圖所示的串級(jí)控制系統(tǒng)?？刂破鱌I2根據(jù)Q2信號(hào)控制減溫水閥，如果有某種擾動(dòng)使汽溫Q2比Q1提早反映（如：內(nèi)擾為噴水量W的自發(fā)性變化），那么由于PI2的提前動(dòng)作，擾動(dòng)引起的Q2的波動(dòng)很快就消除了，從而使主汽溫Q1基本不受影響。另外，PI2的給定值受調(diào)節(jié)器PI1的影響，后者根據(jù)Q1改變Q2的給定值，從而保證負(fù)荷擾動(dòng)時(shí)，仍能保持主汽溫度滿(mǎn)足要求。</p><p

56、>　　3.2.2 系統(tǒng)控制參數(shù)的確定</p><p><b>　　主變量的選擇</b></p><p>　　串級(jí)控制系統(tǒng)選擇主變量時(shí)要遵循以下原則：在條件許可的情況下，首先應(yīng)盡量選擇能直接反應(yīng)控制目的的參數(shù)為主變量；其次要選擇與控制目的有某種單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的間接單數(shù)作為主變量；所選的主變量必須有足夠的變化靈敏度。綜合以上原則，在本系統(tǒng)中選擇送入負(fù)荷設(shè)備的出口蒸汽溫

57、度作為主變量。該參數(shù)可直接反應(yīng)控制目的。</p><p><b>　　副變量的選擇</b></p><p>　　副回路的設(shè)計(jì)質(zhì)量是保證發(fā)揮串級(jí)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的關(guān)鍵。副變量的選擇應(yīng)遵循以下原則：應(yīng)使主要干擾和更多的干擾落入副回路；應(yīng)使主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)匹配；應(yīng)考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟(jì)型綜合以上原則，選擇減溫器和過(guò)熱器之間的蒸汽溫度作為副變量。</p>

58、<p><b>　　操縱變量的選擇</b></p><p>　　工業(yè)過(guò)程的輸入變量有兩類(lèi)：控制變量和擾動(dòng)變量。其中，干擾時(shí)客觀存在的，它是影響系統(tǒng)平穩(wěn)操作的因素，而操縱變量是克服干擾的影響，使控制系統(tǒng)重新穩(wěn)定運(yùn)行的因素。</p><p>　　因此次設(shè)計(jì)中，過(guò)熱汽溫自動(dòng)控制系統(tǒng)采用串級(jí)控制，且</p><p>　　I、II級(jí)噴水減溫系統(tǒng)

59、采用相同的設(shè)計(jì)方案。其原理框圖如圖3-4所示：</p><p>　　圖3—4鍋爐過(guò)熱汽溫自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　為了保證快速性，副調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)器采用了比例(P)調(diào)節(jié)器，使過(guò)熱汽溫基本保持不變，起到了粗調(diào)的作用;為了保證調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性，主調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)器采用比例積分(PI)，使過(guò)熱汽溫與設(shè)定值相等，起到了細(xì)調(diào)的作用。</p><p>　　對(duì)于串級(jí)汽溫

60、調(diào)節(jié)系統(tǒng)，無(wú)論擾動(dòng)發(fā)生在副調(diào)節(jié)回路還是發(fā)生在主調(diào)節(jié)回路，都能迅速的作出反應(yīng)，快速消除過(guò)熱汽溫的變化。</p><p>　　3.2.3 I級(jí)減溫器的組態(tài)</p><p>　　I級(jí)減溫控制系統(tǒng)由左、右兩側(cè)工作原理相同、互為獨(dú)立的串級(jí)控制系統(tǒng)組成。每個(gè)控制回路有一個(gè)主調(diào)節(jié)器和一個(gè)副調(diào)</p><p>　　節(jié)器，各自控制左、右兩側(cè)的I級(jí)減溫噴水調(diào)節(jié)閥，以保證II級(jí)減溫器前

61、后的汽溫差為負(fù)荷的某種函數(shù)關(guān)系。主調(diào)節(jié)器的被控參數(shù)為II級(jí)減溫器的汽溫差；副調(diào)節(jié)器的被控參數(shù)是I級(jí)減溫器出口的汽溫?，F(xiàn)通過(guò)對(duì)其中一側(cè)控制回路的分析來(lái)說(shuō)明I級(jí)減溫控制系統(tǒng)的組態(tài)，系統(tǒng)框圖如3-5所示：</p><p>　　圖3—5 I級(jí)減溫控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖</p><p>　　圖中：△θ2g—主調(diào)節(jié)器的溫差給定值，為負(fù)荷的函數(shù)；△θ1g—副調(diào)節(jié)器的溫度給定值，為負(fù)荷的函數(shù)；Q—總?cè)剂狭?，代表機(jī)

62、組負(fù)荷；μ—鍋爐尾部過(guò)熱器煙道檔板開(kāi)度；μ1—I級(jí)噴水減溫器閥門(mén)開(kāi)度</p><p>　　這是一個(gè)典型的串級(jí)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器5和副調(diào)節(jié)器12串在一起工作。主回路的組態(tài)分析，主調(diào)節(jié)器5的偏差信號(hào)的形成</p><p>　　圖3—6主調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)回路</p><p>　　主回路的設(shè)定值為對(duì)應(yīng)不同負(fù)荷下II級(jí)減溫器前后的溫差設(shè)計(jì)值△θ2g，它與機(jī)組的負(fù)荷成一定函數(shù)關(guān)系，

63、在組態(tài)中由函數(shù)發(fā)生器4產(chǎn)生：</p><p>　　△θ2g=f(x)=f(Q)≈f(D)</p><p>　　式中，Q為總?cè)剂狭浚頇C(jī)組總的復(fù)核；D為主蒸汽量。</p><p>　　這一函數(shù)關(guān)系由鍋爐設(shè)計(jì)中的熱力計(jì)算得到主調(diào)節(jié)器的被控參數(shù)（主參數(shù)）為II 級(jí)減溫器前后溫差△θ2：</p><p><b>　　△θ2=θ1-θ2&l

64、t;/b></p><p>　　式中θ22是取II級(jí)減溫器后兩個(gè)溫度變送器T2，T1 中的大值，并經(jīng)過(guò)一階慣性環(huán)節(jié)2，使它有一定的遲延，這是因?yàn)镮I級(jí)減溫器后的溫度變化很快，為了與II級(jí)減溫器前的溫度θ1時(shí)間上相匹配，故在此加了一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)。</p><p>　　主調(diào)節(jié)器5入口的偏差信號(hào)：</p><p>　　e2 =△θ2- △θ2g</p>

65、<p>　　由于主調(diào)節(jié)器5的調(diào)節(jié)規(guī)律為PI規(guī)律，在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)要滿(mǎn)足入口平衡條件，即</p><p>　　e2 =△θ2- △θ2g=0</p><p>　　所以穩(wěn)態(tài)時(shí)△θ2= △θ2g</p><p><b>　　副調(diào)節(jié)器的組態(tài)：</b></p><p>　　副調(diào)節(jié)器12的設(shè)定值θ11g包括兩部分：一是主調(diào)

66、節(jié)器5的輸出調(diào)節(jié)指令R1，另一是由機(jī)組負(fù)荷信號(hào)經(jīng)過(guò)函數(shù)發(fā)生器13形成的修正值△θ11g，故設(shè)定值θ11g為</p><p>　　θ11g=R1-f(Q)= R1-△θ11g</p><p>　　副調(diào)的被控參數(shù)為I級(jí)噴水減溫器出口汽溫，兩個(gè)測(cè)量傳感器T4,T3測(cè)得兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度信號(hào)經(jīng)大選塊3選大值作為副調(diào)節(jié)器的被控參數(shù)θ11。副調(diào)節(jié)器的入口偏差信號(hào)為</p><p>

67、　　e1=θ11g-θ11+dQ/dt+dμ/dt</p><p>　　式中，dQ/dt和dμ/dt分別為負(fù)荷和尾部煙道檔板開(kāi)度的微分信號(hào)。</p><p>　　圖3—7副調(diào)節(jié)器的偏差信號(hào)回路</p><p>　　當(dāng)偏差為正時(shí)，則關(guān)小I級(jí)減溫水閥開(kāi)度μ1；反之，則開(kāi)大減溫水閥。</p><p>　　過(guò)熱度保護(hù)功能的組態(tài)：</p>

68、<p>　　過(guò)熱度的保護(hù)作用是針對(duì)I級(jí)減溫水的最大量加以限制，從而防止屏式過(guò)熱器的入口汽溫低于該點(diǎn)壓力下水蒸汽的飽和溫度。其組態(tài)如圖3-8，乘法器27的輸出為相應(yīng)汽包壓力Pb下的屏式過(guò)熱器入口蒸汽的飽和溫度，再加上一個(gè)適當(dāng)?shù)倪^(guò)熱度（由常數(shù)設(shè)定器28設(shè)定），與屏式過(guò)熱器入口θ1相比較，獲得的差值e0經(jīng)大選器30限低值后（常數(shù)設(shè)定器29設(shè)定為0.0）得θ0，再與副調(diào)節(jié)回路的偏差信號(hào)e1在小選塊6中進(jìn)行比較，取小值輸出去副調(diào)節(jié)器。

69、這樣就可限制屏式過(guò)熱器入口溫度不會(huì)低于相應(yīng)的飽和溫度，防止屏式過(guò)熱器入口蒸汽帶水。</p><p>　　圖3—8過(guò)熱度保護(hù)功能的組態(tài)</p><p>　　常數(shù)設(shè)定器28取20～30K(K為熱力學(xué)溫度單位符號(hào)：開(kāi)爾文)。</p><p><b>　　3.3 設(shè)計(jì)的論證</b></p><p>　　3.3.1、假設(shè)系統(tǒng)參數(shù):

70、 </p><p>　　根據(jù)網(wǎng)上搜查資料，找出一組傳遞函數(shù)進(jìn)行論證：</p><p>　　控制對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　控制對(duì)象的導(dǎo)前區(qū)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　溫度變送器的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥的傳遞函數(shù)為：</p><p>　　3.3.

71、2、主、副控制器的參數(shù)的整定：</p><p>　　本設(shè)計(jì)的串級(jí)控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器采用比例積分控制，副調(diào)節(jié)器采用比例控制。根據(jù)邊界穩(wěn)定法整定主、副控制器的參數(shù)，具體步驟如下：</p><p>　　(1)先決定副調(diào)節(jié)器的比例帶。方法如下：</p><p>　　主、副回路全部投入閉環(huán)，主調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置： 置于較大位置，T＝,T=0。副調(diào)節(jié)器的 置于較大位置，且T＝

72、,T=0。，而后將副調(diào)節(jié)器的比例帶由大往小調(diào)，使副回路產(chǎn)生不衰減振蕩，記下此時(shí)的 (臨界比例帶)，則副調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置為：</p><p>　　根據(jù)此方法，可得出 =1/ =0.46,從而可以得到 </p><p>　　= =0.32。</p><p>　　(2)決定主調(diào)節(jié)器的參數(shù)。副調(diào)節(jié)器參數(shù)按步驟(1)整定好并投入后，主調(diào)節(jié)器此

73、時(shí)仍在步驟(1)設(shè)置的位置上。閉合主、</p><p>　　副回路逐漸減小 ，觀察 ，使主回路產(chǎn)生不衰蕩，記下此時(shí)的 和 ，則主調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置為：</p><p>　　， </p><p>　　根據(jù)此方法，可得出 =0.45， =205.25。</p><p>　　3.3.3、仿真與調(diào)試<

74、;/p><p>　　按照串級(jí)過(guò)熱汽溫自動(dòng)控制系統(tǒng)原理方框圖在MATLAB中組成系統(tǒng)仿真模型，并根據(jù)已知和計(jì)算后的參數(shù)對(duì)所設(shè)計(jì)的串級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。通過(guò)計(jì)算出來(lái)的主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)并不是十分理想的，因此我們要對(duì)所計(jì)算出來(lái)的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚捎迷囂椒▽?duì)參數(shù)進(jìn)行修正，最終可得以下仿真模型及階躍響應(yīng)曲線(xiàn)：</p><p>　　圖3—9過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)仿真模型</p><p

75、>　　圖3—10 過(guò)熱汽溫自動(dòng)控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線(xiàn)</p><p>　　根據(jù)圖的仿真曲線(xiàn)可知，在階躍的輸入下，響應(yīng)有較小的超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差和較短的調(diào)節(jié)時(shí)間。為了精確地確定超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，本設(shè)計(jì)利用Matlab編程對(duì)其進(jìn)行求取。</p><p>　　計(jì)算控制品質(zhì)的Matlab源程序</p><p>　　?    

76、0;  t=0:0.025:1500; %定義時(shí)間序列</p><p><b>　　%求取超調(diào)量</b></p><p><b>　　C = 0.9; </b></p><p>　　[Y,k]=max(simout);</p><p>　　percentovershoot=100*(Y-

77、C)/C; </p><p><b>　　%求取調(diào)節(jié)時(shí)間</b></p><p>　　i=length(t);</p><p>　　while(simout(i)>0.95*C)&(simout(i)<1.05*C)</p><p><b>　　i=i-1;</b></p

78、><p><b>　　end</b></p><p>　　setllingtime=t(i);</p><p><b>　　運(yùn)行結(jié)果：</b></p><p>　　圖3—10 過(guò)熱汽溫自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)</p><p>　　可得出超調(diào)量為1.51%，調(diào)節(jié)時(shí)間為281.5s，符合

79、本次設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)的切換 </p><p>　　控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為手動(dòng)切換的一般原則是：</p><p>　　(1)測(cè)量信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題；</p><p><b>　　(2)控制偏差大；</b></p><p>　　(3)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題；</p>&l

80、t;p>　　(4)設(shè)備的一些問(wèn)題；</p><p>　　此次設(shè)計(jì)中I級(jí)減溫控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為手動(dòng)切換的條件是：</p><p>　　(1)導(dǎo)前蒸汽溫度信號(hào)故障</p><p>　　(2)蒸汽溫度信號(hào)故障</p><p>　　(3)蒸汽流量信號(hào)故障</p><p>　　(4)溫度設(shè)定值與實(shí)際值偏差大</p>

81、<p>　　(5)調(diào)節(jié)閥控制指令與反饋偏差大</p><p>　　(6)主燃料跳閘（MFT）；</p><p><b>　　(7)汽機(jī)跳閘；</b></p><p>　　(8)鍋爐負(fù)荷低于20%。</p><p>　　當(dāng)出現(xiàn)上述條件之一時(shí)，切換器切向NO,強(qiáng)制手動(dòng)控制</p><p>

82、;　　第四章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)及體會(huì)</p><p><b>　　4.1課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p><b>　　控制策略的總結(jié)：</b></p><p>　　后屏過(guò)熱器出口蒸汽溫度設(shè)定值是隨負(fù)荷而變化的，其設(shè)定值的理想形式與末級(jí)過(guò)熱器的蒸汽流量擾動(dòng)下的蒸汽溫度特性相反，即蒸汽流量增加溫度設(shè)定值下降。這樣既可避免一級(jí)減

83、溫水流量在鍋爐高負(fù)荷時(shí)大幅度減少，合理分配一、二級(jí)減溫水流量；又因?yàn)檎羝麥囟入S蒸汽流量增加而下降，從而使末級(jí)過(guò)熱器入口蒸汽溫度下降，抑止了蒸汽流量的增加而使末級(jí)過(guò)熱器出口蒸汽溫度上升的趨勢(shì)，使蒸汽流量對(duì)鍋爐的出口蒸汽溫度影響減少。</p><p><b>　　全文總結(jié)：</b></p><p>　　由于過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)顯著的影響電廠(chǎng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。而隨著電

84、力行業(yè)的改革與發(fā)展，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性要求越來(lái)越高。同時(shí)由于過(guò)熱汽溫對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性較差，延遲和滯后比較大，在機(jī)組變負(fù)荷調(diào)峰運(yùn)行時(shí)，汽溫控制的難度加大。為了消除這一不利因素，可利用串級(jí)控制系統(tǒng)過(guò)熱汽溫進(jìn)行控制。</p><p>　　本文的前兩部分介紹了過(guò)熱汽溫調(diào)節(jié)的任務(wù)、過(guò)熱汽溫控制的難點(diǎn)、過(guò)熱汽溫對(duì)象的特性，并提出利用串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)</p><p>　　汽溫進(jìn)行調(diào)節(jié)的必要性。<

85、;/p><p>　　第三部分是本文的主要部分，介紹了過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)的控制方案；具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容；組態(tài)的分析；設(shè)計(jì)的可行性論證；畫(huà)出了系統(tǒng)原理圖和SAMA圖。同時(shí)還對(duì)系統(tǒng)的無(wú)擾動(dòng)切換進(jìn)行了論述。</p><p>　　根據(jù)以上完成設(shè)計(jì)的工作，通過(guò)設(shè)計(jì)鍋爐過(guò)熱汽溫儀表控制系統(tǒng)可以得到以下結(jié)論：針對(duì)過(guò)熱汽溫對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性較差，延遲和滯后比較大的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)利用串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制，并利用Sim

86、ulink的仿真平臺(tái)驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的串級(jí)控制系統(tǒng)具有良好的控制性能，且符合本次設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　4.2體會(huì)</b></p><p>　　此次過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，鞏固了我們所學(xué)的熱工測(cè)量與控制儀表的知識(shí)，使我對(duì)熱工控制的方法與原理有了深入的了解。作為電廠(chǎng)常用的過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)之一的串級(jí)控制系統(tǒng)，對(duì)它的設(shè)計(jì)直接影響到整個(gè)過(guò)熱汽溫控制的品質(zhì)，因此

87、，串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和相關(guān)參數(shù)的精確計(jì)算是至關(guān)重要的。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步了解了儀表控制系統(tǒng)的原理，串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對(duì)PID控制也有了深刻的了解和認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)了對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真以及用CAD軟件對(duì)控制系統(tǒng)的示意圖、SAMA圖、組態(tài)圖等進(jìn)行繪制，并靈活運(yùn)用MATLAB程序?qū)刂葡到y(tǒng)進(jìn)行論證。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)要求我們廣泛地查閱文獻(xiàn)資料，以對(duì)此次的課程設(shè)計(jì)有更全面的了解，從而使得對(duì)過(guò)熱汽溫

88、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更有理有據(jù)。因此，我將已經(jīng)被束之高閣的一些書(shū)籍重新找出，認(rèn)真閱讀，從中不僅查找到了設(shè)計(jì)中需要的知識(shí)點(diǎn)，還發(fā)現(xiàn)了一些以前學(xué)習(xí)中忽略了的知識(shí)。靈活地運(yùn)用MATLAB程</p><p>　　序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行仿真、計(jì)算、分析，以提高運(yùn)算速度與精度。在計(jì)算期間，我也深刻地體會(huì)到了嚴(yán)謹(jǐn)和細(xì)心的重要性，一旦計(jì)算的某一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，幾乎就要從頭再來(lái)，這是本次課程設(shè)計(jì)中我認(rèn)為最大的一個(gè)挑戰(zhàn)。巧妙地運(yùn)用WORD對(duì)文檔進(jìn)行排版

89、，使文檔整潔美觀；精確地使用CAD對(duì)控制系統(tǒng)的示意圖、SAMA圖等進(jìn)行繪制等多方面技能的綜合運(yùn)用。也正是大學(xué)生綜合素質(zhì)與技能的體現(xiàn)。</p><p>　　在做本次課程設(shè)計(jì)之前，我一直以為自己的理論知識(shí)學(xué)的很好了。但當(dāng)我拿到設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的時(shí)候，有一種懵懂的感覺(jué)，不知如何下手。開(kāi)始著手時(shí)又總是被一些小的、細(xì)的問(wèn)題擋住了前進(jìn)的步伐，讓我總是要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)解決這些問(wèn)題。最后查閱其他書(shū)籍才能找出解決的辦法。并且我在做設(shè)計(jì)的

90、過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有很多東西，我都還不知道。其實(shí)在做設(shè)計(jì)的時(shí)候，基礎(chǔ)是一個(gè)不可缺少的知識(shí)，但是往往一些核心的高層次的東西更是不可或缺。</p><p>　　通過(guò)這些天的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)鍋爐過(guò)熱汽溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了更加系統(tǒng)、全面、深刻的了解與掌握，進(jìn)一步提高了我的動(dòng)手能力，以及如何充分利用身邊的資源去處理實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)在這次課程設(shè)計(jì)中我也學(xué)到了在大學(xué)課堂中學(xué)不到的東西，讓我深刻地感受到了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，

91、認(rèn)識(shí)到了自己在實(shí)際的工程能力上還有很大的不足，但是，我也看到了自己在這次課程設(shè)計(jì)中的成長(zhǎng)和進(jìn)步，因此我相信，通過(guò)不斷的訓(xùn)練和磨礪，自己的能力和水平會(huì)更上一層樓。本次課程設(shè)計(jì)將會(huì)是我走向工作崗位的一塊跳板。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　光陰似箭，歲月如梭。大四階段的學(xué)習(xí)生活仿佛才剛剛開(kāi)始，但現(xiàn)在就要結(jié)束了，而這次課程設(shè)計(jì)就是其結(jié)束的標(biāo)

92、志?；叵脒@四年，點(diǎn)點(diǎn)滴滴不禁浮現(xiàn)在眼前——整潔優(yōu)美的校園、年輕有為的老師、團(tuán)結(jié)奮進(jìn)的集體、朝氣蓬勃的組員，所有這一切都將使我終生難忘。</p><p>　　首先，特別感謝王老師對(duì)我們耐心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，是老師的悉心指導(dǎo)和新穎的育才手段讓我們順利地完成了本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)，同時(shí)也是老師您的嚴(yán)格要求讓我們?cè)诒敬握n程設(shè)計(jì)中學(xué)到新的知識(shí)和提高自主學(xué)習(xí)能力。同時(shí)也感謝王老師在控制儀表的課程中對(duì)我們的嚴(yán)格要求，讓我們很好的掌

93、握控制儀表的知識(shí)。祝愿老師闔家幸福安康，事業(yè)更加輝煌成功。</p><p>　　一個(gè)人的成長(zhǎng)和進(jìn)步，離不開(kāi)其所在的集體。我為我能夠在這樣一個(gè)朝氣蓬勃、團(tuán)結(jié)自主的小組里學(xué)習(xí)和工作而感到由衷的幸運(yùn)和高興。感謝全體組員，在課程設(shè)計(jì)中積極探討和分工合作。也感謝上一屆的學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐們，在以前的課程設(shè)計(jì)中所做的工作，這些工作為我們小組提供了借鑒和參考。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：&l

94、t;/b></p><p>　　[1] 祝凌風(fēng). 電站鍋爐過(guò)熱汽溫控制策略的改進(jìn)研究. 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文.2005</p><p>　　[2] 阮剛. 鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制新策略動(dòng)態(tài)仿真研究. 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文.2004</p><p>　　[3] 袁春曉.先進(jìn)控制技術(shù)在電廠(chǎng)過(guò)熱汽溫控制中的應(yīng)用研究. 浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文.2005</p

95、><p>　　[4] 李遵基.熱工自動(dòng)控制系統(tǒng).北京.中國(guó)電力出版社.1997</p><p>　　[5] 吳勤勤. 控制儀表及裝置（第三版）.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2008</p><p>　　[6] 付愛(ài)彬. 串級(jí)過(guò)熱汽溫控制系統(tǒng)分析. 科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì). 2007.17(8) </p><p>　　[7] 邵聯(lián)合，韓莉. 鍋爐串級(jí)汽溫控