锅炉汽包水位串级三冲量控制系统设计与应用_张子才
控制系统仿真课程设计.
控制系统仿真课程设计（2010级）题目控制系统仿真课程设计学院自动化专业自动化班级学号学生姓名指导教师王永忠/刘伟峰完成日期2013年7月控制系统仿真课程设计（一）——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。
1.2 设计原理锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。
汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。
汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。
常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。
影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。
图1-1 锅炉汽水系统图在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示：（1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。
因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1） （2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。
单级及串级三冲量给水控制系统的设计及仿真研究
引言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定范围内，具体要求有以下两个方面：1．维持汽包水位在一定范围内。
汽包水位是影响锅炉安全运行的重要因素。
如果锅炉汽包水位锅炉汽包水位过高，会降低汽水分离装置的汽水分离效果，造成汽包出口饱和蒸汽中含水过多，使含盐浓度增大，易使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏；同时还会引起过热汽温急剧变化。
过热蒸汽中含盐量增多会使汽轮机叶片结垢，使汽轮机出力降低和轴向推力增大。
如果汽包水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁的破裂。
正常运行时水位波动范围：±15mm异常情况：±200mm事故情况：＞±350mm2．保持稳定的给水量。
给水量不应该时大时小地剧烈波动，否则，将对省煤器和给水管道的安全运行不利。
由此可见，在电厂热工生产过程中更好的控制锅炉汽包水位显得尤为重要。
随着锅炉参数的提高和容量的扩大，对给水控制提出了更高的要求。
影响水位的因素主要有锅炉蒸发量（负荷D），给水量W，炉膛热负荷（燃烧率M）。
由此设计出了多种给水控制系统，但随着锅炉的大型化，调节质量的不断提高，单冲量给水控制系统、双冲量给水控制系统逐渐被三冲量给水控制系统所取代。
其中三冲量给水控制系统中串级结构的更是成为目前大型机组锅炉给水控制的基本方案。
科学的不断发展，锅炉给水控制系统也在不断的完善中，目前采用单回路可编程控制器的给水自动控制系统和采用变速泵的全程给水控制系统逐渐增多。
第一章概论随着科学技术的不断发展，生产过程自动化水平也有了飞速发展，已广泛应用于工农业生产、交通运输和国防建设。
自动化水平的不断提高，保证了生产的稳定，同时降低了成本，改善了劳动条件，从而促进了文明生产，保证了生产的安全和提高了生产能力。
1.1热工自动控制系统的发展、现状及内容在科学技术高度发达的二十世纪，在工程和科学发展中，自动控制技术的发展起着极为重要的作用。
所谓自动控制就是在没有人直接参与的情况下，通过控制设备使被控对象或生产过程自动地按照预定的规律运行。
三冲量在锅炉汽包液位控制中的应用
Ｌ Ｔ液位变送器 ，Ｃ液位调节 器， ｒ流量 变送器 ， Ｌ Ｆ Ｙ运 算器 ．
用加 减 器 位 于调 节 器 之前 的方案 ， 方 案 实质 该
经 过 叠加作 用 ， 将使 汽包 液位 基本 维持 不 变 ， 而达 从
到克 服假 液位 的 目的。缩 短 了过 渡 过 程 的时 间 ， 改 善 了调 节 系统 的静 态特性 。这 是一 个前 馈一 反馈 的 调 节 系统 。它 能 在 给水 压 力 比较 平 稳 时 ， 克服 只是 由于 负荷 频繁 变化 的工 况下较 好地 完成 液 位控制 任
及三冲量等 ３ 种调节方案， 现分别对它们的基本原 理 和特性 加 以讨论 。
１ １ 单 冲量水 位调 节 系统 ．
单冲量水位调节系统的原理如图 １ 所示。 由图 １ 知 ， 可 这种类 型 的水位调 节 系统 ， 一个 是 典型的单回路调节系统 ， 被调参数是汽包水位 ， 调节 参数 是 锅炉 的给 水 量 。它适 用 于停 留时 间较 长 （ 亦 即蒸发 量 与 汽包 的单 位 面 积 相 比很 小 ） 负 荷 变 化 ，
水 位
６ １
图 ２ 双 冲 量 水 位 调 节 原 理
Ｌ Ｔ液位变送 器， Ｃ液位调 节器， 流量 变送 器， Ｌ 兀、 Ｙ运算 器 ．
图 ３ 三 冲 量 调 节 系统 简 化 接 法 ｆ 案 １ 方 ）
变 化量 大小 ， 给水 量 也 增 大一 个 数 值 。 当 给水 量 使 突然增 大 时 ， 使 汽包 液 位 下 降 （ 液 位 ） 将 假 。这 样 ，
变 化打 破 汽包 内的平衡 状态 ， 对汽 包液 位造成 干扰 ， 最终 导 致假 液位 。所谓 “ 冲量 ” 际 就是 变 量 ， 冲 实 多 量 控制 中的冲量 ， 是指 引 入 系统 的测 量 信号 。在锅
锅炉汽包水位串级三冲量自动控制系统的设计与应用
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５— ２ ７ ９ ８ ． ２ ０ １ ３ ． １ ０ ． ０ ２ ２
锅 炉 汽包 水 位 串级 三 冲 量 自动控 制 系统 的设 计 与应 用
王 志 强
（ 潞安集 团 高河 电厂 筹备处 ， 山西 长 治 ０ ４ ６ ２ ０ ５ ） 摘 要： 根据锅炉 汽包 水位 的物理特性 ， 设计并在实 际生 产中应用 了锅炉汽 包水位 串级三 冲量 自动控 制系
变 量 。蒸 汽 流量 的波 动是 引起 汽包 水位 变 化 的 因素 之一 ， 起 到 干扰 作用 ， 因此把 蒸 汽 流量信 号 作 为前馈
信号输入主调节器 ， 可 以及时反映并消除蒸 汽流量
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ７ － ２ ５ 作者 简介 ： 王志强（ １ ９ ７ ６一） ， 男， 山西 屯留人 ， 工程 师 ， 从事 电厂技术 管理工作 。
的调 节 品质 。
２ 方 案应用
以某 电厂 为例 进行 说 明 。该 厂装 机 容 量 为 ２× ２ ５ Ｍｗ ， 配 以 ４台 ７ ５ Ｔ ／ Ｈ循环流化床锅炉 ， 于１ ９ ９ ８ 年 投产 。该 厂 使 用 的 Ｄ Ｃ Ｓ系 统是 由某 自动 化 工 程 有 限公 司生产 的 ２ ０ ０ ０系列集 散控 制 系统 。 根 据设 计方 案 ， 采 用 功 能 块 图组 态 方 式对 该 厂 ４台锅炉 汽包 水位 自动控 制 系统 进 行 了组 态 。功 能 块 组态 见 图 ２ （ 以１ 号 炉为 例 ） Ｊ ：
匮 匿丑 匝 圆
峨 Ｃ ０ ５ Ｆ １ Ｌ Ａ ｆ
１ 方案设计
如图 １ 所示 ， 这是 一 个 典 型 的 串 级三 冲量 控 制 系统 。在汽 包水 位 控 制 系 统 中 ， 三 冲 量 是 指 汽 包 水 位、 蒸 汽流 量和 给水 流 量这 ３个 测 量 信 号 。从 结 构 上来 说 ， 该 控制 系统 是 一 个 带 有 前 馈 信 号 的 串级 控
水位三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法
水位三冲量调节控制策略及串级调节参数整定方法 锅炉汽包水位三冲量调节系统是火电厂锅炉核心控制之一。
汽包水位三冲量调节系统的给水调节阀动作频繁，锅炉水位对给水调节阀执行机构的动作比较敏感，稍有不慎就可能出现严重的危险情况，汽包水位三冲量调节系统关系到整个机组的安全运行：若汽包水位过高，会造成蒸汽带水；若汽包水位过低，会造成锅炉“干锅”，可能严重烧坏锅炉设备。
汽包水位三冲量调节系统的重要性由此可见一斑，所以汽包水位的相关保护要完善可靠、汽包水位自动调节系统运行要平稳。
目前，汽包水位三冲量自动调节控制策略已经相当成熟，但在实际锅炉运行中会各种原因导致水位自动调节系统投入困难，甚至自动不能投入。
这种现象让人对串级三冲量调节系统的调节能力和控制策略产生疑问。
为此昌晖数显仪表与大家交流运用心得，对级三冲量调节系统进行定性分析，并对一些异常情况的处理办法进行探讨。
1、水位三冲量调节控制策略汽包水位三冲量调节系统使用的三个冲量分别是汽包水位、给水流量和蒸汽流量。
汽包水位作为主调（PID调节器）的输入信号，去抑制水位本身的偏差。
副调（外给定调节器）使用了一个反馈信号（给水流量）和一个前馈信号（蒸汽流量），以消除扰动和虚假水位。
各种介绍汽包水位三冲量调节系统的书籍中，都有对传递函数的计算，这些计算对系统设计很重要。
如果用经验调节法对于系统维护，则完全可以抛开理论计算。
昌晖仪表在此只对其物理意义进行定性思考和作一番揣测。
1.1 反馈信号反馈信号指给水流量信号，也叫内扰。
水位三冲量调节系统中被调量发生变化的时候，PID经过运算，去控制执行机构进行合理的动作，执行机构改变给水调节阀的开度，阀门控制介质变化，达到控制给水流量的目的。
可是给水调节阀执行机构特性、水位三冲量调节系统的运行状况存在很多差异，这些差异主要有：①执行机构线性：执行机构改变开度后，流量随之改变的大小。
②执行机构死区：PID 输出每变化多少，执行机构才能动作一次。
(完整word版)锅炉汽包液位的三冲量调节
《过程控制》课程设计报告题目: 锅炉汽包液位的三冲量调节姓名: 学号:姓名: 学号:姓名: 学号:2010年12月10日《过程控制》课程设计任务书指导教师签字：系（教研室）主任签字：2010年12 月4 日1 问题重述锅炉汽包液位是锅炉运行中一个重要的监控参数，反映了锅炉负荷与给水的平衡关系，要求汽包液位控制在一定范围内。
锅炉汽水系统结构如图1 所示。
图1锅炉汽水系统1—给水泵；2—给水母管；3—调节阀；4—省煤器5—锅炉汽包；6—下降管；7—上升管；8—蒸汽母管汽包液位过高会造成蒸汽带水，影响汽水分离效果；水位过低容易使水全部被汽化烧坏锅炉。
影响汽包液位的因素，除了加热汽化外，还有蒸汽负荷和给水流量的波动，当负荷突然增大、汽包压力突然降低时，水就会被急剧汽化，出现大量气泡，形成“虚假液位”。
单冲量控制系统的负荷一旦急剧变化就会出现虚假液位，因液位升高，调节器就会关小供水阀门而造成事故。
双冲量控制系统，是在单冲量控制系统的基础上加上一个蒸汽冲量，以克服虚假液位。
三冲量调节系统，它是在双冲量控制系统上再加上一个给水流量的冲量。
由蒸汽流量、给水流量前馈与汽包液位反馈所组成的三冲量控制系统，如下图所示。
三冲量控制系统框图D W H a a a 、、分别为蒸汽流量变送器、给水流量变送器、差压变送器的转换系数。
已知某供汽量为120t/h 的锅炉，给水流量与水位的传递函数1()G S ，蒸汽流量与水位的传递函数2()G S 分别为：1()0.0529()()(8.51)H S G S ==W S S S + (1)22() 2.6130.0747()()(6.71)H S G S D S S S ==-+ (2)D W H a a a 、、分别为：0.0667，0.0667及0.0333。
调节阀采用线性阀，增益为15。
试用PID 、模糊PID 控制等方法实现对锅炉液位的控制。
要求：1、超调小、调节时间短，对扰动的抑制效果好；2、给出控制策略和选定参数，并详细说明参数整定过程；3、给出MATLAB 下的仿真曲线。
汽包液位的三冲量调节系统工作原理及应用
汽包液位的三冲量调节系统工作原理及应用锅炉是化工、电力生产中重要的动力设备。
汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数，同时也是保证锅炉安全运行的重要条件之一。
它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系。
汽包液位过高，汽包蒸汽上部空间减小会造成蒸汽带水，影响过热器运行及汽水分离的效果。
不仅降低了蒸汽的产量和质量，而且会使过热器结垢或使汽轮机叶片损坏;水位过低会造成锅炉水循环破坏，影响省煤器运行，严重时容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。
这就要求汽包液位严格控制在一定范围内，以期适应各种工况的运行。
影响汽包液位的因素除了加热汽化这一正常因素外，还有蒸汽负荷和给水流量的波动。
当负荷突然增大，汽包压力突然降低。
水就会急剧汽化，出现大量汽包，形成“虚假液位”。
一、三冲量调节系统的概念：水位自动调节作用水位信号去调节给水阀开度。
当水位升高，关小给水阀，降低给水流量;当水位降低，开大给水阀，增大给水流量。
为了使水位稳定，将主液流量和给水流量参与调节。
这就是锅炉汽包液位的三冲量调节系统。
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，叫做三冲量调节系统。
二、工作原理：下图一中所示的三冲量调节系统、汽包液位是被控变量，是主冲量信号;蒸汽流量和给水流量是辅助冲量信号。
系统将蒸汽流量与给水流量前馈到汽包液位调节系统中，一旦蒸汽流量或给水流量波动，不是等到影响液位才进行调节，而是在这两个量改变之时就能通过DCS 系统中加法器立即去改变调节阀开度进行校正。
故大大提高了液位这个被调参数的调节精度，缩短调控时间。
三、分析：在稳定状态下，液位测量信号等于给定值，液位调节器的输出及给水流量等三个信号，通过加法器得到的输出电流为I0=K1I1+K2I2+K3I3式中：I1为液位调节器的输出电流I2为蒸汽流量变送器的输出电流I3为给水流量变送器的输出电流K1、K2、 K3分别为加法器各通道的衰减系数。
设计K2I2 =K3I3此时I0正是调节阀处于正常开度时所需的电流信号。
锅炉汽包水位串级三冲量控制系统的设计
毕业论文（设计）论文（设计）题目：锅炉汽包水位串级三冲量控制系统的设计摘要锅炉是化工、炼油、发电、造纸和制糖等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。
锅炉往往成了不少工厂不可或缺的一部分。
因而，对锅炉设备中的自动控制系统进行分析研究是必要的。
锅炉是工业生产过程中重要的动力设备。
锅炉水位控制系统是锅炉生产控制系统中重要的环节，对锅炉生产操作如果不合理往往会引起事故。
这些事故中大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性；汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。
汽包水位的控制大多采用PID控制方式，PID控制器参数的整定是在获取对象数学模型的基础上，根据某一整定规则来确定的，能进行在线调整，以适应锅炉汽包水位这样一个复杂多变的控制系统。
本文应用控制技术，设计了一种三冲量PID控制器，对锅炉汽包水位进行控制，实现了锅炉汽包水位的自动调节。
并利用 MATLAB对控制系统进行仿真；结果表明，PID控制技术响应速度快、精度高，同时对虚假水位有较好的控制效果。
关键词：PID控制；MATLAB；仿真；锅炉汽包水位TitleAbstractThe boiler is the Power Plant that the whole factory,.Segment that the boi ler water level control system is the most significant in the boiler.The tradition al control mode of the drum water level mostly uses PID.PID tuning param eters to obtain the object is based on the mathematical model,based on a tuni ng rules to determine,on-line can be adjusted to suit the boiler drum level con trol such a complex system.In this paper,control technology,the design of a three impulse PID on boil er drum level control to achieve the automatic adjustment of boiler feed water. And control systems using MATLAB simulating;results show,PID technology,fas t response,high accuracy,while false water level has good control effect.Keyword:PID;MATLA;boiler feed water;simulating目录1、概述 (1)2、给水被控对象的动态特性 (3)2.1汽包水位的动态特性 (3)2.2各种扰动下水位变化的动态特性 (3)2.2.1 给水流量扰动下对象的动态特性 (3)2.2.2蒸汽流量扰动下对象的动态特性 (4)3、串级三冲量给水控制系统的设计 (7)3.1 锅炉给水设备及管路连接 (7)3.2串级三冲量给水控制系统 (7)3.2.1 给水控制系统概况 (7)3.2.2 串级三冲量给水控制系统的工作原理 (8)3.2.3 串级三冲量给水控制系统的SAMA图 (9)3.3 调节器的选择 (10)3.4 串级三冲量给水控制系统的参数整定 (10)3.4.1 主、副调节器的参数整定 (10)3.4.2 前馈通路的设计 (13)4、串级三冲量给水控制系统的仿真 (15)4.1 MATLAB概述 (15)4.2 串级三冲量给水控制系统的仿真 (15)4.2.1副回路的仿真 (16)4.2.2主回路的仿真 (17)4.2.3外扰下的仿真分析 (20)4.3仿真结果分析 (23)5、结论 (25)参考文献 (26)附录 (27)致谢 (28)引言电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。
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中国科技核心期刊
2011 年 4 月 第 30 卷 第 4 期
研究与开发
图 3 三冲量串级控制系统硬 件构成
3 三冲量串级给水控制系统应用
整个启动锅炉控制系统分为下位机和上位机两部分 , 通过以太网通讯 ,实现下位机与上位机数据的高速交换 。
下位机选用 Schneider Q uantum Unity Pro 系统采集 现场数据(如温度 、液位 、压力等)和控制现场设备 , 上位机
—ห้องสมุดไป่ตู้45 —
研究与开发
2011 年 4 月 第 30 卷 第 4 期
串级加前馈三冲量给水控制是采用数字 PID 位置式 闭环反馈系统 , 锅筒水位作为主参数 , 并引入蒸汽流量来 修正虚假水位 , 同时引入给水流量来修正锅筒水位与蒸汽 流量的计算误差 。 当锅筒水位处于某处位置时 , 控制给水 调节阀至相应位置 , 从而控制锅筒的进水量 , 使锅筒水位 在小范围内变化 , 实现连续给水 ,有助于提高蒸汽品质 , 减
馈信号 , 因给水流量信号对给水流量变化的响应很快 , 使 调节器能够在水位还没变化时就对前馈信号的变化作出 反应 ,消除内扰 , 使调节过程比较稳定 , 充分保证了调节系 统的稳定运行[ 7-9] 。
收稿日期 :2011-1 ＊基金项目 :湖南科技大学研究生 创新基金 S090110 资助项目
中国科技核心期刊
影响 , 缩短了响应时间 。
2 三冲量串级给水控制系统设计
2 .1 汽包水位三冲量串级控制系统原理 根据三冲量串级调节系统原理设计的系统方框图如
图 2 所示 。 从图 2 可以看出 , 3 个冲量在系统中形成了 2 个闭合
回路 , 即由给水流量变送器 、内回路调节器 PID 、变频调节 器 、三台水泵电机组组成的内回路 , 其作用是消除给水压
2011 年 4 月 第 30 卷 第 4 期
研究与开发
锅炉汽包水位串级三冲量控制系统设计与应用＊
张子才1 龚争理1 黄良沛1 王少力2 (1.湖南科技大学 湖南省机械设备健康维护重点实验室 湘潭 411201;
2 .湖南中联重科专用车有限责 任公司研发部 长沙 410007)
摘 要 :针对锅炉汽包水位存在“ 虚假水位”的问题 , 设计了基于锅炉汽包水位串级三冲 量给水的 控制系统 。 该 系统结合 P LC 技术和变频器技术在电厂启动锅炉系统中得以应用 , 结果表明 串级三 冲量加前 馈给水 控制系 统可以 及时消 除负荷(蒸 汽量) 变化和给水流量波动的干扰 , 较好地克服了 虚假水位现象 , 能够使 汽包水 位快速 达到稳 定运行 要求 , 从而对 锅炉汽 包水位 实 现了实时的最优控制 。 关键词 :虚假水位 ;汽包水位串级三冲量 ;PID 中图分类号 :T B114 .2 文献标识码 :A
选用 Intellu tion 公司的 IFIX PL US SCA DA PA K 4 .0 监 控软件以组态画面的形式实时显示生产过程的各种参数 与报表 、报警和历史查询信息 , 通过设置工艺和监控参数 实时控制锅 炉工 作 过程 , 锅炉 控 制系 统主 界面 如 图 4 所示 。
图 4 启动锅炉控制系统主 界面 中国科技核心期刊
汽包锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自
动适应锅炉的蒸发量 , 维持汽包水位在一定范围内波动 , 这对机组的安全 、稳定 、经济运行有着重要的影响[ 5-6] 。由 于控制对象在给水量扰动时有一定的惯性 , 而且在负荷扰 动时又存在“虚假水位” , 采用串级三冲量给水控制系统能 有效地消除这些扰动 。该系统以汽包水位为主信号 ,任何 导致水位变化的扰动都会使调节器动作 ;蒸汽流量是前馈 信号 ,它的作用是防止“ 虚假水位” 引起的调节器的误动 作 , 改善蒸汽流量扰动时的调节质量 ;给水流量是介质反
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发量 平衡 , 它是一个快速回路 。
由锅筒水位变送器 、外回路调节器 PID 和内回路组成 的外回路 , 其作用是校正水位偏差 , 使水位等于设定值 。 采用以蒸汽流量 D 为前馈信号的前馈控制 , 其作用是使 给水量很快跟踪蒸汽流量的变化 ,克服虚假水位现象引起
图 2 汽包水位三冲量控制系统原理
图 1 汽包水位控制系统原理
在稳定状态下 , 水位信号的测量值(电流信号 IH )应 等于锅炉水位设定值(Ih ),蒸汽流量(ID)和给水流量(IW) 则应达到一种动态的平衡关系 。即满足如下关系 :
I H +I D -IW -I h =0
(1)
当给水流量信号 IW 等于蒸汽流量信号 ID 时 , 则水位
0 引 言
锅炉是发电和供热生产过程中的主要动力设备 , 汽包 水位则是确保安全生产 、稳定性 、经济性以及提供优质蒸 汽的一个重要监控参数 , 必须保持在某一期望值附近[ 1] 。 它反映了锅炉蒸发量和给水量之间的一种动态平衡关系 。 水位高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热管内结垢 , 使 传热效率和蒸汽品质下降 , 影响供气的质量 ;过低时会破 坏部分水冷壁的水循环 , 影响省煤器运行效率 , 甚至造成 干锅和锅炉爆炸的危险 。因此汽包水位必须控制在一定 范围内 , 而影响锅炉水位的因素很多 , 最主要的是蒸发量 和给水量的波动[ 2-4] 。
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研究与开发
2011 年 4 月 第 30 卷 第 4 期
1 三冲量调节系统工作原理
汽包水位是锅炉稳定运行的重要参数之一 。 如图 1 所示 , 在稳定状态下 , 锅炉里面的水位在理想情况下应保 持为一个恒值 , 但实际上不可能达到这种要求 。 一般控制 汽包水位围绕设定值有小范围的波动 , 波动越小 , 越有利 于锅炉的稳定运行 。
Design and application of boiler steam level control system based on cascade three-impulse
Zhang Zicai1 Gong Zhengli1 H uang Liangpei1 Wang Shaoli2 (1 .Hunan U niver sity of Science &Techno log y , Hunan P rovincial Key Labor atory of Health M ainte nance fo r M echanical
锅筒水位是用液位传感器进行检测 , 液位传感器能够 将液位信号开始转化为静压信号 , 然后转化为标准电信
号 , 即 4 ～ 20 m A 的电流信号 , 最后在程序中将电流信号 转化成对应的 0 ～ 16 000 的数字信号 ,对现场进行控制 。
锅筒水位共分 6 级 , 从下 至上分别 是 65 m m 、 -40 m m 、-25 m m 、0 mm 、25 m m 、70 m m 。锅炉汽包的正常水 位一般在汽包中心线至其以下 70 m m 范围内 , 运行中通 常将水位波动限制在 ±70 m m 范围内 。 当给水箱水位达 到 2 时 , 关泵 ;达到 3 时 , 则开泵 、开阀 ;当达到 5 时 , 则关 阀 。 汽包水位太高会使蒸汽大量带水 ;水位太低可能使下 降管带汽以至破坏水循环 。 随锅炉容量的增大 , 汽包的容 积相对也愈来愈小 , 因而容许存水的变动量也就愈小 。如 果给水量与蒸发量不相适应 , 几分钟内就可能发生缺水或 满水事故 。可见汽包水位采用自动调节控制很重要 ,控制 系统采用下位机(PLC)自动和手动控制 、上位机(工控机) 自动 、手动控制和就地手操相结合的方式 , 来保证整个系 统可靠地运行 。 下位机自动控制时 , 通过执行施耐德程 序 , 实施对整套设备的控制和显示等 。 上位机自动 、手动 控制时 , 能实时控制系统现场设备的生产过程 。就地手操 时 , 相应的设备从整个系统中解列出来 , 由操作人员在就 地设备上进行操作 。以上自动 、手动和就地之间都是平滑 无扰动的相互切换 。
的变频器误动作和水位过大波动 。 内回路采用 PID 控制快速消除控制通道的给水扰动 ,
起粗调作用 , 外回路采用预测 PID 控制用以克服蒸汽流量 变化产生的扰动 , 起细调作用 。 2 .2 汽包水位三冲量串级控制系统硬件构成
由于在蒸发量 、给水量发生变化时 , 水位不能立即跟着 作动态线性变化, 尤其在蒸发量发生较大突变时 ,会发生虚假 水位的现象 ,针对汽包水位对象的这一特点 ,经过综合考虑 , 为天津北疆发电厂 2 台 50 t/h 蒸汽锅炉设计了基于 PLC (Unity)和 IFIX4 .0 的锅炉三冲量串级给水控制系统 ,该系统 硬件构成如图 3 所示 , 主要由 PLC 控制器 、3 台水泵机组 、变 频器 、各种传感器 、各种调节阀、上位机部分等组成 。
变化 , 这样就减小甚至消除了“虚假水位”对系统的影响 。
当锅炉负荷下降时 ID <IW , 则会关小阀门 , 以适应 新的负荷所需要水位的流量 , 直到系统达到新的平衡为
止 。这样 , 由于蒸汽流量和给水流量的引入反馈对扰动起
到了超前响应的作用 , 使给水阀门一开始就向着正确的方
向及时动作 ,减少了水位的波动幅度 , 消除了虚假水位的
少水泵启停次数 , 延长水泵使用寿命 。 自己编写 了 A djvalve(调节阀), Elvalve(电动阀),
M ot or(电动机控制), Pmp(泵), Spid(单 PID), Thpid(三 冲量 PID)等多个 DFB 和主程序 S TRBOIL .PRJ 来实现 联锁保护 、实时采集现场数据和锅炉运行参数设置等 , 参 数设置图如图 5 所示 。
Equipment , Xiang tan 411201 ,China ;2 .H unan Zo omlion Special V ehicle Co ., L td .R & D ,Chang sha 410007 ,China)