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给水控制系统逻辑剖析

课程实验总结报告

实验名称:

给水控制系统逻辑

课程名称:

专业综合实践：

大型火电机组热控系统设计及实现

（2）

1前言2

1.1汽包炉和直流炉的区别2

1.2给水控制系统的重要性2

2给水控制系统2

2.1给水流量控制方案3

2.1.1控制方式3

2.1.2控制方案4

2.1.3控制原理5

2.2给水流量计算6

2.2.1相关图纸6

2.2.2逻辑分析6

2.3给水流量设定值控制（给水控制一）7

2.3.1相关图纸7

2.3.2控制系统原理7

2.3.3控制系统结构7

2.3.4控制逻辑分析8

2.3.4.1中间点温度（焓值）的设定值校正8

2.3.4.2给水流量设定值计算9

2.3.5小结10

2.4给水泵控制（给水控制二）11

2.4.1相关图纸11

2.4.2控制系统原理11

2.4.3控制系统结构11

2.4.4控制逻辑分析12

2.4.4.1电泵控制12

2.4.4.2汽泵与给水旁路阀控制14

2.4.5小结16

1前言

1.1汽包炉和直流炉的区别

汽包锅炉和直流锅炉的最大区别在于有无汽包了，而因为有无汽包的关系又决定了他们的另一个不同之处就是：

有无循环水泵。

有汽包锅炉为低压锅炉，依靠汽水密度差产生的上升力使从汽包下降的水和汽再回到汽包进行分离，合格的蒸汽进入过热器内加热、控温；而直流锅炉多数应用在压力大于19.2MPa的条件下，在这样高的压力下汽水密度差几近为零，汽水密度差的上升力也就为零，因此需要在下降管中串联循环水泵将工质直接打到过热器中加入，一次性完成预热、汽化和过热，故这种锅炉也称强制循环锅炉。

1.2给水控制系统的重要性

汽包锅炉给水自动控制的任务是维持汽包水位在设定值。

汽包水位是锅炉运行中的一个重要的监控参数，它间接地表示了锅炉负荷和给水的平衡关系。

维持汽包水位是保证机炉安全云心的重要条件。

锅炉汽包水位过高，影响汽包内汽水分离装置的正常工作，造成出口蒸汽中水分过高，结果使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时还会使过热气温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低，则可能是炉水循环泵正常运行的工况破坏，造成供水设备损坏或者水冷壁管因供水不足而烧坏。

给水控制的任务实际上包括两方面内容：

即在保持水位在工艺允许的范围内变化的条件下，尽量保持给水流量稳定。

2给水控制系统

机组中的给水泵有三台，包括一台电动给水泵和两台汽动给水泵。

在机组冷态启动初期使用电动给水泵给锅炉上水，当汽轮机冲转完成后，待主汽温度、压力满足一定条件后，启动小汽机即汽动给水泵给锅炉上水，并逐渐关闭电动给水泵。

在给水自动控制系统中，被控量为给水流量，电动给水泵的调节量为电泵勺管开度，汽泵为小汽机转速。

自动控制系统框图和控制逻辑如下：

图2-1电泵控制系统

图2-2汽泵控制系统

2.1给水流量控制方案

对于直流锅炉来说，一方面要控制锅炉负荷（压力），这时锅炉的给水流量和燃料量都要改变。

另一方面，要控制好煤水比例（保证汽温（或

焓值））。

2.1.1控制方式

1.水跟煤控制方式

原理：

给水流量控制指令=给水主指令（煤水比计算得到）+中间点温度（焓值）校正

燃料量指令=锅炉主控输出

特点：

有利于主蒸汽温度的控制，不利于主蒸汽压力的控制

2.煤跟水控制方式

原理：

燃料量指令=燃料量主指令（煤水比计算得到）+中间点温度（焓值）校正

给水流量指令=锅炉主控输出

特点：

有利于主蒸汽压力的控制，不利于主蒸汽温度的控制

图2-3水跟煤控制方式图2-4煤跟水控制方式

2.1.2控制方案

双鸭山600MW超临界机组给水控制方案采用中间点焓值信号进行修正。

图2-5采用中间点焓值信号的给水控制方案

2.1.3控制原理

1.一级减温器前后温差修正

用一级减温器前后温差对中间点温度焓值进行修正。

修正的原理是：

一级减温器前后温差过大，说明喷水量大。

由于过热汽温主要靠燃水比粗调，如果燃水比调整适当，则喷水量量应该不会很大。

喷水量大，说明燃水比失调已经比较严重。

引入一级减温前后温差信号，可将调整燃水比与喷水减温两种控制手段结合起来，使一级减温喷水调节阀工作在适中位置，保证减温水适量。

2.焓值计算

采用中间点焓值信号的给水控制在给水控制中，除了采用分离器出口过热蒸汽温度（中间点温度）作为反馈量以外，还可以采用分离器出口过热蒸汽的焓值信号。

焓值计算框图中，通过分离器出口温度和分离器出口压力计算对应压力下的分离器出口焓值。

采用焓值计算的原因是：

（1）能快速反应燃水比；

（2）出口过热蒸汽为微过热蒸汽，微过热蒸汽焓值比温度在反应燃水比的灵敏度和线性度方面具有明显优势。

3.中间点焓值信号

保证中间点焓值在合适的值，从而间接保证主蒸汽温度在合理范围内。

中间点焓值最终给定值SP2的形成：

中间点焓值最终给定值SP2=分离器出口焓值+一减温差对给定焓值修正

4.给水指令SP的形成

给水指令SP=给水基本指令+中间点焓值指令校正（PID2的输出）

给水基本指令：

锅炉指令BD经动态延时环节f（t）和函数发生器f1（x）后给出给水流量基本指令。

f1（X）作用是确定煤水比，当锅炉指令变化时，给水量和燃料量可以粗略地按一定比例变化，以控制过热汽温在一定范围内。

2.2给水流量计算

2.2.1相关图纸

SPCS-3000控制策略管理-8号站-157页

2.2.2逻辑分析

给水控制系统的主要任务就是控制给水流量维持汽包水位在设定值。

总给水流量等于省煤器入口流量、各级减温水流量和再热减温水流量之和。

总给流量在实际中无法直接测得，需要通过各个流量计算得到，总给水流量计算逻辑如下。

图2-6给水流量计算逻辑

逻辑分析：

1.三取中原则

省煤器入口流量三个测点信号经过MED中值选择功能模块实现三取中逻辑，这样能够保证采样信号更能符合实际值，且当出现一个点为坏点或偏差超限时能够有效剔除坏点。

2.给水流量计算

当给水流量信号用于不同的给水控制时，给水流量的计算公式不同。

1　总给水流量（用于给水控制）=省煤器入口给水流量+一级减温水流量+二级减温水流量

2　总给水流量（用于除氧器给水控制）=总给水流量（用于给水控制）+再热器减温水流量

3　水煤比=总给水流量（用于给水控制）/总燃料量

4　计算完给水流量后需经过DPQC质量检测模块检验给水流量信号品质好坏。

2.3给水流量设定值控制（给水控制一）

2.3.1相关图纸

SPCS-3000控制策略管理-8号站-158页

2.3.2控制系统原理

给水控制一主要实现给水流量设定值的控制，控制策略采用串级PID。

主回路控制器通过一级减温器前后温差对分离器出口中间点温度进行修正。

主回路控制输出信号加上对应分离器出口压力下适当的过热度和分离器出口饱和温度作为中间点温度设定值送到副回路控制器SP端。

副PID输出中间点焓值修正信号与由锅炉主控指令计算得到的给水主指令求和得到给水流量设定值。

给水流量控制指令=给水主指令（煤水比计算得到）+中间点温度校正

中间点温度给定值=汽水分离器压力对应的饱和温度+适当的过热度+一级减温器前后温差

2.3.3控制系统结构

图2-7给水流量设定值控制回路框图

2.3.4控制逻辑分析

2.3.4.1中间点温度（焓值）的设定值校正

图2-8中间点温度设定值校正逻辑（主PID回路）

逻辑分析：

1.温差计算

A、B侧一级减温器入口与出口温度差的平均值，经过超前滞后功能块实现实际数据信号滤波，送入主PID控制器PV端。

2.设定值跟踪

LDC指令通过分段线性模块拟合温度同减温器入出口温差形成温度偏差信号，送入ASET块AI端。

在手动状态下DI为真，ASET块AO输出AI值，再与LDC拟合信号相加，送入主PID控制器SP端，即：

SP=分离器前后温差=实际值

实现手动状态下的设定值跟踪实际值。

自动状态下，运行人员可以通过ASET块对该设定值进行偏置设置。

3.控制器跟踪与无扰切换

自动状态下，PID跟踪M/A站输出，M/A站输出=PID输出。

M/A站跟踪条件来自副PID，当该调节器偏差大或分离器出口温度切手动时，MER端强制手动，如下图：

该部分控制转为手动状态，此时PID输出=跟踪信号值。

当中间点温度控制的M/A站处于手动状态（即中间点温度控制为手动控制）时，一级减温器温差M/A站切为跟踪状态，M/A站的输出=M/A站的跟踪值。

2.3.4.2给水流量设定值计算

图2-9给水流量定值逻辑（副PID回路）

逻辑分析：

1.SP、PV设定值

SP=①+②+③

1　主控制器得到的一级减温器温差校正信号

2　分离器出口饱和温度

3　分离器出口压力拟合过热度信号。

由于机组运行初期，主蒸汽温度低，所以校正值高，为28；机组运行一旦时间以后，主蒸汽温度压力升高，此时校正值低，为14。

分离器出口温度与煤水比失调信号作和送入副PID控制器PV端进行运算。

PV=分离器出口温度+煤水比失调信号

2.跟踪与无扰切换

自动情况下，M/A站输出等于PID控制器的输出，PID跟踪M/A站输出指令；手动情况下，PID输出跟踪M/A站的输出，同时M/A站切换为跟踪状态，跟踪给水流量控制指与给水主指令（锅炉主控指令计算得到）的差值。

3.信号补偿

锅炉主控指令经过两个超前滞后环节和一个分段线性功能块拟合得到给水主指令。

分段线性功能块即对应图1-1中的f1（x）、两个超前滞后环节即对应f1（t）。

4.下限限幅

在启动给水模式下或给水控制在手动的情况下，给水流量定值信号=实际给水流量。

给水流量定值信号与800取大，MAX块的作用是低限限幅，使给水流量定值最小为800。

MAX模块输出信号即为给水流量定值信号，送到给水控制逻辑二中。

5.过热度计算

过热度=分离器出口温度-分离器出口饱和温度。

同时需要设置限幅功能模块，保证信号在合理正确的范围内，限幅为0-500。

6.启动给水模式

该逻辑中包含一个RS触发器，优先级设计为S端优先，即置位优先。

所以当省煤器入口流量小于0或者投启动给水模式指令发出，触发器复位，输出端Q为0，则不发出启动给水模式指令。

2.3.5小结

给水控制一主要实现给水流量设定值的控制，控制策略采用串级PID，采用串级控制的优点：

●改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。

●能迅速克服进入副回路的二次扰动。

●提高了系统的工作频率。

●对负荷变化的适应性较强

2.4给水泵控制（给水控制二）

2.4.1相关图纸

SPCS-3000控制策略管理-8号站-159页

2.4.2控制系统原理

机组中的给水泵有三台，包括一台电动给水泵和两台汽动给水泵。

在机组冷态启动初期使用电动给水泵给锅炉上水，当汽轮机冲转完成后，待主汽温度、压力满足一定条件后，启动小汽机即汽动给水泵给锅炉上水，并逐渐关闭电动给水泵。

前面的介绍的两个逻辑完成总给水流量的计算和给水流量设定值的控制，这两个信号最终送入给水控制二逻辑，来控制给水泵，从而控制给水流量。

给水控制二中主要包括一台电泵的控制与两台汽泵的控制以及给水旁路阀的调节。

2.4.3控制系统结构

在给水自动控制系统中，被控量为给水流量，电动给水泵的调节量为电泵勺管开度，汽泵为小汽机转速。

自动控制系统框图和控制逻辑如下：

图2-10电泵控制系统

图2-11汽泵控制系统

2.4.4控制逻辑分析

2.4.4.1电泵控制

图2-12电泵控制逻辑

逻辑分析：

1.控制方式1-差压控制方式

条件：

主给水阀未全开

当机组启动运行初期，给水阀采用旁路，主给水阀未全开时，机组处于空载或带初负荷状态，根据给水调门前压力与省煤器入口压力的差压信号对电泵进行控制：

差压信号=给水调门前压力-省煤器入口压力

差压信号经过滤波后送入控制器PV端。

设定值信号在自动状态下由ASET模块给出，在手动状态下，ASET块AO=AI端，PID控制器设定值等于实际值，当手动切换自动状态时，可实现无扰切换。

2.控制方式2-给水流量控制方式

条件：

主给水阀全开

机组运行一段时间后，主给水阀全开后，选用另一路PID控制器对电泵进行控制。

之前的两个逻辑完成总给水流量的计算和给水流量设定值的控制，两个信号送入PID控制器作为SP和PV。

总给水流量-给水流量设定值差值信号送入比较模块，当偏差大于300时，发出给水流量大大超出流量设定值报警信号，给水闭锁减；当偏差小于-300时，发出给水流量大大小于流量设定值报警信号，给水闭锁增。

3.控制方式切换

在机组冷态启动时，给水泵通过旁路阀给锅炉上水，主给水阀关闭，在主给水阀全开之前一直使用差压信号输入PID控制器进而控制电泵勺管位置，即控制方式1。

当满足一定条件后打开主给水阀上水，当主给水阀全开后，切换控制方式，使用给水流量作为PID控制器输入，控制电泵给水，即控制方式2。

4.M/A站跟踪

电动给水泵M/A站MER端接强制切手动信号，TS端接电泵投备用指令。

汽泵A、B中转速大者经函数处理后转换为勺管开度的值，作为M/A站的TR跟踪值。

●M/A站进入手动状态或者主给水阀未全开，控制方式1控制器跟踪。

●M/A站进入手动状态或者主给水阀全开，控制方式2控制器跟踪。

5.备用跟踪与限幅

M/A站输出电泵控制指令经过限幅功能块，限幅上下限通过几个选择功能块给出。

1　超驰关信号有效时，输出限幅为0-0，电泵调节指令为0，强制关电泵；

2　电泵在正常工作状态下，输出限幅为0-100；

3　若电泵投备用，M/A站进入跟踪状态，跟踪值为汽泵A、B中转速大者经函数处理后转换为勺管开度的值。

选择模块最终确定限幅模块上下限值均为TR跟踪值，即：

M/A站输出值=TR跟踪值，实现电泵在备用状态下的跟踪。

6.报警

限幅后的控制信号与电泵勺管位置反馈信号经过偏差报警模块，偏差过大则发出报警。

同时也经过两个比较器功能块，控制信号大于95，则电泵指令最大报警；小于5，则电泵指令最小报警。

2.4.4.2汽泵与给水旁路阀控制

图2-13汽泵与给水旁路阀控制逻辑

机组通常具有两台汽动给水泵，汽泵A和汽泵B，这里我们分析汽泵B控制逻辑。

逻辑分析：

1.手自动跟踪与无扰切换

PV输入为主给水流量，SP输入等于给水流量设定值。

自动状态下（有任意一台汽泵在自动），PID控制器的跟踪值TR跟踪两台汽泵的转速平均值，即：

TR跟踪值=0.5*（汽泵A转速+汽泵B转速）=PID输出

也有：

2倍PID输出=A泵指令+B泵指令

A泵指令=2倍PID输出-B泵指令

B泵指令=2倍PID输出-A泵指令

1　当两台汽泵全部手动时，PID切为手动状态，PID的输出等于跟踪值。

2　A泵手动，B泵自动时，A泵M/A站在手动状态

A泵M/A站输出端=输入=PID输出-B泵指令+PID输出=A泵指令

M/A站实现手动状态下的跟踪，可实现无扰切换。

3　B泵手动，A泵自动时，B泵M/A站在手动状态

B泵M/A站输出端=输入=PID输出-A泵指令+PID输出=B泵指令

M/A站实现手动状态下的跟踪，可实现无扰切换。

4　A、B均自动时，运行人员可以通过ASET块设定指令偏置，分别调整A、B汽泵。

A泵M/A输入端=PID输出-偏置指令

B泵M/A输入端=PID输出+偏置指令

即有：

A泵指令+B泵指令=PID输出-偏置指令+PID输出+偏置指令=2倍PID输出

偏置指令可正可负，所以可以根据不同情况调节A、B泵的。

2.遥控与保持

遥控：

1　汽泵投入遥控时，汽泵的M/A站TS跟踪切换为0，可以通过M/A站进行手动或自动控制汽泵；

2　汽泵未投入遥控时，汽泵的M/A站处于跟踪状态，跟踪由DEH部分得出的汽泵转速值，M/A站输出等于跟踪值。

此时不可以在M/A站上调节汽泵的转速，只能在MEH控制面板上调节。

保持：

当小机A（或B）的速关阀全关时，保持A（或B）泵指令，使在突然失去一台汽泵供水的情况下B（或A）泵的指令不会发生较大突变，防止B（或A）小机出力突然增加，保护B（或A）小机。

3.报警

M/A站输出的汽泵转速控制指令与汽泵转速设定值经过偏差报警模块，偏差大则报警。

同时经过比较模块，若转速控制指令大于5545，汽泵指令最大；小于1500，汽泵指令最小。

4.给水旁路阀控制

在主给水阀未全开时，还通过控制给水旁路阀开度控制给水量。

当主给水阀全开后，发一个持续5s的脉冲指令使给水旁路阀M/A站切为跟踪状态，即主给水阀全开之后不再用给水旁路阀控制给水流量。

M/A站输出给水旁路阀控制指令，与启动动给水控制阀开度形成偏差信号，再经过幅值报警模块，幅值上下限为±20.

给水旁路阀自动状态下，PID输出=计算输出，PID跟踪值跟踪给水旁路阀开度指令；手动状态下，PID输出=跟踪值，给水旁路阀指令=M/A站输出。

2.4.5小结

给水流量计算逻辑中采用三选中原则，在给水泵控制中采用二选均原则，查询相关文献资料，总结下两种原则的基本原理。

1.二选均标准

二选中共有A、B两个变送器信号。

当信号均为好质量时，上电缺省自动选择平均值。

运行人员可以在画面上任意选择均值、A、B。

当A、B任意一个出现坏质量时，自动选择另一个好质量信号的信号。

当两个信号均坏质量时，送出报警信号，并切除自动调节。

2.三选中标准

三选中共有A、B、C三个变送器信号。

当信号均为好质量时，自动选择中值信号。

运行人员可以在画面上任意选择A、B、C。

当A、B、C任意一个出现坏质量时，选择另两个好质量信号的均值。

当出现两个坏质量时，自动选择唯一的好质量信号，并切除自动调节。

当三个信号均坏质量时，送出报警信号。