元宝山600MW机组过热汽温自动控制文档格式.docx

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1.2过热汽温控制对象的动态特性…………………………………………………………..1

2600MW机组过热汽温自动控制……..…..….…………………………………..…………….6

2.1系统综述…………………………………………………………………………………..6

2.2过热汽温串级控制系统的构成…………………………………………………………..7

2.3系统的分析………………………………………………………………………………...7

2.4过热汽温分段控制系统…………………………………………………………………...8

2.5控制方案……………………….………………….…………………………...……….....9

3控制系统硬件设计及软件组态………………………………………………………….…..10

3.1INFI-90系统概述…………………………………………………………………………10

3.2软件组态…………………………………………………………………………………11

4系统分析………………………………………………………………………………...……13

4.1系统图说明………………………………………………………………………………13

4.2组态图说明………………………………………………………………………………15

4.3组态图的输入……………………………………………………………………………16

4.4功能码介绍………………………………………………………………………………17

5系统的MATLAB仿真.................................................................................................................20

5.1MATLAB简介……………………………………………………………………………20

5.2SIMULINK简介………………………………………………………………………….20

5.3系统的仿真……………………………………………………………………………….21

结论………….………….……………………..….……...………..….………..........................23

致谢.………………….……………………..…….…………...……………………..………….24

参考文献.…………….…………………..….…..……………….……………………………...25

附录……………………..…………….…..…...…………………….………………….…….…26

A1.1元宝山600MW机组过热汽温自动控制SAMA图……………………………………………..26

A1.2元宝山600MW机组过热汽温自动控制组态图……………………..……..…………....26

1引言

1.1过热汽温控制的意义与任务

锅炉过热蒸汽温度是影响锅炉生产过程安全性和经济性的重要参数。

现代锅炉的过热器是在高温、高压的条件下工作，虽然过热器采用的是耐高温、高压的合金材料，但为了节约制造成本，过热器正常运行时的温度已接近材料所允许的最高温度。

如果过热蒸汽温度过高，容易烧坏过热器，引起过热器爆管事故，影响机组的安全运行；

如果过热蒸汽温度过低，将会降低全厂的热效率，一般蒸汽温度每降低５～１０℃，热效率约降低１％，不仅增加燃料消耗量，浪费能源，而且还将使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片的水蚀。

所以，过热蒸汽温度过高或过低都是生产过程所不允许的。

为了保证过热蒸汽的品质和生产过程的安全性、经济性，过热蒸汽温度必须通过自动化手段加以控制。

因此，过热蒸汽温度的控制任务是：

维持过热器出口蒸汽温度在生产允许的范围内，一般要求过热蒸汽温度的偏差不超过额定值（给定值）的±

５～１０℃。

1.2过热汽温控制对象的动态特性

影响过热器出口蒸汽温度变化的原因很多，如蒸汽流量变化、燃烧工况变化、锅炉给水温度变化、进入过热器的蒸汽温度变化、流经过热器的烟气温度和流速变化、锅炉受热面结构等。

但归纳起来，主要有三个方面：

1.2.1蒸汽流量（负荷）扰动下过热汽温对象的动态特性

当锅炉负荷扰动时，蒸汽流量的变化使沿整个过热器管路长度上各点的蒸汽流速几乎同时改变，从而改变过热器的对流放热系数，使过热器各点的蒸汽温度几乎同时改变，因而汽温反应较快。

图1.1锅炉负荷扰动下过热汽温的阶跃响应曲线

当锅炉的负荷增加时，对流式过热器和辐射式过热器的出口汽温随负荷变化的方向是相反的。

负荷增加时，通过对流式过热器的烟气温度和流速都增加，从而使对流式过热器的出口汽温升高。

但是由于负荷增加时，炉膛温度升高不多，而炉膛烟温升高所增加的辐射热量小于蒸汽负荷增大所需要的吸热量，因而当负荷增加时，辐射式过热器出口汽温是下降的。

现代大型锅炉的过热器，对流式过热器的受热面积大于辐射式过热器的受热面积，因此总的汽温将随负荷增加而升高。

1.2.2烟气热量扰动下过热汽温的动态特性

烟气热量扰动（烟气温度和流速产生变化）时，由于烟气流速和温度的变化也是沿整个过热器同时改变的，因而沿过热器整个长度使烟气传递热量也同时变化，所以汽温反应较快。

图1.2烟气热量扰动下过热汽温的阶跃响应曲线

现场当中是通过改变烟气温度（例如改变喷燃器角度或改变喷燃器投入的个数）或改变烟气流量来求取汽温响应曲线的。

1.2.3减温水量扰动下的过热汽温动态特性

当减温水流量扰动时，改变了高温过热器的入口汽温，从而影响了过热器出口汽温。

但是由于现代大型锅炉的过热器管路很长，因而当减温水流量扰动时，汽温反应较慢。

改变过热器入口蒸汽温度可有效的调节出口汽温。

这是一种很有效的调节方法。

目前广泛采用喷水减温作为调节过热汽温的主要手段。

在减温水扰动下过热汽温控制对象的阶跃响应曲线如图所示。

可以看出，过热器出口汽温θ1和导前汽温θ2都是有惯性的。

但θ2滞后小而θ1的滞后较大。

θ1和θ2都具有自衡能力，在减温水流量ωθ的扰动下，θ1θ2分别能稳定在θ1（∞）θ2（∞）值。

导前汽温的响应速度和变化幅值均大于出口汽温。

图1.3减温水扰动下过热汽温的阶跃响应曲线

对于维持汽温的要求而言，此时被控对象在调节作用下的滞后时间t和时间T还嫌太大。

如果只根据汽温偏差来改变喷水量往往不能满足生产上的要求。

因此在设计汽温自动控制系统时，应加入比过热汽温能提前反映扰动的信号。

如负荷前馈信号，导前汽温信号等。

当扰动产生后，过热汽温没发生明显变化时候就进行调节，能及早地消除扰动对汽温造成的影响，以便有效的控制汽温的变化。

当负荷扰动或烟气热量扰动时，汽温的反应较快；

而减温水量扰动时，汽温的反应较慢。

因而从过热汽温控制对象动态特性的角度考虑，改变烟气侧参数（改变烟温或烟气流量）的控制手段是比较理想的（因为负荷信号由用户决定，不能作为控制量），但具体实现较困难，所以一般很少被采用。

喷水减温对过热器的安全运行比较有利，所以尽管对象的特性不太理想，但还是目前广泛被采用的过热蒸汽温度控制方法。

采用喷水减温时由于对象控制通道有较大的迟延和惯性以及运行中要求有较小的汽温控制偏差，所以采用单回路控制系统往往不能获得较好的控制品质。

针对过热汽温控制对象控制通道惯性延迟大、被调量信号反馈慢的特点，应该从对象的控制通道中找出一个比被调量反应快的中间点信号作为调节器的补充反馈信号，以改善对象控制通道的动态特性，提高控制系统的质量。

目前采用的过热蒸汽温度控制系统主要有串级控制系统和采用导前汽温微分信号的双回路汽温控制系统。

2600MW机组过热汽温自动控制

2.1系统综述

根据在减温水量扰动时，主蒸汽温度有较大的容积迟延，而减温器出口蒸汽温度却有明显的导前作用，完全可以构成以减温器出口蒸汽温度为副参数、主蒸汽温度为参数的串级控制系统。

系统中有主、副两个调节器。

主调节器PI于维持主蒸汽温度，使其等于给定值。

副调节器P接受主调节器的输出信号和减温器出口温度信号，副调节器的输出控制执行机构Z的位移，从而控制减温水调节阀门的开度。

它有两个闭合的控制回路：

（1）由对象的导前区，导前汽温变送器，副调节器，执行器和减温水调节阀组成的副回路（内回路）；

（2）由对象的惰性区，主汽温变送器，主调节器，以及副回路组成的外回路（主回路）。

串级控制系统能改善控制品质，主要是由于有一个能快速动作的内回路存在。

导前汽温信号能快速反映扰动，尤其是减温水侧的自发性扰动，只要导前汽温变化，内回路就立即动作，用副调节器的输出去控制减温水量，使导前汽温维持在一定的范围内，从而使过热汽温基本不变。

当主汽温偏离给定值时，则由主调节器发出校正信号，通过副调节器及执行器改变减温水量，使主汽温最终恢复到给定值。

主调节器的输出信号相当于副调节器的可变给定值。

可见，在串级过热汽温控制系统中，内回路的任务是尽快消除减温水的自发性扰动和其他进入内回路的各种扰动，对过热汽温的稳定起粗调的作用，副调节器一般可采用P或PD调节器；

而外回路的任务是保持过热汽温等于给定值，所以主调节器可采用PI或PID调节器。

喷水减温串级汽温控制系统图如下所示，由图2.1可以看出，只要导前汽温θ2发生变化，副调

图2.1喷水减温串级汽温控制系统图

P就去改变减温水流量Wθ，初步维持后级过热器入口汽温θ2在一定范围内起粗调作用，而过热器出口汽温θ1的控制则通过主调节器PI来较正副调节器的工作。

只要θ1未达到给定值，主调PI的输出信号就不断的变化，使副调节器不断去控制减温水喷水量Wθ的变化，直到θ1恢复到与原来数值不同的数值上，而主汽温θ1则一定等于给定值。

在串级控制系统中，由于两个回路的任务及动态特性不同，可选用不同的调节器。

副回路及副调节器的任务是快速消除内扰。

要求控制过程持续较短，但不要求无差，故一般可选用纯比例调节器。

当导前汽温惯性较大时，也可选用比例微分调节器。

主回路及主调器的任务是维持θ1恒定。

一般选用比例微分调节器当过热器惰性较大时，可选用PID调节器

2.2过热汽温串级控制系统的构成

汽机调节对象由减温器和过热器组成，减温水流量为对象调节通道的输入信号，过热器出口汽温为输出信号。

为了改善调节品质，系统中采用减温器出口处汽温作为导前汽温信号。

当调节机构动作后，减温水发生变化，导前汽温信号的反应明显比被调量信号快的多。

由于从调节对象中引出了导前汽温信号，对象调节通道的动态特性可以看成由两部分组成：

（1）以减温水流量作为输入信号，减温器出口温度作为输出信号的通道，这部分调节通道称为导前区。

（2）以减温器出口汽温为输入信号，过热器出口汽温为输出信号的通道，这部分调节通道称为惰性区。

显然，导前区的迟延和惯性要比惰性区的小得多。

2.3系统的分析

将串级汽温控制系统画成方框图。

由图2.2可以看出：

串级汽温控制系统具有两个闭合回路。

由被控对象导前区W2（S）、导前汽温Υθ2、副调节器P、执行器KZ、和减温水调节门ΥM组成副回路。

由被控对象的惰性区W1（S）主汽温变送器Υθ1、主调PI和副回路组成主回路。

通常导前汽温θ2对于喷水量的变化的响应要比主汽温θ1快很多，因此在喷水量发生自发性扰动后，由于副调节器P的动作能及时消除扰动的影响至使主汽温变化较小，当主汽温θ1偏离给定值时，则由主调节器PI发出较正信号I1，通过副调节器P及执行器进行调节，使主汽温最后恢复到给定值。

主调输出不同的校正信号I1，相当于改变导前汽温θ2的给定值。

稳态时，过热汽温等于给定值，而导前汽温则不一定等于原来的数值，导前汽温的信号数值等于稳态时主调节器输出值。

可见，在串级控制系统中，副回路的任务是尽快消除减温水流量的自发性扰动和其它进入到回路的各种扰动，对过热汽温的稳定起粗调作用。

汽温系统的副调节器一般采用比例调节器；

主调节器的任务是保持过热汽温等于给定值，所以可采用比例积分或比例积分微分调节器。

图2.2串级汽温控制系统方框图

2.4过热汽温分段控制系统

在大型锅炉中，过热器管道较长，结构亦复杂。

为了进一步改善控制品质，可以采用分段控制系统。

即将整个过热器分成若干段，每段设置一个减温器，分别控制各段汽温，以维持主汽温为给定值。

采用分段控制将各段汽温维持在一定值，每段均为一个独立的控制系统。

其系统图如下：

图2.3过热汽温串级分段控制系统图

调节器PID3接受第二段过热器出口汽温θ3，其输出作为调节器PID4的给定。

PID4还接受第Ⅰ级喷水减温器后的汽温θ4，其输出去控制第Ⅰ级喷水量Wθ以保持第Ⅱ段过热器出口汽温θ3不变。

第Ⅰ级喷水为第Ⅱ级喷水打下基础，第Ⅱ级喷水调节保持第Ⅲ段过热器出口汽温θ1不变。

2.5控制方案

以被控制对象的动态特性看，控制通道的动态特性不如其它扰动下的动态特性。

为了说明控制通道的滞后和惯性，既可选择用串级汽温控制系统，又可选用具有导前微分流量的双回路控制系统。

但选择具有导前微分流量的控制系统在烟气侧扰动时，主汽温θ1滞后很小，导前汽温θ2超前作用不明显，即便引入导前汽温信号θ1的偏差还可能很大。

调节品质不够好，采用串级系统，便可有效的消除烟气侧扰动的影响。

因此，选择串级汽温控制系统作为过热器主汽温度的控制策略。

在串级控制系统中，把减温器后的汽温作为导前信号。

当减温器后的汽温发生变化时，调节机构就改变喷水量，而过热汽温起校正作用。

只要输入不恢复到给定值，则PID调节器就不断地改变校正信号去改变减温水量，直到输入恢复到给定值时为止。

所以调节结束后，导前汽温可能稳定在与原来不同的数值上，而过热汽温则等于给定值。

3系统组态

3.1　INFI-90系统概述

INFI-90系统是Bailay公司1987年推出的产品。

该系统与BailayN-90公司1980年推出的系统兼容系统结构和功能也基本相同。

它是集过程控制、过程管理与一体的现代化过程控制与管理系统。

INFI-90系统主要由过程控制单元PCU、操作负接口站OIS、计算机接口和把它们并联成一个系统的通讯环路以及作为应急手段的模拟控制站（SAC）和数字逻辑站（DLS）组成。

为扩大系统规模可以连成超环结构C。

INFI网主环能带多达250个带点。

多个子环通过就地和远程接口与主环相连。

多个子环能带多达250个带点。

一个主环最多连接250个子环。

这样整个系统有带62500个带点能力。

下面简单介绍一下厂区环路中各带点的组成和主要功能。

3.1.1过程控制单元（PCU）

过程控制单元（PCU）是INFI-90系统的核心部件，它完成闭环控制、顺序逻辑控制和数据采集（TML）和电源安装单元（PML）。

3.1.2操作员接口站（OIS）

操作员接口站是INFI-90系统的一个带点，为INFI-90系统提供了完整的操作接口数据采集和报告能力。

它的主要功能包括：

（1）过程监视和控制

（2）报警管理

（3）系统的状态及诊断

（4）系统