火电机组送风控制系统课程设计报告

淮阴工学院毕业设计(论文)开题报告学生姓名：张与学号：专业：自动化设计(论文)题目：火电机组锅炉送风控制系统的设计指导教师:2015年2月20日毕业设计（论文）开题报告1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文献综述1、课题研究背景及现状在火力发电厂中，过热蒸汽温度是主汽温度、压力、流量等三个基本参数之一，是一个十分重要的参数。汽温控制系统关系着机组运行的安全性和经济性，其一方面过热汽温是全厂汽水系统中温度的最高点。过热汽温过高，过热汽器管壁和汽轮机高压缸将使金属的强度下降，以致造成过热器的高温段爆管和汽轮机的高压缸损坏；过热汽温过低，还会使汽轮机尾部的蒸汽湿度增加，甚至带水，将严重威胁汽轮机低压缸、转子和凝汽器的安全。另一方面过热蒸汽温度降低，还使汽轮机的热效率就降低(过热蒸汽温度降低5℃，汽轮机的热效率就降低1％)。因此过热汽温是影响机组安全、经济运行的重要参数，运行中要尽量保持稳定，一般要求保持在额定温度的±2度范围内。因此对汽温的控制的要求非常严格。但由于该系统被控对象的惯性和迟延较大，受到的干扰因素较多，具有非线性、时变性等特点，尤其由于发电机组向大容量、高参数发展，使得被控对象更加复杂，对控制的要求更高，一般的汽温控制方法已经不能够完全满足汽温控制质量的要求。分散控制系统（DCS）具有高速度、大容量的运算能力，具有功能强大的软、硬件资源，它在大型火电机组中的广泛应用为采用先进的控制策略提供了技术基础，从而使得现代控制理论和智能控制在汽温控制中的应用得到了很大的进展。因此，过热气温调节系统应选用调节品质高、稳定性好的控制策略，以提高机组安全性和经济性。2、横河CENTUMVP介绍CENTUMVP是横河电机综合生产控制系统(又称DCS或集散控制系统)的最新产品系列。其中凝结了我们在DCS市场35年之久的开发和销售经验。CENTUMVP具有更加直观的人机界面，大容量现场控制站能够更加快速无误地处理数据。CPU的“冗余容错”配置可以确保可用性高达99.99999%(7个9)的连续操作。CENTUMVP是横河电机VigilantPlant解决方案的核心平台，是为了实现理想的工厂运行而设计。CENTUMVP将向您提供更好的信息可见性、性能预见性和操作灵活性。毕业设计（论文）开题报告CENTUM系列生产控制系统的各代产品之间是相互关联、可交互操作的，如CENTUMVP系统(2008~)可通过总线转换器控制和监视CENTUM-XL系统(1988~)。或者，在CENTUMCS3000(1998~)和CENTUMVP之间可以建立双向控制和监视。2.1横河CENTUMVP系统的特点:1)、可靠的控制器CENTUMVP控制器具有卓越的处理性能和大应用存储容量，继承了CENTUM系列一贯的质量和稳定性。处理器模块、电源、I/O模块和通信总线全部支持冗余配置。最新版本的控制器已得到优化，充分利用先进的现场数字技术，帮助工厂提高运作效率和稳定性。高速远程I/O单元可以通过光纤电缆连接最远达50公里的远程站点控制器。2)、数字现场网络的支持CENTUMVP支持多种通信接口和数字现场网络，如FF现场总线、PROFIBUS-DP、ModbusRTU、ModbusCP/IP和DeviceNet。而且，加强了设备诊断通信和事件顺序记录(SOE)功能。设备数据访问机理的改变有助于减少对主处理器的加载。提高工厂资产管理软件plantResourceManager(PRM)的性能。3)、冗余容错结构这是CENTUM系列的特色，可以改善工艺控制的稳定性。每个处理器模块都具有冗余的CPU，可同时执行相同的运算。不断比较各处理器的输出，如果检测到任何由于电子噪声或其他情况而产生的异常，就会平稳切换到备用处理器模块。因此大大减少了故障对工艺控制造成的影响。横河电机的冗余容错技术是成就99.99999%(7个9)可用性的关键所在。3、主汽温控制策略——串级PID控制毕业设计（论文）开题报告图1串级控制系统的原理方框图PID控制是迄今为止应用最广泛的一种控制算法。目前在工业过程中采用PID控制的占90%以上，也适合电厂火电机组过热汽温控制中。其优点是原理简单、通用性强、鲁棒性好而且使用方便，应用PID控制的关键技术是PID参数的设置和整定。串级过热汽温自动控制系统以过热汽温为被调量，根据喷水减温器出口温度调节减温水量。喷水减温器出口温度可以快速反应对过热汽温的扰动，只要喷水减温器出口温度变化，就可以通过副调节器调节减温水量，维持喷水减温器出口温度在一定范围以内，从而使过热汽温基本不变，提高控制品质。对应的串级过热汽温自动控制系统的原理方框图如上图所示。过热汽温串级自动控制系统中，主回路采用PID运算，副回路采用PI运算。在主回路串级自动控制系统采用微分作用，对于延迟和惯性较大的对象调节质量较好。过热汽温串级自动控制系统中主、副调节回路相对独立，因此在投运时，参数整定、调试直观方便。串级自动控制系统数据运算较复杂，对运算设备要求高。(DCS具有丰富的运算功能和较快的运算速度，软、硬件完全能够满足算法要求)。总之，在火力发电机组中过热汽温采用串级自动控制方案比较理想。在主要的扰动(减温水量)作用下，过热汽温对象的动态特性对于蒸汽流量的扰动和烟气侧的扰动，过热汽温对象的动态特性虽然较好，但两者之中或者不宜作为汽温的调节手段，或者会使锅炉结构复杂，尽管减温水扰动时对象的动态特性不够理想，但由于结构简单，且对过热器的安全比较有利，因此，采用喷水式减温器来调节汽温，它是利用减温水直接喷入过热蒸汽中进行减温的。WT2(S)WT1(S)W1(S)KμKZW2(S)γθ1γθ2Iθ20I2Iθ2Iθ1θ1θ2WB2WBWB1--副调节器主调节器副回路主回路毕业设计（论文）开题报告当减温水量发生扰动时，虽然减温器处汽温已产生变化，但要经过较长的过热器管道才能影响到出口汽温的变化，使汽温反应的迟延很大。而且减温器离过热器出口较远，则对象调节通道的迟延和惯性愈大。因此，调节汽温的最有效的方法是在过热器出口处直接进行喷水减温，但这又对过热器和汽轮机的安全运行不利。为此喷水式减温器通常装在过热器高温段的前面，这样几保护了过热器的高温段，又使对象的迟延能减小些。但是，迟延时间仍较大，一般约为30～60s。采用喷水减温方式调节过热汽温时，汽温调节对象的迟延较大。如果只根据汽温的偏差大小来改变减温水量，势必使调节的时间加长，动态偏差增大。为了提高调节品质，通常在减温器后选取一个辅助温度信号，该信号能比出口汽温提前反应减温水量的扰动，称为“超前信号”。过热汽温采用串级调节系统，它把减温器后的汽温信号作为超前信号，过热器出口汽温信号作为主信号。它们分别采用热电偶测量，送入DPU处理，由主调节器运算，I1送入副调节器，主调节器的输出I3作为校正信号输入副调节器，相当于改变副调节器的给定信号。副调节器根据I1与主调节器的输出I3的偏差信号直接控制电动执行器，去操纵减温水调节阀。当减温水量扰动时，由于θ1比θ2的反应要快得多，因此副调节器能及时动作，有可能在θ2未受到影响前就将内扰克服掉，从而减小θ2的波动幅度，但不能保证θ2为给定值（见图2）。它只能对汽温起粗调作用。主调节器则根据主信号I2与给定值的偏差进行调节，只要θ2偏离给定值，主调节器就有输出，再通过副调节器去改变减温水量，直到θ2恢复到给定值时为止，所以主调节器对汽温起细调作用。一般对减温器后的汽温要求不高，允许它有静差，所以副调节器可以采用P或PI调节器，而主调节器要求消除静差，应采用PI或PID调节器。毕业设计（论文）开题报告图2过热汽温串级调节系统减温器入口蒸汽减温水调节阀PID过热器PIyθ1yθ2KZθ1θ2毕业设计（论文）开题报告参考文献1张栾英,孙万云.火电厂过程控制.北京:中国电力出版社,20002金以慧.过程控制.北京:清华大学出版社,20033李高斗.自动控制及仪表.武汉:武汉理工大学出版社,20004夏蕾,袁振福.火电厂锅炉主汽温度控制策略研究锅炉技术,2007,38(5):6-105徐军,吴锡生.锅炉主蒸汽温度控制研究.化工自动化及仪表,20046梅升.过热汽温控制策略.华东电力,20017陈来九.热工过程自动调节原理和应用,北京:水利电力出版社,19828CENTUMVP分散控制系统操作员用户手册,无锡:横河控制工程有限公司,20109CENTUMVP分散控制系统工程师用户手册,无锡:横河控制工程有限公司,201010CENTUMVP分散控制系统新硬件用户手册,无锡:横河控制工程有限公司,201011肖隽.锅炉温度串级控制系统.机电工程,2003.30(4):30-3312范永胜,徐治皋,陈来九.基于动态特性机理分析的锅炉过热汽温自适应模糊控制系统研究.中国电机工程学报,199713华东六省一市电机工程(电力)学会编.6OOMW火力发电机组培训教材一锅炉设备及其系统.北京:中国电力出版社,200614李俊,刘亚敏等.基于阶梯式广义预测控制的锅炉主蒸汽温度控制系统.中国电力,2003毕业设计（论文）开题报告2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）1、本课题要研究或解决的问题对各类型机组主汽温控制传递机理的分析与研究,查阅与火电机组主汽温控制系统的设计有关的技术资料，并了解被控对象的工艺流程与动态特性；提出火电机组主汽温先进控制策略的设计方案；实现对该控制系统的分析研究；2、拟采用的手段过热汽温控制对象具有大迟延大惯性的特质，简单的单回路控制系统不能满足控制要求。所以，采用串级控制系统有很大优势。串级控制系统具有良好的控制性能，主要原因有以下三个原因：1）对二次干扰有很强的克服能力；2）改善了对象的动态特性，提高了系统的工作频率；3）对负荷或操作条件的变化有一定的自适应能力。由于串级控制系统的良好控制性能，所以在过热汽温控制中得到了广泛的应用。在基本扰动下，主汽温反映有着较大的迟延，而减温器出口温度有着明显的导前作用，因此可以构成以减温器出口温度为副参数，过热器出口温度为主参数的串级控制系统。当扰动发生在副回路时（如减温水温度发生扰动），由于有副回路的存在，并且导前区的惯性小，副调节器能够快速反应，消除扰动，从而使主汽温不必发生较大变化。当扰动发生在副回路之外时，引起主汽温偏离设定值，这时主调节器改变其输出信号，通过副调节器调节减温水流量，使主汽温恢复设定值。可见，在串级汽温调节系统中，副回路的任务是尽快消除减温水流量的自发性扰动和其他进入副回路的各种扰动，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，可采用比例积分或者比例积分微分调节器。毕业设计（论文）开题报告指导教师意见：1．对“文献综述”的评语：文献综述内容安排合理，叙述详细，从文献综述可以看出，该同学针对基于DCS的火电机组过热汽温控制系统的设计查阅了大量相关的文献资料，在仔细研究了这些资料的基础上，根据课题要求，初步提出了一些可行的设计思想。2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：本课题对该专业同学来说具有一定的深度、难度，课题涉及面广，涉及到自动化控制技术、分散控制技术、组态软件的应用开发等方面的知识，是对学生四年所学知识的一次综合和拓展，工作量饱满。通过此课题的设计，可以使学生学到许多先进的技术，提高设计能力。只要能努力学习、勇于创新、勤于实践，应能保质保量地完成毕业设计任务书中规定的任务。指导教师：2015年5月20日所在专业审查意见：教师批阅负责人：2015年5月20日