锅炉给水控制系统的设计(附件)
给水控制系统的任务是通过调节进入汽包的给水流量，在保证汽包水位在一定范围内相对稳定的同时，使给水量适应锅炉蒸发量。稳定的汽包水位是汽包锅炉安全运行的重要指标。火电厂给水控制系统构成复杂，汽包水位受到机组负荷、汽包压力、温度、给水量等多项参数的影响，不同负荷阶段，给水设备不同，又需要采取不同的控制方式。本文首先介绍横河DCS软件和硬件的基本组态方式与应用；然后分析给水控制对象运行特性，介绍了常见的控制方案，并进行了比较，分析解决了工程应用中遇到的实际问题进行深入分析。接着引入单冲量与三冲量配合使用的给水控制系统。从而通过DCS逻辑模块来实现不同负荷条件下不同调节方式控制汽包水位控制的无扰切换。最后，本论文分析该控制系统基于DCS的工程实现。
关键词 锅炉，汽包水位，单冲量控制系统，三冲量控制系统，无扰切换
目 录
1 引言 1
1.1 选题的背景及其意义 1
1.2 国内给水控制系统研究动态 1
1.3 本文主要的研究工作 2
2.1 DCS概要 2
2.2 DCS系统的特点与发展 3
2.3 横河DCS系统 4
3 锅炉给水控制系统 7
3.1 锅炉系统的介绍 7
3.2 锅炉汽水结构系统 7
3.3 锅炉汽包水位的动态分析 8
3.4 给水控制系统的分析与基本求........................................ .11
4 控制策略原理与控制方案设计 12
4.1 PID控制原理 12
4.2 汽包水位的控制方式 12
4.3 测量信号的校正 17
4.4 设计思想 ............. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
......................................... ....17
5 工程实现 20
5.1 FCS组态 20
5.2 HIS组态 30
6 虚拟测试 35
6.1 虚拟测试的介绍 35
6.2 工程实际测试结果 36
结 论 39
致 谢 40
参 考 文 献 41
附录A..................................................................42
附录B..................................................................43
附录C..................................................................44
附录D..................................................................45
附录E..................................................................46
附录F..................................................................47
1 引言
近年来，随着市场竞争的加剧，以及电子技术的无限发展，自动化控制技术已经成为各大企业工厂革新的方向。自动控制技术目前已广泛使用于石化、电力、水利、制药、国防建设等行业。随着我国高新技术水平的不断提高，生产自动化已经成为保证生产安全，减轻劳动强度，降低成本投入，提高工作效率的重要手段，是衡量一个国家的生产技术和科学先进水平的一项重要标志[1]。
1.1 选题的背景及其意义
锅炉给水控制系统构成复杂，其控制方式需要适应机组不同负荷阶段，给水设备不同等状况。目前使用的锅炉给水控制系统存在着不足之处,以至难以满足汽包水位复杂参数控制的要求。
锅炉系统自动控制的主要任务是将汽包水位稳定在工艺范围之内。如果锅炉汽包水位超过水位规定范围的上限，可能会导致出口蒸汽中含有过多的水分，造成过热器面结垢，结果影响过热器工作效率；如果汽包水位超过水位规定的下限，影响汽水平衡，导致汽包内温度急剧上升，锅炉压力迅速增长，造成锅炉水循环回路被破坏，严重时可能引起爆炸。所以，稳定汽包水位是重中之重。稳定好汽包水位，对锅炉其他控制子系统，例如减温、除氧等有很重要的作用。如果汽包水位控制不好，那么锅炉系统的出口过热蒸汽的品质将会受到影响，而过热蒸汽是驱动汽轮机的动力源泉，这样可能会造成汽轮机受到损耗，使整个系统的运行损耗增加。通过完成本次课题，我在使用横河CENTUM VP分散控制系统进行复杂控制系统的设计、组态和调试方面得到训练，为以后从事相关工作打下良好的基础。
1.2 国内给水控制系统研究动态
目前，我国大型电站锅炉朝着大容量、高参数、高自动化、高机组化的方向发展。给水系统的全程自动控制是指系统能够实现从启动到满负荷的全部过程的自动调节。如果中途出现紧急故障，系统能够立即报警并请求人工手动控制，从而达到在规定工况下，系统能够安全、稳定运行。这对技术水平、工业设备、工作人员的素质有及其高的要求。而在过去的时间里，我国火力发电厂由于这些方面的限制，能够实现全程自动控制的并不多。当时，较为先进的水平也只是实现在高负荷时的自动控制，而普遍化是人工手动控制。
近年来，随之DCS运用越来越灵活，加上工作人员素质也越来越高，我国火力发电厂的自动化水平有了大幅度的提高。如今，我国的经济水平也不断提高，过去一些较为落后的设备或被淘汰或被整修、改造，如今使用的仪表设备都较为先进。因此，过去无法实现的全程控制，而今在各大火力发电厂普遍应用。
1.3 本设计研究的主要内容
随着火电厂自动化技术的快速发展，对单元机组各个子控制系统的调节品质提出了更高的要求，这也进一部提高了控制系统的生产效率，降低了劳动强度。如何使给水控制系统具有良好的控制品质，是国内火电机组发展中需要解决的重要问题。本课题的主要目的是基于DCS技术对传统的单冲量锅炉给水控制系统进行改进，根据大型火电机组实际情况，不断地进行改进、优化，最后提出串级三冲量控制方式。锅炉给水系统的全程自动控制是指系统在启动、停止、从低负荷到高负荷的切换等过程中，系统能够实现自动调节。如果中途出现紧急故障，系统能够立即报警并请求人工手动控制。根据这些要求，我们应该做好以下几个方面：
1、查阅与电站锅炉给水有关的技术资料，并了解被控对象的工艺流程与动态特性；
2、提出电站锅炉给水全程控制系统的设计方案；
3、掌握集散系统构架，CENTUM VP的操作及组态方法；
4、实现控制系统的流程图设计、连锁逻辑设计，组态和画面设计以及参数设置等；
(5)控制网络(V net/IP)
控制网络是以太网，可以提供1 Gbps带宽的冗余网络，实现可靠的通信。
(6)现场控制站(FCS)
人机界面站分为集成类和通用PC两大类型。集成类由横河电机整体组合销售，所以价格较高；采用通用PC类价格要便宜许多。通用PC类人机界面站是国内用户普遍采用机型，PC机只要选用IBMPC/AT兼容机即可。在使用通用PC作为HIS时必须配置横河电机的网卡“VF701”，根据各自要求的不同可选配操作员键盘。
（T2:时间常数，K2:放大系数 ，:曲线H的响应速度）。
1 引言 1
1.1 选题的背景及其意义 1
1.2 国内给水控制系统研究动态 1
1.3 本文主要的研究工作 2
2.1 DCS概要 2
2.2 DCS系统的特点与发展 3
2.3 横河DCS系统 4
3 锅炉给水控制系统 7
3.1 锅炉系统的介绍 7
3.2 锅炉汽水结构系统 7
3.3 锅炉汽包水位的动态分析 8
3.4 给水控制系统的分析与基本求........................................ .11
4 控制策略原理与控制方案设计 12
4.1 PID控制原理 12
4.2 汽包水位的控制方式 12
4.3 测量信号的校正 17
4.4 设计思想 ............. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
......................................... ....17
5 工程实现 20
5.1 FCS组态 20
5.2 HIS组态 30
6 虚拟测试 35
6.1 虚拟测试的介绍 35
6.2 工程实际测试结果 36
结 论 39
致 谢 40
参 考 文 献 41
附录A..................................................................42
附录B..................................................................43
附录C..................................................................44
附录D..................................................................45
附录E..................................................................46
附录F..................................................................47
1 引言
近年来，随着市场竞争的加剧，以及电子技术的无限发展，自动化控制技术已经成为各大企业工厂革新的方向。自动控制技术目前已广泛使用于石化、电力、水利、制药、国防建设等行业。随着我国高新技术水平的不断提高，生产自动化已经成为保证生产安全，减轻劳动强度，降低成本投入，提高工作效率的重要手段，是衡量一个国家的生产技术和科学先进水平的一项重要标志[1]。
1.1 选题的背景及其意义
锅炉给水控制系统构成复杂，其控制方式需要适应机组不同负荷阶段，给水设备不同等状况。目前使用的锅炉给水控制系统存在着不足之处,以至难以满足汽包水位复杂参数控制的要求。
锅炉系统自动控制的主要任务是将汽包水位稳定在工艺范围之内。如果锅炉汽包水位超过水位规定范围的上限，可能会导致出口蒸汽中含有过多的水分，造成过热器面结垢，结果影响过热器工作效率；如果汽包水位超过水位规定的下限，影响汽水平衡，导致汽包内温度急剧上升，锅炉压力迅速增长，造成锅炉水循环回路被破坏，严重时可能引起爆炸。所以，稳定汽包水位是重中之重。稳定好汽包水位，对锅炉其他控制子系统，例如减温、除氧等有很重要的作用。如果汽包水位控制不好，那么锅炉系统的出口过热蒸汽的品质将会受到影响，而过热蒸汽是驱动汽轮机的动力源泉，这样可能会造成汽轮机受到损耗，使整个系统的运行损耗增加。通过完成本次课题，我在使用横河CENTUM VP分散控制系统进行复杂控制系统的设计、组态和调试方面得到训练，为以后从事相关工作打下良好的基础。
1.2 国内给水控制系统研究动态
目前，我国大型电站锅炉朝着大容量、高参数、高自动化、高机组化的方向发展。给水系统的全程自动控制是指系统能够实现从启动到满负荷的全部过程的自动调节。如果中途出现紧急故障，系统能够立即报警并请求人工手动控制，从而达到在规定工况下，系统能够安全、稳定运行。这对技术水平、工业设备、工作人员的素质有及其高的要求。而在过去的时间里，我国火力发电厂由于这些方面的限制，能够实现全程自动控制的并不多。当时，较为先进的水平也只是实现在高负荷时的自动控制，而普遍化是人工手动控制。
近年来，随之DCS运用越来越灵活，加上工作人员素质也越来越高，我国火力发电厂的自动化水平有了大幅度的提高。如今，我国的经济水平也不断提高，过去一些较为落后的设备或被淘汰或被整修、改造，如今使用的仪表设备都较为先进。因此，过去无法实现的全程控制，而今在各大火力发电厂普遍应用。
1.3 本设计研究的主要内容
随着火电厂自动化技术的快速发展，对单元机组各个子控制系统的调节品质提出了更高的要求，这也进一部提高了控制系统的生产效率，降低了劳动强度。如何使给水控制系统具有良好的控制品质，是国内火电机组发展中需要解决的重要问题。本课题的主要目的是基于DCS技术对传统的单冲量锅炉给水控制系统进行改进，根据大型火电机组实际情况，不断地进行改进、优化，最后提出串级三冲量控制方式。锅炉给水系统的全程自动控制是指系统在启动、停止、从低负荷到高负荷的切换等过程中，系统能够实现自动调节。如果中途出现紧急故障，系统能够立即报警并请求人工手动控制。根据这些要求，我们应该做好以下几个方面：
1、查阅与电站锅炉给水有关的技术资料，并了解被控对象的工艺流程与动态特性；
2、提出电站锅炉给水全程控制系统的设计方案；
3、掌握集散系统构架，CENTUM VP的操作及组态方法；
4、实现控制系统的流程图设计、连锁逻辑设计，组态和画面设计以及参数设置等；
(5)控制网络(V net/IP)
控制网络是以太网，可以提供1 Gbps带宽的冗余网络，实现可靠的通信。
(6)现场控制站(FCS)
人机界面站分为集成类和通用PC两大类型。集成类由横河电机整体组合销售，所以价格较高；采用通用PC类价格要便宜许多。通用PC类人机界面站是国内用户普遍采用机型，PC机只要选用IBMPC/AT兼容机即可。在使用通用PC作为HIS时必须配置横河电机的网卡“VF701”，根据各自要求的不同可选配操作员键盘。
（T2:时间常数，K2:放大系数 ，:曲线H的响应速度）。
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