母管制锅炉除氧器水位控制系统设计
母管制锅炉除氧器水位控制系统设计[20200108192957]
随着科技水平不断发展,我国对电能的需求提出了更高的要求,参数的提高和容量的增大，对除氧器提出了更高的要求。在火电厂生产中除氧器的除氧是非常关键的环节，更好的控制除氧器的出水含氧量，这对设备的安全运行十分重要。本文首先分析了水位控制对象运行特性，以及目前存在的问题。然后介绍了常见的控制方案，分析解决了工程应用中遇到的实际问题。在低负荷时信号偏差比较小，采用传统的单回路调节来控制除氧器水位；高负荷时信号偏差大，改进为串级回路控制除氧器水位，提高控制品质。这次设计基于DCS，在论述了DCS的优点后，进行了工程实现，组态了控制方案，而且对于逻辑连锁，无扰动切换都做了相应的设置。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:除氧器,水位控制,分散控制系统,串级控制
目 录
1 绪论 1
1.1 选题的背景及其意义 1
1.2 本文主要的研究工作 2
2 分散控制系统 2
2.1 系统介绍 2
2.2 分散控制系统结构 3
2.3 DCS系统的特点 4
2.4 DCS系统的发展前景 5
3 横河CENTUM VP分散控制系统介绍 6
3.1 横河CENTUM VP系统硬件配置 6
3.2 横河CENTUM VP系统软件配置 8
3.3 横河CENTUM VP系统优点 20
4 除氧器水位控制系统的构成及其特性 21
4.1 国内除氧器水位控制系统研究动态 21
4.2 除氧器系统的构成 22
4.3 除氧器水位的动态特性分析 23
5 控制策略原理与控制方案设计 24
5.1 PID控制原理 24
5.2 除氧器水位的控制方式 25
6 工程实现 28
6.1 项目制作流程 28
6.2 除氧器水位控制系统FCS组态 28
6.3 HIS画面组态 34
7 虚拟测试 35
7.1 虚拟测试的介绍 35
7.2 测试流程 36
结 论 40
致 谢 41
参 考 文 献 42
1 绪论
自动化技术在当今火电生产过程中具有非常重要的地位。特别是大容量高参数机组，没有高水平的自动化设备和自动化系统，是无法保证其安全、经济运行的。所以 在行业不断的进步之下使得自动化装备和系统也跟着不断的完善更新。
电子技术的发展极大地促进了自动化仪表的更新，从而为工程自动化提供了越来越完备的监测和控制装备。从20世纪六十年代起我国已经先后设计制造了系列化的自动化设备。七十年代出现的分散控制系统或集散控制系统（DCS），使控制系统具有更可靠的控制性能。九十年代出现的现场总线控制技术，使得过程控制的技术水平又有了长足的发展。
计算机技术的飞速发展，不仅使自动化设备工作的可靠性逐渐提高，而且新型自动化设备的功能愈来愈完善。
1．1 选题的背景及其意义
火力发电厂的自动化主要是火电机组的自动控制，它主要的目的是要使锅炉、汽轮机等设备能够实现自动调节，以保证火电机组从启动到结束都能够在安全、稳定的条件下正常运行[1]。除氧器主要功能就是降低凝结水中的氧气含量,提高给水的质量。如果给水中的氧气含量高,与水接触的金属就容易腐蚀。实际上，所有的气体溶解在水中都是有害的，其中由于氧气的氧化作用使得氧气的危害最大，其直接对设备的安全稳定运行有影响。根据亨利定律：气体在气液表面的分压是与水中溶解该种气体浓度成正比的，假如把水的温度升高到沸点，那么气液表面就几乎全都是水蒸气了，此时，原来溶解在水中的各种气体包括氧气就会从水中逸出来。通过喷嘴或者是其他各种物化手段把水分成足够小的雾状以加快气体的逸散速度，同时抽走上层的气体，就可以大大减少水中的含氧量以及其他气体的含量。热力发电厂中,普遍采用热力除氧的方法,利用除氧器除去给水中的各种气体并加热给水、回收疏水,减少汽水损失。我国《电力工业技术管理法规》规定:对于工作压力为5. 98MPa及以上的锅炉给水含氧量应小于7μg/L[2]。
在机组正常运行时，除氧器汽源来自汽轮机抽汽阀门全开的四段抽汽，除氧器汽源压力和流量随机组负荷变化而变化，此时被除氧水的水温、汽水接触面积与除氧器水位有直接的关系[3]。水位太高的话，就不能够充分加热除氧水，减小了汽水接触面积，这就导致溶解在水中的气体逸散程度不够，也就相应的影响除氧质量；而且水位过高还可能造成管道进水等严重隐患。相反,如果除氧器的水位太低的话，不仅影响水泵的安全运行，而且对锅炉上水是否连续也有威胁,严重情况下可能造成断水事故。因此，除氧器水位的稳定，使其在最佳范围内波动具有非常重要的实际意义[4]。
通过完成该设计，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 本文主要的研究工作
根据大型火电机组实际情况，除氧器水位控制系统是指系统的启动、停止、运行等过程中，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、由于系统在低负荷与高负荷时动态特性有所差别，我们应给出针对其差别的控制方案以及SAMA图;
2、本课题要求应用DCS系统，而我们选择的是横河CENTUM VP系统的软件，我们需要完成CENTUM VP系统的软件的组态；
3、实现该控制完成的流程图设计、联锁逻辑设计,组态和画面设计以及参数设置等；
4、利用CENTUM VP系统的软件完成虚拟测试，给出该控制系统的调节的趋势图、调节历史图等。
2 分散控制系统
2．1 系统介绍
分散控制系统，又称为集散控制。其英文是Distributed Control System，简称DCS。随着科技发展，工业生产的组织形式也发生着改变，从分散到集中。早期的时候，控制站设在工业控制现场附近，并且各个控制装置都有独立的控制器。控制设备测量出系统的参数后，根据系统的控制策略，把测量值与给定值相比较得出的信号通过执行机构去控制生产过程[5]。
分散控制系统简介：
1、系统具有现场操作站，人机交互界面站，数据通讯系统，工程师站，人机接口单元等。系统拥有开放的体系结构，有很多层开放数据接口。
2、硬件系统具备较高的可靠性，可以在多数环境下运行。底层的软件控制平台具有十分强大的数据处理功能，还能够对复杂的系统组态，也可以在该平台上进行开发专用的高级算法。
3、系统在设计上使用了冗余配置和模件级的自纠正能力，具有非常高的可靠性。不论系统的哪个组件出现问题，都不会影响整个系统的工作。
4、系统的各种功能都在显示器上集中显示以及在打印机上打印，控制系统的功能和物理实现了分散。
5、分布式系统的可利用率很高，很少会发生系统故障，完全可以实现对工业生产现场的实时监控。
6、分成了多个子系统，可以满足不同用户的要求。
7、网络结构具有可靠性、开放性和先进性。
8、操作系统具有开放性和可靠性。
9、系统配置了组态工具，满足任何监控跟控制要求。
10、系统的扩展性和可裁剪性非常高，确保了系统的经济性。
2．2 分散控制系统结构
网络通信子系统、过程控制子系统以及人机接口子系统三个部分共同组成了分散控制系统。
随着科技水平不断发展,我国对电能的需求提出了更高的要求,参数的提高和容量的增大，对除氧器提出了更高的要求。在火电厂生产中除氧器的除氧是非常关键的环节，更好的控制除氧器的出水含氧量，这对设备的安全运行十分重要。本文首先分析了水位控制对象运行特性，以及目前存在的问题。然后介绍了常见的控制方案，分析解决了工程应用中遇到的实际问题。在低负荷时信号偏差比较小，采用传统的单回路调节来控制除氧器水位；高负荷时信号偏差大，改进为串级回路控制除氧器水位，提高控制品质。这次设计基于DCS，在论述了DCS的优点后，进行了工程实现，组态了控制方案，而且对于逻辑连锁，无扰动切换都做了相应的设置。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:除氧器,水位控制,分散控制系统,串级控制
目 录
1 绪论 1
1.1 选题的背景及其意义 1
1.2 本文主要的研究工作 2
2 分散控制系统 2
2.1 系统介绍 2
2.2 分散控制系统结构 3
2.3 DCS系统的特点 4
2.4 DCS系统的发展前景 5
3 横河CENTUM VP分散控制系统介绍 6
3.1 横河CENTUM VP系统硬件配置 6
3.2 横河CENTUM VP系统软件配置 8
3.3 横河CENTUM VP系统优点 20
4 除氧器水位控制系统的构成及其特性 21
4.1 国内除氧器水位控制系统研究动态 21
4.2 除氧器系统的构成 22
4.3 除氧器水位的动态特性分析 23
5 控制策略原理与控制方案设计 24
5.1 PID控制原理 24
5.2 除氧器水位的控制方式 25
6 工程实现 28
6.1 项目制作流程 28
6.2 除氧器水位控制系统FCS组态 28
6.3 HIS画面组态 34
7 虚拟测试 35
7.1 虚拟测试的介绍 35
7.2 测试流程 36
结 论 40
致 谢 41
参 考 文 献 42
1 绪论
自动化技术在当今火电生产过程中具有非常重要的地位。特别是大容量高参数机组，没有高水平的自动化设备和自动化系统，是无法保证其安全、经济运行的。所以 在行业不断的进步之下使得自动化装备和系统也跟着不断的完善更新。
电子技术的发展极大地促进了自动化仪表的更新，从而为工程自动化提供了越来越完备的监测和控制装备。从20世纪六十年代起我国已经先后设计制造了系列化的自动化设备。七十年代出现的分散控制系统或集散控制系统（DCS），使控制系统具有更可靠的控制性能。九十年代出现的现场总线控制技术，使得过程控制的技术水平又有了长足的发展。
计算机技术的飞速发展，不仅使自动化设备工作的可靠性逐渐提高，而且新型自动化设备的功能愈来愈完善。
1．1 选题的背景及其意义
火力发电厂的自动化主要是火电机组的自动控制，它主要的目的是要使锅炉、汽轮机等设备能够实现自动调节，以保证火电机组从启动到结束都能够在安全、稳定的条件下正常运行[1]。除氧器主要功能就是降低凝结水中的氧气含量,提高给水的质量。如果给水中的氧气含量高,与水接触的金属就容易腐蚀。实际上，所有的气体溶解在水中都是有害的，其中由于氧气的氧化作用使得氧气的危害最大，其直接对设备的安全稳定运行有影响。根据亨利定律：气体在气液表面的分压是与水中溶解该种气体浓度成正比的，假如把水的温度升高到沸点，那么气液表面就几乎全都是水蒸气了，此时，原来溶解在水中的各种气体包括氧气就会从水中逸出来。通过喷嘴或者是其他各种物化手段把水分成足够小的雾状以加快气体的逸散速度，同时抽走上层的气体，就可以大大减少水中的含氧量以及其他气体的含量。热力发电厂中,普遍采用热力除氧的方法,利用除氧器除去给水中的各种气体并加热给水、回收疏水,减少汽水损失。我国《电力工业技术管理法规》规定:对于工作压力为5. 98MPa及以上的锅炉给水含氧量应小于7μg/L[2]。
在机组正常运行时，除氧器汽源来自汽轮机抽汽阀门全开的四段抽汽，除氧器汽源压力和流量随机组负荷变化而变化，此时被除氧水的水温、汽水接触面积与除氧器水位有直接的关系[3]。水位太高的话，就不能够充分加热除氧水，减小了汽水接触面积，这就导致溶解在水中的气体逸散程度不够，也就相应的影响除氧质量；而且水位过高还可能造成管道进水等严重隐患。相反,如果除氧器的水位太低的话，不仅影响水泵的安全运行，而且对锅炉上水是否连续也有威胁,严重情况下可能造成断水事故。因此，除氧器水位的稳定，使其在最佳范围内波动具有非常重要的实际意义[4]。
通过完成该设计，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 本文主要的研究工作
根据大型火电机组实际情况，除氧器水位控制系统是指系统的启动、停止、运行等过程中，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、由于系统在低负荷与高负荷时动态特性有所差别，我们应给出针对其差别的控制方案以及SAMA图;
2、本课题要求应用DCS系统，而我们选择的是横河CENTUM VP系统的软件，我们需要完成CENTUM VP系统的软件的组态；
3、实现该控制完成的流程图设计、联锁逻辑设计,组态和画面设计以及参数设置等；
4、利用CENTUM VP系统的软件完成虚拟测试，给出该控制系统的调节的趋势图、调节历史图等。
2 分散控制系统
2．1 系统介绍
分散控制系统，又称为集散控制。其英文是Distributed Control System，简称DCS。随着科技发展，工业生产的组织形式也发生着改变，从分散到集中。早期的时候，控制站设在工业控制现场附近，并且各个控制装置都有独立的控制器。控制设备测量出系统的参数后，根据系统的控制策略，把测量值与给定值相比较得出的信号通过执行机构去控制生产过程[5]。
分散控制系统简介：
1、系统具有现场操作站，人机交互界面站，数据通讯系统，工程师站，人机接口单元等。系统拥有开放的体系结构，有很多层开放数据接口。
2、硬件系统具备较高的可靠性，可以在多数环境下运行。底层的软件控制平台具有十分强大的数据处理功能，还能够对复杂的系统组态，也可以在该平台上进行开发专用的高级算法。
3、系统在设计上使用了冗余配置和模件级的自纠正能力，具有非常高的可靠性。不论系统的哪个组件出现问题，都不会影响整个系统的工作。
4、系统的各种功能都在显示器上集中显示以及在打印机上打印，控制系统的功能和物理实现了分散。
5、分布式系统的可利用率很高，很少会发生系统故障，完全可以实现对工业生产现场的实时监控。
6、分成了多个子系统，可以满足不同用户的要求。
7、网络结构具有可靠性、开放性和先进性。
8、操作系统具有开放性和可靠性。
9、系统配置了组态工具，满足任何监控跟控制要求。
10、系统的扩展性和可裁剪性非常高，确保了系统的经济性。
2．2 分散控制系统结构
网络通信子系统、过程控制子系统以及人机接口子系统三个部分共同组成了分散控制系统。
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