應(yīng)用背景
鍋爐是全廠重要的動力設(shè)備，其任務(wù)是供給合格穩(wěn)定的蒸汽，以滿足負(fù)荷的需要。為此，鍋爐生產(chǎn)過程的各個主要參數(shù)都必須嚴(yán)格控制。鍋爐設(shè)備是一個復(fù)雜的控制對象，主要輸入變量是負(fù)荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)量。主要輸出變量包括汽包水位、過熱蒸汽溫度及壓力、煙氣氧量和爐膛負(fù)壓等。因此鍋爐是一個多輸入、多輸出且相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜控制對象。
控制系統(tǒng)描述
鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)
鍋爐汽包水位是確保安全生產(chǎn)和提供優(yōu)質(zhì)蒸汽的重要參數(shù)，尤其對現(xiàn)代鍋爐而言，允許的汽包蓄水量波動也越來越小，因此必須嚴(yán)格控制水位在規(guī)定范圍之內(nèi)。
在此方案中汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為在給水流量反饋控制基礎(chǔ)上引入蒸汽流量前饋沖量而構(gòu)成的三沖量汽包水位控制系統(tǒng)，如圖1所示。
它包含給水流量控制回路和汽包水位控制回路兩個控制回路，實(shí)質(zhì)上是蒸汽流量前饋與液位－流量串級系統(tǒng)組成的復(fù)合控制系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽流量變化時，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中的給水流量控制回路可迅速改變進(jìn)水量以完成粗調(diào)，然后再由汽包水位調(diào)節(jié)器完成水位的細(xì)調(diào)。
鍋爐燃燒過程自動控制系統(tǒng)
鍋爐燃燒過程自動控制系統(tǒng)的任務(wù)很多，包括使鍋爐出口蒸汽壓力穩(wěn)定，保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性以及維持爐膛壓力穩(wěn)定。因此，鍋爐燃燒過程自動控制系統(tǒng)按照控制任務(wù)的不同可分為三個子控制系統(tǒng)，即蒸汽壓力控制系統(tǒng)、煙氣氧量控制系統(tǒng)和爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)。如圖2所示。
過熱蒸汽的溫度控制系統(tǒng)
過熱蒸汽的溫度是鍋爐生產(chǎn)過程的重要參數(shù)，一般由鍋爐和汽輪機(jī)生產(chǎn)的工藝確定。從安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)上看，必須控制過熱蒸汽溫度在允許范圍之內(nèi)。在35T鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為如下圖所示。調(diào)節(jié)手段是改變減溫水流量。從結(jié)構(gòu)上看，這是一個簡單的單回路控制系統(tǒng)，但是實(shí)際系統(tǒng)存在以下問題：鍋爐的進(jìn)水系統(tǒng)中實(shí)際有三臺調(diào)節(jié)閥，即鍋爐總給水閥(V1)、減溫水閥(V2)和汽包給水支閥(V3)，如圖3所示。因?yàn)檫@3個閥都控制給水量，將會通過圖中進(jìn)水交點(diǎn)處壓力P的變化而產(chǎn)生關(guān)聯(lián)作用。
除氧器控制系統(tǒng)
除氧器控制系統(tǒng)包括除氧器壓力和液位兩個控制子系統(tǒng)。鍋爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，除氧器壓力控制系統(tǒng)和除氧器液位控制系統(tǒng)都設(shè)計(jì)為單回路PI控制方式。在滿足鍋爐生產(chǎn)的實(shí)際要求的前提下，單回路PI控制方式具有結(jié)構(gòu)簡單、容易整定和實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。除氧器控制系統(tǒng)的控制方案示意圖如圖4所示。
對于除氧器壓力系統(tǒng)而言，當(dāng)除氧器壓力發(fā)生變化時，壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)除氧器的進(jìn)汽閥，改變除氧器的進(jìn)汽量，從而將除氧器的壓力控制在目標(biāo)值上；同樣，對于除氧器液位系統(tǒng)，當(dāng)除氧器液位發(fā)生變化時，液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)除氧器的進(jìn)水閥，改變除氧器的進(jìn)水量，從而將除氧器的液位控制在目標(biāo)值上。
軟件系統(tǒng)
實(shí)時準(zhǔn)確檢測鍋爐的運(yùn)行參數(shù)：為全面掌握整個系統(tǒng)的運(yùn)行工況，監(jiān)控系統(tǒng)將實(shí)時監(jiān)測并采集鍋爐有關(guān)的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)、以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等。系統(tǒng)具有豐富的圖形庫，通過組態(tài)可將鍋爐的設(shè)備圖形連同相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)顯示在畫面上；除此之外，還能將參數(shù)以列表或分組等形式顯示出來。
綜合分析及時發(fā)出控制指令：監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)，按照設(shè)定好的控制策略，發(fā)出控制指令，調(diào)節(jié)鍋爐系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行，從而保證鍋爐高效、可靠運(yùn)行。
診斷故障與報(bào)警管理：主控中心可以顯示、管理、傳送鍋爐運(yùn)行的各種報(bào)警信號，從而使鍋爐的安全防爆、安全運(yùn)行等級大大的提高。同時，對報(bào)警的檔案管理可使業(yè)主對于鍋爐運(yùn)行的各種問題、弱點(diǎn)等了如指掌。為保證 鍋爐系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)將根據(jù)所監(jiān)測的參數(shù)進(jìn)行故障診斷，一旦發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)將及時在操作員屏幕上顯示報(bào)警點(diǎn)。報(bào)警相關(guān)的顯示功能使用戶定義的顯示畫面與每個點(diǎn)聯(lián)系起來，這樣，當(dāng)報(bào)警發(fā)生時，操作員可立即訪問該報(bào)警點(diǎn)的詳細(xì)信息和按照所推薦采取的應(yīng)急措施進(jìn)行處理。
歷史記錄運(yùn)行參數(shù)：監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)庫將維護(hù)鍋爐運(yùn)行參數(shù)的歷史記錄，另外監(jiān)控系統(tǒng)還。設(shè)有專門的報(bào)警事件日志，用以記錄報(bào)警／事件信息和操作員的變化等。歷史記錄的數(shù)據(jù)根據(jù)操作人員的要求，系統(tǒng)可以顯示為瞬時值，也可以為某一段時間內(nèi)的平均值。歷史記錄的數(shù)據(jù)可有多種顯示方式，例如曲線、特定圖形、報(bào)表等顯示方式；此外歷史記錄的數(shù)據(jù)還可以由以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的多種應(yīng)用軟件所應(yīng)用。
計(jì)算運(yùn)行參數(shù)：鍋爐運(yùn)行的某些運(yùn)行參數(shù)不能夠直接測量，如年運(yùn)行負(fù)荷量、蒸汽耗量、補(bǔ)水量、冷凝水返回量、設(shè)備的累積運(yùn)行時間等。監(jiān)控系統(tǒng)提供了豐富的標(biāo)準(zhǔn)處理算法，根據(jù)所測得的運(yùn)行參數(shù)，將這些導(dǎo)出量計(jì)算出來。
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