學(xué)習(xí)情境三、汽包鍋爐給水全程控制概要課件

學(xué)習(xí)情境三、汽包鍋爐給水全程控制任務(wù)1、認(rèn)識汽包鍋爐給水調(diào)節(jié)對象任務(wù)2、啟動及低負(fù)荷階段的給水控制任務(wù)3、高負(fù)荷階段的給水控制學(xué)習(xí)情境三、汽包鍋爐給水全程控制任務(wù)1、認(rèn)識汽包鍋爐給水調(diào)節(jié)1任務(wù)1、認(rèn)識汽包鍋爐給水調(diào)節(jié)對象教學(xué)目標(biāo)：1、熟悉汽包鍋爐給水調(diào)節(jié)對象現(xiàn)場設(shè)備；2、詳細(xì)了解運行參數(shù)指標(biāo)要求及控制任務(wù)；3、掌握汽包鍋爐給水調(diào)節(jié)對象動態(tài)特性仿真及其對調(diào)節(jié)過程的影響；重點：汽包鍋爐給水調(diào)節(jié)對象動態(tài)特性難點：動態(tài)特性對調(diào)節(jié)過程的影響任務(wù)1、認(rèn)識汽包鍋爐給水調(diào)節(jié)對象教學(xué)目標(biāo)：2一、認(rèn)識給水自動調(diào)節(jié)對象1、認(rèn)識給水自動調(diào)節(jié)對象現(xiàn)場設(shè)備及生產(chǎn)流程一、認(rèn)識給水自動調(diào)節(jié)對象1、認(rèn)識給水自動調(diào)節(jié)對象現(xiàn)場設(shè)備及生3一、認(rèn)識給水自動調(diào)節(jié)對象一、認(rèn)識給水自動調(diào)節(jié)對象42、調(diào)節(jié)任務(wù)1）使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍之內(nèi)波動；2）保持給水量的相對穩(wěn)定。3、運行參數(shù)汽包水位：汽包壓力下飽和水的水位——被調(diào)量反映了給水量和蒸發(fā)量之間的物料平衡關(guān)系，直接影響鍋爐的安全運行和蒸汽的品質(zhì)。要求：正常水位一般規(guī)定在汽包中心線以下100—200mm處，允許波動范圍為±50mm。一、認(rèn)識給水自動調(diào)節(jié)對象2、調(diào)節(jié)任務(wù)一、認(rèn)識給水自動調(diào)節(jié)對象5二、汽包水位變化的運行分析1、蒸汽流量擾動下水位變化1）只從物料守恒考慮：當(dāng)蒸汽流量突然階躍增加時，此時鍋爐蒸發(fā)量大于給水量，水位按積分規(guī)律下降2）從能量守恒看：燃料量能及時跟上，由于燃燒強(qiáng)度增加，鍋爐的蒸發(fā)強(qiáng)度增強(qiáng)，汽水混合物中的汽泡數(shù)量增加，水容積也迅速增大，使得汽水混合物體積膨脹，水位升高。燃料量來不及增加，由于蒸汽量的增加，使汽包內(nèi)的汽壓下降，相應(yīng)地降低了汽水混合物的飽和溫度，汽化加快，同樣使汽水混合物體積膨脹，水位升高。二、汽包水位變化的運行分析1、蒸汽流量擾動下水位變化62、給水流量擾動下的水位變化1）考慮物料不平衡當(dāng)給水流量增加后，進(jìn)入鍋爐汽包的給水量增加大于蒸發(fā)量，水位上升。2）汽泡體積變化使溫度較低的給水進(jìn)入省煤器、汽包及水循環(huán)系統(tǒng)，吸收了原有飽和水中的一部分熱量，致使水面下汽泡體積減小，水位下降。3、爐膛熱負(fù)荷擾動下的水位變化當(dāng)燃料量擾動時，蒸汽流量也會有所增加，與蒸汽量擾動系統(tǒng)相同。二、汽包水位變化的運行分析2、給水流量擾動下的水位變化二、汽包水位變化的運行分析7三、控制對象的數(shù)學(xué)描述指被控對象在指被控對象在各輸入量（包括控制量和擾動量）作用下，其相應(yīng)輸出量（被控量）變化函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。如：微分方程、傳遞函數(shù)輸入量----------引起輸出量變化的原因。輸出量----------在輸入量的影響及被控對象本身特性作用下產(chǎn)生的結(jié)果。案例：汽包對象qi--------流入量，由調(diào)節(jié)閥開度μ來控制qo--------流出量，由用戶根據(jù)負(fù)載閥來改變水流出量，Ｈ--------水位，被調(diào)量，反映了流入量和流出量之間的平衡關(guān)系三、控制對象的數(shù)學(xué)描述指被控對象在指被控對象在各輸入量（包括8求：調(diào)節(jié)閥開度擾動下Ｈ的動態(tài)特性流出量輸入量流入量輸入量被調(diào)量輸出量求：調(diào)節(jié)閥開度擾動下Ｈ的動態(tài)特性流出量流入量被調(diào)量9求：調(diào)節(jié)閥開度擾動下Ｈ的動態(tài)特性起始平衡點：某時刻，流入量突然開大，使流入量階躍增加△qi，則物料平衡方程：其中聯(lián)立得：近似處理，可得微分方程傳遞函數(shù)：求：調(diào)節(jié)閥開度擾動下Ｈ的動態(tài)特性起始平衡點：10MATLAB仿真：對象參數(shù)對動態(tài)特性的影響阻力對對象特性的影響：容量對對象特性的影響：過程2比過程1的阻力減小過程2比過程1的容量加大MATLAB仿真：11四、給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性仿真使用MATLAB軟件仿真動態(tài)特性曲線蒸汽量擾動：給水量擾動：四、給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性仿真使用MATLAB軟件仿真動態(tài)12五、總結(jié)給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性特點：（學(xué)生匯報）1、蒸汽量擾動下出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象：在負(fù)荷突然增加時，雖然鍋爐的給水流量小于蒸發(fā)流量，但開始階段的水位不僅不下降，反而迅速上升，過一段時間后再下降。反之，鍋爐負(fù)荷下降時，水位反而先下降。特點：虛假水位的變化幅值與鍋爐負(fù)荷的大小有關(guān)，根據(jù)100—230t/h中高壓鍋爐的資料，當(dāng)負(fù)荷階躍擾動10%時，虛假水位的變化幅值可達(dá)30-40mm。2、給水流量擾動時，水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性表現(xiàn)為有慣性的無自平衡能力特征。3、爐膛熱負(fù)荷擾動下，也會出現(xiàn)“虛假水位”現(xiàn)象。五、總結(jié)給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性特點：（學(xué)生匯報）13五、對給水調(diào)節(jié)的要求：1、克服蒸汽量擾動下虛假水位造成的誤動作2、克服給水量擾動下的遲延五、對給水調(diào)節(jié)的要求：14任務(wù)2、啟動及低負(fù)荷階段的給水控制教學(xué)目標(biāo)：1、能正確構(gòu)成單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)；2、能根據(jù)對象特性正確選擇P、I、D控制規(guī)律，并設(shè)置調(diào)節(jié)器參數(shù)；3、正確評價單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能；4、正確進(jìn)行啟動及低負(fù)荷階段給水控制仿真操作。重點：完成單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置及調(diào)試難點：單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能分析任務(wù)2、啟動及低負(fù)荷階段的給水控制教學(xué)目標(biāo)：15一、構(gòu)成單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)被調(diào)量：汽包水位H調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：給水調(diào)節(jié)閥節(jié)流調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)量：給水量擾動：給水流量、蒸汽流量、燃料量的階躍變化一、構(gòu)成單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)被調(diào)量：汽包水位H16一、構(gòu)成單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)的方框圖：由被控對象、測量變送單元、控制器和執(zhí)行器按一定信號連接構(gòu)成單回路控制系統(tǒng)（反饋控制）。一、構(gòu)成單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)的方框圖：17二、調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律及仿真調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律：調(diào)節(jié)器的輸出信號與輸入信號之間的函數(shù)關(guān)系。輸入信號：被控量與給定值的偏差信號。輸出信號：調(diào)節(jié)閥的開度信號二、調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律及仿真調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律：18（一）比例調(diào)節(jié)規(guī)律1．定義：調(diào)節(jié)器的輸出和輸入成比例關(guān)系2．表示方式：動態(tài)方程：傳遞函數(shù)：Kp：比例增益δ：比例帶3．比例調(diào)節(jié)的特點（1）動作迅速、方向正確（2）有差調(diào)節(jié)4．比例帶對調(diào)節(jié)過程的影響KP↑δ↓：Kp越大，系統(tǒng)越不穩(wěn)定，但靜態(tài)偏差會越小。衰減率↓穩(wěn)態(tài)誤差↓動態(tài)偏差↓（一）比例調(diào)節(jié)規(guī)律1．定義：調(diào)節(jié)器的輸出和輸入成比例關(guān)系19（二）積分調(diào)節(jié)規(guī)律1．定義：調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號隨時間的積分成比例關(guān)系2．表示方式：傳遞函數(shù)：

Ti—積分時間，Ti↓→調(diào)節(jié)作用增強(qiáng)3．積分調(diào)節(jié)的特點：（1）無差調(diào)節(jié)（2）調(diào)節(jié)作用不及時（3）積分作用使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。4．積分時間對調(diào)節(jié)過程的影響Ti↑衰減率↑穩(wěn)態(tài)誤差=0動態(tài)偏差↓調(diào)節(jié)時間↑（二）積分調(diào)節(jié)規(guī)律1．定義：調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號隨時間的積20（三）P與I調(diào)節(jié)規(guī)律的比較：靜態(tài)：I調(diào)節(jié)優(yōu)于P調(diào)節(jié)動態(tài)：P調(diào)節(jié)優(yōu)于I調(diào)節(jié)結(jié)論積分調(diào)節(jié)雖然可消除穩(wěn)態(tài)誤差，但調(diào)節(jié)緩慢，動態(tài)超調(diào)量加大，而且使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。工業(yè)上不單獨使用積分調(diào)節(jié)作用。（三）P與I調(diào)節(jié)規(guī)律的比較：21（四）微分調(diào)節(jié)規(guī)律1．定義：調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號的微分成比例關(guān)系2．表示方式：動態(tài)方程：TD：微分調(diào)節(jié)器的微分時間傳遞函數(shù)：3．微分調(diào)節(jié)的特點(1)具有導(dǎo)前性和預(yù)見性；(2)不能單獨作為調(diào)節(jié)器，只能起輔助作用(如構(gòu)成PD或PID)（四）微分調(diào)節(jié)規(guī)律1．定義：調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號的微分成比22（五）PID調(diào)節(jié)器1．動作規(guī)律動態(tài)方程：傳遞函數(shù)：2．特點：（1）快速、敏捷；（2）平穩(wěn)準(zhǔn)確；（3）三項需適當(dāng)配合；（4）三種作用在任何時候都協(xié)調(diào)工作。（五）PID調(diào)節(jié)器1．動作規(guī)律23小結(jié)：1、雖然PID的調(diào)節(jié)效果最好，并不意味著所有的系統(tǒng)都是合理的，因為它有三個參數(shù)要整定，如果整定不合適，則可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，適得其反。2、使用何種調(diào)節(jié)規(guī)律一般可按：先比例，再積分，然后才把微分加。3、對象時間常數(shù)大或遲延時間長，應(yīng)引入D作用，若系統(tǒng)允許有殘差，則可選PD調(diào)節(jié)；系統(tǒng)要求無差，則選PID規(guī)律。4、對象的時間常數(shù)較小，受擾動影響不大，系統(tǒng)要求無差，則使用PI調(diào)節(jié)。（如鍋爐水位控制等）。對象的時間常數(shù)較小，受擾動影響不大，系統(tǒng)不要求無差，則使用P調(diào)節(jié)。（如鍋爐高加水位控制等）。5、對象時間常數(shù)或遲延時間很長，受擾動影響也很大，簡單控制系統(tǒng)已不能滿足要求，應(yīng)設(shè)計復(fù)雜控制系統(tǒng)（如汽溫控制系統(tǒng)）。小結(jié)：1、雖然PID的調(diào)節(jié)效果最好，并不意味著所有的系統(tǒng)都24三、低負(fù)荷階段給水控制過程分析（1）平衡狀態(tài)（穩(wěn)定狀態(tài)）物質(zhì)平衡：能量相等（D=W）參數(shù)穩(wěn)定：H=H0（2）擾動分析：擾動出現(xiàn)引起被控量發(fā)生了變化后，系統(tǒng)的控制過程三、低負(fù)荷階段給水控制過程分析（1）平衡狀態(tài)（穩(wěn)定狀態(tài)）25四、控制系統(tǒng)時域分析及仿真1、控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)調(diào)節(jié)過程曲線：（考察單回路控制系統(tǒng)的品質(zhì)）穩(wěn)定性：衰減率（越大越穩(wěn)定）快速性：調(diào)節(jié)時間（越小越快）準(zhǔn)確性：動態(tài)偏差（越小越好），靜態(tài)偏差（與目標(biāo)的要求是否一致）。四、控制系統(tǒng)時域分析及仿真1、控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)26四、控制系統(tǒng)時域分析及仿真2、調(diào)節(jié)過程曲線：四、控制系統(tǒng)時域分析及仿真2、調(diào)節(jié)過程曲線：27五、給水系統(tǒng)投入仿真運行1、聯(lián)系電氣給除循泵、電動給水泵送電，調(diào)出SCS中電動給水泵畫面。2、啟動電動給水泵輔助油泵（OIS-SCS-43），投油泵聯(lián)鎖。3、電動給水泵（OIS-SCS-41）啟動除循泵。就地開啟除循泵出口門，除氧器排空氣門，4、電泵前置泵入口隔離門。5、開啟除氧器輔汽進(jìn)汽電動隔離門，（OIS-MCCS-16-A）調(diào)整除氧器壓力O.147MPa。6、SCS啟動電動給水泵，設(shè)置給水泵最小流量再循環(huán)為160T/h。C轉(zhuǎn)速控制自動，I壓差控制自動。7、開啟電動給水泵出口旁路調(diào)整門的電動及手動隔離門，高壓加熱器投入旁路運行。8、8、開啟省煤器入口門，爐水再循環(huán)門。9、用旁路調(diào)整門（OIS-MCCS-14-H）給鍋爐上水。五、給水系統(tǒng)投入仿真運行1、聯(lián)系電氣給除循泵、電動給水泵送電28任務(wù)3、高負(fù)荷階段的給水控制教學(xué)目標(biāo)：1、能正確構(gòu)成三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)；2、準(zhǔn)確評價單級、串級三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能；3、分析實現(xiàn)全程給水控制應(yīng)解決的問題；4、正確進(jìn)行高負(fù)荷階段給水控制的仿真操作。重點：完成三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置及調(diào)試難點：全程給水控制應(yīng)解決的問題任務(wù)3、高負(fù)荷階段的給水控制教學(xué)目標(biāo)：29一、單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)（1）系統(tǒng)的組成三個沖量：一個調(diào)節(jié)器汽包水位H：是被調(diào)量，所以水位信號稱為主信號，蒸汽流量D：前饋信號給水流量W：反饋信號。一、單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)（1）系統(tǒng)的組成30一、單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)（2）調(diào)節(jié)對象的靜態(tài)特性1、蒸汽流量信號定為“+”號：調(diào)節(jié)器輸出控制信號與蒸汽流量信號的變化方向相同。2、給水流量信號定為“-”號：是反饋信號，它是為穩(wěn)定給水流量而引入調(diào)節(jié)系統(tǒng)的。3、汽包水位H定為正號：調(diào)節(jié)器操作給水流量的方向與水位信號的變化方向相反。且水位測量裝置—平衡容器本身具有反號的特性。

注：?I=IH-IH0+ID-IW

一、單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)（2）調(diào)節(jié)對象的靜態(tài)特性31一、單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)（3）單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析水位變化H↑→IH↓→?I=IH-IH0+ID-IW↓→IT↓→μ↓→W↓→H↓蒸汽量擾動D↑→H↑（虛假水位）→IH↓→ID↑→?I=IH-IH0+ID-IW↑→?I基本不變→μ不變→W不變虛假水位過后，H↓→IH↑→?I↑→IT↑→μ↑→W↑→H↑克服蒸汽量擾動下虛假水位造成的誤動作給水量擾動W↑→H↑（有遲延）→IW↑→?I↓→IT↓→μ↓→W↓→在水位還未變化前已克服了擾動一、單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)（3）單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分析32一、單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)特點：1、克服蒸汽量擾動下虛假水位造成的誤動作2、克服給水量擾動下的遲延3、能進(jìn)行水位調(diào)節(jié)改進(jìn)：串級三沖量控制一、單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)特點：33二、給水全程調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)考慮問題（討論）1、控制內(nèi)容：（1）測量信號的校正水位信號：引入汽包壓力信號校正，實現(xiàn)“三選一”蒸汽流量信號：引入蒸汽溫度、壓力信號校正給水流量信號：引入給水溫度信號校正（2）水泵最小流量和最大流量控制保證水泵工作安全，避免流量過低產(chǎn)生汽蝕。（3）控制系統(tǒng)運行方式無擾切換啟停和低負(fù)荷階段：單沖量控制高負(fù)荷階段：三沖量控制二、給水全程調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)考慮問題（討論）1、控制內(nèi)容：34二、給水全程調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)考慮問題（討論）（4）調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)無擾切換給水調(diào)節(jié)閥15%容量：控制閥門開度改變給水流量，開度↑→流量↑。調(diào)速泵：三臺給水泵并聯(lián)運行，其中一臺備用，容量為鍋爐50%的給水流量電動給水泵：電機(jī)+水泵，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速改變給水流量調(diào)整液力偶合器，轉(zhuǎn)速↑→流量↑。汽動給水泵：