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1、教师批阅课 程 设 计 用 纸摘 要目前，我国的电厂大多数是火力发电厂，煤是发电的主要燃料，锅炉燃烧是发电的重要环节之一。我们要以最经济的方式来利用有限的能源，这就要求我们寻找燃烧的最优方案。 本论文主要针对一次风压控制系统。一次风压控制系统通过I/O卡件接收一次风压变送器信号，经过逻辑运算输出控制指令，直接通过电动执行机构控制二次风挡板来改变风量，维持一次风压力在给定范围内。关键词：燃烧控制，一次风压，控制系统，逻辑运算- 0 -ABSTRACTAt present, most of the power plant in China is the thermal power plant, c
2、oal is the main fuel for power generation, the boiler combustion is one of the important links in power generation. We are in the most economic way to use the limited energy, which requires us to find the optimal solution combustion. In this paper, a pressure control system. A pressure control syste
3、m through the I/O card receiving a pressure transmitter signal, through the logic output control instruction, directly through the electric actuator control two windshield plate to change the volume, maintain a wind pressure in a given range.Key words: Combustion control, A pressure, Control system,
4、 Logic operations- 1 -目 录1、 绪论11.1一次风压概述1 1.2一次风压力对象的特性分析2 1.3 锅炉燃烧控制的发展概述22、系统配置52.1概述52.2系统结构图62.3设备清单63、一次风压力控制系统83.1压力设定值生成8 3.2磨跳闸工况前馈设计83.3防失速的平衡回路设计94 控制策略的设计104.1一次风压概论104.1.1一次风压力受到的主要扰动来源104.1.2控制策略设计：104.3系统SAMA图124.4设计方案图124.5系统测点如表4.1135、600MW火电机组DCS系统设计145.2 通信部分155.3 系统接地165.4 软件部分166
5、、系统组态186.1设计一个PIDloop186.2添加I/O模件187、系统人机界面设计197.1画面设计原则197.2设计步骤198、 小结20参考文献21附录一22附录二23附录三241、 绪论1.1一次风压概述 一次风压指空预器后热一次风母管压力。而一次风压调节是指通过控制系统的控制作用保持一次风压的稳定。其风压设定值为“锅炉负荷的函数+运行人员的偏置”，并且有上下限值。 一次风压调节的必要性：在电厂燃煤机组中，一次风是锅炉的燃料输送系统的主要动力来源。一次风压的高低直接影响煤粉的喷射，轻则火焰燃烧不稳，重则引起炉膛灭火甚至炉膛爆炸。一次风机都要保证一次风母管风压的大致恒定，不然磨内存
6、粉会因一次风压不稳而忽多忽少，炉膛负压、主汽压力等关键参数频繁波动。同时一次风压能影响炉膛效率和燃烧的安全性。因此一次风压调节是燃烧过程的任务之一。1.1一次风压力受到的主要扰动来源： 磨煤机热风挡板开度扰动（外扰）下风压调节对象的动态特性：由于煤粉干燥度的变化及锅炉负荷的变化使得挡板开度变化，当开度增大时，风流量增大，一次风压减小。 控制策略设计： 为了实现无静差控制以及快速控制，设计单回路前馈加反馈控制系统。在该系统中，控制量为风机入口调节挡板位置，被控制量为一次风压力。将磨煤机热风挡板位置扰动作为前馈引入系统。该方案简单，能快速响应磨煤机挡板位置扰动并且能维持风压的稳定，但是有节流损失，
7、并且该方案对风门的调节特性以及气压的测量稳定性有比较高的要求。1.2一次风压力对象的特性分析 一次风压力可通过调节排粉机入口挡板来加以控制,当挡板开度变化时,一次风压力的变化相当灵敏。对一次风压力的主要扰动有2个:一是在制粉系统(乏气送粉锅炉)的启动和停止过程中,存在热风送粉和乏气送粉的切换(即倒风),由于阀门开、关时的流量特性不同,必然会对一次风压力造成影响,但这一扰动对一次风压力的影响相对较小,一般在200300 Pa,依靠PID控制能够及时消除;二是排粉机出口一次风小风门的开启或关闭,随着机组负荷的升、降,需要投入或切除火嘴,对应的小风门需要开启或关闭,而这种操作对一次风压力的影响很大。
8、会使一次风压力上下波动1 0002 000 Pa。因此,在这种情况下,若排粉机挡板不快速动作,一次风压力波动太大,容易造成锅炉燃烧不稳定,严重时造成锅炉熄火。由于PID调节器的输出不可能在很短时间内变化太大(若PID调节整定太快,会造成闭环系统振荡,甚至不稳定),因此在这种情况下,不能单靠常规的PID控制来进行调节1。而此时模糊控制器是一个比较好的选择,因为模糊控制器不仅能快速调节排粉机的入口挡板,而且还能保证闭环控制系统稳定性。1.3 锅炉燃烧控制的发展概述 锅炉燃烧控制作为实现锅炉安全经济运行目标的有效手段，随着计算机技术、CRT显示技术、通讯技术和自动控制理论应用的迅速发展，为使锅炉燃烧
9、控制系统能统一到机、炉、电控制的高效智能一体化、信息管理与控制集成化中，以及现场总线控制系统（FCS）和智能仪表融入到分散控制系统（DCS）的新型控制和保护策略的网络自动化中，国内外许多公司在这方面都做了有益的探索。 经典控制理论、现代控制理论、智能控制理论作为自动控制理论发展的三个不同阶段，在锅炉燃烧控制理论的发展上得到了体现。在70年代，其控制过程采用单回路调节器实现，控制策略PID控制，锅炉燃烧控制的研究主要集中在锅炉的动态特性和数学模型，从线性到非线性，从单变量到多变量，从时不变到时变等，都进行了广泛而深入的研究1-5。 使生产一线一部分工人从繁重的体力劳动中解脱出来。增加了生产的平稳
10、性和安全性。 进入80年代以后，计算机技术的迅速发展引起了控制技术的革命，现代控制策略迅速在锅炉燃烧控制系统的实际应用中得到发展，控制策略也得到了长足的发展，特别是智能技术发展，有代表性的有：最优化控制，自适应控制，预测控制，鲁棒控制6-8 等。这些优化控制技术将模型与控制系统的设计结合起来考虑，重点在于使所设计的控制系统具有鲁棒性，而模型则不像先前那样要求得很严格。为解决国内现有中小型燃煤锅炉出力不能随着外界温度的变化及时变化，炉膛温度低、排烟温度较高。风煤比不能及时调整，炉膛换热效率低等问题指明了方向。 随着现代科学技术的迅速发展和重大进步，生产的规模越来越大，使得控制对象日益复杂化，而且
11、人们对控制系统的性能指标诸如控制精度等要求也越来越高，自动控制理论正面临新的发展机遇和严峻挑战。传统的经典控制理论和现代控制理论在应用中遇到不少难题，其主要原因是：（1）这些控制理论都是针对系统精确的数学模型进行研究的，而与普遍带有复杂性、不确定性、不完全性、模糊性、时变性、非线性等的实际系统有一定差距；（2）这些控制理论研究系统时必须提出一些比较苛刻的假设，而这往往与实际不符；（3）对于某些复杂的和包含不确定性的控制过程，根本无法用传统数学模型来表示，即无法解决建模问题；（4）这些控制理论为了提高性能指标所设计出的控制系统往往很复杂，即增加设备投资，又降低系统的可靠性。与此同时，人工智能的研
12、究得到飞速发展，并迅速渗透到各领域中。自动控制与人工智能的结合产生了智能控制。20世纪90年代，国内外不少学者将智能控制用于锅炉系统的建模、仿真、诊断及控制。智能控制理论9-10主要是以数值计算、逻辑运算、符号推理等为工具，模拟人类学习和控制的能力，对难以建立精确数学模型的复杂系统进行控制研究。 总而言之，以上提到的燃烧控制系统（包括大部分电厂采用的串级控制和新近提出的控制策略）都有其自身的优势，但由于锅炉燃烧过程很复杂,都没有对燃烧过程建立精确的数学模型。锅炉燃烧问题是科技工作者普遍关注的问题，也是发展较快的一个领域。在这方面，发达国家曾经走在最前列，特别是美国、日本等国家，他们研制的各种燃
13、烧设备一度占领了国际市场。现在，发展中国家正以极快的速度发展，争取在这一领域占有一席之地。2、系统配置2.1概述本控制系统规模小，由监控级、控制级和现场级三部分组成。监控级由工程师站（西门子工控机）和操作员站（西门子工控机）组成；控制级由控制器PM860、通讯模块TU810、模拟量输入模块AI810、模拟量输出模块AO810和数字量输出模块DO810构成；现场级由测量变送器和执行机构组成。监控级与控制级之间的通信网络选用以太网Ethernet，控制器与通信模块之间的连接选用Modulebus(光纤)。该控制系统的工作原理：AI810采集现场的过程变量，通过通讯模块送到控制器，控制器根据已设定的
14、控制策略运算得出控制信号，控制信号经通讯模块到AO810，再到执行机构，执行机构动作，从而改变被控量按期望的方向变化。DO810用来输出控制设备启停信号。操作员站有丰富的外围设备和人机界面，操作员通过画面监视现场设备的运行状况。在遇到紧急状况时，按规定流程进行手动操作。工程师站负责进行控制系统的组态、控制模块参数的修改等工作，并能够将控制策略下装到控制器2.2系统结构图ModulebusEthernet工程师站操作员站控制器通讯模块TU810模拟量输入模块AI810TU820模拟量输出模块AO810TU820现场变送器现场执行机构数字量输出模块DO810 图2.1系统结构图 2.3设备清单(1) 监控级 表2.1.1 监控级设备清单序号设备数量备注1SIMATIC IPC547C2操作员站和工程师站(2) 控制级 表2.1.2 控制级设备清单序号设备数量备注1SD 811电源模件224VDC、2.5A2TU810通讯模块1支持双绞线连接3AI810模拟量输入模件1模拟量输入
