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1、摘要火力发电厂热工过程自动控制主要是指锅炉、汽轮机及其辅助部分的自动控制。自动控制的要求是使锅炉、汽轮机适应负荷的需要同时又能在安全、经济的工况下运行。 随着电力科技的迅猛发展，分散控制系统(Disperse Control System，简称DCS)在大型火力发电机组上得到了广泛的应用，成为大型火电厂，尤其是300千瓦以上机组自动化控制技术改进的首选。因此，本课题研究DCS在大型火力发电厂的应用，以提高控制品质为目的，使自动控制系统更有力地保证机组的良好运行，提高火力发电厂机组运行的安全性和经济性。 本文首先通过对火电厂发电机组综合自动化系统方案的概述，阐明实现电气自动化与DCS系统一体化是
2、中国火电厂适应电力市场、提高整个电厂安全、经济运行水平和自动化水平的一条有效途径。 本文选择火力发电厂300MW等级机组的汽包锅炉给水自动调节系统为研究对象，分析了调节的任务和调节对象的动态特征，结合火力发电厂大修改造工程，分析了DCS系统的硬件结构、软件应用，研究了DCS与电厂外围设备的连接及通讯方式等。在此基础上，本文结合机组改造和调试工程不断调整控制逻辑和算法进行组态和调试，分析和比较了单冲量给水调节、单级三冲量给水调节、串级三冲量给水调节等不同调节系统的调节品质，重点对串级三冲量给水调节系统进行了理论研究和实际应用。 本文研究了组态软件的应用方法，在实际调试过程中，充分运用DCS系统组
3、态软件的优势，不断优化控制方案和控制逻辑，使控制达到了理想效果。采用串级的三冲量给水自动调节系统，根据对象在外扰下虚假水位的严重程度来适当加强蒸汽流量信号的作用强度，以便在负荷变化时，蒸汽流量信号更好的补偿虚假水位的影响，从而改善了蒸汽负荷扰动下的水位控制质量。关键词:火力发电厂；分散控制系统；给水自动调节；串级三冲量ABSTRACT The boiler is a necessary power equipment of industry sectors such as generation of electrical energy, oil refinery, chemical indus
4、try, papermaking and refinement of sugar and so on. In order to ensure the production and security, the auto-control is very important. And the boiler water level is an important variable to be controlled. Because the boiler water lever is an important index of industry boiler safety and stabilizati
5、on. It is important meaning to ensure water level in a finite range for increasing quality of steam and reducing wastage of equipment and insuring safety of whole system operation. At present, the most common method is PID control. This article has carried out detailed analysis to the boiler water l
6、evels dynamic characteristic and several used control methods, and determines the connection of traditional PID control with the boiler water levels three-variable control. According to summarizing and describing of skill workers practice experience, it gained non-precise control rules. Designing mo
7、dels of boiler drum water-level control system mainly includes single-impulse, double-impulse and three-impulse, two former models of which have the features of simplicity and low cost, but can not control false-water-level; the last model of which has the features of complexity and high-cost compar
8、ed with the two former models, but can control false-water-level and can reach good effective control. In this paper, the algorithm based on the model of three-impulse boilers drum water-level control system and analyses the principle, theory and realization of the algorithms of PID control. This pa
9、per describes DCS system configuration scheme, including data acquisition, data communication, control programming, monitoring picture of PC, alarm and historical data inquiry. This paper designed a set of DCS control system which is satisfied with us look from actual operation of the control effect
10、, this control method whose control high-speed, stability, adaptability, all have reach the device requirements.Key words： electrical energy； Disperse Control System；water-level control；three-impulse 目 录摘要IABSTRACTIII1绪论11.1本课题研究的目的和意义11.2国内外研究动态21.2.1分散控制系统(DCS)简介21.2.2国内外给水控制研究及应用现状41.3本文的主要工作82被控
11、过程特性描述102.1锅炉系统介绍102.2电站锅炉控制要求112.3锅炉汽包水位系统的动态特性分析132.3.1汽包水位在给水流量作用下的动态特性142.3.2汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性183控制原理与工程设计213.1 PID控制原理213.2汽包水位控制方式233.2.1单冲量控制方式243.2.2双冲量控制方式253.2.3三冲量控制方式273.3串级三冲量控制给水控制系统的原理与仿真323.3.1控制系统的分析和整定333.3.2仿真效果353.4实际控制效果373.4.1负荷变化时水位控制效果图373.4.2负荷稳定时水位控制效果图394 锅炉控制的DCS实现414.1设计
12、时考虑的因素414.2亚临界机组汽包水位控制系统424.3 DCS控制系统设计454.3.1控制的要求454.3.2系统的配置454.3.3控制方案的设计464.4系统主、副控制器参数的整定524.5基于现场总线、工业以太网和PLC技术的DCS控制系统524.6工业锅炉DCS自控系统设计534.6.1设计原则534.6.2工业锅炉DCS集散系统结构和配置544.6.3 STEP7项目设计及系统通讯574.6.4工业锅炉控制系统设计58参考文献61致 谢63附录一 外文文献及翻译64附录二 仪表选型771绪论1.1本课题研究的目的和意义自动控制技术在工业和农业、国防及科技现代化中起着重要作用，自
13、动控制水平的高低是衡量一个国家科技水平先进与否的重要标志之一。随着社会经济和国防技术的不断发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要性也越来越明显。生产过程的自动控制是自动控制技术在石化、电力、冶金、纺织、机械等行业和领域生产过程的具体应用，是自动控制技术的重要组成部分。我国的一次能源以煤炭为主，目前全国燃煤发电量占总发电量的80%以上，发电消耗燃煤占全国煤炭消费总量的60%以上。随着电力工业的快速发展和国家产业政策的调整，我国的发电企业逐渐以大型、环保、高效的火电机组建设替代效益差、污染环境、资源浪费的小机组，并通过不断改善发电机组的燃煤效率和用水结构，满足环保、节能的要求。我国近年来建设的3
14、00MW, 600MW, 1000MW等级机组基本都采用了先进的分散控制系统(DCS )对整个生产过程实行集中控制。火力发电厂热工自动控制主要指锅炉、汽轮机及辅助部分的自动控制。自动控制的主要任务是使锅炉、汽轮机在能够适应负荷需要的同时又能在安全、经济的工况下稳定运行。汽包水位是锅炉安全、经济、稳定运行的重要的监控参数之一，维持汽包水位的正常稳定是保持汽轮机和锅炉安全稳定运行的重要条件。水位的高低反映了锅炉的汽水系统是否平衡，也就是锅炉的蒸汽负荷与给水流量之间的平衡关系。负荷的变化必然会引起汽包水位的波动，这就需要通过对给水流量的调节使之与变化后的蒸汽负荷相适应，以维持汽包水位变化在给定的范围
15、内。汽包锅炉给水自动调节的任务就是在机组运行的整个工况下，自动控制锅炉给水流量，使其适应锅炉蒸发量，以维持汽包水位在给定的范围内变化。汽包水位过高，会影响汽包内的汽水分离装置正常工作，造成汽包出口蒸汽水份过多而使过热器结垢，容易导致过热器损坏。同时汽包出口蒸汽中的水份过多，还会使过热蒸汽温度产生急剧变化，直接影响机组的安全稳定运行;汽包水位过低，则有可能对锅炉的水循环系统造成损坏，导致水冷壁管的破裂。因此，保持汽包水位的正常是保证锅炉、汽轮机安全经济运行的必要条件，锅炉给水自动调节是十分重要的调节系统，一直受到很高的重视。然而，汽包水位是锅炉运行中变化最为频繁的参数，给水流量调节也是运行过程中最为频繁的操作。随着锅炉参数的不断提高和容量的不断增大，汽包相对容积减少，负荷的变化和其他扰动对水位的影响作用相对增大，加大了水位控制的难度，从而对水位控制系统提出了更高要求。本课题以某电厂机组大修供热改造项目为基础，研究DCS在大型火电机组中的应用以及对大型火电机组给水控制系统的优化。当前，随着国家电力体制改革的不断深化和电力节能减排政策力度的不断加大，发电企业机组的安全、稳定、经济运行意义重大，完善和优化给水控制系统，实现给水控制高效和经济是非常重要的，也成为一个非常值得研究的课题。1.2国内外研究动态1.2.1分散控制系统(DCS
