DCS课程设计解读

洛阳理工学院

DCS课程作业

自然循环锅炉的设计

目录

1.DCS系统概况 .................................................... 2

1.1 DCS技术简介 .................................................................................................................... 2 1.2 DCS分散控制系统的特点 ................................................................................................ 3

1.2.1 高可靠性............................................................................................................... 4 1.2.2 开放性................................................................................................................... 4 1.2.3 灵活性................................................................................................................... 4 1.2.4 易于维护............................................................................................................... 4 1.2.5 协调性................................................................................................................... 4 1.2.6 控制功能齐全 ....................................................................................................... 5

2. 自然循环炉对象描述 ............................................. 5

2.1自然循环炉对像工艺描述 ................................................................................................. 5 2.2 工艺过程简介 .................................................................................................................... 6 2.3 仪表及操作设备说明 ........................................................................................................ 7

3. 总体方案设计原则 ............................................... 9

3.1 调节阀选型原则 ................................................................................................................ 9 3.2 控制器正反作用选择原则 .............................................................................................. 10 3.3 控制器规律选择原则 ...................................................................................................... 10

4. 控制方案 ...................................................... 11

4.1 炉膛负压控制 .................................................................................................................. 13 4.2 蒸汽压力控制 .................................................................................................................. 14 4.3 过热蒸汽汽温控制 .......................................................................................................... 16 4.4 炉膛含氧量控制 .............................................................................................................. 17

5. 控制系统组态 .................................................. 18 5.1 设备组态 ..................................................... 18

5.2 数据库组态..................................................................................................................... 18 5.3 控制算法组态................................................................................................................. 19

6. 心得体会 ...................................................... 20 参考文献 ......................................................... 20

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1.DCS系统概况

1.1 DCS技术简介

集散控制（DCS，即Distributed control system，直译为分散控制系统）技术的含义是分散控制集中管理，DCS是计算机技术、数字通讯技术和现代控制技术结合的产物，是信息时代的控制技术。

通常DCS系统的体系结构分为三层：现场控制级、集中操作监视级、综合信息管理级。DCS是面向整体，面向系统的控制技术，目标是整个系统的最优化控制，包括现场实时控制的最优化和综合信息管理的最优化。DCS就是以多台微处理器为基础，采用控制功能分散，显示操作集中，兼顾分而自治和综合协调原则设计的控制系统。

技术支持：四C技术、计算机技术、通信技术、CRT显示技术、过程控制，如图1所示是DCS系统的典型结构图。

信息管理 …

MIS1 MIS2 MISn Sever 数据高速通道 监视操作 接口 OS1 OS2 … OSn ES 控制功能 DPU I/O DPU I/O DPU I/O 数据高速通道 图1 DCS系统的典型结构图

DCS的骨架—系统网络，它是DCS的基础和核心。由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性

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的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率 ，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。 其次，这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制功能的网络节点。一般一套DCS中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能。这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统的失效，提高系统可靠性，也可以使各站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的性能。DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面功能的网络节点。

工程师站是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。与集中式控制系统不同，所有的DCS都要求有系统组态功能，可以说，没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS。

1.2 DCS分散控制系统的特点

DCS特点包括：高可能性；开放性；灵活性；易于维护；协调性；控制功能齐全。

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1.2.1 高可靠性

由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。

1.2.2 开放性

DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其他计算机的工作。

1.2.3 灵活性

通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从控制算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的各种监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。

1.2.4 易于维护

功能单一的小型或微型专用计算机，具有维护简单、方便的特点，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。

1.2.5 协调性

各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。

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1.2.6 控制功能齐全

控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。 DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。 处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。

2. 自然循环炉对象描述

2.1自然循环炉对像工艺描述

被控对象为工业领域广泛应用的自然循环锅炉。

图1

图2 被控对象原理图

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经处理的软化水进入除氧器V1101上部的除氧头，进行热力除氧，除氧蒸汽由除氧头底部通入。除氧的目的是防止锅炉给水中溶解有氧气和二氧化碳，对锅炉造成腐蚀。热力除氧是用蒸汽将给水加热到饱和温度，将水中溶解的氧气和二氧化碳放出。在除氧器V1101下水箱底部也通入除氧蒸汽，进一步去除软化水中的氧气和二氧化碳。

除氧后的软化水经由上水泵P1101泵出，分两路，其中一路进入减温器E1101与过热蒸汽换热后，与另外一路混合，进入省煤器E1102。进入减温器E1101的锅炉上水走管程，一方面对最终产品（过热蒸汽）的温度起到微调（减温）的作用，另一方面也能对锅炉上水起到一定的预热作用。省煤器E1102由多段盘管组成，燃料燃烧产生的高温烟气自上而下通过管间，与管内的锅炉上水换热，回收烟气中的余热并使锅炉上水进一步预热。

被烟气加热成饱和水的锅炉上水全部进入汽包V1102，再经过对流管束和下降管进入锅炉水冷壁，吸收炉膛辐射热在水冷壁里变成汽水混合物，然后返回汽包V1102进行汽水分离。锅炉上汽包为卧式圆筒形承压容器，内部装有给水分布槽、汽水分离器等，汽水分离是上汽包的重要作用之一。分离出的饱和蒸汽再次进入炉膛F1101进行汽相升温，成为过热蒸汽。出炉膛的过热蒸汽进入减温器E1101壳程，进行温度的微调并为锅炉上水预热，最后以工艺所要求的过热蒸汽压力、过热蒸汽温度输送给下一生产单元。

燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器；空气经由变频鼓风机K1101送入燃烧器。燃料与空气在燃烧器混合燃烧，产生热量使锅炉水汽化。燃烧产生的烟气带有大量余热，对省煤器E1102中的锅炉上水进行预热。

2.2 工艺过程简介

软化水流量为F1106，温度为常温20℃，经由调节阀V1106进入除氧器V1101顶部。除氧蒸汽分两路，一路进入热力除氧头，管线上设有调节阀PV1101；另外一路进入除氧器下水箱，管线上设有开关阀XV1106。除氧器压力为P1106，除氧器液位为L1101。软化水在除氧器底部经由上水泵P1101泵出。

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锅炉上水流量为F1101，锅炉上水管线上设有上水泵出口阀XV1101，上水管线调节阀V1101，以及旁路阀HV1101。锅炉上水被分为两路。一路进入减温器E1101预热，预热后与另外一路混合进入省煤器E1102。两路锅炉上水管道上分别设有调节阀V1102和V1103。正常工况时，大部分锅炉上水直接流向省煤器，少部分锅炉上水流向减温器，其流量为F1102。

汽包V1102顶部设放空阀XV1104，汽包压力为P1103。汽包中部设水位检测点L1102。在汽包中通过汽水分离得到的饱和蒸汽温度为T1102，经过炉膛汽相升温得到的过热蒸汽温度为T1103。

过热蒸汽进入减温器E1101，进行温度的微调。最终过热蒸汽压力为P1104，温度为T1104，流量为F1105。过热蒸汽出口管道上设调节阀V1105。

燃料经由燃料泵P1102泵入炉膛F1101的燃烧器，燃料流量为F1103，燃料压力为P1101，燃料流量管线设调节阀V1104，燃料泵出口阀XV1102。空气经由变频风机K1101送入燃烧器，变频器频率为S1101（被归一化到0~100%之间），空气量为F1104。

省煤器烟气出口处的烟气流量为F1107，温度为T1105。烟气含氧量A1101设有在线分析检测仪表。烟道内设有挡板DO1101。

炉膛压力为P1102，炉膛中心火焰温度为T1101，为红外非接触式测量，仅提供大致温度的参考。 .

2.3 仪表及操作设备说明

（1）检测仪表 位号 检测点说明 单位 位号 检测点说明 单位 AI1101 FT1101 FT1102 烟气含氧量 锅炉上水流量 % PT1101 燃料压力 MPa MPa MPa kg/h PT1102 炉膛压力 去减温器的锅炉上水流kg/h PT1103 汽包压力 7

量 FT1103 FT1104 FT1105 FT1106 燃料流量 空气量 过热蒸汽流量 软化水流量 kg/h PT1104 过热蒸汽压力 m3/s PT1106 除氧器压力 kg/h TT1101 炉膛中心火焰温度 MPa MPa ℃ kg/h TT1102 汽水分离后的过热蒸汽温℃ 度 FT1107 烟气流量 kg/h TT1103 进入减温器的过热蒸汽温℃ 度 LT1101 LT1102 除氧器液位 汽包水位 % % TT1104 最终过热蒸汽温度 TT1105 烟气温度 ℃ ℃ （2）执行机构 位号 执行机构说明 V1101 锅炉上水管线调节阀 V1102 直接去省煤器的锅炉上水管线调节阀 V1103 去减温器的锅炉上水管线调节阀 V1104 燃料管线调节阀 V1105 过热蒸汽管线调节阀 （3）开关阀 位号 执行机构说明 位号 执行机构说明 位号 执行机构说明 V1106 软化水管线调节阀 PV1101 除氧蒸汽管线调节阀 S1101 鼓风机变频器 DO1101 烟道挡板 XV1101 锅炉上水泵出口阀/截止阀 XV1104 汽包顶部放空阀 XV1102 燃油泵出口阀/截止阀 （4）手操阀 位号 HV1101 执行机构说明 锅炉上水管线调节阀旁路阀 XV1106 通入除氧器下水箱的除氧蒸汽管线阀 8

3. 总体方案设计原则

系统控制方案设计在整个工程方案设计中占有十分重要的地位，一个控制系统的成功与否主要取决于是否有一个设计优良的控制方案。任何一种控制系统设计的目的都是为了满足生产过程中的工艺要求，从而提高产品质量和生产效率。因此，为实现此目的，设计加热炉装置的控制方案时，应遵循以下基本原则： （1）满足要求

最大限度地满足被控对象的控制要求，这是设计该控制系统的首要前提，也是设计中最重要的一条原则。进行设计前，需要深入了解被控对象，收集资料。 （2）安全可靠

保证控制系统长期运行的安全、可靠、稳定，是设计中的重要原则。为了达到这一目的，在系统方案设计、可靠性设计、设备选择、软件编程方面应进行总体规划和全面考虑。 （3）经济实用

在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单、经济、实用、维护方便。 （4）适应发展

考虑到生产发展和工艺的改进，设计的控制系统应具有适当的扩展功能。

3.1 调节阀选型原则

于一个具体的控制系统来说，究竟选择气开阀还是气闭阀，要由具体的生产工艺来决定。一般来说，要根据以下几条原则进行选择：

① 首先要从生产安全出发，即当气源供气中断、控制器故障无输出或调节阀膜片破裂、漏气等而使调节阀无法正常工作，使得阀芯回复到无能源的初始状态时，应能确保生产工艺设备的安全，不致于发生事故。

② 从保证产品质量出发，当调节阀处于无能源状态而回复到初始位置时，不应降低产品的质量。

③ 从降低原料、成品、动力损耗来考虑。 ④ 从介质的特点考虑。

一般来说，根据上面介绍的几条原则，调节阀开、闭形式不难选择。不过，

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如遇到下面两种情况时，在调节阀开、闭形式的选择上需要加以注意。第一种情况是由于工艺要求不一，对于同一调节阀可以有两种不同的选择结果。如果出现这种情况，需要与工艺专业人员认真分析、仔细协商、分清主次、权衡利弊、慎重选择。第二种情况是某些生产工艺对调节阀开、闭形式的选择没有严格要求，调节阀的开、闭形式可以任选。

3.2 控制器正反作用选择原则

从控制原理可知，对于一个反馈控制系统，只有在负反馈的情况下，系统才是稳定的，当系统受到干扰时，其过渡将会是衰减的。反之，如果系统是正反馈，那么系统是不稳定的，一旦遇到干扰，过渡过程将会发散。系统不稳定当然是不希望发生的，因此，对于反馈控制系统来说，要使系统能够稳定地工作，必须要构成负反馈，即控制回路各个环节的符号之积为负值。在控制回路中，对象、调节阀、测量变送装置和偏差环节的符号是很容易确定的，这样就可以确定控制器的正反作用。

需要注意的是，对于DCS 而言，偏差为设定值减去测量值，因为该环节的输入为测量值，当测量值减少的时候，偏差增加；当测量值增加的时候，偏差减少，因此，该环节的符号一直为负。

3.3 控制器规律选择原则

工业过程中常见的控制规律有开关控制、比例控制、比例-积分控制、比例-微分控制、比例-积分-微分控制等。过程工业中常见的参数有流量、液位、压力和温度，这些参数有些是重要的生产参数，有些是不太重要的参数，所以控制要求也是各有不同，控制规律的选择

要根据具体情况而定。有一些基本原则可以在选择时加以考虑：

（1）对于不太重要的参数，可以考虑采用比例控制，甚至采用开关控制； （2）对于不太重要的参数，但是惯性较大，又不希望动态偏差较大，可考虑采用比例-微分控制。但是对于系统噪声较大的参数，例如流量，则不能选用比例-微分控制；

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（3）对于比较重要的、控制精度要求比较高的参数，可采用比例-积分控制； （4）对于比较重要的、控制精度要求比较高、希望动态偏差小、被控对象的时间滞后较大的参数，应该采用比例-积分-微分控制或者是先进控制算法。

4. 控制方案

锅炉燃烧控制系统通常分为炉膛负压控制、蒸汽压力控制和炉膛含氧量控制三个子系统。在燃烧控制系统的三个子系统中，通常通过调节燃料量维持蒸汽压力的恒定，调节送风量以保证燃烧的经济性，调节引风量维持炉膛负压的稳定。其中关键的问题是如何保证燃烧的经济性，在燃料量变化的同时如何相应地调节送风量，即如何确定系统的空燃比， 因此，燃烧调节系统具有如下特点： a. 由于靠燃料量的变化来适应负荷变化的需要，具有较大的延迟和惯性，因此燃烧量改变后需要一定的输送、燃烧和热量传递时间，才能反应到蒸汽量或汽压的变化上。

b. 炉排上有一定的燃料储存，瞬间改变送风量加快燃烧，能较快地适应负荷变化的需要。即当需要增加负荷时，先增加风量，可使储存在炉排上的燃料迅速燃烧，很快提高锅炉的蒸发量，以后再靠增加燃料量来保证负荷的要求。 c. 由于燃料品种经常变化，给合理送风带来一定困难。为此可采用烟气含氧量作为送风调节的信号,新型的测氧元件－ 氧化锆测氧器的氧量信号反应迅速、可靠。

由于出口温度和氧含量调节通道的滞后时间与时间常数相比都比较大，尤其是出口温度广义对象传递函数已接近1 : 1 ，如果再采用常规的PID 控制算法，由于PID 调节属于“事后调节”，它本身不具备克服纯滞后的能力，用于大纯滞后对象，无论在稳定性和响应速度上都难以达到较好的指标。

针对燃煤锅炉燃烧系统的纯滞后问题，国内外展开了广泛的研究并提出了许多新的控制策略如广义预估控制、模糊控制等，引入燃煤锅炉的控制中，这些先进的控制算法有的在实际应用中取得较好的控制效果。但是，考虑到本锅炉控制系统中，下位机运算速度和内存容量的限制．有些控制算法虽然比较好，但运算量大、占机时多；有些算法需要对象有精确的数学模型，我们实测得到的模型是在某一

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工作点附近测得的，山于对象的非线性，模型不可能很准确。所以，这些先进的控制算法对本系统的小型下位机未必适用。在测试分析该燃煤热水锅炉燃烧对象特性的基础上，结合国内外有关锅炉控制方案和本锅炉的实际，经过现场试验，最终确定的控制方案如图3所示。

出口温度的控制采用算法简单、易于掌握、对大滞后有较强克服能力的“等等看”控制算法；氧含量控制回路采用前馈一反馈控制，控制算法采用变形的PID 算法― 积分分离式算法：负压回路，由于滞后相对比较小，采用一般PID 算法加引风前馈的控制策略。

图 3 燃烧过程控制系统框图

出口温度的“等等看”控制算法：

“等等看”控制算法就是仿人工操作而设计的一种非连续的自动控制方式．其主要思想是：偏差e 的校正是不连续的，只有偏差大到必须改变控制量时，才使控制量发生相应的变化：在施加控制之后，等一段时间看看控制效果，以决定是否进一步施加控制．“等等看”控制算法有如下优点：

1）我们研究的对象是供暖用燃煤低压热水锅炉，出口温度有土l ℃ 左右的偏

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差是允许的；而且，主要的千扰如入口温度的变化是缓慢进行的，没有大的频繁的干扰，所以“等等看”控制算法是适用的。

2）算法简单，在计算机内较短的程序就可以实现，减少了计算机的负担。需整定的参数少，易于被现场工作人员掌握。

3）对于纯滞后大的对象，对控制中由纯滞后引起的系统振荡有很好的克服作用 4）避免了煤量的频繁调节．如果入口温度没有大的变化，长时间内无须改变煤量，从而保证炉排上煤层厚度均匀。所以，“等等看”控制算法对层燃炉是非常适用的。

根据燃烧系统的特点，设计出燃烧自动控制系统的结构框图。由图可知，本系统由汽包蒸汽压力控制炉排的给进速度， 即燃料量的多少。 针对锅炉系统负荷变化较大的特性，本系统在汽包压力控制回路中引入蒸汽流量作为前馈信号。由于从蒸汽压力的动态特性可知，蒸汽负荷的改变最终必将造成燃料量的变化，将蒸汽流量作为前馈信号能够使燃料量尽快跟上负荷的变化。从热量的意义上来说，蒸汽流量表示了目前用汽带走的热量，汽包压力的大小表示了蒸发部分储热量的亏欠或盈余，两者决定了作为热量来源的燃料量的大小。

为保证燃料的充分燃烧，送风量的大小应该与燃料量作协调变化。为此，在本系统中，汽包压力调节器的输出信号作为前馈信号被引至送风副调节器。送风调节采用串级控制方式，其主调节信号为烟气中的氧含量，副调节器信号是送风量，调节器的输出通过控制变频器达到调节电机转速的目的，如果锅炉的漏风量小，氧分析仪的测量信号准确，这样的燃烧控制系统可以明显改善锅炉的热效率，取得很好的经济效益。

锅炉引风控制回路的工作原理比较简单，其控制目标是保证炉膛压力为 0 -100Pa 的微负压。为了使引风机能快速跟随送风量的变化，在本系统中将送风调节器的输出信号引入引风调节器，作为前馈信号。

4.1 炉膛负压控制

由于燃烧状态的不稳定，炉膛负压大范围、无规律地波动，波动范围约是O～ -100Pa . 有时还瞬时出现微正压，如果我们拿测量的信号直接用于控制，会造

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成阀门频繁动作，有时可能是误动作。而炉膛负压是一个重要的生产变量，必须对它进行控制．模仿操作工的操作方法，我们对负压的测量值加了一个长时间的滑动滤波，滤波后的值反映了炉膛负压变化的总体趋势，参与控制，取得很好的效果。另外，在调节器算法中规定一个死区，只要负压不超过这个值，使调节器输出不变来防止阀位的误动作。从投运效果来看，在鼓风量或煤量变化后，能通过调节引风阀，将负压的均值控制在给定值的士SPa 以内。

鼓风量的变化是本调节回路最大的干扰，而鼓风量没有准确计量，所以将鼓风阀门开度近似为风量大小，作为前馈信号引入。

锅炉正常运行时，炉膛压力必须保持在规定的范围之内。在负压操作中，如果负压偏正，则锅炉炉膛局部地区容易喷火，不利于安全生产以及环境卫生；但是如果负压过大，漏风严重，会导致总风量增加，烟气热损失增大，这样会不利于经济燃烧。在如图3所示的锅炉控制系统的燃烧过程自动控制系统中，炉膛负压控制系统自成一个单回路控制系统。当进风量随锅炉负荷改变而改变时，由于炉膛负压的变化，负压控制系统将通过调节引风机入口档板，改变引风量使之与送风量相平衡，从而将炉膛负压控制在额定值上。

图4 炉膛负压控制回路框图

炉膛负压的主要扰动量是鼓风量的改变，调整量为引风量。取鼓风量作为负压控制回路的前馈可以使炉膛负压快速消除鼓风变化扰动，保持稳定。负压控制回路框图如图4所示。

4.2 蒸汽压力控制

锅炉的主要任务是生产蒸汽。锅炉产生的蒸汽用于发电或各种需要蒸汽的生产过程，生产工艺要求锅炉不仅要输出足够的蒸汽量，还要保持输出蒸汽压力的

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稳定。锅炉是通过调整炉排转速即燃料的供给量来保证在输出足够蒸汽量的同时保证锅炉的输出蒸汽汽压恒定。

由于从给煤量的改变到蒸汽压力的变化要经过较长时间，因此锅炉汽压控制回路有比较大的纯滞后，同时锅炉汽压控制回路还受到煤种、煤质甚至气候条件等诸多因素的影响，而且与水位、鼓风量等都有耦合，因此是较难控制的回路。锅炉汽压回路的被控量是蒸汽压力，主要扰动量是蒸汽负荷的改变，其主要调节量是给煤量，同时送风量的大小对燃烧也有较大影响，因此也对汽压回路造成扰动。送风量应与给煤量成一定的比例，以维持煤的充分燃烧。我们采用智能PID算法对汽压控制回路进行控制，同时引进蒸汽流量作为前馈以快速消除负荷扰动，形成如图5所示的蒸汽压力控制回路框图。

图 5 蒸汽压力控制回路框图

过热蒸汽温度控制系统，过热蒸汽的温度是锅炉生产过程的重要参数，一般由锅炉和汽轮机生产的工艺确定。一方面，蒸汽温度过高会烧坏过热器水管，也会对负荷设备的安全运行带来不良影响，因为锅炉金属强度的安全系数设计比较小，超温严重会使汽机或其它负荷设备膨胀过大，使汽机的轴向推力增大而发生事故；但是，另一方面，过热蒸汽的温度过低将直接影响负荷设备的正常运行。就汽机而言，蒸汽温度过低会严重影响它的效率，一般来说，汽轮机的进汽温度每降低5度，效率约降低1%。因此从安全生产和经济技术指标上看，必须控制过热蒸汽温度在允许范围之内。在锅炉控制系统中，过热蒸汽温度控制系统设计为如图6所示控制方式。

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蒸汽温度蒸汽过热器TC减温水图6 过热蒸汽温度控制系统框图

在图6所示的锅炉过热器出口过热蒸汽温度控制系统中，调节手段是改变减温水流量。通过热电阻检测过热蒸汽温度，经过温度变送器来调节冷水机减温水调节阀的开度，通过调节减温水的流量来控制过热蒸汽的温度。

M 4.3 过热蒸汽汽温控制

过热蒸汽温度是非常重要的参数，过高会烧坏过热器水管，对负荷设备的安全运行带来不利因素，过低会直接影响负荷设备的使用。因此它的控制要求比较严格，一般工艺上都是用喷水减温的方法来控制过热蒸汽温度。根据过热蒸汽温度和减温器后蒸汽温度调节减温水调节阀，使过热蒸汽温度维持在工艺安全范围，见图7。

图7 过热蒸汽温度调节流程

当入口蒸汽及减温水一侧扰动时，首先反应为减温器后汽温的变化，这个回路就可以及时调整，使扰动对过热蒸汽温度的影响大大减少，提高了调节品质。

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4.4 炉膛含氧量控制

鼓风量的控制从实测的特性可知，鼓风量控制回路对象纯滞后和时间常数之比接近1/2 ，所以采用常规PID 也容易产生超调和振荡．这里采用了积分分离的PID 算法，即在偏差大的时候取消积分作用。控制算式可写为： 1 ）偏差时，实现pD 控制； 2 ）偏差时，实现PID 控制。

采用积分分离PID 算法后，显著降低了被控变量的超调，缩短了过程达到新的稳态的时间。另外，煤量的变化是本控制回路最大的于扰，如果煤量变化后等到烟气中的氧含量有变化后再去调节风量，显然是来不及的。如果煤量变化大，还会冒黑烟严重污染环境。所以，把煤量信号作为前馈引入到风量调节回路中，当煤量发生变化时，及时改变风量进行粗调，然后再由PID 进行细调来消除余差。 另外，用煤量作为鼓风量控制的前馈时．可实现在煤量增加时及时增加风量，但是在煤量减少时立即减风却不合适。因为煤进入炉膛后并不象燃油或气那样立即完全燃烧，如果立即减少风量，会导致助燃风量不足。所以必须加一个判断，看煤量是增加还是减少，增加时，立即增加鼓风量：煤量减少时，可等待一段时间，等煤量改变前抛入的煤（尤其是粉状煤）燃烧一段时间后再减小风量。 炉膛含氧量控制系统包括除氧器压力和液位两个控制子系统。在锅炉控制系统中，除氧器压力控制系统和除氧器液位控制系统都设计为单回路控制方式。在满足锅炉生产的实际要求的前提下，单回路控制方式具有结构简单、容易整定和实现等优点。

对于除氧器压力系统而言，当除氧器压力发生变化时，压力控制系统调节除氧器的进汽阀，改变除氧器的进汽量，从而将除氧器的压力控制在目标值上。对于除氧器液位系统，当除氧器液位发生变化时，液位控制系统调节除氧器的进水阀，改变除氧器的进水量，从而将除氧器的液位控制在目标值上。

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5. 控制系统组态 5.1 设备组态

此套系统包括两台操作员站（其中一台操作员站的一个IP地址为所使用计算机的IP地址，其它IP地址根据规定自行定义）、一台工程师站、两台服务器（其中一台服务器的一个IP地址为128.0.0.30，其它IP地址根据规定自行定义）、一台现场控制站（站内的IO设备根据测点自行配置）。

图8 系统设备组态图

图9 I/O设备组态图

5.2 数据库组态

根据测点组态。

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图10 测点组态图

5.3 控制算法组态

图11 算法控制组态图界面

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6. 心得体会

首先，我们要充分利用所学的DCS知识以及和利时系统知识，在实践中进一步理解和掌握所学知识，真正达到学以致用的目的。不能盲目的查找资料，要首先对问题细心的考虑，真正理解设计任务，有了初步的设计思想后，再对所需求的资料进行查找，查找到资料后，先将资料上的知识弄懂学会，使其真正变成自己的知识后，再进行运用。

当然，这次课设我找到了自己很多不足之处，这些都是自己需要在以后长期的工作过程中需要克服的毛病和缺点。我相信这次课程设计将成为自己工作和学习中的宝贵的财富，也再次感谢这三个星期以来帮助我的老师和同学。我也从这次课设中学到了电厂控制系统中dcs的设计和工作原理。使我获益匪浅，为到电厂中工作打下良好的基础。

参考文献

[1]王建国，孙灵芳，张利辉.电厂热工自动控制.北京：中国电力出版社，2009 [2]白焰.分散控制系统与现场总线控制系统—基础、评选、设计和应用. 北京：中国电力出版社，2001

[3]和利时公司软件组态手册.北京：和利时公司,1999 [4]和利时公司硬件手册.北京：和利时公司，2000 [5]和利时公司系统手册.北京：和利时公司，2001

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6. 心得体会

首先，我们要充分利用所学的DCS知识以及和利时系统知识，在实践中进一步理解和掌握所学知识，真正达到学以致用的目的。不能盲目的查找资料，要首先对问题细心的考虑，真正理解设计任务，有了初步的设计思想后，再对所需求的资料进行查找，查找到资料后，先将资料上的知识弄懂学会，使其真正变成自己的知识后，再进行运用。

当然，这次课设我找到了自己很多不足之处，这些都是自己需要在以后长期的工作过程中需要克服的毛病和缺点。我相信这次课程设计将成为自己工作和学习中的宝贵的财富，也再次感谢这三个星期以来帮助我的老师和同学。我也从这次课设中学到了电厂控制系统中dcs的设计和工作原理。使我获益匪浅，为到电厂中工作打下良好的基础。

参考文献

[1]王建国，孙灵芳，张利辉.电厂热工自动控制.北京：中国电力出版社，2009 [2]白焰.分散控制系统与现场总线控制系统—基础、评选、设计和应用. 北京：中国电力出版社，2001

[3]和利时公司软件组态手册.北京：和利时公司,1999 [4]和利时公司硬件手册.北京：和利时公司，2000 [5]和利时公司系统手册.北京：和利时公司，2001

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