电厂锅炉汽温模糊控制系统_毕业论文(编辑修改稿)

电厂锅炉汽温模糊控制系统_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

应用软件。 (a)系统软件 系统软件一般包括汇编语言、高级算法语言、过程控制语言等语言加工程序、 数据结构、数据库系统、管理计算机资源的操作系统、网络通信软件、系统诊断 程序等，系统软件一般由计算机设计人员研制，由计算机厂商提供。 对于计算机 控制系统的设计和维护人员，要对系统软件有一定程度的了解，并会使用系统软 件，以便更好的编制应用软件。 (b)应用软件 应用软件是根据用户所要解决的实际问题而编制的具有一定针对性的计算机 程序，这些程序决定了信息在计算机内的处理方法和算法。 计算机控制系统的应 用软件一般有：过程输入程序、数据处理程序，过程控制程序，过程输出程序， 人机接口程序，显示、报警、打印程序以及各种公用子程序等。 应用软件的开发 与被控对象的动态特性以及运行方式密切相关，因此，应用软件的开发人员除掌 握计算机的应用技术外，还应了解被控对象的特性和运行要求，才有可能开发出 合理的应用软件。 计算机控制系统的软件优劣与否，既关系到系统硬件的功能发挥，也关系到 对生产过程的控制品质和管理水平，同时还影响计算机系统工作的稳定性和可靠 性。 例如，同样的硬件配置，采用高性能的软件，可以获得更好的控制效果 ，反 之，硬件功能难以充分发挥，达不到预定的控制目的，甚至会造成系统“死机” 等不良现象。 计算机控制和管理的实时性，不仅取决于硬件指标，同样很大程度 上依赖于系统软件和应用软件。 1． 4． 3电厂控制系统的体系结构 在火力发电厂内针对不同的控制对象采用不同的过程控制设备。 可编程逻辑控制器 (PLC)是一种以微处理器为核心、具有贮存记忆功能的数字化控制装置。 它的最大特点是提供了开关量输入、输出通道，可以通过预先编制好的程序来实现时间顺序控制或逻辑程序控制，以取代以往复杂的继电器控制装置。 目前，各厂家生产的 PLC均已标准化、模块化、系列化。 PLC中的一个 I／ 0模块通常可输入或输出 16～ 64个点。 用户可根据需要灵活选配模块构成不同规模的 PLC。 新型的 PLC，还提供了模拟量输入、输出通道和 PID等控制量算法，可以实现连续过程的控制。 这种集模拟量控制和开关量控制为一体的 PLC，通常也成为可编程控制器(Programmable Controller，简称 PC)PLC一般设有异步通信接口 (RS— 232或 Rs— 422)，它既可作为一个独立的控制站直接与分散控制系统的操作站交换信息，也可以连接到分散控制系统的现场总线上，还可以通 过网间连接器与分散控制系统的上层通信网络连接。 具有很多优点 ： 第一、控制分散、信息相对集中。 系统运用了大系统递阶控制的思想，将系统功能垂直分解和将生产过程水平分解，采用了全防卫高度分散的系统结构。 生产过程的控制是容国只负责少量控制回路、功能强大、具有～定自治能力、以微14 处理器为核心的一系列标准化模件予以实现 它既能代替常规模拟仪表完成规定的控制任务，又能实现更为高级复杂的控制规律。 分散控制结构相对于集中式计算机控制，不仅提高了各功能模件的相对独立性和自主性，还能保证局部故障时不危及整个系统。 控制上的分散带来的危 险分散、大大提高了系统的可靠性。 利用系统的通信网络、存贮设备和软件系统等，可实现整个系统的监视和操作集中，以及综合信息集中，有利于全面了解和有效操纵生产过程及系统的运行。 第二、控制功能齐全、控制算法丰富。 分散控制系统充分利用和发挥了计算机的优势，可以实现满足生产过程需求的各种控制功能。 它不仅集连续控制、顺序控制和批量控制于一体，还可以通过软件的开发在原来已有的各种控制算法基础上，方便地吸纳和积累许多新颖实用的控制算法，使其不断地丰富与完善，而且可以实现串级、前馈、复合、解藕等复杂的控制方式和自适应、预报、 最优、智能化等更高级更先进的控制技术。 分散控制系统灵活的组态功能，能使其丰富的控制功能得以充分的体现和应用，从而提高了系统的可控性。 计算机所具有的强大的贮存和逻辑判断能力，使得分散控制系统可根据生产环境和条件的变化，及时 做出 判断，选择最为合理的控制对策，以达到理想的控制效果。 这些是常规模拟调节器所不可比拟的。 除上述功能之外，分散控制系统还可以实现对生产过程的各级管理。 如生产过程的平衡计算与性能计算、寿命管理、经济核算、生产计划与调度等等。 为实现全厂综合自动化提供了物质基础和综合条件。 第三、灵活性好、适应性强、具有较好的开放性。 分散控制系统的硬件和软 件都采用标准化、模块化的开放式的设计。 硬件系统采用积木组装结构，它可以 通过选择不同数量、不同功能或类型的插接式模件 (如 5／ 0模件、控制模件、通 信模件、显示模件等等 )组成不同规模和不同要求的硬件环境，以适应不同用户 的需要。 若要改变系统规模时，只需减少或增加相应的模件，而不影响系统其它 硬件的功能发挥。 同时，系统的应用软件也采用模块结构、用户只需借助系统的 组态软件，用回答问题或填写表格等方式，可方便地将所选择的硬件与相应的软 件模块联系起来，构成所需功能的控制系统，硬件和软件的模块化，便于系统的 O组态，提高了系统配置的灵活性，有利于系统的扩展与升级，适应于各种生产过程控制和管理的应用。 而且，良好的硬件特性还能提高对各种应用环境的适应能力。 第四、实时性好、协调性强。 分散控制系统采用了现代通信网络和先进的微 处理器，可实现各模块或工作单元间的信息高速传输、信息共享以及信息的管理， 在优良的实时操作系统 (如 Unix等 )、实时时钟和中断处理系统的支持下，所有 信息采集、处理、显示以及控制都具有良好的实时性，能及时观察到生产过程的 微 小变化，及时对生产过程进行控制操作，由于微处理器非凡的逻辑功能和计算 能力，能综合分析和协调处理各种信息，并能通过通信网络将各工作单元的工作 协调起来，所以，分散控制系统既能协调系统内部的工作，也能对生产过程进行 从而提高系统的可靠性。 其次，采用先进的高质量的大规模或超大规模集成电路， 在确保选用质量可靠的元器件的基础上，大幅度减少元器件数量和应用表面安装 技术，提高硬件设计和制造的可靠性，最大限度地降低硬件故障率。 再其次，采 用硬件冗余和软件容错技术，使系统的关键硬件 (如通信网络、操作监视站、电 源、主要 模件等等 )双重化配置，使系统的软件具有故障检测、诊断、处理和程 序卷回、指令复执等功能。 在系统出现差异时，可实现自动报警、故障部件自动 隔离、热备用的冗余部件自动投入、故障部件带电捅拔等在线处理，以及手动后 援。 最后，采用“电磁兼容性”设计，即通过接地、屏蔽、隔离等技术手段，提 15 高系统的抗干扰能力以满足系统应用环境并留有充分的裕度，以保证系统的可靠 性。 SIS系统 (Supervision Information System)是指电厂厂级监控信息系统，是属于全厂级生产过程自动化的范畴。 目前，世界范围内都非常 重视信息化建设，希望以此推动各国、各部门、各企业的改革和发展。 随着近几年中国电力体制改的深入发展，厂网分开、竞价上网已经成为必然发展趋势。 在此大环境下，国内各电厂也必需重视整合企业现有软硬件资源，在整个电厂内实现资源共享，真正做到管控一体化，为电厂整体效益的提高打下坚实的基础， SIS系统的建立响应了以信息化建设来提高电厂生产过程管理、决策水平的需求。 SIS系统强调面向用户，其主要任务是辅助决策，强调对决策者提供系统外部环境信息、内部综合信息、决策者个人经验和判断等方面的支持。 1． 5本文所做的工作 针对某厂自备电站锅炉汽温控制系统，应用模糊控制技术进行改造，通过与传统的 PIP控制技术仿真对比，来探讨模糊控制在发电厂锅炉汽温控制系统中的应用。 为此，本文所做的主要工作如下： (1)以某厂 锅炉汽温控制系统为例，在实现传统的 PID控制的基础上，进一步应用模糊控制技术的改造方案。 (2)锅炉 汽水 系统模糊控制器的总体方案设计。 主要包括输入量的模糊化，模糊控制规则的形成，输出信息的精确化。 (3)利用 MATIAB7． 0中的 SIMULINK对系统仿真，分析模糊控制与 PID控制的优越性。 (4)就如何将本文提出的控制理论、算法和控制规则广泛应用于实践进行进一步探讨。 16 第二章 锅炉蒸汽温度自动控制系统的分析 2． 1引言 过热蒸汽温度自动控制是维持过热器出口蒸汽温度在允许范围内，并且保护 过热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。 过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重 要指标之一，过热蒸汽温度过高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。 目前，汽包锅炉的过热器侧调温都是以喷水减温方式为主的。 它的原理是将洁净 的给水直接喷进蒸汽，水吸收蒸汽的汽化潜热，从而改变过热蒸汽温度。 汽温的 变化通过减温器喷水量的调 节加以控制。 本章将以单元机组为控制对象，讨论汽 包锅炉蒸汽温度控制系统的构成、工作原理、特点及方案比较。 2． 2过热汽温控制的任务 近代锅炉对过热汽温和再热汽温的控制是十分严格的，允许变化范围一般为 额定汽温177。 5℃。 汽温过高 或过低，以及大幅度的波动都严重影响锅炉、汽轮机的安全和经济性。 蒸汽温度过高，若超过了设备部件 (如过热器管、蒸汽管道、阀门，汽轮机 的喷嘴、叶片等 )的允许工作温度，将使钢材加速蠕变，从而降低设备使用寿命。 严重的超温甚至会使管予过热而爆破。 过热器、再热器一般由若干级组成。 各级 管子常使用不同的材料，分别对应一定的最高许用温度。 因此为保证金属安全， 还应当对各级受热面出口的汽温加以限制。 此外，还应考虑平行过热器管的热偏 差及汽温两侧偏差，防止局部管子的超温爆漏和汽轮机汽缸两侧的受热不均。 因 而过热汽温的上限一般不应超过额定值 5℃。 蒸汽温度过低，将会降低热力设备的经济性。 对于亚临界、超临界机组，过 热汽温降低 10℃，发电煤耗将增加约 ／ (kWh)，再热汽温每降低 1℃， 发电煤耗将增加约 0． 89标煤／ (kWh)。 汽温过低，还会使汽轮机最后几级的蒸汽 湿度增加，对叶片的侵蚀作用加剧，严重时将会发生水冲击，威胁汽轮机的安全。 因此运行中规定，在汽温低到一定数值时，汽轮机就要减负荷甚至紧急停机。 因 而过热汽温的下限一般不低于额定值 10℃。 汽温突升或突降会使锅炉各受热面焊口及连接部分产生较大的热应力。 还将 造成汽轮机的汽缸与转子间的相对位移增加，即胀差增加。 严重时甚至可能发生 叶轮与隔板的动静摩擦，汽轮机剧烈振动等。 过热汽温的额定值通常在 500℃以上，例如高压锅炉一般为 540℃，就是说要使过热汽温保持在 540177。 5℃的范围内。 性分析 影响过热器出口蒸汽温度变化的原因很多，如蒸汽流量变化、燃烧工况变化、 锅炉给水温度变化、进入过热器的蒸汽温度变化、流经过热器的烟汽温度和流速 变化、锅炉受热面结垢等。 但归纳起来，主要有三个方面： (负荷 )扰动下过热汽温对象的动态特性 当锅炉负荷扰动时，蒸汽流量的变化使沿整个过热器管路长度上各点的蒸汽流速几乎同时改变，从而改变过热器的对流放热系数，使过热器出口汽温的阶跃响应曲线如图 2． 1所示，其特点是：有滞后、有惯性、有自平衡能力，且 /ct 较17 小。 当锅炉的负荷增加时，对流式过热器和辐射式过热器的出口汽温随负荷变化的方向是相反的。 负荷增加时，通过对流式过热器的烟汽温度和流速都增加，从而使对流式过热器的出口汽温升高。 但是，由于负荷增加时，炉膛温度升高不多，而炉膛烟温升高所增加的辐射热量小于蒸汽负荷增大所需要的吸热量，因而当负荷增加时，辐射式过热器出口汽温是下降的。 现代大型锅炉的过热器，对流式过热器的受热面积大于辐射式过热器的受热面积，因此总的汽温将随负荷增加而升高。 图 2． 2表示烟气热量 Qy阶跃变化时 过热汽温的反应曲线，其特点是：有迟延、有惯性、有自平衡能力。 烟气热量扰动 (烟气温度和流速产生变化 )时，由于烟气流速和温度的变化也是沿整个过热器同时改变的，因而沿过热器整个长度使烟 图 2． 1负荷扰动下的动态特性 气传递热量也同时变化，所以汽温反应较快，其时间常数 cT 和迟延 t均比其他扰动小。 现场当中是通过改变烟气温度 (例如改变喷燃器角度或改变喷燃器投入的个数 )或改变烟气流量来求取汽温响应曲线的。 2． 3． 3减温水量扰动下的过热汽。 温动态特性 当减温水流量扰动时，改变了高一温过热器的入口汽温，从而影响了过热器出口汽温，其阶跃响应曲线如图 2． 3所示。 从图中可看出，其特点也是有迟延、有惯性、有自 平衡 能力的。 但是由于现代大型锅炉的过热器管路很长，因而当减18 温水流量扰动时，汽温反应较慢。 图 2． 2烟气热量扰动下的动态特性 对于一般高、中压锅炉，当减温水流量扰动时，汽温的迟延时间  ≈ 30～ 60s，时间常数 cT ≈ 100s，而当烟气侧扰动时  10～ 20s， cT 100s。 可见，当负荷扰动或烟气热量扰动时，汽温的反应较快；而减温水量扰动时，汽温的反应较慢。 因而从过热汽温控制对象动态特性的角度考虑，改变烟气侧参数 (改变烟温或烟汽流量 )的控制手段是比理想的 (因为负荷信号由用户决定，不能作为控制量 )，但具体实现较困难，所以一般很少被采用。 喷水减温对过热器的安全运行比较有利，所以尽管对象的特性不太理想，但还是目前广泛被采用的过热蒸汽温度控制 方法。 采用喷水减温时，由于对象控制通道有较大的迟延和惯性以及运行。