华北电力大学除氧器给水控制课程设计

课程设计（综合实验）报告

分散控制系统与现场总线技术课程设计

除氧器水位自动调节系统

一、 除氧器给水系统简介：

1 除氧器给水系统的组成

除氧器给水系统大的组成部分主要有，除氧器、给水泵组、高加系统三大部分组成。其作用主要是把凝结水经过除氧器除氧后，经给水泵升压，通过高压加热器加热供给锅炉提高循环的热效率，同时提供高压旁路减温水、过热器减温水和再热器减温水。

2 除氧器水位控制的必要性

除氧器水箱用以保证锅炉有一定的给水储备量，一般要求能满足锅炉额定负荷下连续运行15-20min的给水量。水位太低因储备量不足而危及锅炉的安全运行，还可能使给水泵入口汽化，导致给水泵不能正常工作；水位太高，可能淹没除氧头而影响除氧效果。一般要求水位在规定值±100mm-±200mm范围内，所以除氧器设计有水位自动控制系统，并有高、低水位异常报警和连锁保护。

将给水加热到相应除氧器内压力的饱和温度，可以保证气体从水中分离出来，很好的清除氧气的主要机理是加热除氧。除氧器除了通过用汽轮机抽气加热给水到沸腾状态以除氧外，还担负着向给水泵不断供水的任务，为了保证给水泵安全运行，即要求避免给水泵入口发生汽化或缺水事故，一定要保证除氧器下部的给水箱保持规定的水位。除氧器水位过低，除了影响给水泵安全运行之外，甚至会威胁锅炉上水，造成停炉事故；除氧器给水箱水位过高，汽轮机汽封将上水，抽水管将发生水击，威胁汽轮机的安全运行；因此要设计可靠的除氧器水位自动调节系统。

3 除氧器水位控制的工作原理

大量的理论研究和实践表明：对交流电动机进行调速控制，不仅能使电力拖动系统具有非常优秀的控制性能，而且在许多生产场合中，还具有非常显著的节能效果。鉴于此，凝结水泵不少机组改造成为变频泵，以达到节省厂用电的目的。

除氧器水位调节设计工艺流程图如下所示：一个调节阀，100%流量调节用来进行除氧器凝结水给水控制。凝结水泵一般设计为，两台50%变频泵，一台工频泵。低负荷时，一台变频泵运行；高负荷时，两台变频泵运行；工频泵只作为备用。设置2再循环调节阀通过冷凝水再循环对冷凝水泵进行保护。

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12冷凝水63A4B除氧器5C1-冷凝器、2-凝结水再循环阀、3，4-50%变频泵、5-工频泵、6-100%主调节阀、7-给水泵7主给水图一 工艺流程示意图二、控制策略 1频凝泵转速调节

在低负荷段时（0~10%），由凝结水流量调节副阀单冲量调节除氧器水位，变频凝泵转速则为负荷指令的函数；

在高负荷段时（10%~100%），转由除氧器水位主调节阀三冲量调节除氧器水位，副调节阀关闭，此时，变频凝泵转速仍为负荷指令的函数；

控制系统SAMA图：

除氧器水箱水位除氧器水位设定值给水流量（再循环流量除外）除氧器入口凝结水流量再循环流量A变频转速f（x）B变频转速f（x）Δ PIDΔ PID∑ Δ PIDA∑ Δ PIDTA∑ 负荷指令TT凝结水再循环调节阀除氧器水位调节阀

图二 除氧器水位和再循环流量控制

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这种控制方案的主要特点是，不管在哪一个符合段，凝结水母管压力均为开环调节，存在问题：需要在不同工况和不同符合段下对函数进行整定，调试工作量大。有时为了减少手动干预，不得不将凝结水压力提高，这样又不利于节能。增加母管压力调节回路，通过母管压力反馈来调节变速泵的转速调节，保障母管压力随负荷变化的情况下，达到节能效果。 目前在所有的控制方案中，采用凝结水变频泵后，很少有考虑凝结水再循环门的改进，大多仍采用原来工频泵的设计，这样不利于变频泵的节能利用。凝结水泵在低速相应的有效汽蚀余量增加了，而泵的气蚀相似理论指出泵的必要气蚀余量与转速成正比减少。故而，海门电厂百万机组设计时增加了45%的凝结水再循环调节阀一个，低转速时通过泵的流量可以相应减少，即再循环门回路控制的设定值可以随转速降低而减小，从而改变管路特性，有利于一定转速相应的凝结水母管压力得以提高，达到节能的目的。

1凝结水再循环调节

凝结水再循环阀控制改变以往流量设定值为一固定值的方案，改为设定值由变频泵的转速指令的函数关系在给定，同时考虑单台泵运行和两台运行的情况。这种方案能更明显，是一种值得推广的控制方案。

负荷指令凝结水出口母管压力f（x）△PIDBALANCERM/A最小流量M/ATTA转速B转速

图三 变速泵转速控制

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三．系统结构与硬件配置设计

1．系统结构

（1）系统的四层结构

系统分为四层：现场级、控制级、监控级、管理级。

现场级包括若干个流量变送器、水位变送器、用作执行器的供水调节阀、循环调节阀和变速泵和工频泵。

控制级包括过程控制站，用来接收变送器送来的现场信号，按照一定的控制策略计算出所需要的控制量，并送回到现场的执行器中去。

监控级包括运行员操作站OS、工程师工作站EW。在该级上实现预定义及自由格式动态画面显示、趋势显示、弹出式报警及操作指导信息、报表打印、硬件诊断等。

管理级包括多台管理计算机，可用来存储和处理大量数据，方便工作人员对生产过程进行监测和管理。

（2）系统的通讯网络

对应着上述四层结构，系统包括四层通讯网络：现场网络Fnet、控制网络Cnet、监控网络Snet、管理网络Mnet，分别将相应层内的设备连接在一起。

（3）冗余配置

AC800F控制器之间通过槽位E2中的以太网模件EI813FR配置冗余，冗余以太网模件间采用总线连接方式，从而实现热备用，即：槽位E2中的EI813FR用于主AC800F与热备AC800F间的通讯与同步，当主AC800F故障时，可以快速、平滑地切换到热备AC800F上；E1槽位中的EI813FR作AC800F与上位机正常的网络通讯。为了提高系统的安全性，Profibus主模件FI830FR也进行了冗余配置，即当一个AC800F或其FI830FR故障后，会由另外一个AC800F上的FI830FR继续与现场设备保持通讯和完成现场控制。FI830FR通过Profibus - DP网与S800I/0站的现场总线通讯接口CI830连接，实现AC800F与I/0间的数据传输，包括I/0配置、控制信号、反馈信号、测量数据。 2．系统配置

（1）运行员操作站及工程师工作站的硬件组成：

计算机：DELL Inspiron 530：奔腾双核处理器E2140(1.60GHz,1MB L2 CACHE)，内存512MB DDR2，硬盘160GB , 19' 液晶显示器，Ethernet网络适配器。

（2）过程控制站：

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主要配置见下表：

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 型号 SD 812FR SD 812FR EI 813FR EI 813FR EI 813FR EI 813FR FI 830FR FI 830FR 名称 电源模件 电源模件 以太网模件 以太网模件 以太网模件 以太网模件 现场总线接口模件 现场总线接口模件 备注 输入电源24VDC 输入电源24VDC 屏蔽双绞线安装 屏蔽双绞线安装 屏蔽双绞线安装 屏蔽双绞线安装 与Profibus协议兼容 与Profibus协议兼容 模拟量输入输出模件的配置如下： 序号 1 2 3 4 型号 CI830 AI801 AI835 AO810 名称 Profibus通信模件 模拟量输入模件 凝水泵转速输入模件 模拟量输出模件 数量 1 3 2 2 备注 支持双绞线连接 模拟量输入8通道 模拟量输入8通道 模拟量输出8通道 （3）现场级设备： 测量变送器：

序号 1 2 3 4 系统测点如下： 序号 1 2 3 4 5 类型 AI AI AI AI AI 测点名称 供水母管压力测量信号 凝结水流量测量信号 供水阀门位置测量信号 除氧器水位测量信号 主给水流量测量信号 5

名称 压力变送器（PT） 流量变送器（TE） 水位指示器 转速变送器 数量 1 2 1 2 系统 MCS MCS MCS MCS MCS 信号类型 4~20mA 4~20mA 4~20mA 4~20mA 4~20mA 单位 KPa t/h % mm t/h

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