【摘要】在熱力發電廠中，水汽品質是一項重要指標。好的水汽品質可以提高熱力設備的性能，延長設備的使用壽命，節約能源，減少事故發生率。反之水汽品質的失調將會給電廠的熱工設備造成不同程度的損傷，給機組的安全和電廠穩經濟運行帶來隱患。所以水汽采樣和化學加藥是電廠熱工過程的兩個重要環節。 本文根據水汽采樣和化學加藥的工藝特點，從硬件和控制算法兩方面著手設計熱力發電廠化學加藥控制系統，采用上位機和下位機相結合的系統。上位機用工業計算機和組態軟件構成友好的人機界面，方便了系統的操作；下位機采用西門子S7 400H PLC進行數據采集和化學加藥控制。用工業以太網構成管理層，負責上位機和下位機之間、本系統和電廠其它系統之間的通信。現場總線構成現場設備的控制層，負責現場設備和PLC間的數據傳輸。 設計上從上位機、下位機、以太網到現場總線均采用了冗余結構，來提高監控系統的可靠性。并把這樣的系統作為電廠DCS的子系統。為提高系統的實時性，本文研究了DCS的通信問題，介紹了一些提高通信能力的方法。 隨著電廠規模的日益擴大，工藝水平的不斷提高，要求采用更新穎的控制技術來滿足工藝的需要。由于化學加藥控制系統的非線性、大時滯、時變的特點，常規的控制方法難以獲得滿意的控制效果。為了提高系統控制的魯棒性和自適應能力，本課題將模糊控制引入到熱電廠化學加藥控制系統中。在算法方面，經過研究決定采用參數自適應模糊PID自動加藥控制代替手動控制或是傳統PID控制，并用仿真曲線來分析其動態性能和抗擾動能力。仿真結果表明，該策略的控制效果優于常規的PID控制，它能適應對象參數的變化，具有較強的魯棒性和自適應能力。

關鍵詞:現場總線；加藥；時滯系統；模糊PID控制；原文word稿件點擊下載 Abstract In the thermal power plant， the parameters of water and steam of thermal system is a importance target. The good parameters of water and steam of thermal system can improve the performance of thermal equipment， and prolong the useful life of equipment， the using of devices， and save energy， reduce the ratio of the accidents. Contrarily， it will cause varying degrees of damage inthermal equipment of the Power Plant， and bring hidden troubles in the secure and economic running of the power plant， so， the chemical vapor sampling and Dosing is an important link for thermal power plant. On the bases of the Technological requirements of the water and steam of thermal system chemical and the dosing control system， the hardware and control algorithm is designed in the paper. In the hardware design， the upper and the hypogynous are combined in the design， the upper of the system is composed of PC and SCADA to be made of the friendly Man and Machine Interface， and it facilitates the operation of the system. The hypogynous of the system adopts Siemens S7 400H PLC to collect data and to control the process of the dosing control system. Industrial Ethernet is used of the management， and sees to communication between the upper and the hypogynous or between the system and other plant systems. FCS is used of the Control layer， it sees to the data transmission between on-site equipments and PLC. In this paper， to increase the reliability of the Monitoring system， the redundant structure is used from the PC、the upper、the hypogy nous、the Ethernet to FCS. The system is looked on as the subsystem of the DCS. Many communication methods are introduced in this paper， to improve the real-time of the system. With the growing scale of power plants and with the continuous raising level of technology， it requires to update the control arithmetic. Since the chemical dosing control system of fossil power plant is characterized by nonlinearity， long time lag and variation with time， satisfying control effect can not be achieved with traditional control methods. In order to increase the robustness and self-adaptability of the chemical dosing control system in the system of dosing is designed. In this paper， fuzzy control system of dosing. In the algorithm， Fuzzy self-adaptation PID control is used instead of the traditional manual control or the traditional PID control， The dynamic performance and anti-disturbance is analyzed by simulation， Simulation results show that the control effect by this strategy is superior to that of normal PID cascade control. It is featured by strong robustness and self-adaptability， and can readily accommodate itself to the object's parameter variations.

KEY WORDS: FCS; Dosing; time-delay system; Fuzzy self-adaptation PID Control

目 錄 摘要 I ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1.1課題研究的意義 1 1.2國內外研究現狀及趨勢 1 1.3本文的主要研究內容 2 第二章 電廠水汽監控系統介紹 4 2.1電廠DCS系統介紹 4 2.1.1DCS系統簡介 4 2.1.2電廠控制級功能簡介： 4 2.1.3西門子DCS系統 —— PCS7 4 2.1.4電廠輔控網組成 6 2.2火電廠水汽系統 7 2.3化學加藥系統原理 9 第三章 系統設計原理及功能 11 3.1上位機系統設計 11 3.1.1上位機硬件 11 3.1.2軟件設計 11 3.1.3利用InTouch 軟件實現冗余功能 14 3.1.4InTouch數據庫 16 3.2下位機PLC控制系統設計 17 3.2.1下位機控制系統硬件配置 17 3.2.2硬件系統的冗余設計 18 3.3系統時鐘設計 24 3.4電源設計 25 第四章 DCS系統通訊問題研究 26 4.1現場總線應用及其安全可靠性的提高 26 4.1.1現場總線的發展與應用 26 4.1.2Profibus現場總線通信協議。 27 4.1.3系統實時性研究 29 4.2工業以太網實時性問題及解決方案。 33 4.2.1工業以太網通信原理 33 4.2.2工業以太網實時性問題的研究 35 第五章 化學加藥控制理論研究 37 5.1加藥系統控制對象數學模型的建立 37 5.1.1 控制對象選擇 37 5.1.2 控制對象特性分析 37 5.1.3 建立控制模型 38 5.2 控制算法的確定 41 5.3 加藥模糊控制器的建立 41 5.4 化學加藥參數自調整模糊PID控制器的設計 46 5.5 仿真曲線 48 第六章 電廠化學加藥模糊控制系統的設計與實現 51 6.1控制系統的原理與控制指標 51 6.1.1控制系統的原理 51 6.1.2自動加藥控制系統主要技術指標 52 6.2硬件系統設計方案 52 6.3軟件實現 57 第七章 總結與展望 61 致謝 62

第一章 緒論

1.1課題研究的意義 近年來，我國經濟迅速發展，生產力不斷提高，電力作為經濟發展的動力得到了迅速的發展。為了節省能源和保護環境，提高火力發電的經濟性，大容量超臨界機組因其能源利用率高、經濟性能好而得到快速發展，已在世界發達國家廣泛應用。隨著科學技術的發展及計算機更新升級，先進的控制策略、專家系統、現場總線和智能變送器的廣泛應用，將有利于節約投資，降低能耗，便于維護和提高火電廠安全、經濟運行水平[1]。 熱工自動化是火電廠不可缺少的組成部分，而熱工自動化的水平又是現代火力發電技術和管理水平的綜合體現。這主要有兩個因素推動，一個是DCS，另一個是協調控制系統。DCS在電廠的普及應用，為火電廠熱工自動化技術的發展奠定了基礎。而協調控制系統在單元機組普遍投入，使火電廠熱工自動化達到前所未有的新高度。目前廣泛采用以微機為核心的DCS，其可靠性很高，可依賴性強，可以充分發揮自動化的功能，并取得了很好的安全和經濟效益。在熱工自動化系統采用開放的工業計算機系統和遠程智能I/O，有利于減少信號電纜，降低造價；應用先進的控制策略、專家系統、可充分發掘DCS的潛力，解決一些老大難問題，進一步提高電廠安全與經濟運行。 由于火電機組越來越大，對機組熱工自動控制系統控制品質的要求也隨之提高。為了保證單元機組的正常運行以及高度的安全性、經濟性，對單元機組的自動化水平提出了更高的要求。由于單元機組存在著大遲延、大慣性和嚴重的非線性及擾動頻繁等特點，傳統的控制方法已經不能滿足電網對機組的要求，用先進的智能化控制策略取代常規控制策略成為火電廠過程控制發展的趨勢。目前，由于現有的給水加藥控制系統運行不穩定，加藥方式多采用手動間歇控制或是采用傳統PID算法的自動控制，工作費時費力，控制精度又不高。為提高系統的自動化水平有必要研究新型的控制系統和控制策略，提高加藥控制系統的準確性、快速性和魯棒性。

1.2國內外研究現狀及趨勢 近年來，美國等發達國家對火電廠水汽監控方面做了大量研究，提出最佳的化學監控管<