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基于DCS一体化的电站锅炉风烟系统仿真建模概述

gecimao 发表于 2019-04-13 16:01 | 查看: | 回复:

  本文根据已研制出200MW火电站全范围培训型仿真机系统,以流体网络建模为例介绍基于新华控制工程有限公司的SIMPANEL系统的全CRT分布式仿真系统的建模原理。

  和计算机技术的发展,我国电力工业的自动化水平有了明显的提高。DCS(分布式控制系统)以其先进性、灵活性、高可靠性和合理的性价比,在电力部门中广泛应用于电厂的运行控制,尤其是新建电厂,已经取消常规仪表和手动装置,采用了全CRT监视和键盘操作。基于DCS一体化的全CRT仿真机,不仅与机组实际运行方式一致,能逼真再现操作环境,而且节省仿真机的造价,前景广阔。本文根据已研制出200MW火电站全范围培训型

  机系统,以流体网络建模为例介绍基于新华控制工程有限公司的SIMPANEL系统的全CRT分布式仿真系统的建模原理。

  对象的胜利发电厂锅炉风烟系统如图1所示。风烟系统结构复杂,它与制粉系统共同维系燃烧系统的正常工作。送风机用于提供锅炉燃烧系统用风,冷空气经送风机升压后进入空预器加热,分成一次风和二次风。一次风与煤粉混合送入炉膛;二次风中一部分热风作为干燥剂去制粉系统干燥煤粉,然后经排粉机进入炉膛燃烧,而大部分二次风直接送入锅炉助燃。风粉混合燃烧后,首先以热辐射的传热方式将大部分热量传送给布置在炉膛四周的水冷壁。然后炉膛内的烟气上升进入水平烟道,以辐射和对流两种方式将热量传给过热器和再热器,将饱和蒸汽进一步升温成为过热蒸汽。继而在尾部烟道,通过省煤器和空预器,利用余热加热给水和预热空气,尾气通过除尘器后由引风机将其排入烟囱。风烟系统在整个锅炉系统中占有重要地位,它是能量的输入源,和其它系统存在着有机的联系。

  的仿真主要是对风门挡板进行调试和考核,通过DCS的控制模块发出信号直接引入到仿真系统中各阀门执行器的输入端,通过调节各风门挡板的开度,实现风烟系统的控制调节功能。反馈到DCS控制模块的参数可以是挡板的开度、各主要截面的压力、温度或流量。例如引风机入口负压的设定值等。仿真建模时要考虑好挡板与各设备之间的连锁关系。

  建模是在由新华控制工程有限公司开发的SIMPANEL通用仿真软件上进行的。该软件是在其多年的集散控制系统和仿真系统研究工作的基础上逐渐发展起来的集实时控制和仿真于一体的软件,特别适合于复杂的电站系统的仿真,目前已在电站系统领域中得到广泛的采用。SIMPANEL提供的是一种由模块直接连接组合的模块化

  建模环境。其图形化组态软件使模型的构成、维护和编辑工作大为简化。组态软件的模块库分可以分成两种类型:一种是控制模块库,其主要由组成逻辑控制系统以控制现场或物理仿真系统的模块构成;一种是物理模块库,其主要由描述现场物理设备或功能的模块构成。分别通过建立控制逻辑系统的模型和物理仿真系统的模型来建立整个系统的模型,两个系统之间通过共用点表来实现数据的传递与反馈。SIMPANEL为动态系统的建模、分析和设计提供了各种分析手段,其中包括非线性仿真、线性分析、稳态分析、控制系统设计、数据分析、在线修改控制或仿真组态和实时或历史趋势输出等。

  ,模块化仿真建模的难点是系统固有的流量和压力的耦合关系给系统分解和综合造成的困难。模块化建模的主要任务就是通过分析对象的结构特征,对系统进行合理的分解,确定构成系统的独立建模。这些模块包含了系统的各种基本部件和典型环节。在分解系统和建立模块时必须考虑到模块之间的可连接性(如两个模块的输入和输出变量的匹配)和模块的通用性。这是与只针对某个具体对象给出数学模型、确定计算流程并编制程序的传统仿真方法不同的,也是模块化建模技术的关键。根据工作物质可分为通用模块和专用模块两大类:前者的工作物质是不预先确定的,如挡板、吸风机、送风机等;而后者的工作物质则是预先确定的,如回转式空气预热器等。

  节点是两条以上支路的交汇点,通常为汇流及分流的地方。它可以认为是连接两个或多个实际设备之间的管道上的某个点。之所以采用节点,原因有两点:第一,节点的使用可以简化系统,增强模块的通用性。如空气预热器出口母管是一个热风分配之前的汇集管道,对于不同型号的锅炉,其分配的热风种类不同(一次风、二次风、干燥剂等)。如果针对每一中锅炉建立一个模块,将造成大量的重复工作。为了将它们统一起来,采用节点的方法将可以很好地解决这个问题。节点模型参见文献[3]。第二,便于实现工程管理。系统的工程管理功能允许将一个大的系统分为多个独立的子系统,有多个人共同完成。一个子系统一般是由能够独立实现某些功能的一些设备模块组成,这样就要求一个设备模块最好不要出现在多个子系统种。但由于子系统之间存在这千丝万缕的关系,所以需要有一种很好的方法将它们联系起来。如果采用节点,则在一个系统种建立节点模型,与此系统有关的系统只要引用节点模型的数据即可。

  分解成如图2所示的模块的组合(图中所示为某一侧的风烟系统模块化示意图)。图中的连线箭头代表工质的流动方向,每一个模块都赋予了模块名以明示所代表的设备。黑点则代表节点,节点即包括交汇点也包括管道(空域器出口母管)。

  仿线 基于SIMPANEL系统开发模块系统组态的结构图如图3所示。组态人员设计模块图形和模块算法库,通过组态软件将模块图形调入组态环境中并连接模块图形之间相对应的输入参数与输出参数生成组态系统图,然后下装模块算法库进行组态系统的仿线所示结构可知,整个系统是由最小的单元模块组成。因此,开发系统之前,应该先建立各个设备的单元模块。

  一个特定算法模块的定义包括三部分:输入参数、输出参数和描述模块自身特性的系数。模块的输入来自其它模块的输出或者

  在SIMPANEL 软件识别体系中,ID号是模块图形的唯一表示,当在组态环境中调入模块图形单元,则对应这个ID号的图形单元的所有模块信息也相应的调入到组态环境中。此外ID号也是建立模块图形信息与模块算法之间唯一对应关系的标识,如输入/输出数据类型,个数匹配等。如果在模块定义中不同的模块有相同的ID号,组态软件只会显示最后定以的模块图形。

  n,Npara,Nout,0,0,0,FuncName)来完成。其中,ID为图形单元的标识,Nin为输入参数的个数,类型为float型;Npara为参数的个数,类型为float型;Nout为输出参数的个数,类型为float型;0,0,0为其它类型参数的输入个数,FuncName为算法库的名称。ID是图形单元的惟一标识,FuncName是算法库的子程序名称。这样,算法库计算用的中间变量与图形单元中的变量就建立了唯一的对应关系

  在组态方式的设计上,采用图形组态的方法。组态工程师只需按照自己的控制策略和对实际仿真

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