1、電廠給水自動控制系統及其仿真電廠中普遍采用的給水自動控制系統， 主要為三沖量給水自動控制系統。其 控制任務是維持鍋爐汽包水位一定的范圍內變化， 是保持汽機和鍋爐安全運行的 重要條件。為適應機組容量的增加，對給水控制高質量要求，計算機仿真技術的 應用對自動控制系統進行穩定性、可靠性的綜合研究分析是一種很有效的手段。 現在大學計算機仿真教育應用比較廣泛是矩陣實驗室MATLAB而大唐集團很多電廠則依托于新華XDPS系統。兩套軟件系統互有優劣，在實際的研究工作中， 把兩者結合起來應用更有參考意義和價值。省煤器過熱器aDVhVd-VwK2aw圖1-1串級三沖量給水控制系統圖PI2汽包鍋爐給水自動調節的任

2、務主要包括兩方面：一是維持汽包水位在規定的范圍內波動，水位過高會影響蒸氣品質，水位過低會影響鍋爐的壽命甚至安全； 二是及時調整給水流量，維持其與蒸汽流量間的平衡關系，以適應負荷變化的要 求。在鍋爐給水調節系統中，汽包水位是被調量，而引起汽包水位變化的主要擾 動是鍋爐的蒸汽流量（蒸發量）和給水流量。為了使鍋爐運行時把汽包水位控制 在較小的范圍內變化，生產上常采用以蒸汽流量、給水流量為前饋信號，而以被 調量汽包水位進行反饋調節，組成一個前饋一反饋系統。由于調節系統接收三個 調節信號：水位H,蒸汽流量D和給水流量G,故常稱為三沖量給水自動調節系 統。目前電廠三沖量給水調節系統主要用串級調節的方式來實

3、現，其控制系統圖和方框圖分別如圖1-1和圖1-2所示。這一調節系統的主要特點是：水位調節器接受水位、蒸汽流量、給水流量這 三個變量（所以成為三沖量），依據這三個信號的綜合來調整給水流量。該系統 的主要優點是：由于前饋通道的引入，能夠克服”虛假水位”的影響；由于內回 路使用了給水流量反饋信號，能夠迅速克服水泵壓力變化、閥門蠕動等引起的給 水流量擾動的影響；由于主調節器采用PI調節規律，以保證水位無靜態偏差，主調節器的輸出信號和給水、蒸汽流量信號都作用到副調節器。 這樣，系統就具 有更好的動態、靜態特性。下面將介紹給水自動調節系統模塊中的串級三沖量給水自動調節的參數整 定過程。根據控制原理圖1.2

4、在MATLAB7.0F的Simulink里做出的控制器仿真 結構圖如圖1.3所示。圖1-3串級三沖量給水調節系統仿真圖其中Step、Stepl、Step2為階躍函數模塊，它們可分別對系統施加定制和 擾動；PID Con troller為比例加積分運算模塊，構成系統的主調節器；PIDControllerl為比例運算模塊構成副調節器，實現串級控制；Transfer Fcnl、Transfer Fcn分別代表對象調節通道和對象外擾通道；Gain-Gain6為增益模塊；Scope為示波器模塊，用來顯示水位變化的曲線。在系統仿真模型建立后，對PIDController 、PID Controller1所

5、代表的控制系統的主副調的參數進行調解，觀察控制系統的控制效果。在上圖所示的仿真環境下，對象調節通道和對象外擾通道的數學模型分別為： G調節通道 s在系統仿真模型建立之后，對0.410s24s和G外擾通道122s 3s 3PID Controller 、PID Controller1所代表的控制系統的主副調的參數進行調解，觀察控制系統的控制效果。(1) 調節比例增益給水流量、蒸汽流量不變，即 W=0 D=0,汽包水位定值H施加20漸躍擾動時，對控制系統施加不同的比例增益， 通過仿真，得到控制系統的一組響應曲線如圖1-4。圖1.4主副調節器比例增益（Kp）不同時的仿真曲線圖從圖1-10的仿真曲線圖

6、可以看出，主、畐U調節器的比例增益對控制系統的 超調量和調節時間都有影響。分析上圖得到不同的主、副調節器比例增益（kp）對鍋爐給水控制系統的影響，見下表1-1所示。表1-1主、副調節器比例增益（kp）不同時對給水系統的影響主調節器比例系數kp副調節器比例系數kp1超調量調節時間（s）30649%315716%25458%23353%29從以上仿真曲線圖可以看出，串級三沖量給水控制系統在進行比例增益（Kp）調節時，系統控制效果比較好，能穩定運行，但比例（P）調節器只適合于干擾小，對象的滯后較小而時間常數并不太小，調節精度要求不高的場合。當主調節器比例增益為3,副調節器比例增益（Kp2）為5時，控

7、制效果比較理想，其仿真 曲線如圖1.5所示。圖1.5 Kp=3 , Kp1=5時的仿真曲線圖（2）調節比例、積分增益PID控制規律中，積分控制的作用主要是消除系統的穩態誤差。只要系統存 在誤差，積分控制作用就不斷積累，因此只要有足夠的時間，積分控制將能完全 消除誤差，但積分作用太強會使系統超調加大， 甚至使系統出現振蕩；所以在整 定控制系統的控制參數時，對于積分作用的適當應用，將會改善系統的控制效果， 提高控制系統的控制精度。給水流量擾動和蒸汽流量擾動保持不變，汽包水位定 值H施加20漸躍擾動時，進行主副調節器比例、積分（PI）調節的仿真，其控制 效果如表1-2，仿真曲線如圖1.6所示。表1-

8、2主副調節器（PI）參數不同時對串級三沖量給水控制系統的影響主調節器副調節器超調量控制過程時間（s）KpKiKp130.4753%752.50.3647%7820.1526%6330.08516%1255.80.051.810%1505.80.0751.88%180圖1.6串級三沖量控制主副調節器參數不同時對給水定值擾動的仿真曲線圖圖 1.7 Kp=5.8 ，Ki 1=0.075 ； Kp1=1.8 時的仿真曲線圖從以上仿真曲線圖1.6分析可知，串級三沖量控制在改變主副 PI調節器參 數時，系統的控制效果將在很大程度上有所改變，為了得出主副調節器的最佳參數，我們需要經過大量仿真實驗進行試探。當

9、Kp=5.8，Ki=0.075 ； Kp1=1.8時,系統超調量為8%控制過程時間為180s，控制效果較好，能穩定運行，其仿真 曲線如圖1.7所示。通過以上仿真試驗，得出了給水定值擾動時串級三沖量控制主、副調節器的參數，系統超調量小、控制過程時間短、能較好地滿足給水控制的要求。（3）擾動對水位的影響汽包水位保持定值，蒸汽流量不變，即 H=Q D=0,加入內擾，通過仿真， 得到控制系統的一組抗內擾曲線系統在不同階躍擾動時的抗內擾能力如表1-3，仿真曲線如圖1.8、1.9所示。表1-3系統在不同階躍擾動時抗內擾能力的比較階躍擾動最大波動量控制時間（S）5%0.02835010%0.05735015

10、%0.08435030%0.16435050%0.256350100%0.560350圖1.8給水流量施加5% 10% 15漸躍擾動時的仿真曲線圖圖1.9給水流量施加30% 50% 100漸躍擾動時的仿真曲線圖通過以上仿真曲線圖可知，串級三沖量給水控制系統抗內擾能力非常強，且最大波動量小、控制過程時間較短，滿足給水控制的要求，系統運行穩定。汽包水位定值和給水流量保持不變，即 H=0, W=0主副調節器參數不變，蒸 汽流量施加不同階躍擾動的仿真。系統在不同階躍擾動時的抗外擾能力如表1-4，仿真曲線如圖1.10、1.11所示：表1-4系統在不同階躍擾動時抗外擾能力的比較階躍擾動最大波動量控制過程時

11、間（S）5%0.0174010%0.0334015%0.0514030%0.114050%0.1740100%0.3340圖1.10蒸汽流量施加5% 10% 15%階躍擾動時的仿真曲線圖通過以上仿真曲線圖可知，隨著外擾的增加，控制系統的最大波動量越來越 大，控制時間不變。保持汽包水位不變，加入內、外擾通過仿真，得到控制系統的一組抗內、外擾曲線，如圖1-12I6I0.5I2r0 3III I內憑吸一外畑盹050100160200250300350400450500A內擾占外擾甜_1一內 it10%.圖1-12控制系統內、外擾實驗仿真圖隨著內、外擾的加入，給水控制系統的控制時間變長，而且最大波動量

12、也變化較大，見表1-5 :表1-5抗內外擾實驗對系統的影響內擾外擾最大波動量控制時間（s）10%10%0.05835030%30%0.17235050%50%0.29035070%70%0.408350100%100%0.585350在串級三沖量給水自動調節系統整定過程中，可以將副回路處理為具有近似 比例特性的快速隨動系統，以使副回路具有快速消除內擾及快速跟蹤蒸汽流量的 能力。整定主回路時，可將副回路近似看作比例環節， 把主調節回路等效為一個 單回路調節系統，再將主回路按單回路系統的整定方法進行整定。 因為串級三沖 量給水調節系統中，水位偏差完全由主調節器來校正，使靜態水位總是等于給定 值。在

13、上面的仿真圖1.7中，我們給出的主、副調節器參數分別為 Kp=5.8， Ki=0.075，Kd=O; Kp1=1.8，Kd仁Q上面我們通過矩陣實驗室 MATLA仿真了串級三沖量給水自動調節的參數整 定過程，那么在實際的生產現場，我們又是通過什么方式來完成這一步么？以石 門電廠所采用的是XDPS系統為例，這套系統是一個融計算機、數據庫、網絡、 信息技術和自動控制技術為一體的工業信息技術系列產品。它有比MATLAB!更強大的功能，具有開放式結構、模塊化設計技術、合理的軟硬件功能配置和易于 擴展等特點，廣泛應用于電廠的分散控制、電廠調度、電網自動化等。這么一個強大的軟件系統是如何運行的呢？我們以仿真

14、為例，XDPS系統仿真是建立在虛擬DPU基礎上的，所謂DPU旨的是分布式處理單元，它是WDP高 速數據公路上的一個站。有時，DPU又被稱為多用途控制器MAC（ Multi Application Con troller）。它能執行工程師組態的控制策略，它既可實現離散梯形邏輯控制，也能實現連續調節控制。DPU可執行70多種特殊功能及150多種過程控制算法；此外，它還能實現數據采集、標度變換、報警限值檢查、操作 記錄、順序事件記錄等功能。虛擬 DPU顧名思義，即通過計算機模擬，來實現 控制單元的仿真過程。下面將側重論述XDPS系統虛擬DPU在我們工作和生活的應用，具體解讀它 是怎么實現仿真的。第一

15、步：安裝虛擬網卡1. 打開控制面板，切換到經典模式2. 雙擊“添加硬件”，打開“添加硬件向導”3點擊“下一步”4. 選擇“是，我已經連接了此硬件”5. 選擇“添加新的硬件設備”，然后點擊“下一步”6. 選擇“安裝我手動從列表選擇的硬件（高級）（M ”，點“下一步”7. 選擇“網絡適配器”，點“下一步”8. 左側框里選擇 “Microsoft ”，右側框里選擇 “Microsoft Loopback Adapter ”， 點擊“下一步”10. 點擊“下一步”11. 點“完成，完成虛擬網卡的安裝第二步：配置虛擬網卡IP1. 右鍵點擊桌面上“網上鄰居”，打開網絡連接對話框2. 右鍵點擊新安裝的虛擬網

16、卡，選擇“屬性”，打開屬性對話框3. 雙擊“In ternet協議（TCP/IP） ”選項，打開IP配置的對話框4. 填入IP地址222.222.221.1 （隨意，只要符合IP地址的一般規則就行，也可 以照圖做），子網掩碼是 255.255.255.05. 點“確定”-“確定”完成虛擬網卡的IP配置第三步：配置xnet.ini文件在電腦的C:windowssystem32目錄下，找到xnet.ini文件，雙擊用記事本打開（或者開始-運行-輸入xnet.ini-即用記事本打開了 xnet.ini 文件），修改里面的虛擬網卡IP地址，改為222.222.221.1，子網掩碼是 255.255.2

17、55.0。第四步：設置虛擬DPU（VDPU打開D:xdps6.0bin 復制VDPU文件夾，粘貼兩次，分別命名為 VDPU16 VDPU1兩個文件夾，再分別打開這兩個文件夾，修改其中的 Vdpu.cfg文件（用 記事本打開修改），把NOD數據改為對應的16、17。這樣就完成了虛擬DPU的 設置了，當然如果你需要使用到更多虛擬 DPU勺話，可以多復制幾次，不過要記 得修改其中的Vdpu.cfg文件。第五步：導入項目數據文件1. 將電廠的項目數據文件復制到 D:xdps6.0文件夾下，例如，我電腦上的某電 廠的數據文件夾就叫“ data ”；2. “data ”項目數據文件夾里一般至少含有如下三個

18、文件夾（ENG FIG、LIB）;3. 其中我電腦上這個電廠的ENG文件夾里有如下文件，其中畫圈的兩個文件是對 初學者來說比較重要的，Mminode.cfg為net win軟件啟動設置的配置文件， show.ini為DCS畫面顯示的配置文件；4. 放置好項目數據文件以后，打開“開始”-“運行”-輸入“xdb.ini ” -打開xdb.ini 文件，其中的UserPath=D:xdps6.0data 是項目數據的路徑，這 里根據你電腦上項目數據放置的。第六步：使用虛擬DPU學習XDPS系統1. 打開D:xdps6.0bin中VDPU16 VDPU1兩個文件夾其中的一個，我們打開VDPU16；2. 開啟Vdpu程序（對應16號Vdpu）;3. 開啟XDPS Net Win主程序，現在 看到網絡A通了；4點擊DPU組態,我們用的是16號Vdpu,因此DPU號為16，IP地址