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摘要：在热电厂设计中，一般根据外供热量和发电功率计算汽轮机的进汽量，从而确定锅炉的容量。在一般的情况下，为使汽轮机的稳定运行，并保证其供热量和供电量的稳定性，锅炉的装机容量要大于汽轮机额定进汽量的10～20%，在夏季的时候，由于汽轮机供热量减少，锅炉的富裕量更大。如何有效地利用这部分锅炉富裕汽量，提高锅炉利用率，一直是设计人员和电厂工程师们探索的一个问题。 在本次设计中，主要基于汽动泵自动控制系统的设计，利用PID控制器、PS执行器、压力传感器、三取二保护装置和转速传感器等热控仪表来实现汽动泵的自动控制，达到稳定汽动泵转速的理想状态。
关键词 ： 汽动给水泵 PID控制器 电动执行器 ETS保护
中图分类号：TM621
一、 汽动给水泵在热电厂中的应用及设计的意义
近年来，国内一些电厂尤其是小电厂为了节能降耗和满足外供汽需要使用了小背压机，用它作为动力装置驱动给水泵（俗称“汽动泵），作功后的排汽又可作为外供汽源，或用于除氧器给水加热蒸汽，这样热电厂可以通过增加少量热源将给水泵电能节省下来，使厂用电率大大降低，从而提高电厂的经济效益。因此，研究如何控制汽动泵以达到给水稳定，对于热电厂的节能降耗和安全运行有着重要的意义。
汽动泵自动供水控制系统级泵的控制原理是以汽动泵转速为控制信号，电动执行器为执行其机构，PID调节器作为智能调节控制单元，以转速传感器为检测元件，ETS为超速保护单元，实现汽动给水泵自动供水。在该系统中，PID调节器的作用是为电动执行器提供控制指令，实现汽动泵进汽的自动控制，从而保证给水泵有一定的转速，进而给水泵给水。其中转速传感器的任务是检测汽动泵转速，并给PID控制器一个反馈信号，转速设定单元为系统提供满足用户需要的汽动泵转速期望值，即可以从PID控制器上设定，也可以从DCS设定，转速设定信号和转速反馈信号输入PID控制器后，经PID控制器的计算和比较输入信号和反馈信号的偏差，如果有偏差将发给电动执行器一个模拟量控制信号，实现电动执行器的自动开关；如果无偏差，电动执行器将保持原状态。保护机构是采用转速三选二实现，就是从就地的三个转速传感器采集三个转速信号到转速速显表，将三个速显表的报警输出信号接到ETS保护装置上，然后将ETS保护输出信号接到就地危急保安器的电磁阀上，当ETS保护装置监测到两个转速报警信号后，发出信号到电磁阀，从而危急保安器动作，汽动泵停止。
汽动泵的这种简单的控制方式，既节省了设备的投入，又能保证设备的安全运行，自动化程度也相对较高，因此有着非常应用前景。
二、 汽动给水泵的自动控制设计
1、 工艺设计具体参数
汽动泵额定转速： 2950 r/min
转速调节范围： 2200-3000 r/min
跳闸转速： 3300±8r/min
汽机转向： 顺进汽方向为顺时针
2、 汽动给水泵的系统组成和基本控制原理
汽动泵自动控制系统主要由汽动泵蒸汽系统、汽动泵转速自动控制系统、现场信号采集元件和ETS保护系统四部分组成。
（1） 汽动泵蒸汽系统
自汽轮机抽汽来的蒸汽经逆止阀至汽动泵进汽调节阀，并通过它进入汽缸，经喷嘴组冲动叶轮做功后，排入背压管网，供蒸汽用户使用。在背压管网有手动放空阀及弹簧安全阀，它在机组并入热网试车或背压过高时可将背压蒸汽自动排入大气，以确保机组安全。从汽阀总成及汽缸中来的凝结疏水直接排入地沟。汽轮机前、后汽封漏汽直接用疏水管引入地溝，直接排走。
（2） 汽动泵转速自动控制系统
本汽动泵调速器是由德国PSL型调速器，它被置在汽轮机的主汽门调节阀上，其输入信号是智能转速表测得的转速信号传送到PID控制器，然后PID控制器再发出指令到调节机构，调节机构再控制调节汽阀开度大小，进而改变进入汽动泵的蒸汽量来控制转速，从而实现汽动泵的自动调节功能。
（3） 现场信号采集元件
现场采集元件主要有三个转速传感器、一个轴向位移传感器、三个转速速显表和轴向位移速显表组成，是监测和保护汽动泵的安全运行的重要组成部分。
（4） ETS保护系统
ETS保护系统保证汽动泵安全运行，防止发生意外事故的重要装置，本机组的保安系统由西门子三选二超速跳闸装置、电磁铁和速关汽门组成。只要有三个转速中的两个超过跳机设定值，ETS保护装置就会发出命令，让超速保护电磁阀动作，速关汽门关闭，汽动泵停止运行。
3、工作模式及控制
工作模式主要有三种如下
（1）就地手动模式：
按照工作人员的自由操作，将转换开关扭到就地位置， 从PID控制器上投入手动状态，将可以直接手动控制PS执行器上的手轮，通过阀门的开关实现汽动泵转速的增高和降低。
（2）就地自动模式：
将转换开关扭到就地位置，从PID控制器上投入自动状态，在就地设定期望达到的转速值。实现汽动泵的自动控制。
（3）远控自动模式
将转换开关扭到远控位置，PID控制器会同时投入自动状态，从DCS上设定期望达到的转速值，实现汽动泵的自动控制。
4、该系统的特点
（1）本汽动泵的控制和监测均留出接口进DCS控制系统。
（2）本汽动泵采用先进的“三选二”自动超速保护控制装置（ETS）该保护装置动作准确可靠，可以在现场紧急停机，还可以在线试验；当ETS接入用户的DCS系统后，还可以远距离摇控紧急停机。
（3）本汽动泵采用原装德国PS公司 PSL-AMS系列电动执行机构调节器，调节性能可以保证机组安全连续稳定运行。
（4）本设计能够实现汽动泵的手动自动控制，能够满足生产的多种需要。
（5）有完善的保护系统，能够保证设备的安全可靠运行。
三、 汽动给水泵在生产现场的实际应用
1、汽动给水泵控制柜设计
从操作箱的控制面板上看，汽动泵的自动控制结构简单，易于操作。自动的投入和解除可以从PID控制器上实现，遥控就地切换通过转换开关。当发生超速时，报警指示灯亮，并发出报警铃声。
2、 PID控制部分接线
主要接线端子说明：
端子1和2：是接受来自DCS的指令信号。当我们投入到DCS自动控制后，汽动泵的转速设定值信号就是从DCS通过端子1和2输入到PID控制器的。
端子3和4：是PID控制器输出到PS执行器的指令信号。当我们给定的转速信号和PID控制器接受到的汽动泵的转速不一致时，PID控制器就通过端子3和4输出到PS执行器，使PS执行器开或关，达到控制转速的目的。
端子5和6：是就地遥控的转换开关。我们通过它实现就地或DCS控制的切换。
端子7和8：接受转速速显表从现场采集到的转速信号。
端子9和10：给PID控制器提供工作交流220v电源的。
PID控制器是实现汽动泵自动控制的核心部分，其接线的正确与否，是决定汽动泵自动投入成功与失败的关键部分，一定要仔细核查。
3、ETS保护部分
LOGO：即ETS保护装置，是西门子开发的一个简单的PLC，实现转速三取二保护。
L和N：是给LOGO提供工作电源的。
ZBS1 ：是1#转速速显表发出的超速信号
ZBS2 ：是2#转速速显表发出的超速信号
ZBS3 ：是3#转速速显表发出的超速信号
O1 ：是输出到保护电磁铁的，汽动泵跳闸用的。
O1 ：到报警警铃的。
ETS保护的核心是LOGO，它是一个简单的PLC，程序很简单，就是实现汽动泵的转速三取二保护，并发出汽动泵跳闸指令和报警信号。
关键词 ： 汽动给水泵 PID控制器 电动执行器 ETS保护
中图分类号：TM621
一、 汽动给水泵在热电厂中的应用及设计的意义
近年来，国内一些电厂尤其是小电厂为了节能降耗和满足外供汽需要使用了小背压机，用它作为动力装置驱动给水泵（俗称“汽动泵），作功后的排汽又可作为外供汽源，或用于除氧器给水加热蒸汽，这样热电厂可以通过增加少量热源将给水泵电能节省下来，使厂用电率大大降低，从而提高电厂的经济效益。因此，研究如何控制汽动泵以达到给水稳定，对于热电厂的节能降耗和安全运行有着重要的意义。
汽动泵自动供水控制系统级泵的控制原理是以汽动泵转速为控制信号，电动执行器为执行其机构，PID调节器作为智能调节控制单元，以转速传感器为检测元件，ETS为超速保护单元，实现汽动给水泵自动供水。在该系统中，PID调节器的作用是为电动执行器提供控制指令，实现汽动泵进汽的自动控制，从而保证给水泵有一定的转速，进而给水泵给水。其中转速传感器的任务是检测汽动泵转速，并给PID控制器一个反馈信号，转速设定单元为系统提供满足用户需要的汽动泵转速期望值，即可以从PID控制器上设定，也可以从DCS设定，转速设定信号和转速反馈信号输入PID控制器后，经PID控制器的计算和比较输入信号和反馈信号的偏差，如果有偏差将发给电动执行器一个模拟量控制信号，实现电动执行器的自动开关；如果无偏差，电动执行器将保持原状态。保护机构是采用转速三选二实现，就是从就地的三个转速传感器采集三个转速信号到转速速显表，将三个速显表的报警输出信号接到ETS保护装置上，然后将ETS保护输出信号接到就地危急保安器的电磁阀上，当ETS保护装置监测到两个转速报警信号后，发出信号到电磁阀，从而危急保安器动作，汽动泵停止。
汽动泵的这种简单的控制方式，既节省了设备的投入，又能保证设备的安全运行，自动化程度也相对较高，因此有着非常应用前景。
二、 汽动给水泵的自动控制设计
1、 工艺设计具体参数
汽动泵额定转速： 2950 r/min
转速调节范围： 2200-3000 r/min
跳闸转速： 3300±8r/min
汽机转向： 顺进汽方向为顺时针
2、 汽动给水泵的系统组成和基本控制原理
汽动泵自动控制系统主要由汽动泵蒸汽系统、汽动泵转速自动控制系统、现场信号采集元件和ETS保护系统四部分组成。
（1） 汽动泵蒸汽系统
自汽轮机抽汽来的蒸汽经逆止阀至汽动泵进汽调节阀，并通过它进入汽缸，经喷嘴组冲动叶轮做功后，排入背压管网，供蒸汽用户使用。在背压管网有手动放空阀及弹簧安全阀，它在机组并入热网试车或背压过高时可将背压蒸汽自动排入大气，以确保机组安全。从汽阀总成及汽缸中来的凝结疏水直接排入地沟。汽轮机前、后汽封漏汽直接用疏水管引入地溝，直接排走。
（2） 汽动泵转速自动控制系统
本汽动泵调速器是由德国PSL型调速器，它被置在汽轮机的主汽门调节阀上，其输入信号是智能转速表测得的转速信号传送到PID控制器，然后PID控制器再发出指令到调节机构，调节机构再控制调节汽阀开度大小，进而改变进入汽动泵的蒸汽量来控制转速，从而实现汽动泵的自动调节功能。
（3） 现场信号采集元件
现场采集元件主要有三个转速传感器、一个轴向位移传感器、三个转速速显表和轴向位移速显表组成，是监测和保护汽动泵的安全运行的重要组成部分。
（4） ETS保护系统
ETS保护系统保证汽动泵安全运行，防止发生意外事故的重要装置，本机组的保安系统由西门子三选二超速跳闸装置、电磁铁和速关汽门组成。只要有三个转速中的两个超过跳机设定值，ETS保护装置就会发出命令，让超速保护电磁阀动作，速关汽门关闭，汽动泵停止运行。
3、工作模式及控制
工作模式主要有三种如下
（1）就地手动模式：
按照工作人员的自由操作，将转换开关扭到就地位置， 从PID控制器上投入手动状态，将可以直接手动控制PS执行器上的手轮，通过阀门的开关实现汽动泵转速的增高和降低。
（2）就地自动模式：
将转换开关扭到就地位置，从PID控制器上投入自动状态，在就地设定期望达到的转速值。实现汽动泵的自动控制。
（3）远控自动模式
将转换开关扭到远控位置，PID控制器会同时投入自动状态，从DCS上设定期望达到的转速值，实现汽动泵的自动控制。
4、该系统的特点
（1）本汽动泵的控制和监测均留出接口进DCS控制系统。
（2）本汽动泵采用先进的“三选二”自动超速保护控制装置（ETS）该保护装置动作准确可靠，可以在现场紧急停机，还可以在线试验；当ETS接入用户的DCS系统后，还可以远距离摇控紧急停机。
（3）本汽动泵采用原装德国PS公司 PSL-AMS系列电动执行机构调节器，调节性能可以保证机组安全连续稳定运行。
（4）本设计能够实现汽动泵的手动自动控制，能够满足生产的多种需要。
（5）有完善的保护系统，能够保证设备的安全可靠运行。
三、 汽动给水泵在生产现场的实际应用
1、汽动给水泵控制柜设计
从操作箱的控制面板上看，汽动泵的自动控制结构简单，易于操作。自动的投入和解除可以从PID控制器上实现，遥控就地切换通过转换开关。当发生超速时，报警指示灯亮，并发出报警铃声。
2、 PID控制部分接线
主要接线端子说明：
端子1和2：是接受来自DCS的指令信号。当我们投入到DCS自动控制后，汽动泵的转速设定值信号就是从DCS通过端子1和2输入到PID控制器的。
端子3和4：是PID控制器输出到PS执行器的指令信号。当我们给定的转速信号和PID控制器接受到的汽动泵的转速不一致时，PID控制器就通过端子3和4输出到PS执行器，使PS执行器开或关，达到控制转速的目的。
端子5和6：是就地遥控的转换开关。我们通过它实现就地或DCS控制的切换。
端子7和8：接受转速速显表从现场采集到的转速信号。
端子9和10：给PID控制器提供工作交流220v电源的。
PID控制器是实现汽动泵自动控制的核心部分，其接线的正确与否，是决定汽动泵自动投入成功与失败的关键部分，一定要仔细核查。
3、ETS保护部分
LOGO：即ETS保护装置，是西门子开发的一个简单的PLC，实现转速三取二保护。
L和N：是给LOGO提供工作电源的。
ZBS1 ：是1#转速速显表发出的超速信号
ZBS2 ：是2#转速速显表发出的超速信号
ZBS3 ：是3#转速速显表发出的超速信号
O1 ：是输出到保护电磁铁的，汽动泵跳闸用的。
O1 ：到报警警铃的。
ETS保护的核心是LOGO，它是一个简单的PLC，程序很简单，就是实现汽动泵的转速三取二保护，并发出汽动泵跳闸指令和报警信号。