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热电联产与余热回收利用是提高能源利用率的重要手段,这为汽轮机的开辟了广阔的应用前景。数字电液控制系统(Digital Electric Hydraulic Control System,DEH)承担着机组转速以及负荷控制,其控制性能的好坏直接影响机组的安全性与经济性。目前对DEH系统的研究主要集中在大功率再热式机组、双抽式机组以及超超临界机组,对50MW以下的单抽式汽轮机组研究非常少。本文以河北某造纸厂的2#汽轮机项目为背景,在咸阳市科技局技术攻关项目“小型汽轮机数字电液控制系统研究(2017k02-05)”资助下,围绕6MW非再热单抽式汽轮机展开研究,设计S7-400PLC控制系统,并应用于6MW单抽式汽轮机组。论文研究内容主要包括以下几个方面:(1)单抽汽机组DEH控制系统工作原理及控制难点分析分析单抽式汽轮机DEH控制系统组成和工作原理,得出在空负荷及纯冷凝工况与抽汽供热工况下的控制难点:电液伺服阀与滑阀油动机在不同程度上存在着较强非线性,使系统控制精度降低;热电负荷之间存在强耦合性,引起热电负荷相互影响,导致热电联产的效益与品质下降。(2)单抽汽机组DEH系统各元件数学模型的建立根据流量守恒原则、能量平衡以及物料均衡原理,推导机组DEH系统各元件数学模型。根据现场采集的数据及6MW汽轮机的设计参数,确定各模型相关参数。(3)神经网络PID控制器的设计根据工艺及非线性对系统稳定性的影响,设计神经网络PID控制器替代传统PID控制器,降低非线性对控制系统影响,同时实现控制器参数自适应调整。(4)控制系统仿真在空负荷及纯冷凝工况和供热工况下对控制系统进行仿真,抽汽供热工况仿真前设计前馈补偿控制器,解决了热电负荷的强耦合问题。仿真结果表明设计的控制系统在转速及负荷控制方面,调整时间缩短,超调量降低,与传统PID控制系统相比具有较强的稳定性与鲁棒性。(5)单抽式汽轮机DEH控制系统的实现以西门子S7-400PLC为硬件开发平台,Step7V5.5+Wincc7.0为软件开发平台,进行控制系统硬件配置及软件设计。结合OPC通讯技术,实现Matlab与Wincc之间的数据交换,完成神经网络PID控制器对转速及抽汽压力的自适应控制,使其波动范围处于传统PID控制的一半以内。另外在DEH控制系统中设计完成时间顺序记录功能(Sequence Of Event,SOE),实现毫秒级的事件顺序记录功能,降低机组事故率。该系统已在河北某纸厂投入使用,转速、抽汽压力及机组各参数运行平稳,未发生因故障停机事件。理论分析与实践表明,神经网络PID控制可以有效地提高系统的动态品质,凸显该控制策略在改善系统动态品质方面的优势。