基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台及控制方法，所述的半实物仿真平台包括加热器、换热器、空气泵、汽轮机和控制器，加热器的出口通过管道与换热器的入口连接，并且其之间的管道上设有温度传感器，换热器的出口通过管道与汽轮机的入口连接，空气泵的出口通过管道与换热器的出口连接，换热器的出口与汽轮机的入口之间的管道上设有流量计和电磁阀，控制器通过I/0板卡分别与温度传感器、流量计和电磁阀连接。控制器自动的调节供给汽轮机的空气的流量，并形成反馈，来更真实的模拟热发电工业过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电厂仪控仿真
，具体涉及一种基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台及控制方法。
技术介绍
由于电厂工作环境的特殊性，高校的科研人员不可能深入电厂一线来进行电厂方面的理论的研究，所以搭建一个半实物的仿真平台的必要性显现出来了。电厂的种类有很多，如火电厂，核电厂，水电厂，风力发电厂等，其中火电厂的比例占了绝大多数。若有一个半实物的仿真平台能够被搭建起来，高校的研究者们就可以利用此平台，对电厂的工艺流程进行熟悉，对电厂的控制方法进行探索，对电厂的管理方法进行研究，从而大大提高电厂的研究成果，推动电厂的发展。虽然不能像电厂设备那样工作在苛刻的环境下，但在实验室环境下，该半实物仿真平台能够大体的模拟电厂的工艺流程和控制方法，并且实验室环境下，研究的自由度更大，所以该半实物仿真平台对研究的意义重大。相比于软件仿真系统，半实物仿真系统更具有实际操作的价值，这让研究有了一个实际的看得见摸得着的对象，这更有利于课题研究的展开，使得理论上的推导可以在实际对象中得以验证。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台及控制方法，控制器自动的调节供给汽轮机的空气的流量，并形成反馈，来更真实的模拟热发电工业过程。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台，包括加热器、换热器、空气泵、汽轮机和控制器加热器的出口通过管道与换热器的入口连接，并且其之间的管道上设有温度传感器，换热器的出口通过管道与汽轮机的入口连接，空气泵的出口通过管道与换热器的出口连接，换热器的出口与汽轮机的入口之间的管道上设有流量计和电磁阀，控制器通过I/0板卡分别与温度传感器、流量计和电磁阀连接。接上述技术方案，所述加热器包括加热电阻丝和加热罐，加热电阻丝设置于加热罐内。接上述技术方案，所述加热器包括有多个加热电阻丝，多个加热电阻丝分布于加热罐内的不同位置，加热罐上设有多个出口，每个出口对应连接一个换热器，每个加热罐的出口分别通过管道与对应的换热器的入口连接，每个加热罐的出口的管道上均设有一个温度传感器，多个换热器的出口的管道汇合到一起，再经过一个流量计和电磁阀与汽轮机的入口连接。接上述技术方案，所述加热电阻丝个数为2～4个。接上述技术方案，所述控制器包括PLC。接上述技术方案，所述半实物仿真平台还包括负载，汽轮机带动负载运转。采用以上所述的基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台所使用的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)控制器通过温度传感器检测加热器出口的温度T；2)控制器根据检测的加热器出口的温度T及传递函数公式，计算出空气泵应输出的空气流量Q；3)实际输出的空气流量可能会因为某些因素发生波动，通过流量计测量管道汇总过来的空气流量，作为反馈信号反馈至控制器，控制器据此可以将空气流量稳定维持在设定值；4)控制算法采用模糊PID控制，根据实际的空气流量和流量的变化率，通过调节电磁阀的开度来动态调节换热器出口的空气流量，改变汽轮机的转速。接上述技术方案，所述步骤2)中，传递函数公式为：其中T为加热器出口的温度，Q为根据计算空气泵应该输出的空气流量。本专利技术具有以下有益效果：加热器模拟核反应推或电厂中动力源，换热器和空气泵用来模拟蒸汽发生器，空气泵为汽轮机提供足够的空气流量，在实验室环境下不能用高温将水烧开产生蒸汽的方法来推动汽轮机转动，为了克服了推动汽轮机转动的难题，采用空气压缩机鼓入动气的方法，可以解决这个问题，控制器根据加热器出口的温度变化和检测到换热器出口的实际空气流量来动态调整电磁阀的开度，进而调节换热器出口的空气流量使汽轮机的转速发生变化，并形成反馈，来更真实的模拟热发电工业过程。附图说明图1是本专利技术实施例中基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台的结构原理图；图2是本专利技术实施例中基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台的控制原理图；图中，1-加热器，2-换热器，3-空气泵，4-汽轮机，5-温度传感器，6-流量计，7-电磁阀，8-负载，9-PLC。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。参照图1～图2所示，本专利技术提供的一个实施例中的基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台，包括加热器1、换热器2、空气泵3、汽轮机4和控制器，加热器1的出口通过管道与换热器2的入口连接，并且其之间的管道上设有温度传感器5，换热器2的出口通过管道与汽轮机4的入口连接，空气泵3的出口通过管道与换热器2的出口连接，换热器2的出口与汽轮机4的入口之间的管道上设有流量计6和电磁阀7，控制器分别与温度传感器5、流量计6和电磁阀7连接，控制器通过温度传感器5检测加热器1的出口的温度，流量计6检测换热器2的出口的空气流量，并反馈至控制器，控制器根据加热器1的出口的温度变化和检测到换热器2的出口的实际空气流量来动态调整电磁阀7的开度，进而调节换热器2所提供的压力使汽轮机4的转速发生变化；加热器1模拟核反应推或电厂中动力源，换热器2和空气泵3用来模拟蒸汽发生器，空气泵3为汽轮机4提供足够的空气流量，控制器自动的调节供给汽轮机4的空气的流量，并形成反馈，来更真实的模拟热发电工业过程。进一步地，所述电磁阀7为调节空气流量的阀。进一步地，所述加热器1包括加热电阻丝和加热罐，加热电阻丝设置于加热罐内。进一步地，所述加热器1包括有多个加热电阻丝，多个加热电阻丝分布于加热罐内的不同位置，加热罐上设有多个出口，每个出口对应设有一个换热器2，每个加热罐的出口分别通过管道与对应的换热器2的入口连接，每个加热罐的出口的管道上均设有一个温度传感器5，多个换热器2的出口的管道汇合到一起，再经过一个流量计6和电磁阀7与汽轮机4的入口连接。进一步地，所述加热电阻丝个数为3个，加热罐上对应设有3个出口。进一步地，所述控制器包括PLC9。进一步地，所述半实物仿真平台还包括负载8，汽轮机4带动负载8运转。采用以上所述的基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台所使用的控制方法，包括以下步骤：1)控制器通过温度传感器5检测加热器1出口的温度T；2)控制器根据检测的加热器1的出口的温度T及传递函数公式，计算出空气泵3应输出的空气流量Q；3)实际输出的空气流量可能会因为某些因素发生波动，采用闭环控制，通过流量计6测量管道汇总过来的空气流量，作为反馈信号反馈至控制器，控制器据此可以将空气流量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台，其特征在于，包括加热器、换热器、空气泵、汽轮机和控制器，加热器的出口通过管道与换热器的入口连接，并且其之间的管道上设有温度传感器，换热器的出口通过管道与汽轮机的入口连接，空气泵的出口通过管道与换热器的出口连接，换热器的出口与汽轮机的入口之间的管道上设有流量计和电磁阀，控制器通过I/0板卡分别与温度传感器、流量计和电磁阀连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台，其特征在于，包括加热器、换热
器、空气泵、汽轮机和控制器，加热器的出口通过管道与换热器的入口连接，并且其之间的
管道上设有温度传感器，换热器的出口通过管道与汽轮机的入口连接，空气泵的出口通过管
道与换热器的出口连接，换热器的出口与汽轮机的入口之间的管道上设有流量计和电磁阀，
控制器通过I/0板卡分别与温度传感器、流量计和电磁阀连接。
2.根据权利要求1所述的基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台，其特征在于，
所述加热器包括加热电阻丝和加热罐，加热电阻丝设置于加热罐内。
3.根据权利要求2所述的基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台，其特征在于，
所述加热器包括有多个加热电阻丝，多个加热电阻丝分布于加热罐内的不同位置，加热罐上
设有多个出口，每个出口对应连接一个换热器，每个加热罐的出口分别通过管道与对应的换
热器的入口连接，每个加热罐的出口的管道上均设有一个温度传感器，多个换热器的出口的
管道汇合到一起，再经过一个流量计和电磁阀与汽轮机的入口连接。
4.根据权利要求3所述的基于热发电的电厂仪控系统的半实物仿真平台，其特征在于，
所述加热电阻丝个数为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李向舜，魏迪，姜晶，雷程，陈伟，罗璠，罗杰，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42