论文摘要
凝汽器是火电厂的关键设备之一,在大型汽轮机装置的热力循环中起冷源的作用,能降低汽轮机排汽压力和温度,提高汽轮发电机组的循环热效率。凝汽器运行时,由于冷却水不洁净、热交换时伴随化学反应等原因,致使冷凝管内壁积聚了不利于传热的污垢,冷凝管的污垢将产生一系列危害:严重削弱凝汽器的换热能力,引起真空度降低、能耗增加,还可能导致冷凝管堵塞甚至造成管壁腐蚀穿孔而引发事故。论文依托湖南省产业研发项目和湖南省科技攻关项目,结合国家安全高效生产、节能降耗的需求,分析了现有污垢清洗方法的优点与不足,针对凝汽器在线清洗的具体要求,提出了一种火电厂凝汽器在线清洗的新方案,设计了凝汽器清洗机器人的体系结构,重点研究了该机器人的控制系统。根据凝汽器的水室结构及管束布局,论文首先介绍了清洗机器人的体系结构,设计了一具有两关节机器臂、履带式移动车体的新型清洗机器人,重点研究了机器人控制系统。然后,详细开发了清洗机器人控制系统的软硬件,该控制系统由工控机、PLC和触摸屏等组成。工控机作为上位机通过RS-485串行接口总线监控清洗机器人的运行状态;PLC作为下位机主控制器控制清洗机器人的机电设备;触摸屏作为现场的人机交互窗口实现现场设备的操作和状态信息的显示。最后,针对高压水射流的压力控制,设计了PID控制器,实验结果表明,该控制器能够使高压水压力自动调节,并稳定在设定值附近;针对清洗机器人的化学药剂投加量、电液伺服阀和两关节机器臂清洗喷枪精确定位等控制问题,分别设计了相应的自适应模糊PID控制器,实验结果表明,所设计的控制器均能满足清洗机器人的控制要求。论文的研究成果解决了火电厂凝汽器污垢在线自动化清洗的问题,改善了凝汽器传热效果,提高了汽轮机组的运行效率,为火电厂凝汽器的安全高效运行提供了保障。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题背景与意义1.2 凝汽设备的组成及作用1.2.1 凝汽设备的组成1.2.2 凝汽设备的作用1.2.3 凝汽器的管束布置1.3 凝汽器的污垢1.4 凝汽器污垢清洗的必要性及经济效益1.4.1 污垢清洗的必要性1.4.2 污垢清洗的经济效益1.5 火电厂凝汽器清洗技术的发展概况1.5.1 手工操作阶段1.5.2 机械及其改良操作阶段1.5.3 遥控机械或机器人作业阶段1.6 论文内容介绍第2章 凝汽器清洗机器人系统的总体设计2.1 清洗机器人的系统研制方案和总体设计2.1.1 系统研制方案2.1.2 系统总体设计2.2 清洗机器人系统的主要研究内容2.2.1 机械运动系统2.2.2 电气自动化控制系统2.3 视觉伺服定位控制系统2.4 污垢清洗系统2.4.1 高压水射流清洗系统2.4.2 化学清洗系统2.5 液压控制系统2.6 清洗机器人控制系统2.7 清洗机器人稳定性和可靠性2.8 本章小结第3章 凝汽器清洗机器人控制系统的关键技术研究3.1 高压水泵的压力控制3.1.1 工作原理3.1.2 控制方法3.1.3 实验结果3.2 计量泵的药剂投加量控制3.2.1 工作原理3.2.2 控制方法3.2.3 实验结果3.3 电液伺服阀的控制3.3.1 工作原理3.3.2 控制方法3.3.3 实验结果3.4 两关节机器臂的伺服定位控制3.4.1 工作原理3.4.2 控制方法3.4.3 实验结果3.5 本章小结第4章 凝汽器清洗机器人控制系统的硬件开发4.1 引言4.2 上位机硬件结构4.3 高压水射流清洗控制子系统4.3.1 PLC 控制器4.3.2 电气控制原理及仪表设备4.3.3 光电编码器电路4.3.4 清洗喷枪的定位控制4.3.5 清洗机器人的移动控制4.3.6 高压水射流清洗控制4.3.7 状态、故障信息检测4.4 化学清洗控制子系统4.4.1 PLC 控制器4.4.2 电气控制原理及仪表设备4.4.3 化学清洗过程控制4.4.4 状态、故障信息检测4.5 控制系统的通讯4.6 控制系统的防雷措施4.6.1 电源防雷器4.6.2 信号防雷器4.6.3 控制系统接地4.7 本章小结第5章 凝汽器清洗机器人控制系统的软件开发5.1 引言5.2 上位机软件5.2.1 组态软件5.2.2 触摸屏软件5.3 下位机软件5.3.1 高压水射流清洗子系统清洗流程5.3.2 化学清洗子系统清洗流程5.4 PLC 编程5.4.1 高压水射流清洗子系统PLC 程序5.4.2 化学清洗子系统PLC 程序5.5 本章小结结论参考文献附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文和专利成果附录 B 凝汽器清洗机器人机械结构示意图附录 C 凝汽器清洗机器人控制系统的 PLC 程序致谢
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