【正文】 火電廠汽包水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總述 鍋爐是大型設(shè)備，在火電廠中要注意安全生產(chǎn)?；痣姀S中要求鍋爐有一定的安全運(yùn)行環(huán)境，所以鍋爐可靠及安全運(yùn)行非常重要。有很多因子影響其安全運(yùn)行，而汽包水位影響尤為重要。作為重點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)，它直接關(guān)系到鍋爐負(fù)荷和給水的相互持衡。水位太高了，會(huì)使汽間的距離縮小，蒸汽帶有大量的水，汽水間的分離效果變差，這樣會(huì)使蒸汽質(zhì)量變壞，過熱管內(nèi)會(huì)積累大量的鹽分，熱阻變大，管子太熱，金屬強(qiáng)度會(huì)降低，所以會(huì)發(fā)生爆管現(xiàn)象；水位變地太低，會(huì)使順循環(huán)不暢通，這樣的話，水冷壁的溫度會(huì)很高，當(dāng)嚴(yán)重的缺水時(shí)，會(huì)使得鍋爐變地干鍋，甚至發(fā)生爆炸，設(shè)備就會(huì)損壞。所以，要時(shí)時(shí)刻刻保持水位的監(jiān)控與調(diào)節(jié)正常，保證鍋爐能夠良好的運(yùn)行，生產(chǎn)出合格的蒸汽，來滿足電廠的發(fā)電需要。，汽包水位決定于汽包內(nèi)汽、水的量，如果這兩者發(fā)生變化的話，會(huì)直接影響水位變化，那么，能夠使這兩者發(fā)生變化的因素，都會(huì)間接地使水位產(chǎn)生波動(dòng)。其中主要擾動(dòng)有：上水管段的流量W、鍋爐內(nèi)部產(chǎn)生的蒸發(fā)量D、汽包內(nèi)部環(huán)境壓力Pb、還有爐膛的熱負(fù)荷量等。 給水示意圖[8]表面上看起來，汽包水位動(dòng)態(tài)性質(zhì)和單體水箱差不多，給水量與蒸汽量影響汽包水位的高低?？墒菍?shí)踐中有所不同，舉個(gè)凸顯的例子來說，水循環(huán)過程中的水?dāng)y帶者大量的蒸汽泡，隨著汽包壓力和爐膛負(fù)荷的變化，蒸汽包的大小也會(huì)跟著變化，不管是什么原因引起氣泡體積改變，即使沒有改變水循環(huán)的總水量，但是，這并不能說明什么，同樣會(huì)使汽包水位發(fā)生改變，所以保持這兩者的穩(wěn)定才能保障水位的動(dòng)態(tài)平穩(wěn)。（1）給水?dāng)_動(dòng)的影響給水流量W是調(diào)節(jié)裝置改變的控制對(duì)象，給水?dāng)_動(dòng)是來自控制方面的擾動(dòng)，又稱內(nèi)擾[9]。H1表示將汽包看作單體水箱的給水階躍響應(yīng)曲線。給水流量的變動(dòng)的特征是有慣性的但是不能自己平衡自己特征。給水流量W的猛然增大，雖然從圖中可以看出大于蒸發(fā)量，可是顧慮到汽包內(nèi)飽和水溫還是大于給水水溫，當(dāng)給水進(jìn)入汽包后，兩者之間會(huì)發(fā)生熱量傳遞。導(dǎo)致產(chǎn)汽量會(huì)明顯減少，水中的汽泡體積減小，這樣的結(jié)果就會(huì)使水位降低，即圖中曲線H2所示。事實(shí)上，H1和H2的求和才表示水位的響應(yīng)曲線。 ()：ε1表示飛升速度；τ表示延遲時(shí)間。 給水?dāng)_動(dòng)響應(yīng)曲線（2）蒸汽流量擾動(dòng)相對(duì)于給水?dāng)_動(dòng)來說，蒸汽流量與之相反。，曲線H1表示汽包水位線性下降，這是因?yàn)檎羝髁康淖兓鸬模羝髁康耐簧?，?duì)于沒有主動(dòng)平衡能力的汽包水位來說就會(huì)有這樣的結(jié)果。另外，鍋爐蒸發(fā)量突然猛增時(shí)，水中氣泡體積會(huì)逐漸增大，自然而然的就會(huì)排擠水，致使水位升高。但是鍋爐自身的額定蒸發(fā)強(qiáng)度有限，所以圖中曲線H2最終會(huì)趨于穩(wěn)態(tài)直線，也就是我們所說的慣性循環(huán)狀態(tài)。總歸而言，真正的特征曲線不是H1，也不是H2，是兩者的加和，也就是圖中曲線H。雖說這兩種情況對(duì)水位的影響都有，但是影響程度不同，對(duì)于大中型鍋爐來說，鍋爐蒸發(fā)量突然猛增的影響更深入一些，因此會(huì)產(chǎn)生“虛假水位”現(xiàn)象?？梢哉J(rèn)為這是一個(gè)慣性加積分環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以近似的表示為： () ε2表示飛升速度；T0表示延遲時(shí)間。（3）燃料量擾動(dòng)蒸汽流量D發(fā)生變化，有可能是燃料量擾動(dòng)引起的。結(jié)合上述第二種擾動(dòng)情況，不難看出，燃料量的擾動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致“虛假水位”現(xiàn)象。但是由于有大量水的存在，熱量會(huì)緩慢傳遞，所以變化相對(duì)于上述兩種情況來說比較緩和。 通過三種擾動(dòng)的分析，發(fā)現(xiàn)給水?dāng)_動(dòng)會(huì)使得水位的響應(yīng)特征有一定的推遲性，燃料擾動(dòng)會(huì)使得水位顯示不正常，也就是“虛假水位”。不難看出，汽包水位的這些變化會(huì)收到不同因素的影響，故我們對(duì)于水位的控制會(huì)更加的艱難和繁瑣。知道了給水控制對(duì)象的影響因素，得出它具有的特點(diǎn)：存在一定延遲和慣性，有“虛假水位”出現(xiàn)。所以在設(shè)計(jì)汽包給水控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮采用以蒸汽流量D為前饋控制，以改善給水控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)。故采用更加合理的控制方案——三沖量方式控制，三沖量方式控制系統(tǒng)。[11]本章主要從火電廠汽包水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體出發(fā)，介紹了汽包水位的影響因素有三大類：給水流量擾動(dòng)影響、蒸汽流量擾動(dòng)影響、燃料量擾動(dòng)影響。掌握影響汽包水位因素后，通過對(duì)癥下藥制定汽包水位控制的方案策略，從而對(duì)后續(xù)設(shè)計(jì)作出鋪墊。3 汽包水位監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì)基于第二章控制方案的設(shè)計(jì)，選取汽包上水段過程，進(jìn)行汽包水位控制段界面設(shè)計(jì)以及汽包狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì)。，即汽包上水段。利用Visual Basic ，主要包括給水泵、閥門、調(diào)門、省煤器、汽包、連接管路、汽包水位標(biāo)以及各參數(shù)指示。 鍋爐給水控制圖 basic basic Visual ，簡(jiǎn)稱VB[12]。其基礎(chǔ)的編程語言是Basic，其優(yōu)點(diǎn)在于替代了原本復(fù)雜困難的編程、軟件開發(fā)的工具，使工作變得簡(jiǎn)單輕松。VB取代傳統(tǒng)的輸入全部代碼劣勢(shì)，將部分代碼編程轉(zhuǎn)換成可視化編程，將常用代碼以控件形式固定出來，例如TextBox（文本框）、CommandButton(按鈕)等等。這樣會(huì)省去大量繁瑣的代碼編寫，所以選擇VB作為汽包水位監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì)的編程具有很大的優(yōu)勢(shì)。VB特點(diǎn)：（1）VB是以人為本、利用事件驅(qū)動(dòng)、可以看見的框架式的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言；（2）以Windows環(huán)境作為開發(fā)環(huán)境，符合潮流。（3）打破傳統(tǒng)編程機(jī)制，獨(dú)特的操作編程供使用者使用。VB的優(yōu)點(diǎn)：（1） 簡(jiǎn)單易學(xué)、效率高，各種自帶工具可供選擇使用；（2） 強(qiáng)大的功能，幾乎可與一些專業(yè)的開發(fā)軟件齊頭。 AⅡ，即單鍋筒縱置式，額定蒸發(fā)量35t/h,燃燒煤種AⅡ類煤種。 AⅡ鍋爐主要參數(shù) 型號(hào) AⅡ安裝方式組合安裝循環(huán)方式自然循環(huán)額定蒸汽溫度194℃額定蒸汽壓力額定蒸發(fā)量35t/h額定水位300mm額定供水量35m3/h燃料消耗量額定給水溫度20℃VB擁有強(qiáng)大的控件可視化編程功能，無需繁瑣的繪圖過程，利用控件即可將鍋爐給水控制系統(tǒng)形象的建立起來。其中，需要用到的控件包括Label(標(biāo)簽)、CommandButton(按鈕)、Shape(圖形)、Line(線)、VScrollBar(垂直滾動(dòng)條)、MSm(通訊)。對(duì)于MSm(通訊)控件將會(huì)在第五章進(jìn)行詳細(xì)介紹，在此先進(jìn)行界面內(nèi)所用到的其他控件進(jìn)行介紹。（1） Shape(圖形)控件 Shape控件用來表示汽包和省煤器。由于VB不屬于專業(yè)的繪圖工具，所以對(duì)于圖形的形象性描述不像CAD那么準(zhǔn)確，所以利用Shape控件能夠簡(jiǎn)單的表示汽包和省煤器。 控件屬性設(shè)置為2Oval，即橢圓屬性。 界面部件汽包 Shape控件屬性設(shè)置值控件屬性設(shè)置為4Rounded Rectangle,。 省煤器部件 Shape控件屬性設(shè)置值（2） Label（標(biāo)簽）及TextBox（文本框）控件 Label控件的作用主要是用來在窗體中增加文字說明。比如在汽包水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，主要是作為監(jiān)控參數(shù)名稱，閥門名稱，工質(zhì)流程去向等的說明解釋。而TextBox控件可以接收發(fā)送文字信息，非常方便。在此，文本框的作用是接收顯示監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)，例如壓力、流量等。 Label和TextBox控件（3）VScrollBar(垂直滾動(dòng)條) VScrollBar控件的作用主要是用來指示汽包水位標(biāo)尺，通過滾動(dòng)條的的位置顯示水位的高低，另外為了增加顯示的準(zhǔn)確性，在水位標(biāo)尺旁設(shè)立文本框，實(shí)時(shí)顯示汽包水位數(shù)值。 VScrollBar控件屬性設(shè)置值（4）CommandButton（按鈕）控件CommandButton控件的作用主要是作為閥門和命令按鈕的作用，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中從目管來水經(jīng)過主給水門、主給水調(diào)節(jié)、旁路給水調(diào)節(jié)包括進(jìn)入省煤器和汽包緊急放水閥門都會(huì)用到 CommandButton控件。同樣一些命令按鈕，如“發(fā)送”、“接收”按鈕，都是通過 CommandButton控件來實(shí)現(xiàn)的。 部分閥門 主給水門 CommandButton屬性設(shè)置值（5）Line（直線）控件Line控件同來繪制系統(tǒng)流程管道。形象的將各個(gè)獨(dú)立的控件連接起來，構(gòu)成完整的回路。對(duì)于汽包水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面的介紹，由于對(duì)水位的控制調(diào)節(jié)本質(zhì)上是對(duì)給水的調(diào)節(jié)，應(yīng)根據(jù)上水過程依次對(duì)界面進(jìn)行介紹。系統(tǒng)中包括汽包、省煤器、主給水泵幾大設(shè)備，期間設(shè)有各種調(diào)節(jié)閥、手動(dòng)閥、電動(dòng)門等控制調(diào)節(jié)裝置。首先從母管來水通過主給水泵將工質(zhì)推進(jìn)給水回路，經(jīng)過主給水門調(diào)節(jié)一定的壓力、流速、流量以滿足進(jìn)入汽包水的先決條件。那么對(duì)于主給水門的調(diào)節(jié)就應(yīng)當(dāng)需要一個(gè)彈出窗口，對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)開度。 主給水門調(diào)節(jié)界面之后主給水去處一分為二，一路通往汽包方向，一路去減溫水。由于去減溫水那路不是本課題所關(guān)心的內(nèi)容，固在這里就不做介紹。，去汽包方向給水又分成三路：含有兩個(gè)手動(dòng)閥門路；含有一個(gè)電動(dòng)門和一個(gè)調(diào)節(jié)門路即旁路調(diào)節(jié)路；還有一路含有一個(gè)電動(dòng)門、一個(gè)調(diào)節(jié)門和一個(gè)手動(dòng)門。但是要說明的是這三路不是同時(shí)工作，在不同的階段需要用到不同管路。不同閥門擁有不同的調(diào)節(jié)方式，這三路中總的來說就包含三種閥門：手動(dòng)、電動(dòng)、調(diào)節(jié)。針對(duì)這三種不同的閥門響應(yīng)也設(shè)計(jì)出三種不同的彈出窗口。、電動(dòng)門、調(diào)節(jié)門界面緊接著給水進(jìn)入省煤器進(jìn)行預(yù)熱，再進(jìn)入汽包。汽包上水過程就此結(jié)束。另外，由于汽包水位是動(dòng)態(tài)變化的，難免會(huì)因?yàn)槟撤N因素導(dǎo)致汽包水位的不正?，F(xiàn)象[13]。那么對(duì)于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來說，汽包水位不正常需要及時(shí)報(bào)警給運(yùn)行人員，運(yùn)行人員作出緊急的控制調(diào)節(jié)。所以本界面還有設(shè)計(jì)出報(bào)警提示，例如當(dāng)汽包水位過高或過低時(shí)，會(huì)彈出報(bào)警提示信息。當(dāng)運(yùn)行人員點(diǎn)擊確定時(shí)，會(huì)自動(dòng)彈出“緊急放水門D”界面窗口，作出合理的調(diào)整，需要說明的是，當(dāng)水位過高時(shí)，“緊急放水門D”會(huì)自動(dòng)打開，當(dāng)水位降至正常值時(shí)又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。如果要進(jìn)行汽包個(gè)體的監(jiān)測(cè)，則需要點(diǎn)擊按鈕“汽包水位”方可進(jìn)行汽包內(nèi)部參數(shù)的監(jiān)控，對(duì)于汽包水位的高度、壓力的測(cè)量分別使用三個(gè)壓力計(jì)、水位計(jì)進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)測(cè)量器都會(huì)有其測(cè)量參數(shù)顯示到界面。為了更加方便的進(jìn)行調(diào)節(jié)，在“汽包水位”界面還設(shè)有“增加”和“降低”按鈕，能夠回到主控界面，即汽包上水界面來調(diào)節(jié)汽包水位。界面其余部分就是汽包工作時(shí)各參數(shù)的顯示，以及水位標(biāo)尺。前一節(jié)有說過。在此就不再作出贅余的介紹了。本設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵點(diǎn)就是做好水位穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)測(cè)量，所以，能否準(zhǔn)確快速的測(cè)量水位是我們要完成的任務(wù)。好的測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)有好的控制結(jié)果，壞的控制質(zhì)量必然是因?yàn)椴畹臏y(cè)量效果導(dǎo)致的。所以，選擇合理的水位傳感器測(cè)量水位顯得尤為重要。根據(jù)鍋爐的選型可以知道汽包水位的控制范圍，由于選用儀表的準(zhǔn)則是被測(cè)量參數(shù)應(yīng)為控制儀表量程的2/3測(cè)量才最為準(zhǔn)確。因此，本設(shè)計(jì)選用水位傳感器量程應(yīng)在400mm～450mm，又已知汽包水位正常值在300mm177。50mm,根據(jù)儀表的量程制定測(cè)量?jī)x表的精度應(yīng)為10/450=%FS以上。CN213系列傳感器采用國外先進(jìn)的技術(shù)水平，微處理電路，擁有多種多樣的形式、材料、型號(hào)，能夠滿足各種形式的液位測(cè)量。該型號(hào)傳感器的技術(shù)參數(shù)如下： CN213型號(hào)水位傳感器技術(shù)參數(shù)測(cè)量范圍0～500mm測(cè)量精度≤177。%FS過載壓力最大量程的2～5倍溫度補(bǔ)償20～80℃輸出（標(biāo)配）4～20mA(RL≤500Ω)膜片材質(zhì)316l、Hc、Ta接液材料1Cr18Ni9Ti、PVC、PTFE介質(zhì)溫度20～85℃溫度漂移177。1%/55℃（零點(diǎn)和量程）使用環(huán)境環(huán)境溫度：20～85℃ 相對(duì)濕度：≤85%供電177。10%外殼保護(hù)等級(jí)IP65顧名思義，流量傳感器是用來測(cè)量給水流量和蒸汽流量的傳感器。合適的流量信號(hào)對(duì)于系統(tǒng)控制有利而無害，因此選用合適的流量傳感器測(cè)量系統(tǒng)控制量能夠改善系統(tǒng)控制，使控制質(zhì)量有所提升。為滿足適用于本設(shè)計(jì)鍋爐型號(hào)，選用LUGB240304YD2N 渦街流量傳感器[14]，其功能特點(diǎn)如下：（1） 間接測(cè)量，具有穩(wěn)定的性能，安全可靠性高；（2）可長期使用，對(duì)于維護(hù)要求不高；（3）范圍度寬達(dá)：15：20：1；（4）有很多樣式連接、使用簡(jiǎn)單、上手；（5）在規(guī)格雷諾數(shù)內(nèi)，受外界影響??；（6）適配性強(qiáng)。： LUGB240304YD2N 渦街流量傳感器技術(shù)參數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)Q/YHC4012001 JB/T680793測(cè)量介質(zhì)氣體、液體、蒸氣標(biāo)準(zhǔn)口徑法蘭卡裝式口徑規(guī)格12350、680、100法蘭連接式口徑規(guī)格12150、200、250、300插入式口徑規(guī)格200～2000流量測(cè)量測(cè)量范圍104～4106，氣體5～50m/s，～7m/s測(cè)量范圍精度法蘭卡裝式、法蘭式為1級(jí)，插入式測(cè)量精度為1級(jí)，被測(cè)介質(zhì)溫度常溫25～100℃高溫25～150℃、25～250℃、25～300℃工作壓力1..6Mpa,輸出信號(hào)脈沖電壓高電平4～5V，～）脈沖占空比：50%，傳輸距離：100m標(biāo)準(zhǔn)電流DC420m允許外接負(fù)載電阻小于600Ω（電源DC24V）,傳輸距離為3000m。儀表使用環(huán)境溫度：25～+55℃ 溫度：590% RH50℃內(nèi)螺紋1Cr18Ni9Ti、鋁合金電源DC12V177。10%，DC24V177。10%， 。防爆等級(jí)本安iallcT1T5,隔爆型ExdllBT4防護(hù)等級(jí)Ip65 工況液、氣體流量范圍通徑液體氣體DNmmm3/hm3/h15530202532151504022220504503535060606008091209090010014200140140012522280220220015038400300300020