【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器H TH C圖 汽包水位單沖量控制系統(tǒng)給水流量調(diào)節(jié)器變頻器液位變送器汽包給水流量+ 圖 汽包水位單沖量控制系統(tǒng)框圖如果從物質(zhì)平衡的角度出發(fā)，只要能夠保證給水量永遠(yuǎn)等于蒸汽蒸發(fā)量就可以保證汽包水位大致不變。因此可以采用圖 所示的蒸汽流量隨動(dòng)控制系統(tǒng)，其中流量調(diào)節(jié)器采用 PI 調(diào)節(jié)器，使汽輪機(jī)的蒸汽量作為系統(tǒng)的給定使給水流量跟蹤蒸汽流量的變化，構(gòu)成了一個(gè)以蒸汽量作為給定的隨動(dòng)系統(tǒng)從而保證汽包水位的恒定。該方案的結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。省煤器過(guò)熱器水冷壁汽包變頻器H TH CF T圖 蒸汽流量隨動(dòng)控制系統(tǒng) 給水流量調(diào)節(jié)器變頻器液位變送器汽包給水流量+蒸汽量變送器圖 蒸汽流量隨動(dòng)控制系統(tǒng)框圖采用該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)完全根據(jù)物質(zhì)平衡條件工作，給水量的大小只取決于汽輪機(jī)的耗汽量，假水位現(xiàn)象不會(huì)引起給水調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的誤動(dòng)作。但是這個(gè)系統(tǒng)對(duì)于汽包水位來(lái)說(shuō)只是開環(huán)控制系統(tǒng)。由于給水量和蒸汽量的測(cè)量不準(zhǔn)確以及鍋爐系統(tǒng)引入的其他擾動(dòng)使得給水量和蒸汽量并非準(zhǔn)確的比值關(guān)系而保持水位恒定。由于水位對(duì)于二者的偏差是積分關(guān)系，微小的偏差長(zhǎng)時(shí)間積累也會(huì)形成很大的水位差，因此不宜采用隨動(dòng)控制系統(tǒng)。如果把以上所述兩種方案結(jié)合起來(lái)，就構(gòu)成了汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)如圖 所示，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。雙沖量指的是同時(shí)引入兩個(gè)測(cè)量信號(hào)：汽包水位和蒸汽流量。這個(gè)系統(tǒng)對(duì)以上所分析的兩種方案取長(zhǎng)補(bǔ)短，可以極大的提高汽包水位的控制質(zhì)量。當(dāng)汽輪機(jī)耗汽量出現(xiàn)階躍增大時(shí)，一方面由于“假水位現(xiàn)象”汽包水位會(huì)暫時(shí)有所升高，將使調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)做出誤動(dòng)作錯(cuò)誤的減少給水量；另一方面汽輪機(jī)耗汽量的增大又通過(guò)比值控制系統(tǒng)指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)增大給水量，實(shí)際給水量的增減情況要根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)參數(shù)整定來(lái)確定。當(dāng)假水位現(xiàn)象消失后水位和蒸汽信號(hào)都能正確的指揮調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)動(dòng)作。只要參數(shù)整定合適，給水量必然等于蒸汽量從而保證水位恒定。省煤器過(guò)熱器水冷壁汽包變頻器F CH TH C∑F TF C圖 汽包水位雙沖量控制系統(tǒng) 給水流量調(diào)節(jié)器變頻器液位變送器汽包變送器給水流量液位蒸汽流量+++液位流量調(diào)節(jié)器液位給定前饋調(diào)節(jié)器圖 汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)框圖此外考慮到給水流量的變化可以通過(guò)串級(jí)控制的方法讓給水量的擾動(dòng)通過(guò)內(nèi)回路自行調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)如圖 所示的三沖量控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。即前饋—反饋—串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)。該三沖量控制系統(tǒng)包含給水流量控制回路和汽包水位控制回路兩個(gè)控制回路以及一個(gè)蒸汽流量前饋通道，實(shí)質(zhì)上是蒸汽流量前饋與水位－流量串級(jí)系統(tǒng)組成的復(fù)合控制系統(tǒng)。串級(jí)控制系統(tǒng)的主參數(shù)是汽包水位，副參數(shù)是給水流量，主調(diào)節(jié)器是給水流量調(diào)節(jié)器，副調(diào)節(jié)器是液位調(diào)節(jié)器。一方面可以克服給水?dāng)_動(dòng)，使給水流量自行調(diào)節(jié)，另一方面可以有效地抑制“假水位現(xiàn)象” 。當(dāng)蒸汽流量發(fā)生變化時(shí)，鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中的給水流量控制回路可迅速改變進(jìn)水量的大小以完成粗調(diào)，然后再由汽包水位調(diào)節(jié)器完成水位的細(xì)調(diào)維持汽包水位的穩(wěn)定。省煤器過(guò)熱器水冷壁汽包變頻器F TF CH TH C∑F TF C圖 汽包水位三沖量控制系統(tǒng) 給水流量調(diào)節(jié)器變頻器給水流量變送器液位變送器汽包變送器給水流量液位蒸汽流量+++液位流量調(diào)節(jié)器液位給定前饋調(diào)節(jié)器管道圖 汽包水位三沖量控制系統(tǒng)框圖3 硬件選型 水位傳感器選型 由于該設(shè)計(jì)的目的是控制水位穩(wěn)定，而整個(gè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)是對(duì)水位的準(zhǔn)確測(cè)量，因此水位能否準(zhǔn)確測(cè)量直接關(guān)系到控制質(zhì)量的優(yōu)劣。合理的選擇水位傳感器在水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中有關(guān)鍵作用。知道汽包水位應(yīng)該控制在 300177。10 mm，根據(jù)過(guò)程控制儀表量程選擇原則：儀表量程應(yīng)該為被測(cè)量參數(shù)的 4/3～3/2 倍。因此所選傳感器的最大量程為:400～450 mm。而且汽包水位應(yīng)該控制在 300177。10 mm，因此所選水位傳感器的精度應(yīng)該高于 10/450=%FS，因此選擇該測(cè)量精度才可以滿足要求。佛山市順德區(qū)拓樸電子儀器有限公司生產(chǎn)的 PTP601 投入式水位傳感器可以滿足控制要求，該系列儀表采用擴(kuò)散硅壓阻芯體或陶瓷壓阻芯體。316 全不銹鋼結(jié)構(gòu)有多種量程可供選擇，選擇測(cè)量圍為：100～500mm，測(cè)量精度在 1%FS 的型號(hào)可以滿足控制要求。該型號(hào)的傳感器主要技術(shù)參數(shù)如下：量程：100～500mm(水位高/深度)綜合精度: %FS 輸出信號(hào): 4～20ma(二線制)、0～5V、1～5V、0～10V(三線制) 供電電壓: 24DCV(9～36DCV) 負(fù)載電阻: 電流輸出型：最大 800Ω；電壓輸出型：大于 50KΩ 絕緣電阻: 大于 2022MΩ (100VDC )密封等級(jí): IP68 長(zhǎng)期穩(wěn)定性能: %FS/年 振動(dòng)影響: 在機(jī)械振動(dòng)頻率 20Hz～1000Hz 內(nèi)，輸出變化小于 %FS 電氣接口(信號(hào)接口): 緊線防水螺母與五芯通汽電纜連接機(jī)械連接(螺紋接口): 投入式使用時(shí)可以采用 24V 直流電源為水位傳感器供電保證其正常工作，將 1～5V電壓信號(hào)作為反饋量引入 PLC 模擬量輸入端口進(jìn)行控制運(yùn)算。 流量傳感器的選型根據(jù)控制方案可以知道流量傳感器用于測(cè)量給水流量和蒸汽流量，這兩個(gè)信號(hào)可以有效地改善控制質(zhì)量，因此合理的選擇流量傳感器能夠有效的改善整個(gè)系統(tǒng)的控制質(zhì)量。知道所要控制的是 35t/h 鍋爐的汽包水位，即該鍋爐正常工作時(shí)每小時(shí)蒸發(fā) 35t 蒸汽也就是有 35t 水被蒸發(fā)成為蒸汽，水位穩(wěn)定時(shí)供水量為：35 m3/h 。上海正博自動(dòng)化儀表有限公司生產(chǎn)的 LUGB99 型渦街流量計(jì)是一種基于卡門渦街原理流體振動(dòng)式新型流量計(jì)，它具有測(cè)量范圍廣、壓損小、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高和安裝、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于封閉工業(yè)管道中液體、汽體和蒸汽介質(zhì)體積和質(zhì)量流量的測(cè)量。 該流量計(jì)的技術(shù)參數(shù)如下：（1）測(cè)量介質(zhì)：蒸汽、汽體、液體（2）傳感器的感應(yīng)元件不直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，性能穩(wěn)定、可靠性高（3）傳感器內(nèi)無(wú)可動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而牢固，壓損小維擴(kuò)量小、使用壽命長(zhǎng)（4）范圍度寬達(dá) 10：1～15：1（5）測(cè)量范圍：正常工作范圍，雷諾數(shù)為 20，000～7，000，000；輸出信號(hào)不受液體溫度、壓力、粘度及組份影響。測(cè)量可能范圍，雷諾數(shù)8，000～7，000000（6）精度等級(jí)：液體，指示值的177。%；蒸汽，指示值的177。%（7）輸出信號(hào)：　　低電平：01V；高電平：大于 4V；占空比為 50% : 4～20ma(三線制)（8）電源電壓： 24DCV（9）殼體材料：碳鋼；不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)（10）規(guī)格：(管道內(nèi)徑)2350、680、12150、200、 250、300(大于 DN300 口徑為插入式)（11）工作狀況下流量范圍(單位：m 3/h)，見表 表 工作狀況下流量范圍DN(mm) 液體 汽體 蒸汽20 540 88025 112 1012032 12100 1520040 230 18150 2030050 350 30300 3045065 680 50420 60800 80 10130 70600 1001300100 20200 1201000 2002022125 30300 1801500 3003000 150 45450 2402022 4504500200 90900 4804000 9009000250 1201200 7008000 120012022300 1802022 90010000 160016000根據(jù)過(guò)程控制儀表量程選擇原則儀表量程應(yīng)該為被測(cè)量參數(shù)的 4/3～3/2 倍，流量計(jì)應(yīng)當(dāng)能夠檢測(cè)的最大流量為：～52 m 3/h，因此汽包送水管道直徑選用50 mm 并用 LUGB99 型渦街流量計(jì)檢測(cè)流量可以檢測(cè)的流量范圍是 3～50 m3/h，可以滿足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢測(cè)汽包給水流量信號(hào)。由于 LUGB99 型渦街流量計(jì)既可用于液體流量檢測(cè)也可用于蒸汽流量檢測(cè)，因此還可以選擇該流量計(jì)作為汽包負(fù)荷蒸汽流量的檢測(cè)傳感器。正常工作時(shí)汽包蒸汽壓力大約是 ，由蒸汽密度表可以查到蒸汽密度大約是 2700Kg/ m3，根據(jù)過(guò)程控制選擇儀表量程原則儀表量程應(yīng)該為被測(cè)量參數(shù)的 4/3～3/2 倍，流量計(jì)應(yīng)當(dāng)能夠檢測(cè)的最大流量為：～ m3/h 因此汽包蒸汽管道直徑選用 20 mm，并用 LUGB99 型渦街流量計(jì)檢測(cè)流量可以檢測(cè)的流量范圍是 8～80 m3/h，可以滿足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢測(cè)蒸汽流量信號(hào)。 電機(jī)的選型電機(jī)是鍋爐汽包供水的動(dòng)力設(shè)備，電機(jī)的準(zhǔn)確選型關(guān)系到汽包能否準(zhǔn)確供水進(jìn)而影響到汽包水位的穩(wěn)定?？刂频腻仩t蒸發(fā)量為：35t/h，汽包壓力 ，管道直徑 50mm 因此可以對(duì)正常工作時(shí)電機(jī)的功率作如下估算： ()2 23501/ K??? ?由計(jì)算結(jié)果可以知道選用功率為 100Kw 的三相異步電動(dòng)機(jī)完全可以滿足工作要求，由于使用變頻調(diào)速不必選用繞線型異步電動(dòng)機(jī)，選用鼠籠型電機(jī)就可以滿足要求。濟(jì)南華力貝爾機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的 YJTG 三相變頻調(diào)速電機(jī)專門為變頻調(diào)速設(shè)計(jì)可以根據(jù)技術(shù)要求設(shè)定其額定電壓為 380V 額定功率為 100Kw。 變頻器的選型 變頻器是電機(jī)的供能設(shè)備，合理選擇變頻器關(guān)系到電機(jī)能否正常工作為汽包供水。由電機(jī)的選型可以知道電機(jī)在 50Hz 三相交流電下工作時(shí)電機(jī)的功率大約是 100Kw，當(dāng)三相交流電動(dòng)機(jī)在基頻以下工作時(shí)為恒轉(zhuǎn)矩輸出工作，而此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)小于額定轉(zhuǎn)速，因此電機(jī)的輸出功率也會(huì)小于額定功率，同時(shí)由于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩保持不變，其工作電流同在 50Hz 三相交流電下工作時(shí)電流基本一致。根據(jù)以上的分析可以選擇羅克韋爾公司的 1336PlusII 系列 1336FB150 型號(hào)的變頻器。給變頻器可以輸入 380V480V 50/60Hz 三相交流電，輸出 380480V三相交流電并通過(guò)控制信號(hào)控制其輸出頻率，其容量是 149Kw，可以滿足設(shè)備功率要求。該型號(hào)變頻器具有豐富靈活的控制接口，可以通過(guò)控制信號(hào)方便地改變變頻器的工作特性。設(shè)計(jì)時(shí)將變頻器連接在 DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)上，就可以利用 PLC控制變頻器的輸出電壓和頻率。 接觸器的選型接觸器是系統(tǒng)中用到的重要開關(guān)設(shè)備，接觸器的合理選擇能保證交流電動(dòng)機(jī)能夠準(zhǔn)確及時(shí)的啟動(dòng)、停止。根據(jù)分析三相交流異步電機(jī)的最高工作電流是工作于 50Hz 交流電壓下，其工作電流為： ()105238KwAv??因此根據(jù)設(shè)計(jì)的要求浙江宏立電器有限公司生產(chǎn)的 HLC3X 系列空調(diào)接觸器主要適用于 50Hz 或 60Hz、在 AC7b 使用類別額定工作電壓為 230V 或 480V 時(shí)額定電流至 40A 電路中，適用于起動(dòng)和控制三相交流電動(dòng)機(jī)(壓縮機(jī))及其它三相負(fù)載，選擇五套該類型接觸器同時(shí)帶動(dòng)一臺(tái)電機(jī)可以滿足設(shè)計(jì)要求。 熔斷器的選型由于系統(tǒng)的主要耗電設(shè)備是電動(dòng)機(jī)，因此系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)電流大約在 150A左右，當(dāng)系統(tǒng)異常工作是可能導(dǎo)致工作電流變大因此可設(shè)定工作電流為 200A 時(shí)進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。浙江中泰熔斷器有限公司生產(chǎn) XRNT12 型限流熔斷器型額定電流可以設(shè)定為 200A，可以滿足設(shè)計(jì)要求。 功率三極管的選型 為了能使 PLC 輸出的數(shù)字量能夠控制接觸器的通斷設(shè)計(jì)如下電路： 接觸器線圈2 2 0 V A CP L C 數(shù)字量輸出圖 接觸器控制線路當(dāng)PLC數(shù)字量輸出為高電平時(shí)三極管導(dǎo)通工作于飽和狀態(tài)，接觸器線圈上電使接觸器觸點(diǎn)閉合，否則PLC數(shù)字量輸出為低電平時(shí)三極管截止工作于截止?fàn)顟B(tài)，接觸器線圈失電通過(guò)二極管續(xù)流，使接觸器觸點(diǎn)斷開。浙江省杭州富陽(yáng)市奧星電子有限公司I3DD5686型功率三極管最大工作電流超過(guò)5A，完全可以滿足工作要求。 PLC 及相關(guān)模塊的選型 PLC 選擇羅克韋爾公司 Logix5000 系列，該系列 PLC 性能穩(wěn)定，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求靈活的選擇相關(guān)模塊，而且使用 RS Logix5000 組態(tài)軟件進(jìn)行梯形圖程序設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況建立標(biāo)簽，避免了對(duì) PLC 直接按照地址尋址造成的麻煩和錯(cuò)誤。該系統(tǒng)需要輸入或輸出的模擬量有：給水流量信號(hào)、水位信號(hào)、蒸汽流量信號(hào)、變頻器給定信號(hào)，需要輸出的數(shù)字量有：接觸器通斷信號(hào)、報(bào)警信號(hào)。因此只要選擇一個(gè)模擬量輸入模塊 1756IF6I、一個(gè)數(shù)字量輸出模塊 1756OB16D 就可以滿足要