【文章內容簡介】 器H TH C圖 汽包水位單沖量控制系統(tǒng)給水流量調節(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)框圖如果從物質平衡的角度出發(fā)，只要能夠保證給水量永遠等于蒸汽蒸發(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控制系統(tǒng)，其中流量調節(jié)器采用 PI 調節(jié)器，使汽輪機的蒸汽量作為系統(tǒng)的給定使給水流量跟蹤蒸汽流量的變化，構成了一個以蒸汽量作為給定的隨動系統(tǒng)從而保證汽包水位的恒定。該方案的結構框圖如圖 所示。省煤器過熱器水冷壁汽包變頻器H TH CF T圖 蒸汽流量隨動控制系統(tǒng) 給水流量調節(jié)器變頻器液位變送器汽包給水流量+蒸汽量變送器圖 蒸汽流量隨動控制系統(tǒng)框圖采用該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)完全根據(jù)物質平衡條件工作，給水量的大小只取決于汽輪機的耗汽量，假水位現(xiàn)象不會引起給水調節(jié)機構的誤動作。但是這個系統(tǒng)對于汽包水位來說只是開環(huán)控制系統(tǒng)。由于給水量和蒸汽量的測量不準確以及鍋爐系統(tǒng)引入的其他擾動使得給水量和蒸汽量并非準確的比值關系而保持水位恒定。由于水位對于二者的偏差是積分關系，微小的偏差長時間積累也會形成很大的水位差，因此不宜采用隨動控制系統(tǒng)。如果把以上所述兩種方案結合起來，就構成了汽包水位雙沖量控制系統(tǒng)如圖 所示，其結構框圖如圖 所示。雙沖量指的是同時引入兩個測量信號：汽包水位和蒸汽流量。這個系統(tǒng)對以上所分析的兩種方案取長補短，可以極大的提高汽包水位的控制質量。當汽輪機耗汽量出現(xiàn)階躍增大時，一方面由于“假水位現(xiàn)象”汽包水位會暫時有所升高，將使調節(jié)機構做出誤動作錯誤的減少給水量；另一方面汽輪機耗汽量的增大又通過比值控制系統(tǒng)指揮調節(jié)機構增大給水量，實際給水量的增減情況要根據(jù)實際情況通過參數(shù)整定來確定。當假水位現(xiàn)象消失后水位和蒸汽信號都能正確的指揮調節(jié)機構動作。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+++液位流量調節(jié)器液位給定前饋調節(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串級控制的方法讓給水量的擾動通過內回路自行調節(jié)，設計如圖 所示的三沖量控制系統(tǒng)，其結構框圖如圖 所示。即前饋—反饋—串級復合控制系統(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控制回路以及一個蒸汽流量前饋通道，實質上是蒸汽流量前饋與水位－流量串級系統(tǒng)組成的復合控制系統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)的主參數(shù)是汽包水位，副參數(shù)是給水流量，主調節(jié)器是給水流量調節(jié)器，副調節(jié)器是液位調節(jié)器。一方面可以克服給水擾動，使給水流量自行調節(jié)，另一方面可以有效地抑制“假水位現(xiàn)象” 。當蒸汽流量發(fā)生變化時，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水量的大小以完成粗調，然后再由汽包水位調節(jié)器完成水位的細調維持汽包水位的穩(wěn)定。省煤器過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+++液位流量調節(jié)器液位給定前饋調節(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 由于該設計的目的是控制水位穩(wěn)定，而整個控制系統(tǒng)的基礎是對水位的準確測量，因此水位能否準確測量直接關系到控制質量的優(yōu)劣。合理的選擇水位傳感器在水位控制系統(tǒng)的設計中有關鍵作用。知道汽包水位應該控制在 300177。10 mm，根據(jù)過程控制儀表量程選擇原則：儀表量程應該為被測量參數(shù)的 4/3～3/2 倍。因此所選傳感器的最大量程為:400～450 mm。而且汽包水位應該控制在 300177。10 mm，因此所選水位傳感器的精度應該高于 10/450=%FS，因此選擇該測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，該系列儀表采用擴散硅壓阻芯體或陶瓷壓阻芯體。316 全不銹鋼結構有多種量程可供選擇，選擇測量圍為：100～500mm，測量精度在 1%FS 的型號可以滿足控制要求。該型號的傳感器主要技術參數(shù)如下：量程：100～500mm(水位高/深度)綜合精度: %FS 輸出信號: 4～20ma(二線制)、0～5V、1～5V、0～10V(三線制) 供電電壓: 24DCV(9～36DCV) 負載電阻: 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: IP68 長期穩(wěn)定性能: %FS/年 振動影響: 在機械振動頻率 20Hz～1000Hz 內，輸出變化小于 %FS 電氣接口(信號接口): 緊線防水螺母與五芯通汽電纜連接機械連接(螺紋接口): 投入式使用時可以采用 24V 直流電源為水位傳感器供電保證其正常工作，將 1～5V電壓信號作為反饋量引入 PLC 模擬量輸入端口進行控制運算。 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量給水流量和蒸汽流量，這兩個信號可以有效地改善控制質量，因此合理的選擇流量傳感器能夠有效的改善整個系統(tǒng)的控制質量。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每小時蒸發(fā) 35t 蒸汽也就是有 35t 水被蒸發(fā)成為蒸汽，水位穩(wěn)定時供水量為：35 m3/h 。上海正博自動化儀表有限公司生產(chǎn)的 LUGB99 型渦街流量計是一種基于卡門渦街原理流體振動式新型流量計，它具有測量范圍廣、壓損小、性能穩(wěn)定、準確度高和安裝、使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于封閉工業(yè)管道中液體、汽體和蒸汽介質體積和質量流量的測量。 該流量計的技術參數(shù)如下：（1）測量介質：蒸汽、汽體、液體（2）傳感器的感應元件不直接與被測介質接觸，性能穩(wěn)定、可靠性高（3）傳感器內無可動部件，結構簡單而牢固，壓損小維擴量小、使用壽命長（4）范圍度寬達 10：1～15：1（5）測量范圍：正常工作范圍，雷諾數(shù)為 20，000～7，000，000；輸出信號不受液體溫度、壓力、粘度及組份影響。測量可能范圍，雷諾數(shù)8，000～7，000000（6）精度等級：液體，指示值的177。%；蒸汽，指示值的177。%（7）輸出信號：　　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)過程控制儀表量程選擇原則儀表量程應該為被測量參數(shù)的 4/3～3/2 倍，流量計應當能夠檢測的最大流量為：～52 m 3/h，因此汽包送水管道直徑選用50 mm 并用 LUGB99 型渦街流量計檢測流量可以檢測的流量范圍是 3～50 m3/h，可以滿足設計要求進行檢測汽包給水流量信號。由于 LUGB99 型渦街流量計既可用于液體流量檢測也可用于蒸汽流量檢測，因此還可以選擇該流量計作為汽包負荷蒸汽流量的檢測傳感器。正常工作時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)過程控制選擇儀表量程原則儀表量程應該為被測量參數(shù)的 4/3～3/2 倍，流量計應當能夠檢測的最大流量為：～ m3/h 因此汽包蒸汽管道直徑選用 20 mm，并用 LUGB99 型渦街流量計檢測流量可以檢測的流量范圍是 8～80 m3/h，可以滿足設計要求進行檢測蒸汽流量信號。 電機的選型電機是鍋爐汽包供水的動力設備，電機的準確選型關系到汽包能否準確供水進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 因此可以對正常工作時電機的功率作如下估算： ()2 23501/ K??? ?由計算結果可以知道選用功率為 100Kw 的三相異步電動機完全可以滿足工作要求，由于使用變頻調速不必選用繞線型異步電動機，選用鼠籠型電機就可以滿足要求。濟南華力貝爾機電設備有限公司生產(chǎn)的 YJTG 三相變頻調速電機專門為變頻調速設計可以根據(jù)技術要求設定其額定電壓為 380V 額定功率為 100Kw。 變頻器的選型 變頻器是電機的供能設備，合理選擇變頻器關系到電機能否正常工作為汽包供水。由電機的選型可以知道電機在 50Hz 三相交流電下工作時電機的功率大約是 100Kw，當三相交流電動機在基頻以下工作時為恒轉矩輸出工作，而此時電機的轉速會小于額定轉速，因此電機的輸出功率也會小于額定功率，同時由于電機的轉矩保持不變，其工作電流同在 50Hz 三相交流電下工作時電流基本一致。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三相交流電并通過控制信號控制其輸出頻率，其容量是 149Kw，可以滿足設備功率要求。該型號變頻器具有豐富靈活的控制接口，可以通過控制信號方便地改變變頻器的工作特性。設計時將變頻器連接在 DeviceNet 網(wǎng)絡上，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)中用到的重要開關設備，接觸器的合理選擇能保證交流電動機能夠準確及時的啟動、停止。根據(jù)分析三相交流異步電機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)設計的要求浙江宏立電器有限公司生產(chǎn)的 HLC3X 系列空調接觸器主要適用于 50Hz 或 60Hz、在 AC7b 使用類別額定工作電壓為 230V 或 480V 時額定電流至 40A 電路中，適用于起動和控制三相交流電動機(壓縮機)及其它三相負載，選擇五套該類型接觸器同時帶動一臺電機可以滿足設計要求。 熔斷器的選型由于系統(tǒng)的主要耗電設備是電動機，因此系統(tǒng)穩(wěn)定工作時電流大約在 150A左右，當系統(tǒng)異常工作是可能導致工作電流變大因此可設定工作電流為 200A 時進行過流保護。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定為 200A，可以滿足設計要求。 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計如下電路： 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PLC數(shù)字量輸出為高電平時三極管導通工作于飽和狀態(tài)，接觸器線圈上電使接觸器觸點閉合，否則PLC數(shù)字量輸出為低電平時三極管截止工作于截止狀態(tài)，接觸器線圈失電通過二極管續(xù)流，使接觸器觸點斷開。浙江省杭州富陽市奧星電子有限公司I3DD5686型功率三極管最大工作電流超過5A，完全可以滿足工作要求。 PLC 及相關模塊的選型 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)設計要求靈活的選擇相關模塊，而且使用 RS Logix5000 組態(tài)軟件進行梯形圖程序設計時可以根據(jù)實際情況建立標簽，避免了對 PLC 直接按照地址尋址造成的麻煩和錯誤。該系統(tǒng)需要輸入或輸出的模擬量有：給水流量信號、水位信號、蒸汽流量信號、變頻器給定信號，需要輸出的數(shù)字量有：接觸器通斷信號、報警信號。因此只要選擇一個模擬量輸入模塊 1756IF6I、一個數(shù)字量輸出模塊 1756OB16D 就可以滿足要