锅炉液位控制

锅炉液位控制（精选八篇）

锅炉液位控制 篇1

近年来, 我国北方在冬季常常出现雾霾天气。经研究, 北方到了冬季烧煤供暖所产生的废气是产生雾霾的主要原因之一。为了减少空气污染, 使用电热锅炉取暖是北方供热的一种新型环保节能的理想方式。

电热锅炉的功能是将电能转换成为另一种能量——热能, 是一种利用转换后热能的装置。电热锅炉能够满足高层住宅、商业单位、小型工矿生产企业等领域的需求, 系统结构比较简单、可靠性高、无噪音污染、使用清洁能源等优点;同时还具有占地面积小、设备布置灵活、附属机器少、运行维修投入少、检修方便等特点。系统的自动化程度高, 水温可任意设定。在实际工程中, 需要有效的控制电热锅炉出水口温度和锅炉内的液位, 这就需要在控制系统中引入模糊控制算法, 实现温度与液位的有效控制。

2 系统控制策略研究

对于电热锅炉来说, 温度—液位智能控制系统的参数各相互独立, 又相互关联。如液位变化, 使得温度随之变化。因此, 该系统设计中应考虑相互干扰、耦合。系统采用1个双输入—双输出的模糊控制器。温度—液位模糊控制器结构如图1。

电热锅炉温度—液位智能控制系统以温度、液位的给定值作为输入量, 以对各种执行机构的实际控制量作为模糊控制器的输出量。通过这些模糊控制器的输出的控制量, 控制变频器和锅炉电热圈两端电压的改变, 从而达到控制电热锅炉温度—液位智能控制系统的温度和液位的实际值。系统的控制核心是模糊控制器。系统根据不同的时期对温度、液位的要求, 由给定系统给出控制的目标数值, 将其与传感器采集的信息, 即被控对象的温度、液位等实时测量数据, 进行比较, 得出给定数值同实时测量数据之间的偏差值。由模糊控制器对偏差值进行模糊化、建立模糊规则、进行模糊推理和清晰化的处理, 最终输出清晰的控制量, 驱动执行机构, 控制被控对象。电热锅炉温度—液位智能控制系统结构见图2。

3 系统构成

工控机、可编程控制器、传感器、变频器、数据采集模块、三相电机、水泵、晶闸管SCR模块、锅炉电热圈等部分构成电热锅炉温度—液位智能控制系统。模糊控制器主要是利用工控机实现。利用传感器对被控对象的出口温度、液位进行实时检测, 利用实时数据采集模块, 对检测值进行实时采样, 传输到输入端与给定值进行比较, 得到偏差值及偏差值得变化率, 输入模糊控制器。从而在模糊控制器内利用模糊控制规则进行模糊推理, 对得到的输出模糊向量进行清晰化, 得到输出准确量, 送到执行机构。由可编程控制器控制变频器、晶闸管SCR模块、锅炉电热圈两端电压等, 保证系统参数满足设计要求, 使电热锅炉温度—液位智能控制系统达到稳定。

3.1 传感器

智能控制系统主要使用温度传感器和液位传感器。温度传感器、液位传感器用来检测电热锅炉温度—液位智能控制系统的温度、液位的变化。这些实际数据通过智能控制系统数据采集模块后传输给工控机。工控机将其与给定系统给出的输入数据进行比较模糊控制器的输出量决定执行器的动作。

3.2 可编程控制器

电热锅炉温度—液位智能控制系统使用可编程控制器作为系统的执行机构。因为可编程控制器具有控制性能稳定, 功能完善, 可靠性高, 抗干扰能力强, 能耗低, 系统维护方便、容易改造、适用性强等特点。系统的模糊控制算法则由工控机实现。该智能控制系统使用西门子 (中国) 有限公司的S7-200型PLC。

3.3 模糊控制器

设计模糊控制系统的核心是设计模糊控制器。建立模糊控制规则是设计模糊控制器的过程中的核心工作。本系统利用工控机编制程序实现模糊控制器。数据采集模块将采集的实时数据传输到模糊控制器中, 经模糊控制器计算出模糊输入量, 进行模糊逻辑推理, 得到模糊输出量, 再经过清晰化处理, 得到输出控制量的精确值。工控机通过信号传输将控制量的精确值传给PLC, PLC利用其内部程序驱动执行机构, 由执行机构对水温、液位进行控制操作, 实现控制系统的稳定运行。

4 控制系统实现

模糊控制系统跟传统控制系统的基本思路是一脉相承的, 它与传统控制系统的主要差异就是用模糊控制器代替了传统控制器。因此, 智能控制系统的核心部分就是模糊控制器。电热锅炉温度—液位智能控制系统的模糊控制器由4部分构成。

4.1 系统输入、输出量的确定

该智能控制系统输入是输入信号与反馈信号的偏差信号E和偏差变化率, 输出是控制量偏差E=h-, 其中h为传感器检测到的实时测量数据;为给定系统给出的目标数据。偏差变化率为:

4.2 系统输入量的模糊化

经过采样得到的输入量都是清晰值, 经过量化因子处理相当于进行一次比例变换, 映射成模糊论域上的某个数值。输入的模糊论域, 可以根据实际情况来估定。以温度为例, 设定偏差和偏差变化所取得模糊集的论域为, 通过公式 (1) 转换。

式中:X—偏差和其变化率实际值;

a-基本论域的上限;

b-基本论域的下限;

Y-连续量, 可将其离散化。

因此模糊集论域可分为7个等级, 此过程为输入的量化。

E, 隶属函数见图3。

4.3 模糊规则的制定

利用典型的基本模糊条件句型“if A and B then U”, 结合给定系统总结出一系列模糊语言控制规则, 从而形成模糊控制规则表。

模糊控制规则表见表1。

模糊量经规则运算得到模糊控制量即模糊向量。如系统水温较低, 且持续降低, 应加大锅炉电热圈两端电压, 可通过“if A and B then U”的格式实现形式化数据处理。

4.4 系统输出模糊量的清晰化

经过模糊逻辑推理后, 输出的是模糊集合, 由于它是多条模糊控制规则所得结论的综合, 其还是模糊向量。然而对实际系统而言, 它是无法利用模糊向量对被控对象进行控制的。因此系统要对模糊输出量进行清晰化处理, 然后按照加权平均法得到具体控制量。经过清晰化处理后的输出量虽然是清晰值, 但是其取值范围是在模糊论域中。模糊论域与输出控制量的实际物理论域并不一定一致, 因此引入一个比例因子, 使将该控制量能够在被控对象所能接受的实际物理论域中。最终的实际控制量是该比例因子与控制量的乘积。将其传给PLC, 执行对电热锅炉温度—液位智能控制系统的控制。

5 结语

电热锅炉温度-液位智能控制系统采用了模糊控制方式, 克服了传统控制系统设计的缺点。传统控制系统是建立起被控对象及控制系统的精确数学模型, 以此模型作为整个控制系统建模、分析、设计的基础。建立精确的数学模型需要对控制系统及被控对象的内部结构、工作机理等进行分析、辨识, 步骤较复杂, 计算量大。而模糊控制系统设计则只需确定模糊控制器的结构、建立模糊规则等工作, 不需要求取系统的精确数学模型。这种控制方式信息少、响应快、计算量小、易于工程实践, 有较广阔的应用空间。电热锅炉温度-液位智能控制系统通过模糊控制, 实现了对锅炉水温和液位的有效的自动控制。该系统结构简单、安全可靠性高、易于实现、运行与维修方便。随着我国对环境保护的力度加大, 人们的环保意识增强, 电热锅炉以其卓越的环保性能和良好的经济运行指标, 一定能成为广泛使用的新型绿色环保设备。

参考文献

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锅炉液位控制 篇2

关键词:锅炉汽包液位 三冲量 调节系统 设计 应用

中图分类号:TK229文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)03(b)-0099-01

锅炉是化工生产中的重要动力设备。在锅炉的生产运行中,汽包液位是一个非常重要的监控参数,它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系,也是保证锅炉安全的重要条件。汽包液位过高,影响水、汽分离效果,产生蒸汽带液现象,降低蒸汽的产量和质量,也会造成过热蒸汽结垢甚至使气轮机叶片损坏;如果液位过低,会破坏水循环,影响汽、水平衡,烧坏锅炉导致爆炸。因此,必须将汽包液位控制在一个正常的范围之内,对汽包液位进行自动调节十分必要。

1 锅炉汽包液位三冲量调节系统的设计

1.1 调节方案的选择分析

汽包液位是很重要的参数,锅炉蒸汽量的增加、产汽压力的提高以及外界对汽包液位的干扰性增强,使得汽包液位调节系统也由简单发展到复杂,即由单冲量、双冲量发展到三冲量的调节。

单冲量调节,它仅是以汽包水位作为系统输入量来进行的调节,适应于汽包容积较大且负荷变化比较小的场合。单冲量控制系统的负荷如果急剧变化,就会出现“虚假液位”,调节器就会关小供水阀门,从而造成事故。双冲量控制,它是在单冲量的基础上加一个蒸汽冲量,以克服“虚假液位” 的形成,适合于锅炉容积不大、给水压力波动较小的场合。双冲量调节系统实际上是前馈和反馈调节结合在一起的调节系统。负荷突然变化时,蒸汽的流量信号通过加法器,结果使它的作用与水位信号的作用相反;出现假液位时,液位信号要关小给水阀,而蒸汽信号则是开大给水阀,加法器输出是液位信号—蒸汽信号,以此来抵消虚假液位的影响。但如果给水压力本身出现波动情况,双冲量控制系统也不能够很好地克服给水量波动对汽包液位的影响。因此,发展三冲量调节系统,在双冲量控制系统的基础上再加一个给水流量的沖量,使它与液位信号的作用方向保持一致。

1.2 三冲量调节系统设计原理

为防止“虚假液位”现象,需将蒸汽流量和给水流量引入调节系统中,与汽包液位反馈这个信号进行叠加,构成三冲量调节系统。锅炉汽包液位是被控变量,也是主冲量信号,而蒸汽流量和给水流量则是辅助冲量,一旦蒸汽流量或是给水流量发生波动改变之时,加法器会立即进行调节阀开度的改变,加以校正,从而大大提高被调参数液位的调节精度。

在稳定的状态情况下,液位调节信号为给定值,等于液位调节器的输出量、蒸汽流量及进水量这三个信号之和,以控制给水执行器动作的进行。假如在某一时刻,蒸汽负荷突然增加,蒸汽流量变送器的输出信号增加,而加法器的输出信号减少,导致调节阀的开大和进水量的加大,并同时出现了“虚假液位”现象,液位调节器输出电流将大大增加。另一方面,因为进入加法器的两个信号完全相反,所以蒸汽量的增加会抵消一部分虚假液位的输出电流,最终将会抵消虚假液位带来的不良影响,结果使加法器的输出信号变化变小,并保持恒定的液位。

待虚假液位消去,水位就开始下降,液位调节器输出的电流也开始变小,此时,它与蒸汽流量信号作用变化的方向正相反,因此加法器输出电流减小,这意味着要增加给水量来适应新的负荷需要,并补充液位的不足,使得蒸发量和给水量重新达到平衡。

当蒸汽负荷变化较小、给水压力发生波动变化时,在同样的调节阀开度情形下,会影响进水量,从而造成液位的下降,最终使得加法器的输出减小,直到液位成为给定的值为止。锅炉液位调节系统引入了蒸汽量和给水量两个参数冲量,消除了“假液位”导致的影响,大幅度地减小了液位的波动,从而缩短了过渡过程的时间。

1.3 三冲量调节系统环节的设计

1.3.1 调节阀的设计

从安全生产的角度出发,调节阀应选用电闭式。假如发生电源断电等突发事故, 给水调节阀可以全开,以避免干锅甚至裂爆事故发生。

1.3.2 控制系统的配置

三冲量控制系统中,给水流量、测量信号、蒸汽流量及用于蒸汽流量测量的温压自动校正信号,都要从已有的检测控制回路中取出来引入系统,设置过程控制器、记录仪、双室平衡容器、差压变送器和电动操作器等。要用相当于单冲量系统的仪表配置达到实现三冲量系统液位的控制目的,节省投资,获得效益。

2 三冲量调节系统的应用

为确保锅炉生产的稳定和经济运行,目前采用了性能比较先进的PID自动控制系统,它是由FBs-PLC、变频调速器和计算机应用等自动化设备组成的系统,通过检测汽包液位、水汽压力、温度等物理量,在运行过程中进行全自动调节。尤其在汽包液位调控上,带PID控制功能的FATEK可编程控制器(PLC)发挥了很大的作用。PLC是利用闭环控制模块,以实现锅炉汽包液位的PID控制。特别是在异常的情况下,比如液位偏离正常值比较大时,通过PLC的控制,可以达到快速恢复水位、保证锅炉的安全稳定运行的目的,实践应用效果较好。

3 结语

总之,锅炉汽包液位控制的好坏关系到工艺安全稳定、优质生产的一大问题。对汽包液位进行三冲量的调节控制非常重要的方法,意义深远。

参考文献

[1]秦占强.论电站锅炉汽包水位的串级三冲量调节[J].河北煤炭,2006(4).

[2]唐涛.锅炉汽包三冲量调节系统的设计[J].化工技术与开发,2003(6).

基于单片机的锅炉液位控制装置设计 篇3

目前我国燃烧锅炉的数量众多,现有中、小型锅炉30多万台,每年耗煤量占我国原煤产量的四分之一,目前大多数工业锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。锅炉微机控制,是近年来新开发的一项新技术。它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物,工业锅炉采用的是微机控制和原有的仪表控制。由于被控对象和过程的非线性、时变性,多参数间的强耦合、随机干扰等因素,使得建立被控对象的精确数学模型变得很困难。在这些复杂的系统面前,传统的控制方法无法满足控制精度,而且系统稳定性差。更好地对锅炉进行自动化控制,并利用单片机及其外围芯片实现锅炉液位控制已经成为可能。

1 系统硬件设计

1.1 核心芯片8051单片机

整个系统电控部分以ATMEL公司的8051为核心芯片,控制信号采集、处理、输出三个过程。这种芯片内置4kEPROM,因为系统要求控制线较多,如果采用8031外置EPROM程序控制结构,则造成控制线不够;而8051却可以利用P0、P2口作控制总线,大大简化硬件结构,并可以直接控制键盘参数输入、LED数据显示,方便现场调试和维护,使整个系统的通用性和智能化得到了很大的提高。

本设计采用MCS-8051单片机来控制系统报警[2]。MCS-51系列单片机中的8051采用40Pin封装的双列直插结构。其40个引脚中,正电源和地线两根,外置石英振荡器的时钟线两根,4组8位共32个I/O口,中断口线与P3口线复用。

1.2 模拟信号的采集和处理

为了实现锅炉在炉内液位过高或低液位时发出声光报警,本系统决定采用传感器来采集炉内压力,传感器输出的模拟信号均接放大器输入端,经过放大后送入模数转换器(ADC)转换为数字信号,然后把数字信号送入单片机进行处理。

所用ADC是0809。该芯片使用逐次逼近法能换开关

CD4511将输入扩展成十五路。ADC0809内部没有时钟电路,故用8051的ALE为其提供时钟脉冲信号。0809要求的时钟脉冲频率不能超过640k Hz(否则转换精度下降,甚至不能工作),所以又接一74LS74将8051ALE的1MHz输出二分频成500kHz再送入0809。ADC0809的选通信号Y2由74LS138将8051的P2.5至P2.7输出译码提供。

1.3 A/D转换器

我们采用常见的ADC0809。ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用A/D转换器进行转换。三态输出锁存器用于锁存A/D转换完的数字量,当OE端为高电平时,才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

ADC0809是带有8位A/D转换器、8位多路开关以及与微型计算机兼容的控制逻辑的CMOS组件,其转换方法为逐次逼近型。在A/D转换器内部含有一个高阻抗斩波稳定比较器,一个带有模拟开关树组的256电阻分压器,以及一个逐次逼近型寄存器。8路的模拟开关由地址锁存器和译码器控制,可以在8个通道中任意访问一个通道的模拟信号。由于多路开关的地址输入部分能够进行锁存和译码,而且三态TTL输出也可以锁存,所以它易于与微型计算机接口[4]。

A/D转换电路在控制器中起主导作用,用它将传感器输出的模拟电压信号转换成单片机能处理的数字量。该控制器采用CMOS工艺制造的逐次逼近式8位A/D转换器芯片ADC0809。在使用时可选择中断、查询和延时等待3种方式编制A/D转换程序。A/D转换部分在接线时先经过运算放大器和分压电路把传感器输出的电流信号转换成电压信号,然后输入到A/D转换器[5]。

1.4 传感器

传感器使用SY-9411L-D型变送器,它内部含有1个压力传感器和相应的放大电路[6]。压力传感器是美国SM公司生产的555-2型OEM压阻式压力传感器,具有全温度补偿功能。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,它通常由敏感元件和转换元件组成。压力是工业生产中的重要参数之一,为了保证生产正常运行,必须对压力进行检测和控制,当被测压力达到极限值需报警的,则应选用附带报警装置的各类压力计。

1.5 液位显示电路

液位显示采用数码管动态显示,范围从0~999(单位可自定),选择的数码管是7段共阴极连接,型号是LDSl8820。在这里使用到了74LS373,它是一个8位的D触发器,在单片机系统中经常使用,可以作地址数据总线扩展的锁存器,也可以作为普通的LED的驱动器件,由于单独使用CD4511七段译码驱动显示器来完成数码管的驱动显示,因此74LS373在这里只用作扩展的缓冲。

2 软件设计

2.1 键盘程序

由于键盘采用的是4×4结构,因此可使用的键有16个,根据需要分别定义各键,0~9号为数字键,10~15号分别是确定键、修改键、移位键、加/减键、取消键和复位键[9]。程序如下:

2.2 A/D转换子程序

程序设计内容:

(1)进行A/D转换时,采用查询EOC的标志信号开检测A/D转换是否完毕,若完毕则把数据通过P0口读入,经过数据处理之后在数码管上显示。

(2)进行A/D转换之前,要启动转换的方法:ABC=110选择第三通道;ST=0,ST=1,ST=0产生启动转换的正确脉冲信号[10]。

A/D转换子程序如下:

3 总结

采用MCS-8051单片机设计出的工业锅炉控制器,能够针对水位的不同状态和不同外界条件进行控制,单片机运行稳定、控制品质良好、控制效果明显改善;同时大大提高了控制系统的抗干扰能力,保证了工业锅炉的稳定运行。工业锅炉控制器充分利用了单片机的特点,较好地解决了高性能与低成本之间的矛盾。控制装置具有成本低、抗干扰能力强、控制性能好等优点,且系统硬、软件维护简单方便,尤其适用于工业控制现场,具有良好的应用前景。

摘要：文章主要设计了一种锅炉液位控制器,它以8051作为单片机。通过8051单片机、液位传感器和模数转换器等硬件系统和软件设计方法,实现具有液位检测报警和控制的双重功能,同时也具有报警和显示控制的功能,并对液位和压力值进行显示。本系统是基于单片机的水暖锅炉控制系统,在设计中主要有水位检测、温度检测、按键控制、水位控制、显示部分、故障报警等几部分组成来实现供暖控制。

关键词：锅炉液位控制,单片机,压力传感器,模数转换器

参考文献

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[2]宋健.单片机原理及应用[M].北京:北京理工大学出版社,2007.

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[4]楼然苗,等.51系列单片机设计实例[M].北京:北京航空航天出版社,2003.3.

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[7]刘波,王怀瑞,王娜.LED显示译码驱动技术研究[J].河北省科学院学报,2006,23(2):52-54.

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[9]潘新民,王艳芳.微型计算机控制技术[M].北京:高等教育出版社,2002.

锅炉液位控制 篇4

关键词：余热锅炉,汽包,液位控制

1 情况简介

余热锅炉是炼油化工装置生产过程中不可缺少的原料和动力设备。它所产生的蒸汽不仅能够为反应、蒸馏、干燥、蒸发等过程提供原料和热源, 还可以作为机泵等设备的动力源, 起着节能降耗的重要作用。汽包作为锅炉的关键组成部分, 操作的好坏直接决定了锅炉的运行状况。而液位的控制又是汽包调节的首要条件, 也是确保锅炉正常生产的基础。

克拉玛依石化公司甲醇厂共有三个汽包, 生产三种压力的蒸汽, 一是为天然汽转化工序提供反应所需的2.8MPa蒸汽, 主要来源于转化工序的1#汽包及合成工序的合成塔汽包。二是驱动蒸汽透平的3.5MPa蒸汽, 主要来源于转化工序的1#汽包。三是供精馏工序再沸器使用的0.8MPa热源蒸汽, 主要来源于转化工序的2#汽包以及蒸汽透平的余热蒸汽。

2 设备概况及工作原理

本装置汽包的外围设备主要包括给水泵, 给水预热器, 药槽, 强制循环泵, 液位控制系统, 蒸汽压力控制系统等。汽包的本身设备包括:人孔, 给水分布器, 连续排污口, 间断排污口, 上升管, 下降管等。

汽包的工作原理:炉水进入反应器吸收热量后, 形成汽液两相混合物, 由于比重差分别循环进入汽包, 在汽包内依靠重力和吸附力的作用进行汽液分离, 储存并输送蒸汽。

3 汽包液位的操作及控制

3.1 汽包开停工过程中的液位控制

装置锅炉在开停工阶段, 热源温度较低, 汽包蒸发量不足, 因此需要利用锅炉底部放空控制汽包液位。

(1) 在装置开工加热炉升温初始阶段, 炉水逐渐受热、汽化、膨胀、使液位升高;通过使用定期排污口, 将管线内冲洗下来的杂质排出, 提高炉水品质, 也让锅炉水循环起来。在装置停工加热炉降温末期, 炉水逐渐冷却、降凝、收缩、使液位降低, 此时要注意补水。

(2) 加热炉逐步升温, 汽包内的汽压、汽温也会升高, 排汽量也逐渐增大, 应根据汽包液位的变化趋势, 及时补充给水。受装置工艺设计影响, 在加热炉温升到一定阶段, 产汽量有限, 但换热设备温度较高时, 应加大锅炉排水, 保证换热设备中一定的锅炉水流量, 防止因设备超温而损坏设备。

(3) 1#余热锅炉强制循环泵启动时, 汽包应建立高液位, 同时要加大补水, 防止因管线充水而造成汽包液位的突然降低。停泵时注意对流段烟气及炉水温度, 防止水击。

(4) 在进行锅炉冲管或蒸汽系统安全阀校验时, 由于突然泄压, 造成蒸汽流量的突然增大, 汽包内的汽压迅速下降, 出现闪蒸现象, 液位会突然显示为“空液位”, 因此在进行上述操作前应先保持较高液位, 而后根据蒸汽流量加大给水, 及时调整液位。

3.2 正常生产时锅炉汽包的液位控制

锅炉正常运行时, 汽包液位利用三冲量控制系统自动调整, 此时运行人员应加强对汽包液位的监视, 同时关注汽包给水泵以及强制循环泵等重要参数。在液位发生异常时, 结合相关参数, 及时判断出故障原因, 为事故处理争取充足的时间, 保证汽包的安全稳定运行。装置1#汽包安装有强制循环泵, 目的是利用加热炉对流段烟气余热增产蒸汽, 其进出口分别于汽包底部中部链接, 循环量的大小直接影响液位的平稳, 调整时应特别注意。

3.3 影响汽包液位的因素

汽包液位是反映锅炉汽包给水流量与蒸汽流量是否平衡的一个指标。因此, 影响汽包液位变化的主要因素也就是给水流量和蒸汽流量。同时, 液位下汽包容积、给水压力、热源温度以及装置负荷等因素也对汽包的操作有影响。

3.3.1 汽包液位在给水流量作用下的动态特性

一般情况下, 汽包的给水温度要低于汽包内饱和水的温度, 所以给水流量增加后, 汽包内液位由于饱和水的温度被给水所吸收, 而使液位下汽包容积有所减少, 当液位下汽包容积的变化逐渐平衡时, 液位变化就体现了汽包液位随储水量的增加而逐渐上升, 当液位下汽包容积不再变化时, 液位就随水量的增加而直线上升。

3.3.2 给水压力的影响

给水压力变化时, 给水流量随之变化, 将打破给水量与蒸发量的平衡, 从而引起液位变化。当给水压力增加时, 给水流量增大, 液位上升;给水压力下降时, 给水流量减少, 液位下降。给水压力波动过大, 将使给水自动调节阀失调。水压过低, 则汽包进水困难。若给水压力低于汽包压力, 给水将无法进入汽包, 会造成锅炉严重缺水, 给设备造成损伤, 影响装置生产。

3.3.3 蒸发量的影响

汽包液位的变化与蒸发量的变化有密切关系。当装置运行负荷变化时, 蒸发受热面中水消耗量发生变化, 必然引起汽包液位的变化。当负荷增加时, 如果给水量不变或增加不及时, 则蒸发设备中的水量逐渐被消耗, 其最终结果将使液位下降;反之, 液位上升。所以液位变化的幅度反映了锅炉蒸发量与给水量之间平衡关系相称程度, 如给水量大于蒸发量, 则液位上升;给水量小于蒸发量, 则液位下降, 只有给水量等于蒸发量 (排污及阀门泄漏除外) 即蒸发设备中保持物质平衡时, 液位才能保持稳定。

3.3.4 炉出口转化气温度的影响

由于本锅炉是余热锅炉, 都是利用装置的余热来产汽, 所以热源温度对液位控制有很大的影响。在转化气温度突然升高时, 炉水吸热量增加, 汽泡增多, 体积膨胀, 而使液位暂时升高, 由于产汽量增加, 炉水中汽泡数量又随之减少, 液位又会下降。当转化气温度降低时, 液位会出现暂时降低然后升高的现象。面对这种情况的时候, 要提前进行调整, 防止出现汽包“满液位”或“空液位”现象。

3.3.5 装置运行负荷的影响

当装置运行负荷突增时, 转化气温度骤降, 汽泡减少, 液位下降, 为了控制转化气温度, 增加了燃料后, 汽泡又会增多, 液位上升, 然而汽化量增大以后, 物料平衡被破坏, 进少出多, 这又使液位下降, 所以控制器在控制初期很容易误操作, 该增加给水却反而减少, 控制作用反了方向。当装置运行负荷突减时, 转化气温度骤升, 汽包液位会出现先上升, 再下降, 继而上升的现象。所以, 当负荷骤变时, 必须严密监视液位, 预防液位事故的发生。

总之, 汽包液位的平稳情况直接决定了汽包运行的好坏, 对装置的热平衡、安全生产起着至关重要的作用, 如何确保操作稳定, 还有许多值得我们探讨的地方。

参考文献

[1]蒋慰孙, 俞金寿.过程控制工程[M].北京:中国石化出版社[1]蒋慰孙, 俞金寿.过程控制工程[M].北京:中国石化出版社

[2]常建生.低压锅炉水处理[M].沈阳:辽宁科学技术出版社[2]常建生.低压锅炉水处理[M].沈阳:辽宁科学技术出版社

锅炉液位控制 篇5

蒸汽锅炉是冬季民用取暖和工厂工艺用热的主要设备。近年来随着蒸汽锅炉科技水平的不断发展, 节能环保意识的深入人心, 以前老旧的燃煤蒸汽锅炉逐步被燃气锅炉所替代。燃气蒸汽锅炉具有热效率高, 安全可靠, 使用寿命长, 维护简便等特点。燃气锅炉可实现全自动控制, 操作简便, 自动化控制程度高。并且燃气锅炉使用清洁能源, 对环境污染小。本文是针对辽河油田总机械厂生产的1 0 T燃气蒸汽锅炉为控制对象, 以A B公司生产miclogix1400小型PLC为控制核心, 以AB公司的Rslogix500为编程软件, 设计出一套控制方案, 来完成对燃气锅炉的液位以及蒸汽出口压力的控制, 保证锅炉连续正常的生产运行。

2 蒸汽锅炉的汽包液位控制

影响锅炉汽包液位变化的参数主要有3个:1) 锅炉负荷的变化, 当锅炉负荷发生变化时不仅会对锅炉蒸汽出口压力产生影响, 还会引起锅炉水状态的变化从而引起锅炉汽包液位的变化;2) 炉内燃烧的工况对锅炉汽包液位的影响也很大;3) 给水压力变化对汽包液位的影响。本方案中锅炉的负荷稳定, 汽包的容积较大, 所以采用单冲量闭环控制系统, 即:采用差压变送器来测定锅炉汽包的液位, 在锅炉进水管线中设置一个气动调节阀, 可接受标准的4-20m A信号, 通过控制气动调节阀的开度大小来调节液位, 当实际液位与我们设定的液位出现了偏差时, 通过控制气动调节阀开大或者关小, 使液位恢复到给定值。控制原理见 (图1) 。

气动调节阀的开度由PID控制器给定。PID控制器的控制参数主要有3个:1) 比例P:输出变化量与偏差成正比例 (比例系数越大, 反应速度越快, 稳定性变差。比例系数越小, 反应速度越慢, 稳定性变好) ;2) 积分时间T:用积分时间表示积分作用, 用以修正 (上升或下降) 偏差。Ti越大系统的稳态误差消除的越快, 但Ti也不能过大, 否则在响应过程的初期会产生积分饱和现象。若Ti过小, 系统的稳态误差将难以消除, 影响系统的调节精度;3) 微分作用Td:是改善系统的动态性能, 其主要作用是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化, 对偏差变化进行提前预报。但T d不能过大, 否则会使响应过程提前制动, 延长调节时间, 并且会降低系统的抗干扰性能。它主要适用于特性滞后较大的广义对象, 如温度对象等。这里我们需要对PID控制器进行参数设定。依据现场经验先进行P调节, 使I无效, 观察液位变化曲线, 若曲线多次出现波形则应该放大比例P参数, 若曲线变化非常平缓, 则应缩小比例P参数。比例P参数设定好后, 设定积分I的参数, 积分I正好与比例P参数相反, 曲线平缓应放大积分I, 出现多次波形则需调小积分I, 经现场反复调试我们将P设为0.15, I设为0.95, 取得了良好的控制效果。在miclogix1400PLC程序实现见 (图2) 。

3 锅炉蒸汽出口压力的控制

蒸汽锅炉的出口压力主要受负荷和锅炉蒸发量决定的。在这里, 锅炉的蒸汽出口压力控制是通过调节锅炉燃烧器的输出功率来实现的。辽河油田总机械厂生产的10T/h燃气蒸汽锅炉采用压力变送器来检测出锅炉的蒸汽出口压力。燃烧器采用奥林G P 7 0 0 M型燃烧器, 其燃气和助燃空气的配比采用的是机械比调的方式 (即燃气风门与助燃空气风门通过机械连杆固定连接, 这就使助燃空气的风门开度随着燃气风门开度的变化而成比例的变化) 。这里我们采用带PID控制器的闭环控制系统, 通过控制调节调节燃烧器燃气风门的开度就可以调节燃烧器的输出功率, 从而达到控制锅炉蒸汽出口压力的目的。其控制原理见 (图3) 。

燃烧器风门开度值由PID控制器给定, 在这里我们需要对PID控制器进行参数设置。依据现场经验, 先将锅炉进水管路的气动调节阀开度设为横定值, 保持锅炉液位不变, 待其稳定后, 分别设定P比例调节参数和I积分调节参数。经现场反复实验将P比例调节参数设定为0.01, I积分调节参数设定为3.00时, 锅炉蒸汽出口压力曲线平稳, 满足生产运行要求。其在miclogix1400PLC上的程序实现如 (图4) 。

4 结束语

本控制方案已成功应用在辽河油田总机械厂生产的10T/h燃气蒸汽锅炉上, 目前已平稳运行1年时间, 该方案结构简单, 投资少, 容易实现, 可以满足了企业生产要求, 实现了锅炉安全可靠运行, 不仅降低了工人的劳动强度, 而且降低了设备的维护成本, 得到用户的好评。

参考文献

[1]卓娜, 李素华, 魏永捷等.油田燃油注汽锅炉自动控制系统的设计与实现[J].制造业自动化, 2009, (7) :124-127.

[2]PARTS, M.Effect of steam injection into two nearby layers[J].Journal Of Petroleum Science and Engineering, 2003:117-124.

[3]刘继和, 孙素凤.注汽锅炉[M].北京:石油工业出版社, 2007:113-122.

[4]宋伯生.PLC编程理论、算法与技巧[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[5]杨公源.可编程控制器 (PLC) 原理与应用[M].北京:电子工业出版社, 2004.

[6]陈在平.可编程控制器技术 (PLC) 系统设计[M].北京:电子工业出版社, 2007.

液位控制器 篇6

该液位控制器主要部件作用:

(1) LED:控制液位低、中、高;

(2) 控制器:继电器自动控制水泵开关, 使液位保持在低和高之间;

(3) 过液位报警:当传感器检测到液位过高或过低时 (可选) , 继电器驱动电铃或其他报警器报警。

制作完成之后的液位控制器外观如图1所示, 规格参数如表1所示。

一、电路原理图

该液位控制器的电路原理如图2所示。其中AC IN为供电输入端, 通过UA7812产生+V1的电压给电路供电。SENSOR1和SENSOR2连接到传感器PCB的S1和S2。

二、元器件及安装

液位控制器的电路比较简单, 元件清单如表2所示, 在安装元器件时, 要先装电阻, 阻值可利用万用表测量或通过“综红橙黄绿蓝紫灰白黑”电阻色码读出, 其次安装电容, 注意电解电容是有正负极的, 电解电容上黑道端是电容的负极, 电解电容长引脚是电容的正极, 不能装错。要安装可在单面板上设计PCB和焊接。LED发光二极管是一个有正、负极之分的器件, 安装前应先分清它的正、负极, 长引脚的一端是正极。控制器PCB如图3、图4所示。

传感器PCB的正反面图如图5、图6所示。

可以根据PCB正面丝印层的提示, 结合元件清单表完成PCB的焊接。

三、调试

当采用直流电压 (16～18V/100mA) , 正负电源接法如图7所示。

如果连接变压器 (12～14V/min 300mA) , 连接顺序没有特别规定, 如图8所示。

当电源打开, LED3 (低电平) 应点亮, 表明一切正常工作。将低水位传感器S2连接, 则LED2应该点亮, 如图9所示。

再将高水位传感器S1连接, 这时LED1和LED4同时点亮如图10所示。

若断开S1, 这时LED2和LED4同时点亮, 如图11所示。

再断开S2, 那么只剩LED3点亮, 如图12所示。

传感器必须相互连接, 一个传感器包括2个分离电导体, 如果在应用过程中, S1和S2之间的高度差过大, 可以切下一块PCB, 如图13所示。相反的, 如果距离过短, 可以焊接两截铜线, 如图14所示。

四、工作过程

连接所有的传感器如图15所示, 注意:放置传感器1比传感器2位置高。

如图16所示, 当水位低于SI和S2时, LED3点亮;当水位高于S2, 低于S1时, LED2点亮;当水位上升, 直到S1接触到水位, LED1和LED4同时点亮;如果水位下降到只有S2在水里的话, 则LED2和LED4同时点亮;水位继续下降到S2以下, 则只有LED3点亮, 继电器断开。当水位到达S1 (高水位) , 继电器接通, 当水位低于S2 (低水位) , 继电器断开。

液位系统的平衡控制 篇7

我们接到工作任务后, 首先研究控制方案, 按工艺要求:黏胶先进A、B储罐, A~B之间进行液位平衡调节, 到定值后, 黏胶再进C、D储罐, C~D之间进行液位平衡调节, 最终达到四个储罐液位平衡, 同时四个储罐出口常开, 防止黏胶凝固。用泵送出物料V8阀开, V7阀关, 当下一道工序不需要物料时, V7阀开, V8阀关, 物料进行循环, 当ABCD储罐全部达到设定高位时, 自动停0#泵, 而有一个储罐脱离高位时, 0#泵自动开启。

1 选择控制方案和仪表设备

1) 首先选择测量液位的智能差压变送器, 设置零点量程;

2) 选择双路输入输出数字调节器;

3) 选择气动薄膜调节阀两种 (气开式;气闭式) 和两位式气动球阀。

2 进行组合控制

2.1 原理框图见图2

2.2 当四个储罐全部达到高位时, 停O#泵

原理图1 (图3) :

注:R———熔断器;AH—DH———高位;J———继电器;K———转换开关;RC———热元件;AT—AN———按钮;AL—DL———低位;Q———交流接触器

2.3 当下道容器满位时, 自动切换循环阀 (V7) 和送胶阀 (V8)

原理图2 (图4) :

3 控制系统调试应用

1) 调试智能差压变送器, 输出信号4-20MADC准确;

2) 数字调节器各参数设定包括PID;上下限位;给定值等;

3) 气动薄膜调节阀开关;行程;阀位相符;

4) 自动控制整体液位调试;

5) 开停电动机及各泵。

经过多次试运行系统控制正常, 交给工艺使用, 完全满足工艺生产需求。

4 液位控制取得的效果

减轻了工人的劳动强度, 使工人脱离了有毒有害场所, 进行了远程控制, 工艺产品质量得到了保证, 减少了跑冒滴漏故障发生, 给工厂节约资金, 降低了成本。随着科学技术的发展, 我们还将进行改造, 准备用计算机开发控制。

摘要：化工厂的储罐 (容器, 槽) 液位系统的可靠设计是非常重要的, 本文就实际生产中遇到的问题, 对液面系统进行改进。

滤池液位控制的改进方式 篇8

位于上海东南赵行镇的上海国际旅游度假区综合水处理厂是一座高标准设计规格的先进的水处理厂, 它的设计规模为2.4×104m3/d处理量, 总体处理工艺包括:曝气生物法、混凝加砂、高效沉淀、超滤膜过滤、紫外线消毒等, 达到出水指标优于三类水, 部分指标接近二类水。其中超滤膜滤池的控制是一项重点要求的内容, 能够即快速有效的控制, 又能节省耗费水量, 提高水处理的回收率, 是一个集工艺、自控等相关专业配合的综合调试手段, 在这个过程中, 有一些优化改进是现场工程师团队集体的智慧结晶, 笔者就这一内容做一些阐述, 供所有同行了解指正。

2 工艺背景

过滤 (滤膜负压过滤) 是水处理行业在水质净化处理工艺流程中一道非常关键的工序, 通过不同孔径大小的滤膜实现对水和水质残留物的物理性分离。但在实际工业实施过程中滤池在运行一段时间后, 由于被截留的物质染污物会使滤膜层的过滤阻力增大至超过最大允许的阻力, 导致污染物穿透滤膜层, 使水质急剧变坏。为此, 需要利用反向水流对滤膜进行活化更新, 从而使滤膜层再生, 滤池能重新开始工作。

通常, 水处理厂都会设置多个滤池或滤膜格, 根据运行时间逐个轮流对每个滤池进行定时清洗。清洗周期一般为7~10d一次, 每次持续1h左右, 清洗采用鼓风机压缩空气冲洗 (加药反冲洗) 。滤池从进入加药反冲洗到完成冲洗重新投入正常运行是一个复杂繁琐的过程。

在某个滤池准备开始进入清洗程序时, 需要关闭该滤池的进水阀门并打开出水阀门, 等待该滤池的水位下降到预定水位后, 再确认出水水头的压力是否下降到预定压力值, 当确认水位和压力都达到设定值后, 关闭排水阀门, 同时对该滤池进行反向冲洗的工作。随着PLC的广泛应用和设备监控精度的提高, 滤池在等待清洗前的水位确认工作、开关阀门工作现在都由PLC自控系统来完成了, 从而降低了人工的现场确认时间和滤池等待清洗的排队时间, 提高了工作效率。

但是, 在实际的操作过程中, 因为传感器的自身测量精度是有限的, 并且传感器在测量过程中还会受到水面波动的影响, 导致经常会出现实际水位还没有下降到安全水位, 就提前开始了反冲洗作业, 这会引起压缩空气将滤池中的含颗粒物的混合液冲入出水泵房内, 直接影响了水厂出水水质的稳定性。为了防止上述情况发生, 通常会在自控系统程序中设置水位设定值远低于安全水位。也就是说, 会让滤池在清洗前排水时间更长、排水量也更大, 这会导致滤池的清洗效率低下, 同时会降低清洗滤池水处理的回收率。

针对这样的实际情况, 调试工程师和工艺工程师们做了一次改进尝试, 希望通过这个工艺控制的优化手段能尽量改变原有的不足。

3 硬件应用

3.1 PLC

PLC控制系统的关键是选用功能强大、可靠性高、抗干扰性强的可编程控制器, 本文涉及项目使用的是美国罗克韦尔公司的Control Logix1756系列PLC (见图1) 。Control Logix系列的PLC不仅封装外形小, 还可提供离散、驱动、运动、过程和安全控制, 具有通信功能和最先进的输入输出接口 (I/O) 。系统采用模块化结构, 因此可以高效地进行设计、构建和修改, 从而大幅节省培训和工程设计成本。1756-L74与1756-CNBR采用冗余配置。当模块出现问题时备用模块能在500ms内完成切换。

3.2 物理传感器

1) 一体化压力传感器 (见图2)

压力传感器安装在进出滤池的水管平直段, 选用的是Rosemount 3051D型产品。当受到压力作用时, 应变电阻发生变化, 从而使输出电流发生变化。压力传感器输出4~20m A信号。

测量精度为±0.1%, 稳定性为±0.2%URL。

2) 超声波液位变送传感器 (见图3)

液位计安装在滤池液面上部适当位置, 选用的是E+HFMU30型产品。超声波液位计散射角度7°, 输出4~20m A信号。

测量精度为±0.2%, 稳定性为±1mm。

4 控制优化

整个水池液位监测系统以PLC构成核心, 上联中控上位机, 终端配以各类物理传感器包括:电磁流量计、液位计、一体化压力变送器。对水池及其附属工艺管道上的机电设备进行运行控制和状态反馈监视, 控制逻辑架构如图4。

上述控制系统架构所涉及的滤池机电设备包括位于池体内的滤膜、进水管、出水管和一个水泵。进水管和出水管通过一个三通阀门与水泵连接, 这个水泵通过管道直接连接到滤膜格的内部 (见图4) 。需要在此说明的是, 整个水厂有多个同样的滤池/滤膜, 为读者理解方便, 也避免冗长的叙述, 笔者简化了工艺流程, 只论述与本文有关的关键部分。

在所述池体内设置一个液位计, 在与泵联通的管道上分别设置有压力计和流量计 (见图4) , 这些液位计、压力计、流量计和水泵分别通过控制线缆与PLC模块连接。

PLC编程设置液位设定值和压力设定值, 同时PLC采集上述液位计、压力计和流量计的当前值。通过既定工艺控制要求 (这个控制要求由工艺专业工程师提出, 自控工程师配合转换成计算机程序) 分析当前液位值与液位设定值、当前压力值与压力设定值之间的差异, 利用双闭环反馈控制计算出所述通管的流量目标值。然后, PLC再根据流量目标值和流量当前值, 采用内模PID计算得出流量修正值, 所述PID的参数为如下关系:

其中, G水 (s) 为液位的传递函数;U水 (s) 为液位的输出量;E水 (s) 为液位的输入量;G压 (s) 为压力的传递函数;U压 (s) 为压力液位的输出量;E压 (s) 为压力的输入量。

最后, PLC根据计算出的流量修正值调整水泵的转速, 从而控制进出水泵的水流速度。

原先, 这套控制系统是不引入水管压力信号作为控制依据的。液位控制只是简单地通过液位计读数与设定值比较, 调节水泵转速来控制水流量。由于液位计本身测量精度的限制, 以及液位计测量方式的局限性, 即液位计测量稳定性受液面波动影响, 使得在实际调试过程中很难达到更高的控制精准性。

为了改进系统的测量精度和控制反应速度, 笔者想到了能否增加有效的测量数据 (最好是高精度数据) , 水管的压力值是第一选择项。首先, 压力传感器本身的测量精度就比液位计高 (参见本文第3.2节) 。其次, 压力测量受液面波动的影响远小于液位的测量。所以, 笔者所在的调试团队就尝试用上述的双反馈控制, 把压力数据也引入控制系统中。

5 效果总结

本文论述的滤池的清洗控制方法的改进, 通过引入压力计数据参与控制, 并形成压力和液位双闭环反馈控制的结构, 提高了对滤池水位的控制精度, 相对于现有技术方式而言, 至少具有以下有益的技术效果:

1) 提高了滤池的清洗效率:相对于现有技术中仅仅以液位进行单闭环反馈控制来说, 增加了出水压力的反馈, 而且出水压力受液面波动的影响较小, 能够更加准确地反映滤池液面的变化情况, 通过压力和液位的双闭环反馈控制, 可以有效提高PLC对液面的控制精度。

2) 提高了滤池清洗中水处理的回收率:因为PLC对液面的控制精度的提高, PLC的设定液面位置能够设定为更加接近实际安全液面位置, 不需要设定比实际安全液面更低的位置, 清洗前出水量相对减少, 因此也就提高了滤池清洗中水处理的回收率。

参考文献

[1]董景新, 赵长德.控制工程基础[M].北京:清华大学出版社, 1992.