除氧系统液位组态监控系统设计分解

除氧系统液位组态监控系统设计内容提要除氧器是将溶解在水中的有害气体尤其是水中的溶解氧从水中除去，以免这些有害气体进入锅炉系统造成热力设备腐蚀，从而影响锅炉系统的正常运作，所以除氧器在热力发电厂中起到了很重要的作用。进而除氧器的水位控制对除氧器以及整个工业控制过程尤为重要，除氧器水位控制的不稳定，曾引起机组跳闸和一回路热功率波动等严重后果。为了保证除氧器能达到很好的除氧效果，就需要采用先进的控制方法，应用自动化控制技术来控制除氧器的液位。本设计以除氧器为控制对象，采用PID控制技术，运用智能仪器和调节阀设计除氧器液位控制系统。并完成系统组态监控设计。关键词：除氧器、液位、智能仪器、调节阀、组态目录一．设计目的意义............................................................................1二．设计内容....................................................................................1三．控制方案....................................................................................33.1控制对象分析........................................................................33.2控制系统原理介绍................................................................7四．系统设计....................................................................................74.1系统硬件选择........................................................................74.2电气接线................................................................................94.3软件设计描述........................................................................9五．系统组态仿真结果..................................................................10六．设计体会.....................................................错误!未定义书签。七．参考文献..................................................................................111一．设计目的意义大学期间，我们学习了过程控制这一门学科，贯穿于自动化专业，为了巩固我们所学的理论知识，锻炼我们的动手能力，使得了理论与实践相结合，做了此次的课程设计。除氧系统液位组态监控系统设计，是对除氧器中的液位进行控制，应用各种方法更深入的了解自动控制的概念，并进行组态软件的监控仿真，为以后的工作学习打下了基础。二．设计内容除氧器的主要作用是除去锅炉给水中的氧气和其它不凝结气体，以保证给水的品质。若水中溶解氧气，就会使与水接触的金属被腐蚀，同时在热交换器中若有气体聚积，将使传热的热阻增加，降低设备的传热效果。因此水中溶解有任何气体都是不利的，尤其是氧气，它将直接威胁设备的安全运行。除氧器水位控制主要是为了保证除氧器内有足够的水提供给锅炉，这是一个单闭环控制回路输入参数，是除氧器水位输出参数控制除氧器进水阀。在机组正常运行时，除氧器汽源来自汽轮机抽汽阀门全开的四段抽汽，除氧器汽源压力和流量不受控制，而与被出洋的水温、气水接触面积与除氧器水位有直接的关系。除氧器水位高，可能造成除氧水加热不足，汽水接触面积减少和水中溶解氧气逸出困难而影响除氧效果；除氧器水位过高，可能造成汽封进水，抽汽管道水淹，威胁汽轮机的安全运行；除氧器水位过低，除了影响给水泵安全运行之外，甚至会威胁锅炉上水，造成断水事故。因此，在机组运行中稳定除氧器水位，将其控制在最佳的高度具有非常重要的意义。2动力除氧系统工艺流程如图1所示：图1如图所示经处理的软化水进入除氧器V1101上部的除氧头，进行热力除氧，软化水流量为FI1106，温度为常温20℃，经由调节阀FV1106进入除氧器V1101顶部。除氧蒸汽分两路，一路进入热力除氧头，管线上设有调节阀PV1101；另外一路进入除氧器下水箱，管线上设有开关阀XV1106。除氧的目的是防止锅炉给水中溶解有氧气和二氧化碳，对锅炉造成腐蚀。热力除氧是用蒸汽将给水加热到饱和温度，将水中溶解的氧气和二氧化碳放出。除氧器压力为PI1106，除氧器液位为LI1101。软化水在除氧器底部经由上水泵P1101泵出，出口流量FI1101，出口管线阀FV1101。因此此设计要控制除氧液位LI1101的液位，使得除氧器能够更好的工作。上水泵P1101LI1101FI1106FV1106PV1101PI1106XV1106除氧器V1101FV1101FI1101除氧蒸汽软化水去锅炉汽包3三．控制方案3.1控制对象分析1.测量部分：除氧器水位的测量的方法有多种，综合分析在除氧器水位控制系统的设计中采用差压式水位计测量。差压式水位计是通过把液位高度变化转换成差压变化来测量水位的，因此其测量仪表就是差压计。差压式水位计准确测量水位的关键是水位与差压之间的准确转换,这种转换是通过平衡容器实现的,正压头式从容器中引出,负压头是从置于宽容器中的水侧连通管中取得。宽容器中的水面高度是一定的，当水面增高时,水便通过汽侧连通管溢流入除氧器；要降低时,由蒸汽冷凝水来补充。因此当宽容器中的水的密度一定时,正压头为定值，负压管与除氧器是连通的。因此,负压管中输出压头的变化反映了水位的变化。按照流体静力学原理,当除氧器水位在正常水位(即零水位)时,平衡容器的差压输出为gggps02010）（HLHL其中：s为除氧器汽空间密度；w为对应压力下的饱和水密度。当除氧器水位偏离正常水位变化H时，平衡容器的差压输出p为:Hgpps20）（，平衡容器的输出差压p则是除氧器水位变化H的单值函数。水位增高，输出差压减小。为了更好的控制除氧器水位，除了对除氧器水位进行测量，还需检测给水流量和凝结水流量，以便对除氧器水位进行三冲量控制。现采用差压式流量计对流量进行测量。差压式流量计主要由节流装置、压差信号管路和显示仪表三部分组成。在管道内装入节流件，流体流过节流件时流束收缩，于是在节流件前后产生差压。对于一定形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管段情况、一定参数的流体以及其他条件下，节流件前后产生的差压值随流量而变，两者之间有确定的关系，因此可通过测量差压来测量流量。42.变送部分：为了对除氧器水位进行校正，需利用除氧器压力进行运算，故利用差压变送器将压力取出来以便使用。现采用电容式差压变送器对压力进行转换。电容式压力变送器中，以测压弹性膜片为电容器的可动极板，它与固定极板之间形成一可变电容。随被测压力的变化，膜片产生位移使电容器的可动极板与固定极板之间的距离改变，从而改变了电容器的电容量，这样就完成了压力信号与电容量之间的变换。变送器的变换过程示意如图2所示：电容放大输出电流位移差压测量部分转换部分图2锅炉从启动到正常运行的过程中，蒸汽参数和负荷在很大范围内变化，这就使得水位、给水流量和蒸汽流量的测量准确性受到影响。为了实现全程调节，首先必须保证在各种工况下都能得到正常的水位信号和给水流量信号，所以需要对这些测量信号进行压力、温度变化的校正。测量信号自动校正的基本方法是先推导出被测参数随温度、压力变化的数学模型，然后运用功能组件进行校正运算，便可以实现信号的自动校正。3.控制部分除氧器水位调节系统有三种基本结构：单冲量调节系统结构、单级三冲量调节系统结构、串级三冲量调节系统结构。要兼顾低负荷阶段和高负荷阶段的调节，采用给水全程控制方式。这时不再5是单一的单冲量系统或三冲量系统，而是单冲量和三冲量系统的有机结合并配有完善的方式自动切换与连锁逻辑。单冲量控制用于给水流量小于500T时的工况。控制器仅接受除氧器水位H信号，与给定值进行比较得出偏差，再按照一定的控制规律输出信号去执行器，控制除氧器水位。单冲量除氧器水位控制系统如图3所示：实际测量水位H三选二逻辑给定值H0hPIDH3H2H1图3在给水流量大于500T时除氧器的水位控制可采用单级三冲量调节系统。除氧器水位调节接受除氧器的水位和主凝结水流量、总给水流量三个信号再按照一定的控制规律输出信号去执行器，控制除氧器水位。单级三冲量除氧器水位控制系统如下图4所示：HVgVhVnAgAnPID给定值ｕghnNG图46在给水流量大于500T时除氧器的水位控制是一个典型的串级三冲量控制系统。与单冲量调节系统相比，其调节任务由两个调节器来完成。主调节器才有PI调节规律，以保证水位无静态偏差，主调节器的输出信号和主凝结水流量、总给水流量信号都作用在负调节器。一般串级调节系统的负调节器可采用比例调节器，以保证副回路的快速性。串级三冲量调节系统如图5所示：HVgVhVnAgAnP给定值ｕghnNGPI图5调节器均可采用PI节器，单冲量、三冲量调节的主调节器。三冲量的副调节器也可采用PI调节器构成串级调节系统，主调节器的输出信号与蒸汽流量信号相加后作用于副调节器作为给定信号，而副调节器的被调量是给水流量信号。上述两套调节系统，低负荷时用单冲量，高负荷时用三冲量，两调节系统的切换是根据蒸汽流量信号的大小进行控制的。4.执行器部分：执行机构：选用齿轮齿条式具有有结构简单，动作平稳可靠，并且安全防爆等优点，故常选用它。调节机构：此课程设计中除氧器水位调节阀采用一个主调节阀和一个副调节阀并联进行调节的方式，在控制过程中先开副调节阀，等副调节阀全开后再开主调节阀，关闭时的控制刚好相反。采用两个调节阀的目的是为了更好地实现调节与凝结水流量之间的线性关系。73.2控制系统原理介绍本课程设计控制系统有测量变送、控制器、执行器三个部分组成。其中测量与变送部分包括除氧器水位，给水、凝结水流量分别采用平衡容器、电容式差压变送器差压流量计方案。其中控制部分包括低负荷时和高负荷时，分别采用串级三冲量和单冲量方案，并能够根据实际情况进行单冲量和三冲量的切换。其中执行部分包括执行机构和调节机构，分别采用气动执行机构和直通型调节阀方案。四．系统设计4.1系统硬件选择1.变送器的选择：变送器是将各种被测参数如温度、压力、流量、液位等物理量转换成0~10mA或4~20mA直流统一标准信号，传送到指示、记录、调节等仪表或巡回检测装置、控制计算机，以实现对生产过程的自动检测和控制。选用EJA系列智能变送器，其采用单晶硅谐振式传感器，在单晶硅芯片上采用微电子机械加工技术分别在其表面的中心和边缘作为两个形状、大小完全一致的H形状谐振梁，由于处于微型真空腔中，不与充灌液接触，因而确保振动时不受空气阻尼的影响。谐振梁分别将压力、差压信号转换成频率信号，送到脉冲计数器，再将两频率之差直接传递到CPU(微处理器)进行数据处理，经D/A转换器转换为与输入信号相对应的4～20mADC的输出信号，并在模拟信号上叠加一个BRAIN/HART数字信号进行通信。82.控制器的选择：控制器也称之为调节器，可以分为两大类，即模拟式和数字式。模拟式调节器一般主要有三个部分组成，即比较环节、放大器和反馈环节。比较环节的作用是把给定信号r(t)与测量信号y(t)做比较，得出偏差信号e(t),e(t)=r