汽包液位控制

1、1 锅炉汽包水位控制系统介绍1.1 系统概述汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装 置的正常工作， 严重时会导致蒸汽带水增多， 增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质 量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损 坏汽包。 所以其值过高过低都可能造成重大事故。 它的被调量是汽包水位， 而调 节量则是给水流量，通过对给水流量的调节 , 使汽包内部的物料达到动态平衡， 变化在允许范围之内， 由于锅炉汽包水位对蒸气流量和给水流量变化的响应呈积 极特性。但是在负荷 （蒸气流量）急剧增加时， 表现却为"逆响应特性 "，即所谓的"

2、虚假水位 "，造成这一原因是由于负荷增加时，导致汽包压力下降，使汽包内水 的沸点温度下降，水的沸腾突然加剧，形成大量汽泡，而使水位抬高。 汽包水 位控制系统， 实质上是维持锅炉进出水量平衡的系统。 它是以水位作为水量平衡 与否的控制指标， 通过调整进水量的多少来达到进出平衡， 将汽包水位维持在汽 水分离界面最大的汽包中位线附近， 以提高锅炉的蒸发效率， 保证生产安全。 由 于锅炉水位系统是一个设有自平衡能力的被控对象，运行中存在虚假水位现象， 实际应用中可根据情况采用水位单冲量、 水位蒸汽量双重量和水位、 蒸汽量、 给 水量三冲量的控制系统。1.2 系统控制目标值控制目标值：汽包水位

3、均匀量为：±20mm,水位控制在中间值，偏差±dmm 在仪表盘上使用原有的DDZ-川操作器对水泵进行手动/自动调节控制。1.3 系统控制模式系统给水自动调节分为三种模式：（1）单水位控制模式：只通过检测汽包水位来控制给水量（2）双冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量,将蒸汽流量作为前馈信 号，与汽包水位组成前馈 一反馈控制方式。(3) 三冲量水位控制模式：监测汽包水位、蒸汽流量、给水流量，将汽包水位作为主控编练个，给水流量作为辅助被控变量的串级控制系统与蒸汽流量作为前馈信号组成前馈一串级反馈控制方式。在本系统中使用的是单水位控制模式，所有的仪表都选用电动川型仪表，其工作

4、原理是：变送器将有传感器采集到的信号转换成为4 20mA的电流信号f (t)，与系统的给定值求差，产生一个误差信号e (t)送给调节器，调节器根据误差信号，产生一个控制信号 u(t)，执行器接收到控制信号后，产生相应的动 作(关小或者开大阀门)，维持汽包水位的稳定。其控制方框图如图1所示。图1汽包水位控制系统结构方框图2仪表选型2.1变送器选型2.1.1 HR-FT智能浮筒液位计简介HR-FT系列浮筒液位计依据力平衡原理，采用最新的传感结构，使传感器 和杠杆机构合二为一，可以直接测量浮筒在液体中受到的浮力，很好地解决了静 压的影响，本仪器具有耐高温、耐高压的特点。为解决高温高也容器内的液位的

5、测量提供了良好的方法。并且该仪器具有精度高、可靠性好、调整方便、测量范 围广、经久耐用、性能价格比高等优点。广泛应用于石油、化工、电力、食品、 水利、冶金、和污水处理等行业。该仪表符合二线制420mA传输协议，为用户提供了非常广泛的选择空间。另外该质量的电路及传感系统，保证了在各种应 用场合的优良性能。2.1.2 HR-FT智能浮筒液位计主要特点（1）双行液晶显示，耐高温高压、抗振性能好、质量稳定、性能可靠。（2）采用系列化设计，多种方式安装，实用面广，可安装于各种储罐和过 程罐，各种常压罐和压力罐。（3）智能化结构设计，具有参数设定、标校及故障提示功能。（4）标准的二线制4 20mA输出，无

6、需专用二次仪表，可与计算机联机。（5）具有上下限报警功能，经触点放大后，可控制泵或其他连锁机构。（6）具有温度补偿、软件修正、去零、中间点标校功能。2.1.3 HR-FT智能浮筒液位计结构HF-FT系列浮筒液位计有浮筒、指示器、和传感器三部分组成如图2所示: 1为液晶指示器，2为传感器，3为浮筒。图2 HF-FT系列浮筒液位计结构图2.1.4 HR-FT智能浮筒液位计工作原理如图3,仪表杠杆的末端吊有内筒，内筒所受到得福利F1随介质液（界面）变动而变化。力F1作用在杠杆1上，杠杆1在该力作用下，以轴封膜片为支点（轴封膜片一方面作为杠杆的支点，另一方面其密封作用）将力F1传递给F杠杆2,杠杆F2

7、的另一端与称重传感器相连，传感器将位移检测片（衔铁）的位 移S （杠杆2传递的力F2作用）转换成相应的电压信号（Uab ）经过A/D转换 器，微处理器，D/A转换器，信号输出电路，即完成变换过程。图3 HF-FT系列浮筒液位计传感器部分工作原理图当 S= s 12 时UcD=e2 -©2 =0e =e2当S<s /2时>e2' Ucd随着S的减小而增大与Uab同相当S>s /2时图4 HF-FT系列浮筒液位计工作原理图因为浮筒浸没在液体的高度与所受到的浮力成正比，因此，浮力变化通过传感器电压输出就变化成液体的高度，并通过420mA电流输出，如图5所示。A/D

8、宀CPU>D/A转换成标准的图5工作原理图2.1.4 HR-FT智能浮筒液位计主要技术参数测量范围：0.36m精度等级：0.5、1.0输出信号：420mA二线制供电电压：12 36V DC公称压力：最大16Mpa工作温度：-40 C 300 C300 r -600 C （加散热片）介质密度：液位p>0.4g/cm3界位 p1-p2> 0.1g/cm3外壳材料：铸铝连接法兰：内浮筒DN50 PN4.0,法兰标准DIN2501 ;外浮筒侧法兰，法兰标准DN40 PN4.0 ;主体法兰 DN50 FN4.0，法兰标准 DN2501。电缆接口： M20X 1.5 （内螺纹）防护等级：

9、IP65负载特性：最大负载电阻=50X（电源电压-12）欧姆=600欧姆上、下限报警点输出形式：集电极开路形式，最大输入电流100mA,最大开关电压30V DC2.1.5 HR-FT智能浮筒液位计安装及仪表连线图仪表接线图图7/J PEE4 2馆人r<h . ,E指胪表F* 1 丿1 *记录仪2.1.6 HR-FT智能浮筒液位计选型指南选型表见表1, HR FT系列变送器选型表根据控制的需要和仪表的特点选择：测量液位输出为420mA电流，米用侧侧式安装，最大能承受16Mpa的压力，材质为碳钢隔爆高温型，法兰接口式伴热式DN15 PN2.5的变送器，其具体型号为 HR FT B1C4dTG

10、F。表1 HR FT系列变送器选型表B r-FiL二唱示半齋醍里帶上下鮒I骑输出拒示黑1期匸:再悅:*恆界熄SiiiJF:负811武左芸羽盍B顶靂或左芸苑式C侧艷宣左芸痢式H惡訓孟左芸形式0E啊H式窃装羽式臨細T力1PN2.5IP12PM. MP.3PH6. 4HFa4PM a. Otf>D需川仆底定借-100 LG愿*侨焦紅（T100430 1奉敲颯匸囲加箱朝F诜二遵着巴畫DM 13 PH2 5Z那农搖件腔式2时应"2.2执行器选型2.2.1 HRL、HRQ系列电动执行器简介HRL、HRQ系列是一体化电动执行机构，体积小，重量轻，功能强，智能控制内装，操作方便，可广泛用阀门，

11、风门管道的开关控制和调节控制。222 HRL、HRQ系列电动执行器结构HRL、HRQ系列执行机构电器部件布线严谨并与传动部件完全隔开，提高 了执行机构安全可靠运行。机械传动部件采用CNC加工的小齿隙密封齿轮传动, 具有效率高，噪音低，寿命长，稳定可靠，不会因工艺环境介质入口压力波动而 造成执行机构共振等特点。HRL直行程机构主要由相互隔离的电器部分和齿轮传动部组成，电机作为 连接两个隔离部件的中间部件。电机按控制要求输出转矩，通过多级正齿轮传递 到梯形丝杆上，梯形丝杆通过螺纹变换转矩为推力， 因此，丝杆螺纹必须自锁并 且将直行程通过与阀门的适配器传递到阀杆， 执行机构输出轴带有一个防止转动 的

12、止转销，输出轴的经向锁定装置也可以做动位置指示器， 锁定装置边有一个连 杆，连杆随输出轴同步转动运行，通过与连杆连接的开关板将输出轴位移转换成 电信号提供给智能控制器作为比较信号和阀位反馈输出，同时执行机构的行程也可以由开关板上关来限制，并由两机械限位保护。HRL直行程智能执行器如图8 所示。图8 HRL直行程智能执行器HRQ角行程执行机构主要由两相互隔离的电器控制部分和齿轮传动部分 组成，电机作为两隔离部分连接的中间部件，齿轮传动结构为行星齿轮传动结构, 行星齿轮的外部始终 合一个蜗杆齿轮，在运行时也不分开，这种设计使电机在 故障或阀门转矩意外增加时可直接接通手轮进行手动控制。HRQ执行机构

13、有两个螺纹止挡机械限位，也有两个限位开关来实现电限位，每一个的转向的行程范围可以通过限位开关的设置开控制，阀门的开度有一个凸起的显示器指示，独特的转矩开关可以调整从 50% -100 %的最大转矩，实现转 矩保护，以防止阀门卡死是造成的阀杆损坏。HRQI行程智能执行器如图9所示。图9 HRQ角行程智能执行器223 HRL智能直行程电动执行机构HRL智能直行程电动执行器的最大行程为 100mm最大推力可达25KN ,适 合直线动作的阀门开关和调节控制，HRL直行程电动执行机构型号及规格。表2 HRL直行程电动执行机构型号及规格标遊型推力画速度堀大行程 縮）电源()电机保护岀线连接手动操作防护等簸

14、重量唏）HRL-2011.00 4502207AC35允许燔转2XH20X 1手轮IP6T5 5HRL-2022.00 450ZZCiVAC40允许堵转2XM2axi手轮IF6T5. 8HRL-2044 00.450220YAC45允许堵转2XM20X1手轮IF676.0HRL-20S&D0 460220VAC80允许堵转2XH20X 1手轮IF8Te. HRL-21010 00.4sa220VAC80允许堵转2XI2(JX 1手轮IP6T8.2HRL-31212.01.0&5220VAC130热敏开关3XM2TX1手轮IP6T22.0HRL-3U14 010S52207AC1

15、30热敏开关3XM2TX1手轮IF6T22 0HRL-316IS. 01.0100220YAC135热敏开关3XM27X 1手轮IF6T22.0HRL-32020.0ID100220VAC140換敏开关3XM27X1手轮IP6T23 0HRL-32525 a10100220VAC140热敏开关3XM2TX1手轮IF6T23 02.2.4 HRQ系列90°行程电动执行器HRQ系列角行程电动执行器，输出力 100Nm 700Nm,以及1200Nm适合于90°旋转阀，（如球形阀、蝶形阀等）和风门的开关和调节控制。HRQ智能角行程电动执行机构标准型号及规格见表3。表3 HRQ智能角

16、行程电动执行机构标准型号及规格标簪型转矩动作时间输出法兰电源功耗岀线手动防护重量(90s ) (s)(ISO5211J(V)C VA)疾接操作等披HRQ1021Q032F05220VAC622XM22X1.5手轮IF677HRQ20220038220VAC932XM22X1.5手轮IF5T13HRQsoa50043F1E220VAC1202XC27X2IF6725HRQ70270043F12220VAC1202XM27X2手轮IF6T25HRQ120212加帥Pl?/F14220VAC1302XPF3/4*手轮IF6770HRQ2002200090FL4/F16220VAC2002XPF3/4

17、*手轮IF5T7SHRQ3002300090F1VF16220VAC2502XFF3/4*手轮IF6TT5225 HRL、HRQ系列电动执行器技术参数电 源：220VAC 50Hz。功 耗：5VA。开关容量：150VA（24V 50VA）输入信号：4 20mA输入阻抗：250欧姆输出信号：4 20mA输出阻抗：w 650欧姆绝缘电阻：主 电 路一控制电路：100兆欧（500VDC）控制电路一输出电路：100兆欧（500VDC）输出电路一主 电 路：100兆欧（500VDC）重复精度：+1%灵敏度：+ （0.5 5%） F.S环境温度：-1070C储存温度：-2050 E2.2.6 HRL、HR

18、Q系列智能直行程电动执行机构电气接线开关动作模式输入：电机正转，反转相线；输出：420mA反馈信号打开机箱即可看见如图10所示，对应图示插上智能放大板，嵌入定位销将 其固定，执行机构的外壳内有端子条用于电气接线， 选择适当的电源与执行机构相连，建议使用直径2mm的导线。11百【222孔19|电机正转根; 电机卮转相: 电机（中）图10执行器电气接线图227 HRL、HRQ系列智能电动执行机构选型指南冋智能直行程电动执行器-HR|L|丨丨T丨HWSH 1丨丨丨丨丨丨I宣再程_如；201-IKNLH2 二KA201-4KK210-10312-12KN311-1110.：H IE320-20K.K3

19、25二25KXpoTiig组件滞AP4智能控制辭HRMF2NS亠昔能控制器HRMF2AC-IV能控制器2WE-附加曜位开关fR|R|QnHI H 1 H朋O电动角行程fefi机料1O2-tOONm202-2Q0Nm502-500Nm702-700Nm1202-1200Nm2002-2000Nm3002-3000Nm连接法兰可选功熊F05POT-阀位反谍组件F07HfiAP智能控制F10HRI评2M4晋能控制器F12HAMF2AC-智能控制器F142WE-附期眼位幵关1 Fie加转紇开关HfW盍架顾智能箱行程电动执行器图11 HRL、HRQ系列智能电动执行器选型指南在本系统中选用的是 HRL智能

20、直行程工作电源为220V/50HZ最大推力为 25KN有两个主限位开关最大行程为 100mm的执行器，所选的执行器不加任何 附件组件，最终型号为 HRL325 WS1002.3调节器选型2.3.1 HR-WP系列模糊PID自整定调节器主要特点（1）模糊PID自整定调节器采用了人工智能控制，提高了采样的速率、运 算精度、控制精度（一般优于0.2%FS）;在外给定的基础上采用了微风先行的控 制方式有效地抑制了对象的扰动的问题。（2）可以随意改变仪表的输入信号的类型。采用最新无跳线技术，只需设定仪表内部参数，即可将仪表从一种输入信号改为另一种输入信号（3）可分别带一路PID控制输出及一路变送输出，可

21、使用于各种测量控制 场合，可实现手动/自动无扰动切换。（4）可带串行通信输出，可与各种带串行输入/输出的设备进行双向通信组 成网络控制系统，采用标准MODBUS RTU通信协议。（5）集数字仪表与模拟仪表于一体，可对测量值及控制目标进行数字量显示，并同时对测量值及控制目标值进行模拟量显示，显示方式为双LED数码显示+双光柱模拟量显示。2.3.2 HR-WP系列模糊PID自整定调节器技术指标HR-WP系列模糊PID自整定调节器技术指标见表 4表4模糊PID自整定调节器技术指标商标型号D105, D/S B05, D705, D90民 D/S405, TD/TSBO5系列输入信号想电偶：氐缶玖儿T

22、；擔貳ilflt自动补您范區）。豹弋补惟唯确度士IP 變 电阴：PtlOO. ca;引线电阻补偿范围15Qn亘疣电压：05机157；直疣电療-OlCimA、4-2OmAo输入阻抗：电压信号Ei>250KQ输出信号穩拟童輸出-DC glOm停出（DC 4畫血膚出1加戰电阻£500"）DC 口 5嚇用负我电阻>25OKn）DC贞载电曲#矣口血>开关量输出：讎电器控制齡出T电器OK/DFF带回差.JC2207/1A, DC24V/3X （阻性负载） 可控硅控常出SCRC可控硅过零袖发脉冲 > 输出丿光电蘊离,4007/0. 5A 固态继电器控制输出一SSR（固态缝电器控制信号7輸出址电P畐离，624V/30mA 取向可控硅无袖点开关输出一SOT愉出，光电隔离400V/7A通诩输出：接口方式一标准串行双间11诩捺口 ：光电隔离，RS-85, RS-232*波特120&60abpa内部目由设走来用标准HODBUS RTU11信协迓馈电输出：DC24±1心负载电硫疵30m底特性测昼精度：±0. 5%FS0. 2%FS分辨率：±1宇酿；&范圉：-1999-9999手显示方式I -1993-MMTli®值显示-自輛0999宇设定值显示1 999,