火電機組凝汽器水位控制系統(tǒng)課程設計

1、600MW火電機組凝汽器水位控制系統(tǒng)摘要 火力發(fā)電廠凝汽器的主要任務是將汽輪機排汽凝結(jié)成水并在汽輪機排氣口建立與維持一定的真空度，是汽輪機的重要輔機之一，蒸汽在凝汽器中的凝結(jié)過程是電廠熱力循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)，對整個火電廠的安全，經(jīng)濟運行有重要的影響。提高大型凝汽器經(jīng)濟性的途徑，除了提高設計制造和安裝水平之外，更重要的是掌握凝汽器的動態(tài)特性，保證凝汽器運行的高可靠性和處于最佳經(jīng)濟運行狀態(tài)。通過借助計算機技術(shù)可以對凝汽器建立數(shù)學模型，通過仿真實驗研究，確切地掌握凝汽器的動態(tài)特性規(guī)律，了解凝汽器的運行特性從而提高其運行水平。關(guān)鍵字：凝汽器 汽輪機 蒸汽 電廠 運行 The main task is t

2、o steam turbine power plant condenser exhaust steam condenses into water in the turbine exhaust port for establishing and maintaining a certain degree of vacuum is an important auxiliary steam turbine, the steam condenses in the condenser is in the process of thermodynamic cycle power plant is an im

3、portant part, has an important impact on the safety, economic operation of the entire thermal power plants. Improve the way large condenser economy, in addition to improving the design manufacture and installation level, it is more important is to grasp the dynamic characteristics of the condenser t

4、o ensure high reliability and economical operation in the best state of the condenser to run. You can build a mathematical model of the condenser through the use of computer technology, through simulation studies, the dynamic characteristics of the law accurately grasp the condenser, the condenser u

5、nderstand the operating characteristics to improve its operating level.Keywords: condenser steam turbine steam power plants running22目錄一、課程設計目的及要求 2 1.1 目的2 1.2 要求2二、設計正文3 2.1設計題目3 2.2課題要求與內(nèi)容3三、凝汽器4 3.1凝汽器4 3.2凝汽器作用 4 3.3工作原理4四、凝汽器水位控制系統(tǒng)5 4.1凝汽器水位控制系統(tǒng)的任務5 4.2凝汽器水位控制系統(tǒng)5 4.3單沖量控制系統(tǒng)6 4.4系統(tǒng)原理6五、凝汽器

6、水位自動控制 8   5.1凝汽器水位自動控制的目的8 5.2 控制原理 8六、系統(tǒng)總體方案圖9七、凝結(jié)器水位控制系統(tǒng)組態(tài)圖9 7.1組態(tài)圖9八、SAMA圖10九、系統(tǒng)接線圖11十、執(zhí)行器的選擇12 10.1作用 12 10.2分類12 10.3特點及應用12 10.3.1電動執(zhí)行器12 10.3.2氣動執(zhí)行器12十一、變送器的選擇14 11.1液位變送器類別 15 11.2浮球式液位變送器15 11.3浮筒式液位變送器 15 11.4 靜壓液位變送器15十二、控制器的選擇16十三、DCS系統(tǒng)設計17 13.1電源部分 18

7、 13.2通信部分 19 13.3系統(tǒng)接地 19 13.4軟件部分 19十四、PID控制原理20 14.1模擬PID控制原理 20 14.1.1比例部分 21 14.1.2積分部分 21 14.1.3微分部分 21十五、心得體會22十六、參考文獻一、課程設計目的與要求1.1 目的集散控制系統(tǒng)課程是自動化（熱工）本科專業(yè)的必修課， 一門理論與實踐結(jié)合緊密的核心課程。本課程設計是在該門課程的課堂教學完成之后，為鞏固課程涉及到的DCS方面的方法、理論而開展的。通過課程設計，使學生能結(jié)合實際背景，應該已學理論，解決實際問題，從而培養(yǎng)學生資料查閱能力、繪圖能力、理論聯(lián)系實際

8、的能力、系統(tǒng)解決問題的邏輯思維能力等，為今后從事相關(guān)工作打下基礎。1.2要求本課程設計要求學生根據(jù)課程涉及的相關(guān)內(nèi)容與方法，結(jié)合實際背景，系統(tǒng)解決實際問題。從背景分析、提出問題、解決問題、主要結(jié)論等幾個方面開展。要求課程設計具有系統(tǒng)性、完整性、與課程相關(guān)性并具有一定的研究深度。二、設計正文2.1.設計題目 600MW火電機組凝汽器水位控制系統(tǒng)2.2 課題要求與內(nèi)容本課程設計是針對學生學習和運用專業(yè)知識的綜合考核和檢查，使學生接受工程類基本訓練的重要環(huán)節(jié)，是自動化（熱工）專業(yè)的集散控制系統(tǒng)專業(yè)課程學習的必修內(nèi)容之一。本課程設計的特點是，內(nèi)容所涉及的知識面較一般習題廣，有較強的系統(tǒng)性和綜合性，在運

9、算、繪圖、編寫設計文本方面有較高的要求。本課程實際應針對集散控制系統(tǒng)課程涉及的相關(guān)理論與方法，結(jié)合具體實踐背景，解決實際問題。主要內(nèi)容有：（1）根據(jù)工藝分析的控制要求，設計控制系統(tǒng)總體方案；（2）根據(jù)控制系統(tǒng)方案，選擇、組態(tài)設計DCS硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；（3）根據(jù)控制系統(tǒng)方案進行設計組態(tài)，形成控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)；（4）設計組態(tài)控制系統(tǒng)操作界面；（5）說明定義、調(diào)整控制系統(tǒng)參數(shù)的方法；（6）能考慮控制系統(tǒng)安裝與調(diào)整、使用與維護、經(jīng)濟和安全等問題，對集散控制系統(tǒng)的安裝技術(shù)要求進行設計；（7）圖面符合國家有關(guān)標準及行規(guī)，技術(shù)要求完整合理。三、凝汽器 3.1凝汽器 使驅(qū)動汽輪機做功后排出的蒸汽變成凝結(jié)水的熱交

10、換設備。蒸汽在汽輪機內(nèi)完成一個膨脹過程后，在凝結(jié)過程中，排汽體積急劇縮小，原來被蒸汽充滿的空間形成了高度真空。凝結(jié)水則通過凝結(jié)水泵經(jīng)給水加熱器、給水泵等輸送進鍋爐，從而保證整個熱力循環(huán)的連續(xù)進行。 3.2凝汽器作用 1）在汽輪機排汽口造成較高真空，使蒸汽在汽輪機中膨脹到最低壓力，增大蒸汽在汽輪機中的可用焓降，提高循環(huán)熱效率；  2）將汽輪機的低壓缸排出的蒸汽凝結(jié)成水，重新送回鍋爐進行循環(huán)； 3）匯集各種疏水，減少汽水損失。  4）凝汽器也用于增加除鹽水（正常補水） 3.3工作原理 凝汽器中裝有大量的銅管，并通以循環(huán)冷卻水。當汽輪機的排汽與凝汽器銅管外表面接觸時，因受到銅管內(nèi)

11、水流的冷卻，放出汽化潛熱變成凝結(jié)水，所放潛熱通過銅管管壁不斷的傳給循環(huán)冷卻水并被帶走。這樣排汽就通過凝汽器不斷的被凝結(jié)下來。排汽被冷卻時，其比容急劇縮小，因此，在汽輪機排汽口下凝汽器內(nèi)部造成較高的真空。   凝汽器是火力發(fā)電廠的大型換熱設備。圖1為凝汽器的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖1凝汽器結(jié)構(gòu)示意圖四、凝汽器水位控制系統(tǒng) 4.1凝汽器水位控制系統(tǒng)的任務 凝汽器有高水位和低水位兩種運行方式，僅采用高水位運行時才裝設水位自動控制器。 凝結(jié)水泵是在高度真空條件下輸送接近于飽和溫度的水，因而最容易產(chǎn)生汽蝕。為避免凝結(jié)水泵運行中的氣化現(xiàn)象，泵的進水側(cè)要求一定的灌注高度，為此凝結(jié)水泵均布置在凝汽

12、器熱水井下0.50.8m左右，并要求熱水井的水位經(jīng)常維持在水位計中能看到的一定位置，這種運行方式叫做高水位運行。凝汽器水位控制的任務是凝汽器水輸出量，維持凝汽器水熱水井的水位在允許范圍內(nèi)，在內(nèi)外擾動下，對象動態(tài)特性均沒有自平衡能力，飛升速度較快，遲延不大。 凝汽器水位控制系統(tǒng)的設計，還應考慮到補充水是否送入凝汽器進行真空除氧。 4.2凝汽器水位控制系統(tǒng) 凝汽器水位控制系統(tǒng)一般設計為單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)凝汽器補水調(diào)節(jié)閥來凝汽器熱水井水位為一定值。 凝汽器熱水井水位測量由于是真空容器，若采用常規(guī)單室平衡容器則需要設一根補水管，平時少量補水以維持正壓頭參比水柱：目前很多已改用帶遠傳毛細管配件的眼

13、盒式差壓變送器或其他檢測方法。 采用帶遠傳毛細管配件的差壓變送器可以用遠傳檢測頭直接在被測點檢測，將感受到的壓力通過毛細管傳送到變送器膜盒內(nèi)進行測量。 遠傳配件的選擇，包括遠傳檢測頭的形式、毛細管長度及沖灌液的品種等，都要根據(jù)實際應用的需要，結(jié)合制造廠可提供產(chǎn)品樣本來進行，一般選擇螺紋式或法蘭式安裝形式，毛細管盡可能短，以減少反應時間，變送器應安裝于位于或者低于取壓孔的位置，沖液灌應能適應所使用或最高、最低環(huán)境溫度。 有的廠采用微波測量儀來檢測，此時應配置外接測量筒，將測量儀安裝在測量筒上檢測，也可取得良好效果。 4.3單沖量控制系統(tǒng) 圖2 4.4系統(tǒng)原理 與除氧器水位一樣，凝汽器水位也是機組

14、運行監(jiān)控的主要參數(shù)之一。凝汽器水位過高會影響凝汽器真空，嚴重時會使汽輪機低壓缸進水，凝汽器水位過低，將危及凝汽器水位的安全運行和整個熱力系統(tǒng)的水循環(huán)。因此必須對其進行自動控制。目前大型單元機組凝汽器水位控制主要有兩種方式：一種為調(diào)節(jié)進水量；即調(diào)節(jié)進入凝汽器的補充水量；另一種為調(diào)節(jié)出水量，即調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量的方式。 300MW機組典型的凝汽器水位一次系統(tǒng)如圖 所示，在補充水和凝汽器系統(tǒng)之間，有一個緩沖容器，即補水箱，化學補充水先進補水箱。一般的調(diào)節(jié)方法是：當凝汽器水位低時，先關(guān)小凝汽器向補水箱的回水閥門，如果水位尚沒恢復，再開大補水箱向凝汽器的補水閥門；當水位凝汽器高時，先關(guān)小補水箱向凝汽器的補水

15、調(diào)節(jié)門，若水位不能恢復正常，再開大凝汽器向補水箱的回水調(diào)節(jié)閥門，補水箱水位低時，開化學水至補水箱補水門，由于正常運行時，補水箱壓力比凝汽器壓力高，所以閘水門在凝結(jié)水泵后。 圖3 凝汽器水位控制系統(tǒng) (a)一次系統(tǒng)圖(b)系統(tǒng)原理圖 圖（b）是凝汽器水位控制系統(tǒng)原理圖。如圖所示這是一個單回路控制系統(tǒng)。與一般系統(tǒng)不同的是，該系統(tǒng)有M/A1和M/A2兩個操作器。在手動狀態(tài)下，M/A1用于控制補水箱向凝汽器補水的補水調(diào)節(jié)門，M/A2用于控制凝汽器向補水箱放水的回水調(diào)節(jié)門。在兩個操作器與執(zhí)行器之間，各有一個函數(shù)器，其輸入輸出之間的關(guān)系如右側(cè)曲線所示，對補水門而言，當控制信號在050%之間時，補水調(diào)節(jié)閥保

16、持在關(guān)的狀態(tài)，當控制信號在50%100%期間時，補水調(diào)節(jié)閥開度隨著控制指令的增加而增加，而回水閥門不同，當控制信號在050%期間時，調(diào)節(jié)閥開度隨著控制指令增加而減少，當控制信號在50%100%時，回水調(diào)節(jié)閥保持在關(guān)的狀態(tài)。這就保證了控制信號對調(diào)節(jié)閥控制作用的連續(xù)性，即當控制信號從0100%變化時，通過兩個調(diào)節(jié)閥的協(xié)調(diào)作用，使凈流入凝汽器的流量是連續(xù)增加的，反之是連續(xù)減少的。在自動狀態(tài)，當凝汽器水位低于其給定值時，比例積分調(diào)節(jié)器輸出的控制指令增加，通過兩個調(diào)節(jié)閥的作用，使流入凝氣器的流量增加，水位上升，直到等于給定值，反之亦然。五、凝汽器水位自動控制  5.1 凝汽器水位自動

17、控制的目的  目的是把凝汽器熱井中的水位維持在所需的水平。  5.2 控制原理  a) 熱力系統(tǒng)圖如下圖。    圖4 b) 凝汽器水位控制采用單沖量控制回路，凝汽器水位測量采用美國ROSEMOUNT1151電容式智能變送器。水位信號與設定值作比較后，將偏差信號送入PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器輸出送給自動/手動控制站。自動/手動控制站輸出信號經(jīng)F（x）進行閥門重疊度修正后分別送到就地三個調(diào)門。低負荷凝結(jié)水調(diào)門（LCA31CV001）、高負荷凝結(jié)水調(diào)門（LCA30CV001）、凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)門（LCA41CV001）

18、。  c) 調(diào)門開度修正曲線圖如下：  圖5 d) 由凝汽器水位調(diào)節(jié)修正曲線可知，高、低負荷凝結(jié)水調(diào)門開度存在一定的重疊度。在凝結(jié)水用量較小的時候，為了保護凝泵不被汽蝕，凝汽器應有一定的水位。所以一部分已被凝泵升壓的凝結(jié)水通過凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)門向凝汽器補水。，  e) 在任何工況下，上述控制閥所供的凝結(jié)水總量將大于軸封加熱器、凝泵運行所需的最小流量。凝汽器的再循環(huán)直到低負荷凝結(jié)水調(diào)門達到足以保證經(jīng)過軸封加熱器、凝泵時的最小水流量的閥位時才關(guān)閉。  f) 高、低負荷凝結(jié)水調(diào)門存在5的重疊度。當?shù)拓摵赡Y(jié)水調(diào)門開至85時

19、，高負荷凝結(jié)水調(diào)門已經(jīng)開始開啟。就一般調(diào)門來講，閥門的流量特性同閥門開度在0100之間并不總是一一對應的。調(diào)門開度超過85以后，流量的變化量總是小于閥門開度的變化量。所以存在一定的重疊度就是為了克服這種差異。保證整個控制過程的線性。六、系統(tǒng)總體方案圖 圖6凝汽器水位控制方案結(jié)構(gòu)圖 凝汽器水位控制系統(tǒng)，根據(jù)凝汽器水位給定值與實際水位的偏差減去凝結(jié)水補水調(diào)節(jié)閥的閥位微分作為調(diào)節(jié)器的輸入來控制凝結(jié)水補水調(diào)節(jié)閥。由于凝汽器內(nèi)水量主要由低壓缸排氣凝結(jié)而成，水位受凝汽器真空與低壓缸排氣量影響較大，而凝汽器補水調(diào)節(jié)閥只起微調(diào)作用。所以在調(diào)試中將比例帶調(diào)整合適，積分時間放長，使之與系統(tǒng)特性吻合。當凝汽器水位水

20、位高于1000mm時，打開凝汽器水位調(diào)節(jié)閥，使多余的凝結(jié)水流回凝結(jié)水補水箱。七、凝結(jié)器水位控制系統(tǒng)組態(tài)圖 7.1組態(tài)圖 圖7凝汽器水位的程序流程組態(tài)簡圖 控制器1 由蒸汽流量與凝結(jié)水流量的差值形成反饋信號，其任務是及時反映調(diào)節(jié)效果和迅速消除凝結(jié)水流量的自發(fā)擾動. 當凝結(jié)水母管調(diào)整門開度發(fā)生變化時，凝結(jié)水流量發(fā)生變化，控制器1快速消除擾動，使凝結(jié)水流量回到擾動前的值；當機組負荷發(fā)生變化時，首先在蒸汽流量上會反映出來，此時控制器1 迅速改變凝結(jié)水流量，以適應蒸汽流量的變化，控制凝汽器水位達到正常值。控制器2 由凝汽器水位與設定水位的偏差值形成反饋信號，其任務是維持水位恒定。當水位偏離給定值時，通過

21、控制器1 調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量，即改變凝結(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，使水位回到設定值。7.2 化補水閥的自動控制由除氧器水位、凝汽器水位的值作為除氧器水位的控制信息，當除氧器水與 凝汽器水位的值小于整定值時，控制器3 會自動打開補水閥，如圖4b 所示。7.3 凝結(jié)水調(diào)整門的自動控制由于凝結(jié)水系統(tǒng)工況要求母管壓力必須保證在1. 31. 4 MPa 下運行(最低不小于1. 1 MPa) ，故用母管壓力作為主調(diào)信號，變頻器輸出頻率作為前饋信號，控制母管調(diào)整門的開度；取額定負荷的60 %(75 MW) 及以下負荷段，作為凝結(jié)水調(diào)整門自動控制的調(diào)節(jié)范圍. 當負荷高于75 MW ，或母管壓力大于1. 1 MPa時，閥門全開，

22、無需調(diào)節(jié)。見圖4c。八、SAMA圖 圖8圖中：LT是凝汽器水位變送器，輸出是模擬量信號；為凝汽器水位信號和凝汽器水位給定值的差值;K為比例積分調(diào)節(jié)器(或比例積分調(diào)節(jié)模塊)，即PI調(diào)節(jié)器（模塊），它接受輸出的差值信號，并進行PI計算；T為手動/自動切換開關(guān)；左側(cè)的A為模擬信號發(fā)生器，當T打到手動時改變A的輸出，就可以改變閥門開度；右側(cè)的A也為模擬信號發(fā)生器，改變A的輸出，可改變凝汽器水位設定值；V為速率限制器，它對運行人員手動設定的凝汽器水位給定值進行速率限制，防止當水位給定值變化大時，引起凝汽器水位大幅波動；f(x)為執(zhí)行機構(gòu)，在自動狀態(tài)時，執(zhí)行機構(gòu)接受PI的調(diào)節(jié)指令控制補水調(diào)節(jié)閥的開度。在手

23、動狀態(tài)時執(zhí)行機構(gòu)接受運行人員的手動操作指令以改變補水調(diào)節(jié)閥的開度。九、系統(tǒng)接線圖 圖9十、執(zhí)行器的選擇10.1作用 控制機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)合稱執(zhí)行器，它是電廠熱工自動控制系統(tǒng)的執(zhí)行環(huán)節(jié)。執(zhí)行器接受控制器或人工給定的控制信號。將其進行功率放大，并轉(zhuǎn)換為輸出軸相應的轉(zhuǎn)角或直線位移，連續(xù)或斷續(xù)地推動各種控制機構(gòu)。如控制閥(或調(diào)節(jié)閥)、擋板，以完成對各種參量的控制。10.2分類 執(zhí)行器根據(jù)所使用的能源形式，可分成氣動、電動和液動三大類。氣動執(zhí)行器是利用壓縮空氣作為能源；電動和液動執(zhí)行器分別利用電和高壓液體作為能源。在火電廠中，氣動和電動使用較多，液動使用較少。 執(zhí)行器根據(jù)輸出位移量的不同，又分為角位移(或

24、角行程)執(zhí)行器和線位移(或直行程)執(zhí)行器。10.3特點及應用10.3.1電動執(zhí)行器(1)采用電源為動力， 使用方便，無需特殊的氣源和空氣凈化裝置。電源消失時，能保持原來位置。(2)可以遠距離傳輸信號，電纜的安裝比氣管方便。且便于檢查。(3)體積小、推力較大、定位精度高、反應快、滯后時間短。 (4)與計算機控制系統(tǒng)連接方便。而且本身也可智能化(內(nèi)裝微處理機)，智能電動執(zhí)行器是執(zhí)行器的發(fā)展方向。 電動執(zhí)行器的缺點是結(jié)構(gòu)復雜，價格較高，不適用于防火防爆場合，頻繁啟停易損害電機或閥門。 目前，在火電廠中應用的電動執(zhí)行器，除DDZ-I、型外，還有引進型電動執(zhí)行器。如：德國西門子的M76346系列和MAM

25、393系列、法國伯納德的SD系列、英國羅托克M系列和A系列。此外，還有DDZS型智能電動執(zhí)行器等。10.3.2氣動執(zhí)行器氣動執(zhí)行器的主要優(yōu)點是；結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠、價格便宜、維護方便、運行平穩(wěn)、不損壞閥門或設備、負載能力大、天然防火防爆；缺點是：體積大、不便與計算機控制系統(tǒng)連接、需要氣源和空氣凈化裝置、氣信號不便遠傳。氣動執(zhí)行器主要有薄膜式和活塞式兩大類，并以薄膜式應用最廣。在電廠氣動基地式自動控制系統(tǒng)中，常采用這類執(zhí)行器。氣動活塞式執(zhí)行器由氣缸內(nèi)的活塞輸出推力，并容易制造成長行程的執(zhí)行器。所以，氣動活塞式執(zhí)行器特別適用于高靜壓、高差壓以及需要較大推力和位移(轉(zhuǎn)角或直線位移)的工藝場合，如

26、火電廠中的給水、減溫水控制閥和送、引風擋板開度的控制。常用的型號為；ZSLD-A、ZSZ、ZSL及MDQZ型，此外還有從國外引進的氣動執(zhí)行器。 液動執(zhí)行器的優(yōu)缺點與氣動執(zhí)行器基本相同，只是它的響應速度更快，輸出推力更大，在電廠中常作為汽輪機控制系統(tǒng)的執(zhí)行器，如電液伺服執(zhí)行器(簡稱EH)。執(zhí)行器是自動控制系統(tǒng)中不可缺少的重要設備。因此，只有了解和掌握執(zhí)行器的作用、特點、工作原理和維修調(diào)整技能，才能保證熱工自動控制系統(tǒng)的安全投入，使火電機系統(tǒng)機組安全運行。在本系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)閥是系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，是按照控制器所給定的信號大小和方向，改變閥的開度，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)流量的裝置。調(diào)節(jié)閥的口徑的大小，直接決定著控制介

27、質(zhì)流過它的能力。為了保證系統(tǒng)有較好的流通能力，需要是控制閥兩端的壓降在整個管線的總壓降占有較大的比例。在正常工況下，一般要求調(diào)節(jié)閥開度應處于1 5%85%之間，應具體根據(jù)實際需要的流通能力的大小進行選擇。調(diào)節(jié)閥按驅(qū)動方式可分為：氣動調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥和液動調(diào)節(jié)閥，即以壓縮空氣為動力源的氣動調(diào)節(jié)閥，以電為動力源的電動調(diào)節(jié)閥，以液體價值壓力為動力源的液動調(diào)節(jié)閥，由于生產(chǎn)現(xiàn)場有防爆要求，所以應選擇氣動執(zhí)行器。調(diào)價閥的開、關(guān)形式需要考慮到以下幾種因素：1生產(chǎn)安全角度：當起源供氣中斷，或調(diào)節(jié)閥出故障而無輸出等情況下，應該確保生產(chǎn)設備的安全，不至發(fā)生事故；2保證產(chǎn)品質(zhì)量：當發(fā)生控制閥處于無源狀態(tài)而恢復到初

28、始位置時，產(chǎn)品的質(zhì)量不應降低；3盡可能的降低原料、產(chǎn)品、動力耗損；4從介質(zhì)的特點考慮。十一、變送器的選擇 液位變送器，可稱為液位計的顯示儀表，可簡稱為液位計，不包含其液位傳感器的部件。液位變送器液位測量通常指對工業(yè)生產(chǎn)過程中封閉式或敞開容器中液位的高度進行檢測；   液位變送器的運用十分的廣泛，是對壓力變送器技術(shù)的延伸和發(fā)展，根據(jù)不同比重的液體在不同高度所產(chǎn)生壓力成線性關(guān)系的原理，實現(xiàn)對水、油及糊狀物的體積、液高、重量的準確測量和傳送。使用被測介質(zhì)廣泛，可測油、水及與316不銹鋼兼容的糊狀物，具有一定的防腐能力。  延伸理解液位傳感器： 基于所

29、測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國外先進的隔離型擴散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過溫度補償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標準電信號（一般為420mA）。  液位傳感器原理：用靜壓測量原理當液位變送器投入到被測液體中某一深度時，傳感器迎液面受到的壓力公式為：=.g.H + Po 式中：P：變送器迎液面所受壓力   ：被測液體密度   g：當?shù)刂亓铀俣?#160;  Po：液面上大氣壓  H：變送器投入液體的深度

30、60; 同時，通過導氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓Po與傳感器的負壓腔相連，以抵消傳感器背面的Po，使傳感器測得壓力為：.g.H，顯然,通過測取壓力P，可以得到液位深度。  11.1液位變送器類別1.壓力類：差壓式、雙法蘭、單法蘭、投入式、靜壓式、吹泡式 2.雷達類：非接觸式雷達、導波雷達式  3.超聲波：超聲波、外貼式超聲波式 4.射線類：中子、射線、a射線式 5.浮子類：浮筒、浮球、鋼帶、伺服式 6.光電類：光纖、激光、光導式 7.磁子類：磁翻板、磁浮子、磁致伸縮式 8.

31、其他：電容、射頻導納、阻帶、玻璃管電阻、電接點、感溫式等。    11.2浮球式液位變送器    浮球式液位變送器由磁性浮球、測量導管、信號單元、電子單元、接線盒及安裝件組成。 一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿測量導管上下移動。導管內(nèi)裝有測量元件，它可以在外磁作用下將被測液位信號轉(zhuǎn)換成正比于液位變化的電阻信號，并將電子單元轉(zhuǎn)換成420mA或其它標準信號輸出。該變送器為模塊電路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優(yōu)點，電路內(nèi)部含有恒流反饋電路和內(nèi)保護電路，可使輸出最大電流不超過28mA，因而能夠可靠地保護

32、電源并使二次儀表不被損壞。   11.3浮筒式液位變送器          浮筒式液位變送器是將磁性浮球改為浮筒，它是根據(jù)阿基米德浮力原理設計的。浮筒式液位變送器是利用微小的金屬膜應變傳感技術(shù)來測量液體的液位、界位或密度的。它在工作時可以通過現(xiàn)場按鍵來進行常規(guī)的設定操作。 11.4 靜壓液位變送器      該變送器利用液體靜壓力的測量原理工作。它一般選用硅壓力測壓傳感器將測量到的壓力轉(zhuǎn)

33、換成電信號，再經(jīng)放大電路放大和補償電路補償，最后以420mA或010mA電流方式輸出。  賽科環(huán)保LD187-S靜壓投入式液位變送器，選用進口芯片封裝而成。該產(chǎn)品采用特制的防水通氣電纜。進行防結(jié)露的特殊處理，封裝嚴密可靠，并利用先進的電路線性和溫度補償技術(shù)，使其線性更佳，溫漂系數(shù)更低，抗干擾更強，測量準確，穩(wěn)定性好，可直接投入水油等液體（包括腐蝕性液體）中長期使用。測量范圍00.5200mH2O 溫漂系數(shù)小于±0.01%FS/ 穩(wěn)定性小于0.2%FS/年、0.5%FS/年 十二、控制器的選擇（1）采用模擬控制器:DDZIII型調(diào)節(jié)器，DDZ基型

34、控制器框圖如圖2 。 控制器的輸入信號為15V的測量信號。設定信號有內(nèi)設定和外設定兩種。內(nèi)設定信號為15V，外設定信號為420mA。測量信號和設定信號通過輸入電路進行減法運算，輸出偏差到比例積分微分電路進行比例積分微分運算后，由輸出電路轉(zhuǎn)換為420mA信號輸出。手動電路和保持電路附于比例積分微分電路之中，手動電路可實現(xiàn)軟手動和硬手動兩種操作，當處于軟手動狀態(tài)時，用手指按下軟手動操作鍵，使控制器輸出積分式上升或下降，當手指離開操作鍵時，控制器的輸出值保持在手指離開前瞬間的數(shù)值上，當控制器處于硬手動狀態(tài)時，移動硬手動操作桿，能使控制器的輸出快速改變到需要的數(shù)值，只要操作桿不動，就保持這一數(shù)值不變。

35、由于有保持電路，使自動與軟手動相互切換，硬手動只能切換到軟手動，都是無平衡無擾動切換，只有軟手動和自動切換到硬手動需要事先平衡才能實現(xiàn)無擾動切換。 如果是全刻度指示控制器，測量信號的指示電路和設定信號的指示電路分別把15V電壓信號轉(zhuǎn)化為15mA電流信號用雙針指示器分別指示測量信號和設定信號。當控制器出現(xiàn)故障需要把控制器從殼體中取出檢查時，可以把便攜式手動操作器插入手動操作插孔，以實現(xiàn)手動操作。 圖4.3中的420mA輸出信號通過 精密電阻轉(zhuǎn)化為15V電壓反饋到控制器的輸入端，使控制器形成了自閉系統(tǒng)，提高了控制器的運算精度。根據(jù)生產(chǎn)設計要求，采用WHSPL型調(diào)節(jié)器。 圖10 DDZ基型控制器框圖

36、0.10MPa信號壓力之后，薄膜產(chǎn)生推力，使推力盤向下移動，壓縮彈簧，帶動推桿、閥桿、閥芯向下移動，閥芯離開了閥座，從而使壓縮空氣流通。當信號壓力維持一定時，閥門就維持在一定的開度上。 氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)可以分為兩部分，上面是執(zhí)行機構(gòu)，下面是調(diào)節(jié)機構(gòu)。它主要由膜片、彈簧、推桿、閥芯、閥座等零部件組成。當來自控制器的信號壓力通入到薄膜氣室時，在膜片上產(chǎn)生一個推力，并推動推桿部件向下移動，使閥芯和閥座之間的空隙減小，流體受到的阻力增大，流量減小。推桿下移的同時，彈簧受壓產(chǎn)生反作用力，直到彈簧的反作用力與信號壓力在膜片上產(chǎn)生的推力相平衡為止，此時，閥芯與閥座之間的流通面積不再改變，流體的流量穩(wěn)定。

37、 出于安全的原因，在此次設計中使用VBD氣動端面密封蝶閥，VBD氣動端面密封蝶閥是一種重量輕，結(jié)構(gòu)簡單的后座式端面密封蝶閥。閥體、閥板均用鋼板焊接或鑄造加工而成。適用于低壓狀態(tài)的空氣或其他氣體的流量、壓力控制。本產(chǎn)品符合GB/T4213-92標準。十三、DCS系統(tǒng)設計 DCS系統(tǒng)配置應能滿足機組任何工況下的監(jiān)控要求(包括緊急故障處理)，CPU負荷率應控制在設計指標之內(nèi)并留有裕度；所有站的CPU負荷率在惡劣工況下不得超過60，所有計算站、數(shù)據(jù)管理站、操作員站、歷史站等的CPU負荷率在惡劣工況下不得超過40 ；控制站、操作員站、計算站、數(shù)據(jù)管理站、歷史站或服務器脫網(wǎng)、離線、死機，在其它操

38、作員監(jiān)視器上應設有醒目的報警功能，或在控制室內(nèi)設有獨立于DCS系統(tǒng)之外的聲光報警；DCS應采用合適的冗余配置和直至卡件的自診斷功能，使其具有高度的可靠性，系統(tǒng)的任何一個組件發(fā)生故障均不影響整個系統(tǒng)工作。  DCS系統(tǒng)應易于組態(tài)、易于實用和易于擴展；系統(tǒng)的報警、監(jiān)視和自診斷功能應高度集中在CRT上，控制功能應盡可能在功能和物理上進行分散；主要控制器應采用冗余配置，重要I/O點應考慮采用非同一板件的冗余配置；系統(tǒng)設計應采用各種抗噪聲技術(shù)、包括光電隔離、高共模抑制比以及合理的接地和屏蔽；分配控制回路和I/O信號時，應使一個控制器或一塊I/O板件損壞時對機組的安全運行的影響盡可能小。I/O板

39、件及其電源故障時，應使I/O處于對系統(tǒng)安全的狀態(tài)，不出現(xiàn)誤動；電子設備機柜的外殼防護等級應滿足有關(guān)標準的規(guī)定；機柜內(nèi)的模件應能帶電插拔，而不影響其它模件的正常運行。  DCS設計完成后能保證以下安全原則:單一故障不應引起DCS系統(tǒng)的整體故障。單一故障不應引起鍋爐或汽機/發(fā)電機保護系統(tǒng)的誤動作或拒動作?？刂乒δ艿姆纸M劃分應使某個區(qū)域的故障將只是部分降低整個控制系統(tǒng)的控制功能，此類控制功能的降低應能通過運行人員干預進行處理。控制系統(tǒng)的構(gòu)成應能反映電廠設備的冗余配置，以使控制系統(tǒng)內(nèi)單一故障不會導致運行設備與備用設備同時不能運行。  整個DCS的可利用率至少為99.98%。當DCS

40、系統(tǒng)通訊發(fā)生故障或運行操作員站和LCD全部故障時，應能確保安全停機，當控制器單元發(fā)生故障時，應能保證穩(wěn)定負荷下安全停機。 13.1電源部分  系統(tǒng)電源應設計有可靠的后備手段(如采用UPS電源)，備用電源的切換時間應小于5ms(應保證控制器不能初始化)，同時，系統(tǒng)電源故障應在控制室內(nèi)設有獨立于DCS之外的聲光報警；有條件的機組，DCS應采用隔離變壓器供電。系統(tǒng)應設計雙回路供電，其中一路電源要采用UPS供電，并應進行定期切換試驗；  UPS電源應能保證連續(xù)供電30min，以確保安全停機、停爐的需要；采用直流供電方式的重要I/O板件，其直流電源應采用冗余配置。 

41、;13.2通信部分  主系統(tǒng)及主系統(tǒng)連接的所有相關(guān)系統(tǒng)(包括專用裝置)的通訊負荷率設計必須控制在合理的范圍(保證在高負荷運行時不出現(xiàn)“瓶頸”現(xiàn)象)之內(nèi)，其接口設備(板件)應穩(wěn)定可靠：連接到系統(tǒng)數(shù)據(jù)高速公路上的任一系統(tǒng)或設備發(fā)生故障都不應導致通訊系統(tǒng)癱瘓或影響其它聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)和設備的工作；通信總線應有冗余設置，冗余的數(shù)據(jù)高速公路在任何時候都能同時工作，通信負荷率在繁忙工況下不得超過30，對于以太網(wǎng)則不得超過30 ；通訊高速公路的故障不應引起機組跳閘或使DPU(分散處理單元)不能工作；當數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)生某個通訊錯誤時，系統(tǒng)應能自動采取某種安全措施如切除故障的設備或切換到冗余裝置等

42、；系統(tǒng)應能在電子噪聲、射頻干擾和振動都很大的現(xiàn)場環(huán)境中連續(xù)運行而不降低系統(tǒng)性能。13.3 系統(tǒng)接地  DCS的系統(tǒng)接地必須嚴格遵守技術(shù)要求，所有進入DCS系統(tǒng)控制信號的電纜必須采用質(zhì)量合格的屏蔽電纜，且有良好的單端接地；DCS系統(tǒng)與電力系統(tǒng)共用一個接地網(wǎng)時，控制系統(tǒng)接地線與電氣接地網(wǎng)只允許有一個連接點，且接地電阻應小于0.5；重點處理好兩種接地：保護地(CG)和屏蔽地(AG)。保護地接至電廠電氣專業(yè)接地網(wǎng)，接地電阻小于2；屏蔽地當電廠電氣專業(yè)接地網(wǎng)接地電阻不大于0.5，直接接入電廠電氣專業(yè)接地網(wǎng)；當電氣專業(yè)接地網(wǎng)接地電阻較大時，獨立設置接地系統(tǒng)，接地電阻不大于2；屏蔽地接地

43、點應遠離電廠大電流設備，如給水泵、磨煤機等，距離應大于10m以上；模擬量信號(模入、模出，特別是低電平的模入信號，如熱電偶、熱電阻信號等)最好采用屏蔽雙絞線電纜連接，且有良好的單端接地。 13.4 軟件部分  整個系統(tǒng)應該采用統(tǒng)一的組態(tài)技術(shù)和方法，操作系統(tǒng)應選用適用于工業(yè)控制要求的穩(wěn)定的系統(tǒng)，應用軟件的安全性和穩(wěn)定性應能完全勝任工業(yè)控制；所有算法和系統(tǒng)整定參數(shù)應駐存在各處理模件的非易失性存儲器內(nèi)，執(zhí)行時無須重新裝載；系統(tǒng)應留有后繼開發(fā)應用軟件的方式；在工程師站上應能對系統(tǒng)組態(tài)進行修改，不論該系統(tǒng)在線或離線，均能對系統(tǒng)組態(tài)進行修改。增加或改變系統(tǒng)中的一部分內(nèi)容應不必

44、重新編譯整個系統(tǒng)的程序。  在編程或修改完成之后，系統(tǒng)組態(tài)程序應能通過數(shù)據(jù)高速公路裝入到各有關(guān)處理模件而不影響系統(tǒng)的正常運行；所有程控邏輯的修改都在系統(tǒng)內(nèi)完成，而無需使用外部硬接線、專用開關(guān)或其它替代物作為邏輯的組態(tài)輸入；應提供方便查閱歷史數(shù)據(jù)的工具軟件；應設計有對報警歷史、操作員操作歷史的記錄和查閱程度包；應提供對事故順序記錄的主錄和查閱程序包；系統(tǒng)應有對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的記錄和查閱功能，對于一般過程點應能精確到一秒，重要事件應能記錄到毫秒級。系統(tǒng)應有完善的在線診斷和離線診斷能力，查找故障的自診斷功能應至少診斷至模件級故障，報警功能應能使使用人員方便地辨別和解決各種問題。十四、PID控

45、制原理 PID算法是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性（系統(tǒng)抵御各種擾動因素包括系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、參數(shù)的不確定性，系統(tǒng)外部的各種干擾等的能力）好及可靠性高而被廣泛地應用于過程控制和運動控制中。尤其是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字PID控制被廣泛地加以應用，不同的PID控制算法其控制效果也各有不同。 將偏差的比例（Proportion）、積分（Integral）和微分（Differential）通過線性組合構(gòu)成控制量，用這一控制量對被控對象進行控制，這樣的控制器稱PID控制器。 14.1模擬PID控制原理 在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。常規(guī)的模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖所示。 被控對象微分積分比例被控對象微分積分比例+r(t)+e(t)+u(t) y(t) 圖11 模擬PID控制系統(tǒng)原理圖 該系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對象組成。圖中， r(t)是給定值， y(t)是系統(tǒng)的實際輸出值，給定值與實際輸出值構(gòu)成控制偏差e(t) (te)=r(t)-y(t) （式1） e (t)作為PID控制的輸入，u(t)作為PID控制器的輸出和被控對象的輸入。所以模擬PID控制器的控制規(guī)律為 u(t) =Kp e(t)