水位控制器十篇

水位控制器篇1

关键词：HT单片机 智能控制 节能环保 无线控制

中图分类号：TM502 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）05-0000-00

1 引言

现在的热水器控制系统大多存在功能单一、操作复杂、电能浪费严重等问题，而如今全球都在号召节能减排、全国鼓励“万众创新”的大环境下，我们要从我们身边的小事做起，从一点一滴的节能开始，这既可以为减少能源的消耗，也可以减少我们自己的电费支出。在热水器上加上无线智能装置，可以远距离控制热水器的工作状态，热水器的实时数据快速掌握，有利于我们的时间安排。通过我们的智能控制，使热水器的有效数据即时为我们掌握，同时也减少了电能的消耗，做到了节能环保的要求。

本系统的设计通过对现用热水器的改进，在其原有的功能基础上添加了无线控制、恒温控制、定时加热控制、水位检测控制、定时开关机功能及报警功能。这些功能可以实现我们对热水器的智能控制，方便我们的生活，简化热水器控制；同时达到节约电能目的，做到节能环保的要求。

定时开关机功能，可以避免我们晚上睡觉时热水器工作消耗的电能，减少了了这笔不必要的电费开支；无线智能控制可以通过智能终端远距离控制热水器，使得操作热水器变得更加简单快捷；

恒温控制可以使热水器加热水温到自己想要的温度，避免热水器加热过高而不小心烫伤自己，免去手动调温的麻烦；定时加热控制可以将热水器的工作时间控制在我们用水的时间段，避免在我们想用水时没有热水的尴尬局面，而在我们外出不在家的时候处于待机状态，降低热水器对电能的消耗；水位检测设定水位的最高值、适中值、最低值，此功能通过单片机分析电平的变化，实现水位检测的功能，使水位保持在适中值附近，当水位低于最低值或超过最高值时，蜂鸣器发出报警，单片机控制送水的开启或关闭；

2 系统设计原理

基于WIFI智能恒温水位检测热水器控制系统。采用HOLTEK单片机为MCU，利用WIFI、恒温控制、定时加热控制、水位检测控制、定时开关机功能及报警功能，实现对热水器的智能控制。

用户通过手机或热水器温度控制板对热水器进行工作状态的设置，可以设置恒温工作温度、工作时间。 热水器在设定的工作时间被唤醒，然后进行水位的检测，以保证热水器的加热水量是合适加温的状态，避免因水量过高或过低引起的火灾；水位正常后，热水器按照设定好的温度进行加温，加热到设定温度后进行语音提示。

3 系统结构设计及分析

3.1 硬件部分

系统采用盛群公司的HOLTEK MCU作为主控芯片进行设计。利用HOLTEK MCU单片机控制液晶显示、语音提示、温度控制、水位检测与WIFI智能控制。

DS1302：该芯片是为美国DALLAS公司推出的，具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路。它可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能。DS1302可使用后备电源对芯片进行供电，即当主电源被意外切断时（如断电等），芯片会自动切换到后备电源供电，保证芯片继续走时。若后备电源是可充电电源，则可通过程序使芯片内的充电功能开启，对后备电源进行充电，保证了芯片的稳定运行，为用户带来方便。

AT24C02：AT24C02是CATALYST公司的数据储存芯片，具有一个2K位串行CMOS E2PROM，内部含有256个8位字节。先进的CMOS技术极大地减少了器件的功耗。让其作为WIFI模块的数据存储芯片，保护了用户数据的安全，增强系统运行的稳定行。该芯片使用寿命长，数据可保持至少100年。

其硬件总体框架图如图1所示。

3.2 软件部分

开机后，首先执行用户智能设定的参数程序。在此期间，AT24C02内的用户数据不变，配有备用电池的计时芯片DS1302内的时间数据也不改变。HT单片机开始读取时间数据，再读取用户数据，然后，单片机将时间数据与用户数据进行比较，以判断当前时间是不是用户设置的加热工作时间，如果是，则驱动加热控制，否则再次读取时间及用户数据，并进行比较判断。以此循环。当到了设定加热工作时间，其会首先进行水位的检测，水位正常后会加热到设定的水温后进行语音提示。

我们可以通过WIFI智能控制加热的温度和其的工作时间，使其更好的为我们提供服务。

4 结语

水位控制器篇2

摘要：本文提出了一种基于压力自适应的除氧器水位控制的节能优化策略。凝结水流量调节阀三冲量调节除氧器水位，凝结水泵变频控制凝结水母管压力，凝结水流量调节阀的阀位通过PID运算自动修正凝结水压力目标值，使凝结水流量调节阀始终处于最佳开度，同时在中高负荷段通过全开除氧器副调节阀，尽量减小调节阀的节流损失和管道阻力，达到最佳的节能效果。

关键词：压力自适应；除氧器水位；节能

0.引言

近年来随着国家对节能环保越来越重视，各电厂都开始在节能降耗上下功夫。目前，凝结水泵已有不少机组改造为变频泵，凝泵变频在各新建电厂也成了主流配置。怎样能够控制除氧器水位在各种工况下的稳定，同时尽量减小凝结水压力和管道阻力，充分发挥变频泵的节能效果，是近年来一直在研究的问题。本文提出的基于压力自适应的除氧器水位控制的节能优化策略，通过与常规的变频控制方案对比，优化了除氧器水位控制及凝泵变频控制策略，进一步降低了管道阻力，进一步挖掘了凝泵变频的优势，达到了最佳的节能效果。

1.常规的除氧器水位控制策略

600MW超临界直流机组一般配有两台100%变频泵，正常运行时一用一备。凝结水流量调节阀设计有主副两个调节阀，主阀100%流量调节，副阀30%流量调节。30%负荷以下时副调节阀单冲量调节除氧器水位，凝结水泵变频调节凝结水母管压力。30%负荷以上时切换至凝结水泵三冲量（除氧器水位、主给水流量、凝结水流量）调节除氧器水位，凝结水流量主调节阀通过PID闭环调节凝结水压力，副调节阀慢慢关闭。上述控制方案可以满足除氧器水位调节的要求，同时通过凝结水流量主调节阀的调节作用，可以有效地减小凝结水压力，降低凝结水泵电流，达到一定的节能效果。其中存在的问题是，压力设定值的整定一般是通过各个负荷段的试验得出，并不是最佳值，当凝结水用户用水量发生变化时，调门开度也随之变化。在实际运行过程中发现，凝结水流量调节阀开度通常在一定范围内（50%~100%）变化，仍然存在一定的节流损失，不能达到最佳的节能效果，存在优化的空间。

2.基于压力自适应的除氧器水位控制策略

2.1凝结水流量调节阀的控制

在低负荷段，仍然采用凝结水流量副调节阀单冲量调节除氧器水位，凝结水泵变频调节凝结水母管压力。升负荷到30%后，凝结水流量副调节阀慢慢关闭，凝结水流量主调节阀进入串级三冲量调节。主调节器保证水位的无静态偏差调节，主调节器的输出和给水流量、凝结水流量共同作为副调节器的输入，副调节器的作用主要是通过内回路进行给水流量和凝结水流量的比值调节，并快速消除来自给水侧的扰动。在工艺上凝结水流量调节阀比凝结水泵更靠近除氧器，因此用凝结水流量调节阀控制除氧器水位能够更加快速地对除氧器水位变化做出响应，对除氧器水位控制的精度更高。

2.2凝结水泵的压力自适应控制

凝结水泵闭环调节凝结水母管压力，其中凝结水流量主副调节阀开度的函数作为凝结水泵转速的前馈信号，加快凝泵的响应速度。凝结水母管压力设定值为负荷对应的函数，该函数可通过试验或查询历史曲线得出。在压力设定值回路中加入了一路压力修正回路，压力修正回路通过一个闭环的PID调节器实现。通过凝结水主调节阀的阀位与设定的最佳阀位比较，自动计算出压力修正值，使凝结水母管压力自动适应工况的变化，最终控制凝结水主调节阀的开度稳定在最佳开度附近。经试验，汕尾电厂2号机组凝结水主调节阀最佳开度约为88%。即当凝结水主调节阀开度小于88%时，压力修正值减小，凝结水母管压力降低，为了维持除氧器水位，凝结水主调节阀开大；当凝结水主调节阀开度大于88%时，压力修正值增大，凝结水母管压力升高，为了维持除氧器水位，凝结水主调节阀减小。调节阀的阀位始终控制在目标值88%附近。由于凝结水流量调节阀开度、凝结水母管压力、除氧器水位相互影响，为了防止调节作用相互耦合发生振荡，压力修正回路的PID调节作用要尽量减弱。由于压力设定值可以根据调节阀开度自动修正，因此压力设定值函数不需要整定得太精确，减小了函数整定的难度。此外，在压力修正值回路中引入了凝结水主调节阀开度的函数作为前馈信号，当凝结水主调节阀开度大于95%时迅速提高凝结水母管压力，弥补凝结水主调节阀接近全开时调节裕量不足的缺陷。当高加退出、凝结水用量突然增大等异常工况时，该前馈信号可以迅速提高凝结水母管压力，维持除氧器水位不发生大的波动。

3.除氧器副调节阀的有效利用

在原控制策略中，30%负荷以上时，除氧器副调节阀全关，完全由除氧器主调门调整除氧器水位。经过试验调整发现在机组高负荷运行时，开大除氧器副调阀能有效降低除氧器调节阀节流损失，降低管道阻力，从而降低凝泵电耗。根据试验情况，当机组负荷450MW以上时，同样的一台凝泵，电流能降低10A以上，节能效果非常明显。在保证机组安全稳定运行的前提下，初步设定机组大于60%负荷时，开启除氧器副调节阀，具体逻辑条件如下：（1）各机组凝泵变频投入运行，机组负荷大于450MW、除氧器主调门开度大于80%且凝泵出口压力大于1.6MPa时，除氧器副调阀自动缓慢开启至全开。（2）凝泵工频运行时该项节能措施不起作用，所以有任一凝结水泵工频运行、凝泵工频试运、凝泵定期切换时需要自动关闭除氧器副调阀。（3）机组负荷小于400MW、除氧器主调门开度小于60%或凝泵出口压力低于1.6MPa时，除氧器副调阀自动缓慢关闭。（4）除氧器副调阀开关速率根据运行人员要求，可由热控人员设定调节速率。（5）优化后除氧器副调阀不影响除氧器主调和变频自动控制，不影响机组低负荷时（约120MW）除氧器主副调控制自动切换。

4.实际应用效果上述控制策略

在汕尾电厂1、2号机组进行了实际应用。在升负荷过程中，凝结水流量调节阀迅速全开，凝结水母管压力在负荷函数及调节阀函数的双重作用下快速增大，整个过程中除氧器水位波动不超过20mm。变负荷结束后，在凝结水压力设定值修正回路PID的调节作用下，经过一段时间调整，凝结水母管压力自动调整到最佳的目标值，凝结水流量调节阀逐渐稳定在设定值88%附近。与常规控制策略相比，该方案既能满足机组在各种工况下除氧器水位、凝结水母管压力的稳定调节，同时由于凝结水流量调节阀始终处于最佳开度，凝结水母管压力在各个负荷段可降低0.2MPa~0.5MPa，单台凝结水泵电流降低20A~40A，进一步挖掘了凝泵变频的节能效果。结语本文提出了一种基于压力自适应的除氧器水位控制节能优化策略，当负荷大于30%时，凝结水流量调节阀的串级三冲量调节保证了除氧器水位控制的稳定，凝结水压力的自适应控制使调节阀处于最佳开度，实现了最佳的节能效果，同时调节阀对压力设定值的前馈作用满足了在高加退出、凝结水用量突然增大等异常工况下的控制要求。并且，在60%负荷以上时，通过全开除氧器副调节阀，有效降低管道阻力，进一步降低凝泵电流10A左右。综上所述，采用该技术实现了除氧器水位的稳定调节和凝结水泵最佳的节能效果。

参考文献

水位控制器篇3

关键词：凝结水泵 变频 控制策略节能

中图分类号： U464.138+.1 文献标识码： A 文章编号：

Thermal power plant condensate pump inverter control strategy deaerator water level Control and energy saving applications

mou fu xiang

（Datang Liancheng Power Generation Companygan su Lanzhou730332 ）

Abstract: a power generation company 300MW Turbine deaerator water level control strategies condensate frequency transformation of high-voltage motors, frequency control, the protection of the automatic control the condensate system security, energy-saving operation.Keywords: condensate pump；Frequency conversion；Control strategy；Energy-saving

概述

某发电公司2×300MW纯凝发电机组，系哈汽公司生产的N300-16.7/537/537型亚临界一次中间再热、高中压合缸单轴双缸双排汽凝汽式汽轮发电机组，系统为单元制热力系统。机组配有两个高压主汽门（TV）、六个高压调门（GV）、两个中压主汽门（RSV）和两个中压调门（IV）。

凝结水泵高压电机控制进行了变频改造，采用变频后凝结水泵在变工况时始终处于最佳运行状态，即除氧器上水主副调阀保持全开，通过调节变频器的输出频率改变凝泵电机的转速来满足负荷工况变化的需求，大大提高运行效率，达到节能的目的，获得了良好的经济效益。

凝泵系统控制运行现状

凝结水系统配置两台凝泵，变频采用一拖二控制方式，100%的除氧器上水调节阀，凝结器热井中的凝结水经凝结水泵升压，经过轴封加热器和精处理系统，一小部分凝结水提供给汽机侧设备减温或密封，大部分凝结水经过除氧器上水主副调节阀送至除氧器。

电机变频改造后，凝泵采用手动控制转速，除氧器水位控制逻辑采用单、三冲量控制，用水位信号的偏差作为主调节器的输入，主调的输出与凝结水流量的偏差作为调节器副控的输入，用给水流量信号作为前馈信号，超前调节水位，主要调节是由除氧器上水主副调阀控制，保持除氧器水位供水平衡。

由于凝泵电机变频改造后自动逻辑没有修改，变频自动无法投入，机组正常运行方式是一台凝泵手动变频调节出口压力运行，除氧器上水主副调阀投自动控制水位，一台凝泵工频备用。

事故工况下工频泵联锁启动，主副调节阀控制除氧器水位。这样，不论在何种运行工况下，凝结水泵转速手动控制出口压力，出口流量只能由除氧器水位调节阀调节，出口压力高、噪声大、节流损失严重、系统效率低、造成能源浪费。而且由于气动调节阀动作频繁，易出现故障，影响系统调节品质。

凝泵变频改造水位控制系统策略的实现

修改逻辑在大于30%负荷时可以把变频自动投入，除氧器水位是通过改变凝结水泵变频输出调整，变频器利用DCS对变频器输出的4～20mADC转速指令信号去控制频率，进而改变凝泵电机转速来调节除氧器水位，除氧器上水门全部打开，降低门的节流损失。

对变频自动逻辑进行修改， 300WM纯凝机组逻辑设计图，凝泵变频自动控制和除氧器主副调阀控制公用一套典型的单、三冲量控制逻，中间经过一个逻辑切换进行选择，变频器运行正常时，经过逻辑选择由变频器转速控制除氧器水位，除氧器主副调阀保持全开。如果凝泵变频故障，凝泵工频运行时，逻辑通过切换器选择用主副调阀开度控制除氧器水位。

运行中发生变频凝结水泵跳闸备用工频凝结水泵启动后凝结水压力、流量突然增大对除氧器水位造成大的影响，控制逻辑中还设计了超驰动作回路。当变频故障，且发出联启工频泵的指令时，触发超驰动作，立即将除氧器主副调整门关至62%（做试验确认的开度）位置，直接调节除氧器水位。

为了防止凝结水泵出口压力过低，采用凝结水母管压力与除氧器压力的差值作为负的前馈信号，直接作用在串级三冲量回路副PID上。一旦两者之间差值偏小，就有一个加强的信号，促使副PID输出增大，调节凝泵转速，始终保证凝结水母管压力与除氧器压力的差值在一定的恒定值。

锅炉上水、升压至汽机冲转并网阶段，30%负荷以下时，蒸汽流量还不是很大，除氧器上水量不是很大，如果仍然采取变频调整，可能会出现因为除氧器水位不低的情况，而导致变频凝结水泵输出过低，泵出口压力和流量都过小，无法满足前置泵、给水泵密封水运行的要求(凝结水母管压力低0.8MPa，联启工频凝泵)，造成运行参数的异常波动。这时变频控手动制，除氧器水位由除氧器上水门来控制。

凝泵变频改造应用的节能分析

单台机组的额定容量为300MW，通常机组的输出负荷在180MW～300MW之间，下面以机组185MW、250MW和300MW三个负荷点为例进行节能分析。其中：凝结水泵电机母线线电压U为6kV，工频运行功率因数=0.89，变频运行功率因数=0.94。

当负荷为185MW时，凝结水泵电机在工频、变频方式下的功耗为：

工频方式：P11=U×I1×0.89=6×62.71×0.89=334.871kW变频方式：P12=U×I2×0.94=6×28.65×0.94=161.586kW每小时节约功率: P185= P11- P12=334.871-161.586=173.289kW

当负荷为250MW时， 凝结水泵电机在工频、变频方式下的功耗为： 工频方式：P21=U×I1×0.89=6×72.15×0.89=385.281kW 变频方式：P22=U×I2×0.94=6×33.78×0.94=203.62kW 每小时节约功率: P250=P21- P22=385.281-203.62=185.661kW

当负荷为300MW时，A凝结水泵电机在工频、变频方式下的功耗为： 工频方式：P31=U×I1×0.89=6×79.75×0.89=425.865kW 变频方式：P32=U×I2×0.94=6×66.54×0.94=399.245kW 每小时节约功率: P300= P31- P32=425.865-399.245=26.62kW

机组每天在185MW、250MW和300MW三个负荷点分别根据运行规律大致时间是：t1=15h、t2=6h、t3=3h，凝结水泵变频器系统一天可以节能： W1= P1×t1＋P2×t2＋P3×t3=173.289×15＋185.661×6＋26.62×3=3793.161kW・h 一年中除去18天的小修时间，所节能为：

W总=（365-18）×W1=347×3793.161=1316226.867kW・h（单台机组）。

按照每度电0.28元（上网电价）计算，节约为：1316226.867kW・h×0.28=368543.53（元）

节能效果 全年变频器节能效率为：1316226.867kW・h，变频节约人民币为：368543.53元，节能效果显著。

结论

通过凝结水泵的变频改造后对控制逻辑进行了修改优化，解决了除氧器水位控制、凝结水泵变频系统的全程自动控制要求，凝结水泵可以随机组负荷的变化而调节输出转速，避免了机组凝泵由于工频运行出口母管压力大，二调门调整节流造成的损失。同时节约大量电能，节能效果显著为进一步减少发电成本，提高竞价上网的竞争能力。

参考文献：

[1] 陈来九．热工过程自动调节原理和应用FM．北京：水力电力出版社，1982。

[2] 周泽魁. 控制仪表与计算机控制装置. 北京：化学工业出版社，2005.

水位控制器篇4

【关键词】蒸汽发生器水位；控制系统；故障分析

1 蒸汽发生器水位控制系统的重要性

核电厂蒸汽发生器完成一二回路的能量交换，一方面产生汽轮机做功所需的饱和蒸汽，另一方面带走一回路核燃料所产生的热量冷却堆芯。M310型650MW压水堆机组采用两台立式自然循环方式的蒸汽发生器完成上述功能。

对于蒸汽发生器运行来说水位控制是一项重点，即在机组运行期间要根据功率水平对蒸汽发生器水位进行控制，主要原因为：

1）如果蒸汽发生器的水位过高

水位过高将造成出口蒸汽含水量超标，加剧汽轮机的冲蚀现象，影响机组的寿命甚至使机组损坏；

水位过高还会使得蒸汽发生器内水的质量装量增加，在蒸汽管道破裂的事故工况下，对堆芯产生过大的冷却而导致反应性事故的发生；

如果破裂事故发生在安全壳内，大量的蒸汽将会导致安全壳的压力、温度快速上升，危害安全壳的密封性。

2）如果蒸汽发生器的水位过低

水位过低将会导致U型管顶部，甚至可能导致给水管线出现水锤现象。这样，堆芯余热的导出功能将恶化。

另外，水位过低导致蒸汽了生器产生的蒸汽干度过大，影响传热效率。

2 蒸汽发生器水位控制系统简介

M310型650MW汽轮发电机组蒸汽发生器水位控制系统模拟简图如图1所示，每台蒸汽发生器拥有各自独立的水位调节系统，通过改变调节阀门的开度以改变给水流量从而达到控制水位的目的。

图1 蒸汽发生器水位控制系统模拟简图

如图1，水位控制分两部分进行。

2.1 高负荷时蒸汽发生器水位的调节

主给水大阀在高负荷工况（功率大于18.5%Pn）对水位加以调节，此时小给水阀全开，高负荷工况下系统对蒸汽发生器实际水位、主给水流量和蒸汽实际流量加以测量。以汽机第一级冲动级压力信号换算为汽机功率信号，同时加入汽机旁排系统并考虑其它蒸汽用户的用量综合起来通过GD来产生蒸汽发生器水位整定值，M310型650MW压水堆蒸汽发生器水位整定值函数发生器如图2所示。

图2 水位控制曲线

GD产生的实测水位与蒸汽发生器实测水位进行比较得出水位偏差，考虑水温信号的增益后送入水位调节器401RG（传递函数为K30（1+）），得出给水流调节值。另一方面实测蒸汽流量和给水流量进行比较得出汽水失配信号，汽水失配信号与给水流量调节值比较后经流量调节器后输出给水流量调节阀大阀的开度信号用以对阀门进行调节。之所以加入汽水失配信号的原因是采用汽水失配信号反映水位变化的趋势比水位误差信号灵敏，是一种前馈。它的引入增加了给水流量调节的速度。

2.2 低负荷蒸汽发生器水位的调节

低负荷工况为功率小于18.5%Pn的工况，此时蒸汽发生器水位由小给水流量调节阀完成，而给水大阀因401MS1给出了一个6.5%Qn的流量偏差而保持全关状态。

低负荷工况下与高负荷类似，同样以汽机第一级冲动级的压力信号与汽机旁路排放信号代表蒸汽负荷，经过401RG输出信号校正后送入流量调节器407RG，直接得到小阀开度。

407RG图像如图3所示：

图3 水位控制小阀控制曲线

需要说明的是，在停堆信号与一回路平均温度低信号同时触时，由函数发生器401MS2给出小阀固定开度60%（约相当于10%Qn）信号，即给水系统的极化运行，极化运行的目的是：一方面快速回复蒸汽发生器的水位，避免辅助给水泵的启动；另一方面，限制给水的流量值，防止一回路平均温度进一步下降。

在低负荷工况调节时加入401RG输出信号的目的是在低负荷时，水位的膨胀及收缩现象明显，通过给水温度引入一个变增益环节，使得低负荷时水位调节器的增益系统减少，调节回路运行稳定性增加。

2.3 对调节系统中的各滤波装置加以说明

为了提高整个蒸汽发生器水位调节系统的调节质量，在系统中加入了五个重要的滤波装置。

2.3.1 实测水位滤波器402FI

传递函数为，T30=5s。

对水位变送器的输出引入一个5s的延时滤波环节，目的是剔除水位变化初期的扰动影响，使水位测量值更具真实性。

2.3.2 蒸汽流量滤波器408FI

传递函数为，T32=10s

蒸汽质量流量信号的产生环节也引入一个具有10s延时的滤波环节，目的是在带厂用电运行工况下，初始阶段维持总的蒸汽质量流量不变，避免调节系统的不必要的动作。

2.3.3 程序水位滤波器401FI

传递函数为，T32=30s

为了消除带厂用电运行方式的瞬态影响，引入了一个具有30s延时的滤波环节，从而维持该瞬态初期时水位定值不变。

2.3.4 偏置信号401MS1接入滤波器407FI

传递函数为，T35=100S

当高低负荷切换时，用以延缓偏置信号的接入，从而提高调节系统的稳定性。

2.3.5 低负荷工况下的实际蒸汽负荷信号滤波器413FI

传递函数为，T37=40S

用于减少由于蒸汽流量变化引起的水位膨胀及收缩现像而利于调节系统运行。

3 水位控制系统运行常见故障对策分析

由于蒸汽发生器水装量（约200吨）相对于给水和蒸汽流量（约1900吨/时）较小，造成了一但水位发生异常，往往会使水位变化速度较快，必须在较短的时间内给出干预手段，否则极易引起保护系统动作最终引起停机停堆的瞬态。因此，蒸汽发生器水位控制在核电厂各控制系统运行中显得格外重要，下面根椐常见故障分类加以分析。

3.1 仪表故障

根据蒸汽发生器水位控制简图可知，与水位相关的仪表故障包括：

3.1.1 实测水位仪表故障（以高漂为例）

故障现像：因实测水位高漂导致控制系统给出虚假控制信号，给水流量调节阀关小，实际水位下降并可能触发水位低报警以提醒操纵员。

故障分析：由于实测水位虚假，使控制系统中实测水位与水位给定值产生偏差，经水位调节器401RG（PID）后给水阀门动作信号，由于401RG的积分环节使得输出的偏差越来越大，致使最终调节阀的开度偏离也越来越大，因此必须尽快干预。

控制方法：确认故障后将调节阀切手动控制（因大小阀之间存在干扰，所以大小阀必须同时切手动控制），参照水位给定值将蒸汽发生器水位调节到给定位置，切换故障仪表后重新投入自动控制。

3.1.2 给水流量实测仪表故障（以高漂为例）

故障现像及分析：根据模拟简图给水实测流量高漂导致流量偏差给出负信号，经流量调节器402RG后控制系统关小给水调节阀，给水减小，水位下降。

控制方法：与水位仪表类似，切手动调节，稳定后切换到正常仪表控制并切回自动运行。

3.1.3 蒸汽流量实测仪表故障

与给水流量基本相同，干预手段也类似。不同的是，因为蒸汽流量信号中引入了压力信号做为校正，所以当压力校正仪表故障也会引起蒸汽流量的变化，运行时需要注意区分。

3.1.4 温度仪表

由模拟图可知，给水温度的变化同样会引起系统的响应，因温度信号只是一个增益，引起的系统扰动相对较小，另处由于系统闭环的控制作用，最终水位还会趋于稳定。

3.1.5 汽机冲动级压力信号故障

故障现像及分析，以压力信号高漂为例，汽机冲动级压力信号在蒸汽发生器水位控制系统中用于生成程序水位定值（如图2所示），当压力升高后表征汽机功率上升，导致程序水位增加，由模拟图可知当高负荷时此故障不会造成大的影响，但如果在低负荷情况下，因此时大调节阀已经关闭，在错误的信号控制下大阀将开启，蒸汽发生器供水大量增加，导致水位大幅波动。这种情况会同时影响到两台蒸汽发生器水位。

干预策略：立即将两台蒸汽发生器的四个控制阀（每台对应一大一小两个控制阀）切手动控制，将两个大阀关闭，并以小阀来稳定水位。

实际运行中涉及的仪表类故障表现还有很多，诸如卡件故障、仪表接线故障等等，都与上述分析类似，要根据实际情况再分析处理。

3.2 其它故障

实际运行中，除了仪表信号类故障外的其它故障也有很多，则其典型加以说明。

3.2.1 机械故障如调阀卡涩

故障现像及分析：因机械原因导致的阀门卡涩，在功率变动的情况下会动蒸汽发生器水位造成影响，而稳态时理论上无影响。以升功率为例，当功率上升时也即为蒸汽的实际流量上升，由模拟图可知流量偏差给出正值，调节阀开大，但如果卡涩则给水流量与蒸汽流量不能平衡，导致水位下降，并且伴随差功率的进一步增加水位下降速度加快。

运行措施：确认故障原因后必须尽快停止功率变化，如果升负荷时可手动调节增加给水泵转速以通过提高给水压力而增加给水量，但有两点要说明：①降负荷时不建议改减小给水泵出力，因为一但维持不住汽水压差极易产生给水中断发生，故障扩大。②在改变给水泵出力时同时要注意运行正常的蒸汽发生器水位，因为改变压力对其它蒸汽发生器的水位会有影响。

如果降负荷，可通过手动减少给水小阀的开度以平衡汽水，同样，在切手动时应大小阀同时切换。

3.2.2 手操器故障：主给水调阀RC故障。

故障现象及分析：RC故障分几种：卡在原位动不了、输出不断增大、输出不断减小等，如果影响的水位变化较大可能会触发水位报警。

初步处理建议：如果能调节则放手动调节，卡死不能调节则应调节主给水泵转速同时关注2#SG水位。

4 结束语

蒸汽发生器水位控制系统较为复杂，在研究时难度偏大并且运行中涉及的问题种类繁多情况复杂，同时水位控制系统还要与为了实防止两台水位调节时发生耦合故障而引入的主给水转速调节系统相配合共同完成控制任务（本文未对转速控制系统进行讨论），使得可能发生的故障点进一步增多，因此，为了更好的实现现场运行控制，出现问题还是要具体分析，集中思路将工况稳定为先。

【参考文献】

[1]吴军轶.主给水流量调节系统手册FC-10-ARE-01，2006.5：6.1-6.3[Z].

[2]杨兰和，戚屯锋.CNP600压水堆核电厂运行（高级）[M].原子能出版社.

水位控制器篇5

水电控制器的基本功能水电控制器是安装在机井旁具有IC卡读写、用户用水量统计、用电量统计、通过无线接口与远端中心计算机进行数据通讯的功能。持有IC卡的用户刷卡后，水电控制器判断该用户卡上的剩余金额是否为0，如果该用户卡上的剩余金额不为零控制器发出开启水泵的命令。水泵运行过程中水电控制器将记录该用户消耗的用水数据和用电数据并在液晶显示屏显示用水量、用电量及此次灌溉所发生的费用。运行过程中该用户再次刷卡水电控制器将停止水泵的运行，并将剩余金额写入IC卡。在运行过程中如果接收到中心计算机的命令，控制器会将该一定时间内（如一年）的水电消耗量和用户数据返回到中心计算机。

虚拟总线模式下的通讯接口设计水电控制器的无线通讯接口电路必须保证在几十公里范围内能够与中心计算机所驱动的通讯控制器进行可靠的数据传输。采用无线数传模块可以满足我国平原空旷条件下的数据传输要求。数传模块TDX－868A可用于针对专业级使用的工业自动化监测控制的数据传输领域，它采用了先进的频率合成技术，CPU锁相环控制，配合调制解调器，可提供语音信号或数据信号的透明传输，适应各种点对点、点对多点的无线数据通信方式，具有收发一体、安装方便、使用简单、性价比高、稳定可靠等特点。该模块采用223～235MHz数据传输专用频段，工作环境温度－35℃～＋65℃，可满足我国大部分地区的气候条件。其基本结构如图2所示。天线接收的射频信号经放大，混频，检波后，送入MODEM，由MODEM还原出发射端发出的数字信号。当需要进行发射时，数字信号先进入MODEM，由MODEM产生相应的MSK信号，去调制发射VCO并产生所需的射频信号，经射频功放由天线发射出去。该模块采用双压控振荡器（VCO）来分别产生用于接收和发射的射频信号，可实现接收和发射之间的快速转换。TXD和RXD为TTL电平标准的串行通信接口信号，用于与处理器连接。系统中的中心计算机必须通过下层的无线传输网络读取各个水电控制器的水电消耗数据。处于下层网络中的水电控制器与通讯控制器在同一调制频率下进行数据收发，每个水电控制器具有不同的地址。为了防止数据传输出现冲突现象，通讯控制器采用轮询的方法与各个水电控制器实现数据传输。通讯控制器维护一个记录了所有水电控制器地址及工作状态的数据表格（轮询表），轮询表里各个水电控制器的地址按照升序排序，地址数量n由中心计算机管理机软件设定。通讯控制器与水电控制器的数据传输采用半双工方式，即通讯控制器发送时不能接收数据。水电控制器上电后处于接收状态，等待通讯控制器的命令。此时无线信道相当于一种虚拟的总线结构，如图3所示。通讯控制器作为主站掌握总线控制权，主动和网络中处于从站状态的其他水电控制器进行数据交换，数据交换完后通讯控制器存储数据，等待中心计算机的读取。作为主站的通讯控制器与作为从站的水电控制器之间的数据交换方式按以下2种方式进行：（1）SDA：有应答发送数据，通讯控制器把数据发送到一个水电控制器（从站），要求返回应答。（2）RD：通讯控制器读取某一从站的一组数据，应答帧中返回所需数据。这2种数据交换都由通讯控制器发起。节点上电后，通讯控制器持有控制权，作为从站的水电控制器处于接收态。通讯控制器上电后按照从站地址由低向高依次轮询各个从站并进行数据传输。通讯控制器发出数据后，如果在一定时间内（SLOTtime）没有收到从站的应答将会重发请求，重发后仍没收到应答主站会认为数据传输失败，此时通讯控制器在轮询表里将该从站标记为工作非正常状态，然后继续寻址下一地址的从站，通讯控制器通过周期性的轮询各个水电控制器完成了数据的传输。

无线网络的数据传输协议无线网络中的通讯控制器，主要任务包括2方面的内容，即接收中心计算机下发的数据传输命令和周期性地轮询作为从站的水电控制器。总的来说，总线上传输的数据类型包括以下5种：（1）设定水电控制器允许（或禁止）使用命令、用水单价和用电单价，帧格式如下。该命令以0x01和0x02作为起始和结束标志，其间所有数据均以ASCII码传输。这样做的目的主要是保证一个传输帧中只有唯一的起始和结束标志。DA为2字节的ASCII码，分别为通讯控制器要访问的水电控制器的地址（16进制）的高4位和低4位的ASCII码。如寻址地址为0x24的水电控制器时，DA的2字节为0x32和0x34。EN为1字节的ASCII码，0x31表示允许水电控制器运行（0x30表示禁止），禁止运行时用户刷卡将无效。DJ1和DJ2为用户定义的各为5位ASCII码的水、电价格，分别为百位、十位、个位、十分位和百分位。如0x30、0x31、0x32、0x35、0x34表示每吨水的价格为12．54元。CRC表示16位CRC校验码，共占用4个字节。通讯控制器发出该命令后处于等待应答状态，在一定时间内如果没有收到水电控制器返回的确认帧，通讯控制器将会重发该命令，2次重发后都没有收到确认帧将向中心计算机返回寻址失败信息。确认帧的格式如下，其中FC为本命令类型码0x31。

通讯控制器与中心计算机的接口设计通讯控制器采用南京沁恒公司生产的USB专用接口芯片CH375作为与上位机的通讯接口。CH375直接提供了数据块的读写接口，以512字节的物理扇区为基本读写单位。开发者就可以将USB存储设备简化为一种外部数据存储器，通过单片机可以自由读写USB存储设备中的数据，也可以自由定义其数据结构。上位机软件的开发直接可以调用沁恒公司提供的CH375专用API来进行数据的传输。在半双工模式下，单片机通过驱动UART接口来完成虚拟总线下的数据传输。

水位控制器篇6

关键词:实验系统;单片机;过程控制;系统设计

“过程控制”“计算机控制”“微机原理”和“检测技术”是我院自动化专业的必修课程，是理论性、设计性、实践性很强的专业方向课，与实际控制工程联系紧密。学生在这些课程的学习过程中，实验都是针对本门课程的内容进行，还有很多是演示实验和仿真实验。在实际工作中，控制系统一般都是这几方面内容的综合应用，而学生在学习的过程中缺乏对整个系统的设计训练，因此在教学过程中应将控制器系统设计方法和实际计算机控制系统相结合，通过理论知识与实践活动的有机结合，培养学生解决实际工业应用中控制问题的能力。为了达到这一教学目标，自动化实验室开设了自动化综合实验课程设计，从控制器设计开始，每一步都由学生独立完成，实现水箱液位控制。学生要完成设计单片机控制器电路，绘制原理图与印制板图，编写调试控制程序，设计上位机监控画面等内容。从学生实验效果看，学生完成整个实验后，提高了学习兴趣与实践技能，对控制系统有了更清楚的了解。

1系统功能及组成

系统总体结构，系统为单回路控制系统，水箱内水位为被控对象，水泵抽水到水箱，水箱底部放水，当抽水与放水达到平衡，水箱水位保持平衡。投入式水位传感器测量水箱水位值，将当前水位反馈到单片机控制器，在控制器内与设定值比较，控制器根据二者的差值，采用某种控制算法，输出控制量改变变频器输出频率，即改变水泵的抽水量，最终让水箱水位保持在设定值。上位机运行组态软件，与单片机控制器通信，可以动态显示画面与控制曲线，还可以修改水位设定值与控制参数。控制器系统结构，以单片机为核心，外接数码显示电路、按键电路、通信电路及输入输出电路等。单片机采用宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机STCl2C5A60S2/AD，该单片机优点是指令代码完全兼容传统8051，并内置10位A/D转换电路［1］，可直接在用户系统上用ISP在线下载方式，将用户程序下载进STC单片机运行，这样可省去编程器和仿真器、降低实验成本.2.2水位信号输入电路与控制信号输出电路水位测量采用的是二线制投入式液位变送器，输出4～20mA电流信号，工作电压为24V。采用5V转24V的1W电源模块为变送器提供24V.

2控制器硬件电路设计

对于硬件部分，要求学生会用电路图设计软件AltiumDesigner绘制电路原理图和印制板图［2］，因为时间限制，学生只要基本会使用软件即可，最终电路板使用的是统一的电路版。因为实验要求单片机控制器由学生动手焊接调试，每届学生使用的都是自己焊接调试的电路板，因此单片机控制器硬件设计以简单、低成本为目标。2.1程序下载与通信电路因为现在PC机主板一般没有集成串口，因此采用了串口－USB接口转换器PL2303。PL2303芯片可提供一个全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利连接的解决方案［3］。这样设计使控制器与上位机之间只需要一条USB线就可以完成单片机程序下载与通信的功能，还能利用USB口的5V电源为控制板提供电源而不再需要外部提供电源，变送器输出的电流信号流过一个200Ω的电阻变换为电压信号接到单片机的A/D转换引脚。水泵抽水量由变频器输出频率控制，变频器输出频率可以由控制板输出电压信号进行调节。为了精简电路，没有采用片外D/A转换器，而是用单片机输出脉冲宽度调制(PWM)信号［4］，片外采用跟随器将PWM信号变为直流信号。控制器根据控制算法计算的输出量改变PWM波的占空比，跟随器输出值随占空比的变化而改变。跟随器采用单5V电源，输出给变频器电压信号可在0～3.5V变化，虽然没有达到5V，但变频器输出频率改变范围已满足实验需要，2.3LED显示电路控制板用4位LED数码管，显示当前水位值、设定水位值和控制参数等。为了节省I/O口，LED显示采用8位串入并出移位寄存器74LS164，4片级联，只需2位I/O口，按时序要求输出4位显示码，就可实现4位8段LED显示的静态显示［5］2.4按键及指示灯控制板还设计有6位按键与4位LED指示灯，用以完成设定值修改、参数设置、显示切换和状态指示等功能。

3系统软件设计

3.1单片机控制器程序

单片机控制板软件使用C语言编程［6］，采用模块化设计，包括通信模块、A/D测量模块、PWM输出模块、显示模块、按键处理模块和控制算法模块等。主程序流程图如图5所示。实验并不要求学生编写完整的程序，但控制算法和水位采样值的标度变换程序要求学生完成，控制算法基本要求是采用PID算法［7］。程序的模板和其他各部分模块程序提供给学生，由学生最终完成整个程序的整合与调试，有能力的同学还可以编写其他控制算法的程序和增加手自动切换等功能。

3.2上位机组态

为了清楚显示控制过程以了解控制效果，要求学生在上位PC机上用组态软件“组态王”实现系统的监控画面［8－9］。画面要求较为简单:1)能用动画及数字实时显示水位值;2)能显示水位的给定值及数字显示控制器的P、I、D参数值，这些参数均能在操作界面中进行修改;3)给定值和测量值的实时记录曲线，用来记录和显示控制过程中被控变量的水位设定值和实时水位值的变化过程。上位机与单片机控制板采用Modbus通信协议进行通信［10－11］，在控制板通信程序中实现了Mod-bus通信协议中读多寄存器(功能码3)和写多寄存器(功能码16)的功能。在组态王软件中，定义设备时选择［PLC］－［莫迪康］－［ModbusRTU］－［COM］即可实现上位机与控制板的通信。

4结束语

该实验让学生从底层起设计反馈控制系统，从电路设计，电路板焊接，单片机程序编程调试到上位机组态软件的使用，让学生对反馈控制系统有较全面清楚的了解。实践表明，该综合实验对加强实践教学环节，增强学生的动手能力、知识和技术的应用能力、尽快适应现场能力大有帮助。

参考文献

［1］陈桂友.增强型8051单片机实用开发技术［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2010.

［2］袁鹏平，何志刚，罗开玉.快速精通AltiumDesigner6电路图和PCB设计［M］.北京:化学工业出版社，2009.

［3］文治洪，胡文东，李晓京.基于PL2303的USB接口设计［J］.电子设计工程，2010，18(1):32－34.

［4］庹朝永.基于单片机的直流电机PWM调速系统设计与开发［J］.煤炭技术，2011，30(6):62－63.

水位控制器篇7

主题词：三相分离器 油气分离 油水分离 调节阀 浮子

中图分类号：P641.4+62 文献标识码：A 文章编号：

0引言

油气分离器和油气水三相分离器在油田接转站和联合站中有着广泛的应用。分离器要能保持良好的分离效果，需要对其液位和压力进行控制。本文从减小工艺流程中的节流损失、节能降耗、提高分离效率的角度，分析了传统分离器液面和压力的控制工艺，提出了一种简单可靠、降低能耗的分离器变压力液面控制方法。

1传统分离器液位和压力的控制

1.1 油气两相分离器

油气两相分离器将油气混合物来液分离成单一相态的原油和天然气，压力由天然气出口处的压力控制阀控制，液面由控制器控制的出油阀调节。

天然气出口处的压力控制阀通常是自力式调节阀或配套压力变送器、控制器、气源的气动薄膜调节阀等。出油阀通常为配套液位传感器、控制器、气源的气动薄膜调节阀或浮子液面调节器操纵的出油调节阀等。

有的油气两相分离器是用气动薄膜调节阀控制分离器的压力，用浮子液面调节器操纵出油阀控制分离器液面。

1.2 油气水三相分离器

油气水三相分离器在油井产物进行气液分离的同时，还能将原油中的部分水分离出来。随着油田的开发，油井产出液的含水量逐渐增多，三相分离器的应用也逐渐增多。结构不同，三相分离器的控制方法也不同。

(1)油气水混合物进入分离器后，进口分流器把混合物大致分成汽液两相，液相进入集液部分。集液部分有足够的体积使自由水沉降至底部形成水层，其上是原油和含有较小水滴的乳状油层。原油和乳状油从挡板上面溢出。挡板下游的油面由液面控制器操纵出油阀控制于恒定的高度。水从挡板上游的出水口排出，油水界面控制器操纵排水阀的开度，使油水界面保持在规定的高度。分离器的压力由设在天然气管线上的阀门控制。

(2)分离器内设有油池和挡水板。原油自挡油板溢流至油池，油池中油面由液面控制器操纵的出油阀控制。水从油池下面流过，经挡水板流入水室，水室的液面由液面控制器操纵的出水阀控制。

2传统分离器液位和压力控制中存在的问题

分离器定压控制中，天然气管线上的压力控制阀对天然气进行一定程度的节流，以保证分离器内压力的稳定。气量减小或者气出口处压力降低时，阀门节流程度增加；反之，阀门节流程度减小。

分离器液面控制中，油水出口阀门也对液体进行节流。液量增大时，节流程度减小；液量小时，节流程度加强，以使液面保持稳定。

为保证液量较大的情况下能够正常排液，分离器具有较高的压力。但是在液量减小时，必须通过油水出口阀对液体节流，使液面不至于降低。因此生产中，分离器一般在较高的压力下工作，液相阀门处于节流状态。

分离器压力过高影响分离器的进液，使中转站或计量站的输出口以及井口回压增高，不利于输油。目前，我国的油井多为机械采油，井口回压升高，增加了采油的能源消耗。此外，在较高压力下油中含有的饱和溶解气，在出油阀节流后，压力下降时，从油中分离出来，易使下游流程中的油泵产生气浊。因此较高的分离器压力不但影响油气的分离效率，增加生产能耗，而且影响安全生产。

3变压力液面控制

浮子液面控制器带动两个调节阀，一个调节阀控制天然气，另一个调节阀控制原油，实现原油和天然气出口处阀门的联合调节。当浮子上升时，连杆机构使气路调节阀的开口减小，油路调节阀的开口增大；反之，当浮子下降时，连杆机构将使气路调节阀的开口增大，油路调节阀的开口减小。通过改变调节阀的开度，改变天然气和原油的相对流量，对分离器的液面进行控制。这种控制方法不对分离器的压力进行定值控制，分离器的压力为天然气出口处或液体出口处的压力与天然气调节阀或液体调节阀前后的压力差之和。当气量和液量以及分离器下游压力变化时，分离器的压力是变化的，所以这种控制方法为变压控制。

3.1 变压力液面控制在油气两相分离器中的应用

进出油气分离器的液量和气量不变时，液面稳定在某一位置上；当进入分离器的液量或气量发生变化，而使液面上升时，浮子连杆机构将使天然气调节阀的开口关小，原油调节阀的开口开大，使排气量减小而排液量增大，直到进出分离器的液量和气量相等时，液面将重新稳定在一个较原来高的位置上；当进入分离器的液量或气量发生变化，而使液面下降时，浮子连杆机构将使天然气调节阀的开口开大，原油调节阀的开口关小，使排气量增大而排液量减小，直到进出分离器的液量和气量相等时，液面将重新稳定在一个较原来低的位置上。这样随着进入分离器的液量或气量发生变化，浮子连杆机构带动调节阀产生相应的动作，从而使液面保持相对稳定。

3.2 变压力液面控制在油气水三相分离器中的应用

(1)变压力液面控制在油气水三相分离中的应用，原油液面的控制与油气分离器的液面控制相同，油水界面由油水界面控制器操纵的排水阀控制。

(2)变压力液面控制在油气水三相分离器中的应用(图1)。油池的液面由其液面控制器操纵的原油调节阀和天然气调节阀控制，水池的液面由其液面控制器操纵的出水调节阀和天然气调节阀控制。

图1变压力液面控制在油气水三相分离器中的应用图

两个天然气调节阀串联在天然气的出口管线上。不论油池或水池的液面升高时，相应的浮子连杆机构都使液相调节阀开口增大、天然气调节阀开口减小，进行憋气排液。如果此时水池或油池的液面较低时，虽然相应的浮子连杆机构使液相调节阀开口减小、天然气调节阀开口增大，进行放气并对液体节流，但是由于两个天然气调节阀是串联的，它们共同作用的结果仍然是增加对天然气的节流，对分离器进行憋压，但同时增加液面过低液相的节流，减小液面过高液相的节流。

4结 语

分离器变压控制技术克服了国内外常用的定压控制技术的许多缺点，如受来液量和来气量波动的影响、分离器压力偏高等。变压力的液面控制方法可以最大程度地减小油气出口阀的节流，减小分离器的压力，提高分离效率，防止后继流程中的油泵产生气浊，并且简化了操作，提高了生产的可靠性，降低了井口的回压，具有节能降耗的作用。

参考文献

[1]集输（脱水）工石油工业出版社1996.12

水位控制器篇8

关键词：恒压供水 变频调速 变频器 PLC

一、系统总体方案的设计

1.供水控制系统的结构

供水控制系统的设计主要包括两方面：一方面是机械结构的设计；另一方面是PLC和变频器电气控制方面的设计。

（1）主要组成部分。①压力传感器：作为系统的控制输入量，能否准确采集该信号决定控制系统的精度及可靠性。②控制器：是整个控制系统的核心，通过对外界输入状态进行检测，输出控制量；对外界输入的数据进行运算处理后，输出相应的控制量。例如单片机、可编程逻辑控制器、计算机等。本系统采用西门子的SIMATIC S7-200系列。CPU226具有24个输入点和16个输出点，共40个I/O点。③变频器：作为核心控制器的后续控制单元，对终端设备进行控制，最终达到控制要求。本系统主要采用全新一代标准变频器中的风机和泵类变转矩负载专用MM430型变频器。功率范围7.5kW至250kW。具有高度可靠性和灵活性。④水泵：供水系统的执行机构，通过变频器控制电动机的转速，最后达到控制水泵流量大小的要求。

（2）电气控制系统。电气控制系统主要包括操作面板、电气控制柜等单元。在该系统中需要检测较多的数字输入量，并且还要检测模拟量的输入，然后根据设定的程序进行数据处理，供水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、供水压力的测量与调节、系统水处理设备运转的监视及控制、故障及异常状况的报警等。电气控制系统安装在电气控制柜中，包括供水控制器（PLC系统）、变频器和电控设备三个部分。

2.恒压供水系统的工作原理

变频恒压供水系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。

二、恒压供水系统电路设计

1.恒压供水系统主电路设计

系统包括Ml、M2、M3三台水泵电动机，功率分别为45kW、22kW、22kW。该系统为一台变频器依次控制每台水泵实现恒压控制，具有变频和工频两种运行状态。其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制Ml、M2、M3变频运行，KMl、KM3、KM5分别控制Ml、M2、M3工频运行，FR1、FR2、FR3分别为三台水泵电动机过载保护用的热继电器；QS1、QS2、QS3和QS4分别为变频器和三台泵电动机主电路的隔离开关；FU为主电路的熔断器；变频器是风机水泵负载专用变频器MM430。

2.恒压供水系统控制电路设计

控制电路的设计包括继电控制电路及PLC控制电路。继电控制电路图设计SA为手动/自动转换开关，SA拨在1的位置为手动控制状态，拨在2的状态为自动控制状态。手动运行时，可用按钮SB1～SB8控制三台泵的启/停和电磁阀YV2的通/断；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。其中接触器KM2、KM4、KM6分别控制Ml、M2、M3变频运行，KMl、KM3、KM5分别控制Ml、M2、M3工频运行。HL1～HL6为指示灯，其中HLl、HL3和HL5分别指示Ml～M3的工频运行，HL2、HL4、HL6分别指示Ml～M3的变频运行。HL7、HL8分别水位的上下限指示灯，KA为报警电铃。KA1为生活消防转换接触器。HL9为自动运行状态电源指示灯。HL10为报警指示灯。KA2为变频器复位接触器。

三、其他辅助设备的选用和系统电路的设计

水位控制器篇9

关键词:控制系统;自动化控制;环保

中图分类号:TK223.7 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 01-0000-01

锅炉微机控制,是近年来开发的一项新技术,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,我国现有锅炉每年耗煤量占我国原煤产量的1/3,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。提高热效率,降低耗煤量,降低耗电量,用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。

一、控制系统工作原理

锅炉微机控制系统,一般由以下几部分组成,即由一次仪表、现场机、上位机、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成,一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转速等量转换成电压、电流等送入微机。控制系统包括手动和自动操作部分,手动控制时由操作人员手动控制,用操作器控制变频器、滑差电机及阀等,自动控制时对微机发出控制信号经执行部分进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行监测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行,除此以外为保证锅炉运行的安全,在进行微机系统设计时,对锅炉水位、锅炉汽包压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置,以保证水位和汽包压力有双重甚至三重报警装置,以免锅炉发生重大事故。

二、控制回路分析

锅炉控制系统,一般有蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、除氧器水位、除氧器压力等控制系统。锅炉的燃烧控制实质上是能量平衡系统,它以蒸汽压力作为能量平衡指标,不断根据用汽量与压力的变化调整燃料量与送风量,同时保证燃料的充分燃烧及热量的充分利用。

1.锅炉给水控制回路

给水自动调节的任务是使给水流量适应锅炉的蒸发量,以维持汽包水位在允许的范围内。给水自动调节的另一个任务是保持给水稳定。在整个控制回路中要全面考虑这两方面的任务。在控制回路中被调参数是汽包水位,调节机构是给水调解阀,调节量是给水流量。对汽包水位调节系统产生扰动的因素有蒸发量、炉膛热负荷(燃料量),给水量。

由于给水调节对象没有自平衡能力,又存在滞后。因此在一般锅炉控制系统中汽包液位回路采用闭环三冲量调节系统。所谓三冲量调节系统就是把给水流量,汽包水位,蒸汽流量三个变量通过运算后调节给水阀的调节系统。

锅炉给水系统中还有一个比较重要的控制回路是给水压力回路,因为汽包内压力较高,要给锅炉补水必须提供更高的压力,给水压力回路的作用是提高水压,使水能够正常注入汽包。但在蒸汽流量未达到满负荷时,对给水流量的要求也不高。在老式的锅炉系统中一般采用给水泵一直以工频方式运转,用回流阀降低水压防止爆管,现在一般采用通过变频器恒压供水的方式控制水压,具体实现方式是:

系统下达指令由变频器自动启动第一台泵运行,系统检测给水管的水压,当变频器频率上升到工频时,如水压未达到设定的压力值,系统自动将第一台电机切换至工频直供电,并由变频器拖动第二台水泵运行,如变频器运行到工频状态时供水母管压力仍未达到设定压力值系统自动将第二台水泵切换至工频直供电,再由变频器拖动第三台运行,依次类推,直至压力达到设定值。若锅炉需要的给水量减少,变频控制系统可自动降低变频器的运行频率,如变频器的频率到零仍不能满足要求,则变频器自动切换至前一台水泵进行变频运行,依次类推。变频恒压供水控制系统的实质是:始终利用一台变频器自动调整水泵的转速,切换时间以管网的实际压力和设定压力的差值决定,同时保证管网的压力动态恒定。值得注意的是为了防止变频器报警停机或其他故障造成水泵不转会引起锅炉缺水,所以应该加反馈装置确保变频器正常工作。

除此之外锅炉的供水系统中还包括除氧器压力控制和除氧器水位控制,除氧器压力控制主要是为了保证除氧器口有足够的蒸汽压力用于将软化水除氧,这是一个单闭环控制回路,输入参数是除氧器压力输出参数控制除氧器进汽阀。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。

2.锅炉燃烧调节系统

燃烧过程自动调节系统的选择虽然与燃烧的种类和供给系统、燃烧方式以及锅炉与负荷的联结方式都有关系,但是燃烧过程自动调节的任务都是一样的。归纳起来,燃烧过程自动调节系统有三大任务:

①维持汽压恒定。汽压的变化表示锅炉蒸汽量和负荷的耗汽量不相适应,必须相应地改变燃料量,以改变锅炉的蒸汽量。

②保证燃烧过程的经济性。当燃料量改变时,必须相应地调节送风量,使它与燃料量相配合,保证燃烧过程有较高的经济性。

③调节引风量与送风量相配合,以保证炉膛压力不变。

燃烧调节系统一般有三个被调参数,汽压、烟气含氧量和炉膛负压。一般有3个调节量,他们是燃料量,送风量和引风量。燃烧调节系统的调节对象对于燃料量,根据燃料种类的不同可能是炉排电机,也可能是燃料阀。对于送风量和引风量一般是挡板执行机构或变频器。

三、控制系统的组成

在控制系统设计上我们采用集中控制分散驱动的集散控制思想,把控制系统分为三层:

(1)信息管理层:完成系统关键技术数据的设定、实时数据和运行状态的监视与控制、历史数据的查看、数据报表的记录与打印、报警与故障的提示处理等功能;主要由上位工控机、组态开发软件、应用程序、通讯模块等组成;

(2)控制层:主要完成各种控制动作命令、实时数据的采样与处理、连锁动作的关联表达、控制算法的实现、异常现象的自动处理等功能;主要由可编程逻辑控制器的开关量模块、模拟量模块、智能PID调节仪、变频器、可编程逻辑控制器应用程序等组成;

(3)设备层:主要接受来自的控制器控制命令,执行相应的动作或提供相应的检测数据。主要由断路器、交流接触器、压力变送器、温度变送器、流量变送器、电动开关阀、模拟信号隔离分配器等组成。

水位控制器篇10

【关键词】加热器 水位检测仪 故障检测装置

1 某一加热器水位检测仪的故障检测装置结构示意图

2 该加热器水位检测仪的故障检测装置主要仪器

第一隔离阀16、第一测量筒15、第一水位测量仪11、第一控制器12、第二隔离阀18，第三隔离阀26、第二测量筒25、第二水位测量仪21、第二控制器22、第四隔离阀28，切换开关40；

3 该加热器水位检测仪的故障检测装置主要仪器连接

第一测量筒15分别通过第一隔离阀16和第二隔离阀18连接加热器30，第一水位测量仪11安装在第一测量筒15上，第一水位测量仪11连接第一控制器12；第二测量筒25通过第三隔离阀26和第四隔离阀28连接加热器30，第二水位测量仪21安装在第二测量筒25上，第二水位测量仪21连接第二控制器22；切换开关40分别连接第一控制器12和第二控制器22；切换开关40用于切换第一支路与第二支路的工作模式。

4 加热器水位检测仪的故障检测装置工作模式

工作模式包括水位检测模式以及故障检测模式。在水位检测工作模式下，第一支路或者第二支路的两个隔离阀打开，第一水位测量仪11或者第二水位测量仪21通过相应的测量筒检测加热器30的水位。在故障检测工作模式下，第一支路或者第二支路的两个隔离阀关闭，并向相应的测量筒注水，该条支路上的水位检测仪检测测量筒的水位以进行该条支路的故障检测，若该条支路上的控制器可以控制水位测量仪准确测量出相应测量筒中的水位，则说明本条支路上的相关加热器水位检测设备无故障。如不能检测测量筒的水位，或者所检测的水位不准确，则说明此时本条支路上的相关加热器水位检测设备存在故障；其中，所述第一支路包括第一隔离阀16、第一测量筒15、第一水位测量仪11、第一控制器12、第二隔离阀18；第二支路包括第三隔离阀26、第二测量筒25、第二水位测量仪21、第二控制器22、第四隔离阀28。

上述切换开关40可以设置3个档，分别为：正常工作档、第一支路试验档、第二支路试验档，其中，上述切换开关40被拨到正常工作档，第一支路与第二支路同时处于水位检测模式，用于检测加热器的水位，此时，两条支路上的测量筒均与加热器的水箱形成连通器，测量筒的水位与加热器的水位一致，各水位测量仪通过测量相应测量筒的水位对加热器的水位进行检测；可以通过拨动切换开关40切换第一支路与第二支路中的工作模式，还可以通过设置预设时间阀值切换开关40的档位进行切换，即某条支路某段时间的工作模式为水位检测模式，在预设时间阀值后，通过拨动切换开关的档位使该支路的工作模式转换为故障检测模式，比如，将切换开关40拨动到第一支路试验档，此时，第一支路的工作模式为故障检测模式，第二支路的工作模式为水位检测模式；或者将切换开关40拨动到第二支路试验档，此时，第二支路的工作模式为故障检测模式，第一支路的工作模式为水位检测模式；预设时间阀值可以通过加热器水位检测仪的具体工作环境进行设置，比如设置为1个月、2个月等。

5 加热器水位检测仪的故障检测装置分析

每条支路上的两个隔离阀可以分别连接测量筒的上部和下部，比如，加热器通过第一隔离阀连接第一测量筒的上部，加热器通过第二隔离阀连接第二测量筒的下部；加热器通过第三隔离阀连接第二测量筒的上部，加热器通过第四隔离阀连接第二测量筒的下部。当某条支路上的两个隔离阀同时打开，则相应的测量筒与加热器的水箱形成连通器，安装在该测量筒上的水位测量仪可以通过上述测量筒测量加热器的水位；若某条支路上的两个隔离阀同时关闭，则测量筒的储水状况不会影响到加热器的水位，此时，该条支路上加热器水位检测仪的故障检测工作便不会对加热器的正常工作造成影响。

加热器水位检测仪的故障检测装置可以通过切换第一支路与第二支路中的工作模式，使其中一条支路在检测加热器水位、维持电力系统正常工作的前提下，另一条支路上加热器水位检测的相关设备可以通过关闭相应的隔离阀，向测量筒注水的方式进行故障检测；本发明提供的加热器水位检测仪的故障检测装置可以实现加热器水位检测仪的故障在线检测，提高加热器水位检测仪的可靠性。

加热器水位检测仪的故障检测装置还可以包括若干个测试灯，测试灯分别连接第一控制器或者第二控制器，第一控制器通过第一水位测量仪检测加热器或者第一测量筒的水位，并点亮相应的测试灯；第二控制器通过第二水位测量仪检测加热器或者第二测量筒的水位，并点亮相应的测试灯；其中，水位根据预设水位值范围设置为多个水位档，每个水位档通过第一控制器分别对应一个测试灯，每个水位档还通过第二控制器分别对应一个测试灯。水位档可以设置为低档、高档、高高档以及高高高档。

第一控制器以及第二控制器均连接上个数与水位档数一致的测试灯，第一控制器以及第二控制器通过相应的水位测量仪所检测的水位均对应一个测试灯，使加热器或者测量筒中的水位信息可以通过测试灯进行显示；这样在每条支路通过向相应的测量筒注水进行相关加热器水位检测设备的故障检测时，可以通过观察测试灯对故障与否进行判断，提高了故障检测的便利性。

6 结束语

安全是电厂的生命线，汽轮机进水是一种核电厂重大安全事故，会造成设备的损坏，同时也会连锁跳闸核反应堆，严重影响核电厂的正常运营。加热器水位检测仪的故障检测直接影响到汽轮机进水工作的正常运行。因此如何保障和增强加热器水位测量及调节，以维护系统运行的稳定性，具有重要的意义。