锅炉汽包水位控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种蒸汽锅炉，具体说，涉及一种锅炉汽包水位控制系统及其控制方法。

背景技术：

锅炉的给水流量、蒸汽流量都存在测量误差，锅炉汽包水位也因间断性补水而出现“虚假水位”现象。现在通常利用三冲量控制策略来控制汽包水位，控制方法复杂，而且锅炉给水流量计安装位置与锅炉给水泵之间的路由长度越远，流量数据越滞后，体现在锅炉给水泵的运行效果上，会造成系统振荡，锅炉给水泵的运转速度时快时慢。所以，三冲量控制策略在理论上是可行的，但在实际情况下，平稳控制汽包水位存在诸多困难。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题是提供一种锅炉汽包水位控制系统及其控制方法，能够防止了虚假水位的产生，保持控制系统的平稳运行。

技术方案如下：

一种锅炉汽包水位控制系统，包括锅炉给水泵、锅炉汽包、可编程逻辑控制器PLC；锅炉给水泵安装有变频器和驱动电机，变频器的模拟量输入端与PLC的模拟量输出模块相连接；锅炉给水泵的出口安装有第一压力传感器，第一压力传感器与PLC的模拟量输入模块相连接；锅炉汽包上部安装有第二压力传感器，第二传感器与PLC的模拟量输入模块相连接；锅炉汽包中部安装有液位计，液位计与PLC的模拟量输入模块相连接；PLC用于控制驱动电机的转速。

进一步：变频器采用频率/电压控制模式。

进一步：变频器的启动/停止控制点与PLC的开关量输入模块连接，通过PLC控制变频器的启动/停止。

一种锅炉汽包水位控制方法，包括：

可编程逻辑控制器PLC的模拟量输入模块对锅炉给水泵出口压力PF、汽包压力PD、汽包水位值LQ进行采集，得出锅炉给水泵出口设定压力PH；

将PH作为目标值，PF作为反馈值，PH、PF传递给PLC内部的PID控制器模块，PID控制器模块输出变频器频率fB，通过模拟量输出模块将fB信号传输给变频器，变频器根据fB信号调整驱动电机转速，驱动锅炉给水泵进行汽包补水。

优选的：

根据公式得出PH的值；PL为压差值，K为反比例函数系数，A为Y坐标偏移量，L0为X坐标偏移量，PH为锅炉给水泵出口压力设定值，PD为锅炉汽包压力值，LQ为锅炉汽包水位值，Pg为锅炉汽包至锅炉给水泵出口由重力产生的压差。

优选的：读取静压状态下的PH和PD，在静压状态下Pg＝PH-PD，得到Pg的实际值。

优选的：根据PH最大值、PH正常值、PH最小值，求出K值、A值和L0值。

优选的：将LQ实时值和PD计算出PH实时值，将PH实时值与PF实时值送入PID控制器模块中，得出PH实时值。

优选的：PLC预置有比例、积分、微分参数；根据系统的振荡情况、响应速度、目标值趋近情况对比例、积分、微分参数进行调节；通过反复修改PID参数实现汽包水位和给水泵转速稳定。

优选的：通过调试PID参数来修改fB，直到达到目标值，实现闭环控制系统稳定运行。

与现有技术相比，本发明技术效果包括：

本发明实现了锅炉给水泵的持续工作，汽包供水量趋近于蒸发量，汽包供水速率随着汽包的蒸发速率缓慢变化，从锅炉给水泵出口至汽包的管道、预热器中，水流速平稳，水均匀受热，温度均衡的水进入汽包时，不会使汽包内的温度反复波动，从而防止了“虚假水位”的产生，保持控制系统的平稳运行。同时，能够稳定锅炉汽包水位，并且能够使锅炉管道中的水流速平稳，受热均匀，最大限度的吸收锅炉烟气的热量，提高锅炉热效率。

附图说明

图1是本发明中汽包水位控制系统的原理图；

图2是本发明中锅炉给水泵出口设定压力与汽包水位的关系曲线图。

具体实施方式

下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

如图1所示，是本发明中汽包水位控制系统的原理图。

锅炉汽包水位控制系统包括：锅炉给水泵、锅炉汽包、PLC。

锅炉给水泵(电机泵)安装有变频器和驱动电机，变频器的模拟量输入端与PLC的模拟量输出模块相连接，fB信号采用4-20mA电流信号。变频器采用频率/电压控制模式。变频器的启动/停止控制点与PLC的开关量输入模块连接，由PLC控制变频器的启动/停止。

锅炉给水泵的出口安装有第一压力传感器，将第一压力传感器与PLC的模拟量输入模块相连接，PF信号采用4-20mA电流信号。通过PLC编程，将电信号转化为工程值(压力值)。

锅炉汽包上部安装有第二压力传感器，将第二传感器与PLC的模拟量输入模块相连接，PD信号采用4-20mA电流信号。通过PLC编程，将电流信号转化为工程值(压力值)。

锅炉汽包中部安装有液位计(磁翻板液位计或压差液位计)，液位计与PLC的模拟量输入模块相连接，LQ信号采用4-20mA电流信号。通过PLC编程，将电流信号转化为工程值(液位值)。

本发明将变频器技术与PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)控制系统结合在一起，将锅炉给水泵出口压力、汽包压力、汽包水位、变频器频率等参数以公式形式结合在一起，形成一套汽包水位控制方法。将锅炉给水泵出口压力PF与锅炉给水泵的变频器进行连锁控制，通过PID(比例、积分、微分)控制实现锅炉给水泵的恒压控制。锅炉给水泵出口压力PF等于锅炉给水泵出口设定压力PH，PF＝PH。

锅炉给水泵出口设定压力与汽包压力的压差再减去重力产生的压力等于压力PL，PL与锅炉给水泵给水流量存在线性关系，压差越大，流量越大。

本发明通过建立一套反比例函数实现PL与汽包水位LQ的对应关系。公式如下：

PH＝PL+PD+Pg ②

将公式①带入公式②得：

PL：压差值；

K：反比例函数系数；

A：Y坐标偏移量；

L0：X坐标偏移量；

PH：锅炉给水泵出口压力设定值；

PD：锅炉汽包压力值；

LQ：锅炉汽包水位值；

Pg：锅炉汽包至锅炉给水泵出口由重力产生的压差。

锅炉汽包水位控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1：PLC的模拟量输入模块(AI)对锅炉给水泵出口压力PF、汽包压力、汽包水位(模拟量信号)进行采集，得出锅炉给水泵出口设定压力；

根据公式③计算出锅炉给水泵出口设定压力PH的值。

如图2所示，是本发明中锅炉给水泵出口设定压力与汽包水位的关系曲线图。

反比例函数曲线如图2所示。当汽包水位为100mm时，PH取压力最大值，当汽包水位为150mm时，PH取值适中，能够满足汽包水位稳定在150mm左右；当汽包水位为200mm时，PH逐渐减小，锅炉给水泵供水量逐渐减小，使汽包水位稳定在150mm左右。

锅炉汽包水位控制到100mm，将锅炉给水泵停止，读取静压状态下的PH和PD，在静压状态下Pg＝PH-PD。求得Pg的实际值。

当汽包水位在100mm时，根据汽包压力，作为PH最大值，实现锅炉给水泵最大补水。当汽包水位在150mm时，根据汽包压力，作为PH正常值，实现锅炉给水泵持续补水，能够稳定水位在150mm。当汽包水位在200mm时，根据汽包压力，作为PH最小值，实现锅炉给水泵持续补水减小，使汽包水位持续降低。

根据三组数据。代入公式③中，求出K值、A值和L0值。

步骤2：将PH作为目标值，PF作为反馈值，PH、PF传递给PLC内部的PID控制器模块，由PID控制器模块输出变频器频率fB(在工程中，通过调试PID参数来修改fB，直到达到目标值，实现闭环控制系统稳定运行)，通过模拟量输出模块(AO)将fB信号传输给变频器，变频器根据fB信号调整驱动电机转速，驱动锅炉给水泵进行汽包补水。

汽包水位控制系统形成了一个闭环控制系统，能够将汽包水位稳定在目标水位，且补水泵运行平稳，补水速率平稳，水的受热均匀，汽包蒸发量平稳，能够避免因汽包中的水突然暴沸，产生虚假水位现象，干扰控制系统的平稳运行。

根据PLC中嵌入的程序，将LQ实时值和PD代入公式③，计算出PH实时值，将PH实时值与PF实时值送入PID控制器模块中，得出PH实时值。嵌入的程序先预置比例、积分、微分参数；查看控制系统运行的平稳性和系统响应速度，根据系统的振荡情况、响应速度、目标值趋近情况对比例、积分、微分参数进行调节。通过反复修改PID参数实现汽包水位稳定在150mm左右，且给水泵转速变化趋稳。

本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。