专利名称：锅炉蒸汽干度控制仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油开采设备，尤其是一种用于油田高压直流式蒸汽锅炉干度控制仪。
石油资源中的普通原油的可采储量逐年减少，稠油资源将会成为21世纪的主要能源。因此，提高稠油的生产、运输和炼制水平，降低成本，是一个重要课题。当前，高压直流式油田注汽锅炉是稠油热采工艺的关键设备。为了保证通过热注方式降低地下稠油粘度，增加液体的流动性，便于溶解重油中的各种残余盐分，提高重油的采集率，对锅炉出口的饱和蒸汽干度的控制是油田注汽锅炉运行生产的重要环节。
目前，对锅炉出口的饱和蒸汽的干度进行测量和自动控制的产品主要有以单片机控制为主的干度控制仪、以仪表控制为主的干度控制仪和以工控机为主的干度控制仪。这些产品的测量精度和安全可靠性均不理想。随着控制技术和控制水平的提高，以单片机、仪表、工控机为主控制器的控制产品已逐渐为性能更高的PLC所代替。
本实用新型的目的是针对目前锅炉蒸汽干度控制仪主要以单片机、仪表、工控机为主控制器，其测量精度和安全可靠性均不理想的问题，提供一种干度测量、调节精度高，使用安全可靠，采用以PLC为主控制器和I/0模块构成的锅炉蒸汽干度控制仪。
本实用新型所述的锅炉蒸汽干度控制仪，包括主控模块(ECHO16RTU/PLC)、数字量输入/输出模块(E103)、数字量输出模块(E104)、模拟量输入模块(E101)、模拟量输出模块(E105)、热电阻调理模块(E301-1，E301-2)、热电偶调理模块(E302)以及信号隔离模块DZ1～DZ7、触摸屏(PWS)、电源模块(-PS1、-PS2)、电源滤波器(LC)、带锁开关(SB2)、电源指示灯(L2)、行程开关(SB3)等。
主控模块(ECHO16 RTU/PLC)通过数据总线与数字量输入/输出模块(E103)、数字量输出模块(E104)、模拟量输入模块(E101)、模拟量输出模块(E105)相连。
锅炉蒸汽干度控制仪由交流220V供电，220V交流电源接至空气开关，空气开关提供的火线(L)通过保险(FU)、零线(N)和柜内照明灯(L1)、冷却风扇(FAN1)、电源开关(SB2)相连。电源开关(SB2)与电源指示灯(L2)、电源滤波器(LC)相连。电源滤波器(LC)输出的火线(L)、零线(N)与2个电源模块(-PS1、-PS2)连接。电源模块(-PS1)输出的DC24V与主控模块(ECH016 RTU/PLC)的DC24V和触摸屏的DC24V相连。电源模块(-PS2)提供DC24V+端除了和模拟量输入模块(E101)、模拟量输出模块(E105)、热电阻调理模块(E301-1、E301-2)、热电偶调理模块(E302)的24V+输入端，数字量输入/输出模块(E103)DO1+～DO3+、数字量输出模块(E104)的DO0+～DO5+端直接连接，还通过开关(SB1)和数字量输入/输出模块(E103)DI0+～DI2+端相连。电源模块(-PS2)提供DC24V-端除了和模拟量输入模块(E101)的24V-、数字量输入/输出模块(E103)的DI0-～DI2-端、模拟量输出模块(E105)的24V-、热电阻调理模块(E301-1、E301-2)的24V-、热电偶调理模块(E302)的24V-直接连接，外部接线(XT1)的10、14、16连接，还通过外部继电器、电铃、指示灯和数字量输入/输出模块(E103)的DO1-～DO3-、数字量输出模块(E104)的DO0-～DO5-端连接。电源(-PS2)提供的DC24V+还和信号隔离模块(DZ1、DZ3、DZ5)的端子6直接连接。信号隔离模块(DZ1～DZ5)端子1分别和模拟量输入模块(E101)的3、4、5、6、7相连，端子2和模拟量输入模块(E101)的COM端相连。信号隔离模块(DZ1、DZ3、DZ4)的端子5分别通过外部接线(XT1)的9、13、15和3个外部仪表(2WIRE TX)+端相连，3个外部仪表(2WIRE TX)的-端通过外部接线(XT1)的10、14、16连到电源模块(-PS2)的24V-。信号隔离模块DZ2、DZ5的端子6、5分别和外部接线(XT1)的11、12、17、18相连。信号隔离模块DZ6、DZ7的端子6、5分别和模拟量输出模块(E105)的AO0+、AO0-、AO1+、AO0-相连，端子1、2分别和外部接线(XT1)的19、20、21、22相连。热电阻调理模块(E301-1、E301-2)的端子3、4、5分别与外部接线(XT1)的1～6相连，6端子分别与模拟量输入模块(E101)的3、4端子相连。热电偶调理模块(E302)的端子4、5分别和外部接线(XT1)的7、8相连。
本实用新型锅炉蒸汽干度控制仪中使用的主控模块(ECHO16RTU/PLC)、数字量输入/输出模块(E103)、数字量输出模块(E104)、模拟量输入模块(E101)、模拟量输出模块(E105)、热电阻调理模块(E301)、热电偶调理模块(E302)均为北京安控科技发展有限公司定型产品。信号隔离模块(DZ1～DZ7)、触摸屏PWS、电源模块(-PS1、-PS2)、电源滤波器(LC)、带锁开关(SB2)、电源指示灯(L2)、行程开关(SB3)均为已知技术。
本实用新型所述的锅炉蒸汽干度控制仪的特点是1.测量准确、显示精度高。
2.响应速度快、调节精度高。
3.模块化设计、便于维护。
4.系统的测量、控制部件与外接仪表或设备完全隔离，避免了外界的干扰。
5.系统功能齐全，具有友好的人机界面，安装、使用、维护方便简单。
6.当系统更换测量仪表、仪表量程改变时，不须更改程序，只要从上位机重新设置仪表量程即可。
7.采用工业级的硬件元器件和软件设计方法，系统安全可靠。
与现有以单片机、仪表、工控机为主控制器的锅炉蒸汽干度控制仪相比，本实用新型所述的锅炉蒸汽干度控制仪以PLC主控制器和I/O模块构成，其干度测量、调节精度高，使用安全可靠。
图1是本实用新型锅炉蒸汽干度控制仪的示意图；图2a、图2b是本实用新型锅炉蒸汽干度控制仪的电路原理图。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明如
图1、图2a、图2b所示，主控模块(ECHO16 RTU/PLC)通过总线与输入/输出模块(E103)相连，并将输入端采集来的现场数据，由主控制器进行处理，作出相应输出，将输出信号送到输出端对现场的设备进行控制。供电电源为电源模块(-PS1)提供的DC24V。
数字量输入/输出模块(E103)4路DC24V开关量输入。其中DI0～DI2主要检测报警消音、锅炉停炉、变频启停三种信号；4路开关量输出，触点电压为DC24V。其中，DO1～DO3，完成变频器频率给定方式控制、报警电铃控制、干度上限报警指示灯控制。
数字量输出模块(E104)8路开关量输出，触点电压为DC24V。其中，DO0～DO5，分别完成干度下限报警指示灯、过热报警指示灯、水流量低报警指示灯、运行状态指示灯、自动状态指示灯、报警指示灯的控制。
模拟量输入模块(E101)8路模拟量输入，信号类型为4～20mA，供电电源为电源模块(-PS2)提供的DC24V。完成锅炉出口进幅温度、中点温度、炉膛温度、蒸汽压力、进水流量、进水电导率、炉水电导率、变频器工作频率的测量。
模拟量输出模块(E105)2路模拟量输出，信号类型为4～20mA，供电电源为电源模块(-PS2)提供的DC24V。模块可输出4～20mA的模拟信号控制变频器的给定频率和锅炉火量大小。
热电阻调理模块(E301)1路输入，供电电源为电源模块(-PS2)提供的DC24V。将现场的进幅温度、中点温度热电阻传感器传来的信号调理成标准的4～20mA的信号，并将此信号传送给模拟量输入模块(E101)，完成温度信号的测量。
热电偶调理模块(E302)1路输入，0～1000℃对应的模拟量信号为4～20mA，供电电源为电源模块(-PS2)提供的DC24V。将现场的中点温度传感器传来的信号调理成标准的4～20mA的信号，并将此信号传送给模拟输入模块(E101)，完成温度信号的测量。
信号隔离模块(DZ1～DZ7)该模块是标准的带电源的4～20mA输入信号通过2000V的隔离，成比例地输出4～20mA信号，此模块共用了7个。如
图1-a、
图1-b所示，DZ1、DZ3、DZ4将现场两线制的压力、仪表电导率等信号经过隔离后成比例地输出为4～20mA，模块供电为电源模块(-PS2)提供的DC24V。DZ2、DZ5原理同前，但供电电源为外部提供的DC24V。DZ6、DZ7将模拟量输出模块(E105)输出的4～20mA信号成比例地输出到外部执行机构——变频器和电气转换器。
触摸屏(PWS)人机接口，通过自身的COM2口与主控模块(ECHO16RTU/PLC)的COM2口通信完成数据交换功能，接口电气特性为RS232方式。供电为电源模块(-PS2)提供的DC24V。触摸屏可完成数据实时显示、报警，实时趋势、历史趋势测览，参数设置，手动/自动切换等功能，其人机界面友好，功能强大。
电源模块(-PS1、-PS2)电源模块(-PS1)将AC220V电源转换为DC24V、1A的直流电源，给主控模块(ECHO16 RTU/PLC)和触摸屏(PWS)供电；电源模块(-PS2)将AC220V电源转换为DC24V、3A的直流电源，给I/O模块和部分现场仪表供电。
电源滤波器(LC)将电源的高次谐波滤掉，提高电源的品质，给电源模块(-PS1、-PS2)供电。
带锁开关(SB2)通断蒸汽干度控制仪的电源。
电源指示灯(L2)当蒸汽干度控制仪上电后，此指示灯亮。
行程开关(SB3)当背面门打开时，柜内照明灯(L1)亮，冷却风扇停；当背面门关上时，柜内照明灯(L1)灭，冷却风扇起。
锅炉蒸汽干度控制仪通过模拟量输入模块(E101)测量注汽锅炉的进幅温度、中点温度、炉膛温度、进水注量、蒸汽压力、进水电导率、炉水电导率，利用热平衡法测量蒸汽干度值，然后与给定干度值比较，利用主控模块(ECHO16 RTU/PLC)的PID控制器调节进水量或火量，达到调节蒸汽干度值的目的。
在自动状态下，有两种干度控制方式1.通过调节变频器来调节给水量，从而控制出口湿饱和蒸汽的干度值。水量调节时，火量固定，采用PID控制器串级方式控制干度值。利用模糊PID控制器对干度值进行调节，利用PID控制器对水量进行内环控制。
2.通过电气转换器来调节火量，从而控制出口湿饱和蒸汽的干度值。火量调节时，水量固定，采用PID控制器输出信号给电气转换器来调节控制风门，挡板的气动调节阀，从而控制火量，达到调节干度值得目的。
两种调节方式之间的关系为任何时候只可能有一种控制方式，当水量给到最大，而干度值仍不能上升到给定值时，将水量固定在最大值，开始调节火量，直至达到并稳定在设定干度之上；当火量给到最大值，而干度值仍不能上升到给定值时，将火量固定在最大值，开始调节水量，直至达到并稳定在设定干度之上。
权利要求1.一种锅炉蒸汽干度控制仪，其特征在于包括主控模块(ECH016RTU/PLC)、数字量输入/输出模块(E103)、数字量输出模块(E104)、模拟量输入模块(E101)、模拟量输出模块(E105)、热电阻调理模块(E301-1、E301-2)、热电偶调理模块(E302)以及信号隔离模块(DZ1～DZ7)、触摸屏(PWS)、电源模块(-PS1)、(-PS2)、电源滤波器(LC1)、带锁开关(SB2)、电源指示灯(L2)、行程开关(SB3)；主控模块(ECHO16 RTU/PLC)通过数据总线与数字量输入/输出模块(E103)、数字量输出模块(E104)、模拟量输入模块(E101)、模拟量输出模块(E105)相连；220V交流电源接至空气开关，空气开关提供的火线(L)通过保险(FU)、零线(N)和柜内照明灯(L1)、冷却风扇(FAN1)、电源开关(SB2)相连；电源开关(SB2)与电源指示灯(L2)、电源滤波器(LC)相连；电源滤波器(LC)输出的火线(L)、零线(N)与2个电源模块(-PS1、-PS2)连接；电源模块(-PS1)输出的DC24V与主控模块(ECHO16RTU/PLC)的DC24V和触摸屏的DC24V相连；电源模块(-PS2)提供DC24V+端除了和模拟量输入模块(E101)、模拟量输出模块(E105)、热电阻调理模块(E301-1、E301-2)、热电偶调理模块(E302)的24V+输入端，数字量输入/输出模块(E103)DO1+～DO3+、数字量输出模块(E104)的DO0+～DO5+端直接连接，还通过开关(SB1)和数字量输入/输出模块(E103)DIO+～DI2+端相连；电源模块(-PS2)提供DC24V-端除了和模拟量输入模块(E101)的24V-、数字量输入/输出模块(E103)的DI0-～DI2端、模拟量输出模块(E105)的24V-、热电阻调理模块(E301-1、E301-2)的24V-、热电偶调理模块(E302)的24V-直接连接，外部接线(XT1)的10、14、16连接，还通过外部继电器、电铃、指示灯和数字量输入/输出模块(E103)的DO1-～DO3-、数字量输出模块(E104)的DO0-～DO5端连接；电源(-PS2)提供的DC24V+还和信号隔离模块(DZ1、DZ3、DZ5)的端子6直接连接；信号隔离模块(DZ1～DZ5)端子1分别和模拟量输入模块(E101)的3、4、5、6、7相连，端子2和模拟量输入模块(E101)的COM端相连；信号隔离模块(DZ1、DZ3、DZ4)的端子5分别通过外部接线(XT1)的9、13、15和3个外部仪表(2WIRETX)+端相连，3个外部仪表(2WIRE TX)的端通过外部接线(XT1)的10、14、16连到电源模块(-PS2)的24V-；信号隔离模块DZ2、DZ5的端子6、5分别和外部接线(XT1)的11、12、17、18相连；信号隔离模块DZ6、DZ7的端子6、5分别和模拟量输出模块(E105)的AO0+、AO0-、AO1+、AO0-相连，端子1、2分别和外部接线(XT1)的19、20、21、22相连；热电阻调理模块(E301-1、E301-2)的端子3、4、5分别与外部接线(XT1)的1～6相连，6端子分别与模拟量输入模块(E101)的3、4端子相连；热电偶调理模块(E302)的端子4、5分别和外部接线(XT1)的7、8相连。
专利摘要一种锅炉蒸汽干度控制仪,主控模块通过数据总线与数字量输入/输出模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块相连。数字量输入/输出模块有4路直流24伏开关量输入,4路开关量输出。数字量输出模块有8路开关量输出。模拟量输入模块有8路模拟量输入。模拟量输出模块有2路模拟量输出。热电阻、热电偶调理模各有1路输入。触摸屏为人机接口。电源模块将AC220V转换为DC24V。本实用新型的干度测量、调节精度高,使用安全可靠。
文档编号F22B35/00GK2476712SQ0121957
公开日2002年2月13日 申请日期2001年4月17日 优先权日2001年4月17日
发明者杨继荣 申请人:北京安控科技发展有限公司