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1、鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)學(xué)生姓名: 班 級: 自動化0932 學(xué) 號: 指導(dǎo)老師: 2011年07 月 05日 1 系統(tǒng)簡介鍋爐是過程工業(yè)中必不可少的動力設(shè)備。它所產(chǎn)生的蒸汽不僅可以供生產(chǎn)過程作為熱源,而且還可以作為蒸汽透平的動力源。隨著工業(yè)生產(chǎn)過程規(guī)模的不斷擴大,生產(chǎn)過程不斷強化,作為全廠動力和熱源的鍋爐設(shè)備,亦向大容量、高參數(shù)。高效率方向發(fā)展。為確保鍋爐生產(chǎn)的安全操作和穩(wěn)定運行,對鍋爐設(shè)備的自動控制也提出了更高的要求。鍋爐控制裝置,其主要的任務(wù)是保證鍋爐的安全、穩(wěn)定運行,同時減輕工作人員的勞動強度,確保人員的人身安全。鍋爐的汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要參數(shù)。水位過高會導(dǎo)致蒸汽帶水進入過熱器

2、并在過熱器內(nèi)結(jié)垢,影響傳熱效率,嚴(yán)重的將引起過熱管爆管;水位過低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán),引起水冷壁局部過熱而爆管。尤其是大型鍋爐,例如,30萬kw機組的鍋爐蒸發(fā)量為1024t/h,而汽包容積較小,一旦給水停止,則會在十幾秒內(nèi)使汽包內(nèi)的水全部汽化,造成嚴(yán)重的事故。鍋爐給水調(diào)節(jié)對象可以用如下所示圖1表示。圖1 鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)框圖給水調(diào)節(jié)機構(gòu)控制給水量w。汽輪機耗氣量d是由汽輪機來控制的。水冷壁 與汽包存在水部分構(gòu)成了水循環(huán)系統(tǒng)。初看起來,汽包水位的動態(tài)特性似乎與單容水槽一樣,但是實際情況要復(fù)雜得多。其中最突出的一點是水循環(huán)系統(tǒng)中充滿了夾帶大量蒸汽氣泡的水,而蒸汽泡的總體積vs是隨著汽包壓力和

3、爐膛熱負(fù)荷的變化而改變的。如果有某種原因使蒸汽泡的總體積改變了,即使水循環(huán)系統(tǒng)中的總水量沒有變化,汽包水位也會隨之發(fā)生變化。 影響汽包水位h的主要有給水量w,汽輪機的耗汽量d等 兩個主要因素。1.1 給水?dāng)_動 在給水量w的階躍擾動下,水位h的響應(yīng)曲線可以用圖2來說明。如把汽包及水循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)作單容量水槽,水位的響應(yīng)曲線應(yīng)該 如圖中的直線h1??紤]到給水溫度低于汽包內(nèi)的飽和水溫度,當(dāng)它進入汽包后吸收了原有的飽和水中的一部分熱量,使鍋爐的蒸汽量下降,水面以下的汽包總體積vs也相應(yīng)減小,導(dǎo)致水位下降。vs對水位的影響可以用圖中的曲線h2表示。水位h的實際響應(yīng)曲線是h1和h2的總和。從圖中可知,響應(yīng)過程

4、有一段遲延時間。給水的過冷度越大,純遲延時間也越大。給水?dāng)_動 下的傳遞函數(shù)可以近似表示為 式中ko為響應(yīng)速度,即給水流量變化單位流量時,水位的變化速度1.2 負(fù)荷擾動 在耗氣量d的階躍擾動下,水位h的響應(yīng)過程可以用圖2來說明。當(dāng)耗氣量d突然階躍增加時,一方面改變了汽包內(nèi)的物質(zhì)平衡狀態(tài),使水位下降,圖中h1表示把汽包當(dāng)作單容對象時水位應(yīng)有的變化;另一方面,由于耗氣量d的增加,迫使鍋內(nèi)汽包增多;同時由于燃料量維持不變,汽包壓力pd下降,使水面以下的蒸汽泡膨脹,總體積vs增大,從而導(dǎo)致汽包水位的上升,如圖中h2所示。汽包水位h的實際響應(yīng)過程是h=h1+h2.對于大中型鍋爐來說,后者的影響要大于前者,

5、因此在負(fù)荷階躍增加后的一段時間內(nèi)不但不下降,反而上升。這種反常現(xiàn)象通常稱為“假水位”現(xiàn)象。 負(fù)荷擾動下汽包水位的傳遞函數(shù)可以近似地表示為 2 設(shè)計方案及儀表選型2.1 設(shè)計方案 從上面的分析可知,給水量擾動下水位響應(yīng)過程具有純延遲;負(fù)荷擾動下水位響應(yīng)過程具有假水位現(xiàn)象;從反饋控制的思想出發(fā),可以以水位信號h作為被調(diào)量,給水流量作為調(diào)節(jié)量,構(gòu)成單回路反饋系統(tǒng)(通常稱為水位單沖量系統(tǒng))。算然對于大量的大中型鍋爐來說,因為耗氣量改變所產(chǎn)生的假水位將引起給水調(diào)節(jié)機構(gòu)的誤動,致使汽包水位激烈地上下波動,嚴(yán)重地影響設(shè)備的壽命和安全而不能滿足要求,但對于小容量鍋爐來說,它的蓄水量較大,水面以下的氣泡體積不占

6、很大比重。因此給水容積遲延和假水位現(xiàn)象不明顯,可以采用單沖量控制系統(tǒng)。對于大型超高壓(接近臨界壓力)鍋爐也可以采用這種控制對象,因為在超高壓下氣和水的密度相差不大,假水位現(xiàn)象并不顯著。 因此,本次設(shè)計針對小容積鍋爐和大型超高壓鍋爐,采用單沖量水位控制方案。 圖4 鍋爐水位單沖量控制系統(tǒng)原理圖 圖5 鍋爐水位單沖量控制系統(tǒng)方框圖如上圖4所示為單沖量變量水位控制系統(tǒng)原理圖,圖5為單沖量變量水位控制系統(tǒng)方框圖。此系統(tǒng)有如下特點: 結(jié)構(gòu)簡單,投資少。 適用于汽包容量較大,虛假水位不嚴(yán)重,負(fù)荷較平穩(wěn)的場合。 為安全運行,可設(shè)置水位報警和連鎖控制系統(tǒng)。22 儀表的選型 在汽包水位控制系統(tǒng)設(shè)計中,所需使用的

7、儀表有變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)器、伺服放大器、電動操作器、執(zhí)行器。其選型如下221 變送器的選型 變送器在自動檢測和控制系統(tǒng)中的作用,是對各種工藝參數(shù),如溫度、壓力、流量、液位、成分等物理量進行檢測,以供顯示、紀(jì)錄或控制只用 。 控制系統(tǒng)中所選的變送器的型號為cr-604,為鍋爐專用液位計。2211 cr-604概述 cr-604鍋爐專用液位計,基于射頻電容測量技術(shù),輸出4-20ma連續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)信號,用于各種鍋爐汽包液位的精確測量和控制。產(chǎn)品采用獨特結(jié)構(gòu),將抗高溫、耐高壓、抗腐蝕、抗波動性能集于一身,變送部分利用軍工器件,使信號輸出更加穩(wěn)定、可靠。該液位計安裝簡單,維護量小,測控精確,性價比高,是

8、傳統(tǒng)的電極式、差壓式、磁翻板式液位計最理想的換代產(chǎn)品。2212 cr-604的工作原理電容式液位測控儀均采用電容原理,即電容兩極間介質(zhì)量的變化可引起電容量的變化。其原理模擬圖如圖6所示,把一根外包絕緣層的金屬棒插入裝有導(dǎo)電介質(zhì)的金屬容器,金屬棒和容器內(nèi)壁之間形成電容,當(dāng)被測介質(zhì)液位變化時, 圖6 電容式液位計原理圖傳感器電容量cx也隨之發(fā)生變化,電容變化增量cx通過變送器電路轉(zhuǎn)換為與液位成正比例的標(biāo)準(zhǔn)電流信號。轉(zhuǎn)換過程可用圖7所示的方框圖示意: 圖7 電容式液位計轉(zhuǎn)換過程方框圖2213 技術(shù)參數(shù) 工作電壓: 最大:40v 最?。?.5v 電 流 環(huán): 4.00ma 20.00ma(0.5%)

9、防爆等級:exiaiict6 (-4070) exiaiict15 (-4085) 防爆參數(shù):ui=30v,ii=100ma ,pi=0.75w ci=100pf,li=10uh 測量范圍:02200mm max 測量周期:0.5秒 分 辨 率:0.02mm 溫度漂移:0.5mm max (-4085) 工作壓力:40mpa max 線性偏差:(1+0.05%fs) mm 介質(zhì)溫度:300 max 環(huán)境溫度:-4085 (exiaiict1-t5) 存儲溫度:-55100 防護等級:ip672214 端子接線圖 圖8 cr-604端子接線圖222 顯示儀表的選型顯示儀表就是將生產(chǎn)過程中各種參數(shù)

10、進行指示、記錄或累積的儀表。所設(shè)計的控制系統(tǒng)所選用的顯示儀表為dxz-10112221 dxz-1011工作原理 本儀表能將1-5v直流電壓直接并到表頭指示。表頭采用動圈式張絲結(jié)構(gòu)。磁路系統(tǒng)由扇形磁鐵、導(dǎo)磁體及由它們組成的平面氣隙構(gòu)成的,磁場均勻。當(dāng)電流流過動圈時在氣隙、磁場的作用下產(chǎn)生作用力矩,當(dāng)該力矩和由張絲轉(zhuǎn)角變形所形成產(chǎn)生的反作用力矩相平衡時,轉(zhuǎn)軸另一端的指針?biāo)甘镜奈恢眉幢硎颈粶y量的大小。2222 技術(shù)參數(shù) 型號與規(guī)格:dxz-1011,單針,重量6kg 輸入信號:15v dc 內(nèi)阻,小于20 指示精度:1% 工作環(huán)境 1)環(huán)境溫度為050 2)相對濕度85% 3)工作振動頻率:f2

11、5hz,全振幅0.1mm 結(jié)構(gòu)型式:盤裝式 外形尺寸:80160630mm 電源電壓:24v.dc 功耗:2w 2223 端子接線圖圖9 dxz-1011端子接線圖223 調(diào)節(jié)器的選型所選調(diào)節(jié)器的型號為dty-3400s2231 dty-3400s工作原理輸出跟蹤調(diào)節(jié)器是在基型調(diào)節(jié)器中附加一個跟蹤單元構(gòu)成。跟蹤單元由外部反饋信號輸入電路和“自手”切換電路組成跟蹤調(diào)節(jié)器工作狀態(tài),pi回路優(yōu)先接受跟蹤信號,本調(diào)節(jié)器處于“跟蹤”狀態(tài),當(dāng)跟蹤觸點脫開時,本調(diào)節(jié)器就不處于“跟蹤”狀態(tài),本調(diào)節(jié)器所處操作(手動1,手動2,自動)由面板上板鍵開關(guān)位置決定。2232 技術(shù)參數(shù) 輸入信號:1-5v,dc 輸入阻抗

12、影響:0.1% 給定方式:內(nèi)外給定由開關(guān)選擇外給定時紅燈亮 外給定信號:4-20ma,dc 測量信號及給定信號指示:1-100%全刻度,誤差1% 輸出信號:4-20ma 輸出信號指示:0100%,誤差2.5% 調(diào)節(jié)形式:比例+積分+微分比例帶(p):2-500%積分時間(i): 0.01-2.5分(1) 0.1-25分(10)微分時間(d):斷;0.04-10分 負(fù)載阻抗:250-750 閉環(huán)跟蹤誤差(靜差):0.5% 手自動切換特性:自動到手動切換擾,動量小于量程的0.25% 電源: 24v.dc10% 消耗功率:光柱不大于10w,表頭不大于5w 工作條件: 周圍環(huán)境溫度:540 相對濕度:

13、 1075% 跟蹤輸入信號:4-20ma dc(輸入電阻250) 輸出跟蹤精度:0.5% 切換誤差:跟蹤自動0.5% 跟蹤手動10.5% 跟蹤手動25%2233 端子接線圖圖10 dty-3400s端子接線圖223 伺服放大器的選型伺服放大器也叫伺服驅(qū)動器,是用來控制伺服電機的一種控制器。其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達。主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。所選用的伺服放大器型號為zpe2030q2231 zpe2030q工作原理伺服放大器的輸入信號來自變送、調(diào)節(jié)等單元的標(biāo)準(zhǔn)信號,與執(zhí)行機構(gòu)反饋來的位置信號,在放大器的前級進行比較(即代數(shù)相減),比較后的信號差值大于放大器的靈敏限時,電動執(zhí)行器功率

14、出帶動閥門,完成各種自控調(diào)節(jié),閥門的開啟方向也就是電動機的轉(zhuǎn)動方向,取決于輸入信號的量值,電動機總量朝著減小和反饋信號差值方向轉(zhuǎn)動。2232 技術(shù)參數(shù) 輸入信號:4-20ma. dc 輸入通道:1個 輸入電阻:250歐姆 輸出:輸出電壓降小于2v 電流 5a 死區(qū):0.8-8%(連續(xù)可調(diào)) 電源:電壓 220v. ac 允差 +10%,-15% 頻率 50hz 允差 +1%,-1% 報警觸頭容量:110v.ac 0.5a/28v. dc . 1a 使用環(huán)境:溫度 0-50 相對濕度 10%-70% 周圍空氣中無起腐蝕作用的介質(zhì) 大氣壓力 86-106kpa2234 d端子接線圖圖11 zpe2

15、030q端子接線圖224 電動操作器的選型控制系統(tǒng)所選的電動操作器的型號是dfd-10002241 dfd-1000工作原理dfd-1000型電動操作器,采用“開關(guān)操作制”原理進行“手動”與“自動”的切換和操作?!白詣痈櫋笔窃凇笆謩印惫r,將執(zhí)行器位置反饋電壓1-5v.dc,加到調(diào)節(jié)器的積分電容兩端,使調(diào)節(jié)器輸出電流,始終跟蹤位置反饋電流,并保持相等。2242 技術(shù)參數(shù).、電源電壓:220v,50602hz 、開關(guān)觸頭額定容量:主回路 500v15a 信號回路 110v 2a 跟蹤電壓 1-5v 工作條件a、環(huán)境溫度 045b、相對濕度 85% 儀表重量 約3kg 外形尺寸 29580160

16、(mm)2243 端子接線圖圖12 dfd-1000端子接線圖225 執(zhí)行器的選型執(zhí)行器在自動控制系統(tǒng)中的作用是接受來自控制器的控制信號,通過其本身 開度的變化,從而達到控制流量的目的。本系統(tǒng)所選用的執(zhí)行器為zazn 電動雙座調(diào)節(jié)閥2251 概述zazn電動雙座調(diào)節(jié)閥,由ddz型直行程電動執(zhí)行機構(gòu)和直通雙座閥兩部分組成。以單項交流220v電源為動力,接受010或ma或420ma直流信號,自動地控制調(diào)節(jié)閥開度,達到對管道內(nèi)流體的壓力、流量、溫度、液位等工藝參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)。座閥有上、下兩個閥芯球,流體作用在上、下閥芯上的推力,其方向相反而大小接近,不平衡力很小,允許壓差大,額定流量系數(shù)比同口徑的單

17、座閥大,但該閥的泄漏較單座閥大。 適用于對泄露量要求不嚴(yán)格,閥前后壓差較大的干凈介質(zhì)場合。2252 閥體 型 式:直通雙座鑄造球型閥 公稱通徑:25、32、40、50、65、80、100、125、150、200、250、300mm 公稱壓力:pn1.6、4.0、6.4mpa 法蘭標(biāo)準(zhǔn):jb/t79.1-94、79.2-94等 材料:鑄鋼(zg230-450)、鑄不銹鋼(zglcrl8ni9ti、zglcrl8nil2mo2ti)等 上 閥 蓋:標(biāo)準(zhǔn)型-17+230、散熱型+230+450、低溫型-60-196、波紋管密封-40+3502253 閥內(nèi)組件 閥芯型式:雙座柱塞型閥芯 流量特性:等百

18、分比特性和線性特性2254 執(zhí)行機構(gòu) 型 號:電動執(zhí)行器dkz-410 技術(shù)參數(shù): 表1 dkz-410技術(shù)參數(shù)項目名稱dkz標(biāo)準(zhǔn)型控制機構(gòu)輸入信號4-20ma或0-10vdc反饋信號010madc420madc死區(qū)043基本誤差25回差15限位開側(cè)/閉側(cè)開度檢測精密導(dǎo)電塑料電位器動力動力220v/50hz驅(qū)動電機伺服電機附屬機構(gòu)加熱器選擇件手動機構(gòu)手輪安裝條件環(huán)境溫度無加熱器25+70相對濕度95環(huán)境氣體無腐蝕性氣體接線口十四線插頭防護等級 端子接線圖圖13 dkz-410端子接線圖3 控制系統(tǒng)儀表配接圖及說明31 控制系統(tǒng)的儀表配接圖如圖13所示32 控制系統(tǒng)儀表配接圖及說明鍋爐汽包水位控

19、制系統(tǒng)儀表配接圖如圖13所示,各儀表間接線說明如下。cr-604有檢測和變送的功能,輸出4-20ma的電流,其有二線制和三線制接線法,在此系統(tǒng)中,采用三線制接線。號接線柱是輸出信號柱,號為電源接線柱,號為信號接線柱與電源接線柱的公共端。因此,cr-604 、號接線柱接調(diào)節(jié)器的、號接線柱(cr-604dty-3400s:,);因為cr-604輸出的是電流,而調(diào)節(jié)器dty-3400s的輸入信號是電壓,因此 在cr-604和調(diào)節(jié)器dty-3400s之間并一個250歐姆的電阻r,如圖13所示。、號接線柱接24v直流電源,號接線柱接電源正極。顯示儀表dxz-1011的、接線柱是信號輸入柱(輸入電壓范圍:

20、1-5vdc),接到調(diào)節(jié)器dty-3400s的、號接線柱上(dxz-1011dty-3400s:,)。dxz-1011的、號接線柱是電源接線柱,接上24v的直流穩(wěn)壓電源,號接線柱接電源正極。調(diào)節(jié)器dty-3400s的、接線柱為信號輸入柱(輸入信號為1-5vdc的電壓),接cr-604的、號接線柱。dty-3400s的、號接線柱為跟蹤信號輸入接線柱,接電動操作器的、號接線柱(dty-3400sdfd-1000: ,)。dty-3400s的、號接線柱為輸出信號接線柱,輸出信號為4-20ma的電流,接伺服放大器zpe-203q的、號接線柱(dty-3400szpe-203q:,)。dty-3400s的、號接線柱為電源接線端,接24v穩(wěn)壓直流電源。伺服放大器zpe-203q的、號接線柱為輸入信號接線柱,輸入的信號為4-20ma的電流,接調(diào)節(jié)器dty-3400s的、號接線柱。zpe-203q的、號接線柱為接受來自dfd-1000的反饋信號,接dfd-1000的、號接線柱(zpe-203qdfd-1000:,)。zpe-203q的號接線柱為電機反行接線柱,接dfd-1000的號接線柱,dty-3400s

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