汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設計

1、目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark1 o Current Document 目錄1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1緒論3 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 1.1鍋爐汽包水位測量的重要性3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2鍋爐汽包水位測量3 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 2控制系統(tǒng)總體結構設計4 HYPERLINK l bookmark16 o

2、 Current Document 2.1控制對象的選擇4 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 給水任務4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 給水自動調節(jié)系統(tǒng)被4 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 被調量H變化的主要原因5 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 2.2整體結構設計7 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 控制方案7 HYPERLINK l b

3、ookmark78 o Current Document 2.2.2 300MW 機組給水控制過程9 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 3測量儀表選型13 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 3.1給水控制系統(tǒng)測量任務13 HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 汽包水位的修正13給水流量的校正13 HYPERLINK l bookmark109 o Current Document 主蒸汽流量的校正14 HYPERLINK l bookmark1

4、19 o Current Document 3.2測量儀表的選型15 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 汽包水位測量方面15 HYPERLINK l bookmark129 o Current Document 給水流量測量方面17 HYPERLINK l bookmark132 o Current Document 主蒸汽流量測量方面18 HYPERLINK l bookmark152 o Current Document 4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選型20 HYPERLINK l bookmark135 o Current Document 4.1數(shù)

5、據(jù)采集基本知識20 HYPERLINK l bookmark138 o Current Document 4.2數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標20 HYPERLINK l bookmark155 o Current Document 4.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選型21數(shù)據(jù)采集卡的選型21 HYPERLINK l bookmark165 o Current Document 4.3.2 NI PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡相關配件21 HYPERLINK l bookmark168 o Current Document 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構圖如下24 HYPERLINK l bookmark171 o Current

6、 Document 第五章：數(shù)據(jù)采集程序設計25 HYPERLINK l bookmark174 o Current Document 5.1 LabVIEW數(shù)據(jù)采集介紹25 HYPERLINK l bookmark177 o Current Document 5.2基于LabVIEW平臺的虛擬儀器程序設計25 HYPERLINK l bookmark183 o Current Document 5.3數(shù)據(jù)采集程序設計26 HYPERLINK l bookmark186 o Current Document 配置采集任務26 HYPERLINK l bookmark189 o Current

7、Document 程序設計步驟26 HYPERLINK l bookmark192 o Current Document 6控制系統(tǒng)界面設計31 HYPERLINK l bookmark195 o Current Document 6.1LabVIEW界面設計介紹31 HYPERLINK l bookmark201 o Current Document 6.2控制系統(tǒng)界面設計31 HYPERLINK l bookmark204 o Current Document 鍋爐給水操作控制面板圖如下31 HYPERLINK l bookmark207 o Current Document 界面總圖如下

8、32分組說明32 HYPERLINK l bookmark210 o Current Document 參考文獻34汽包鍋爐給水全程控制系統(tǒng)1緒論1.1鍋爐汽包水位測量的重要性對火力發(fā)電廠來說，鍋爐汽包滿、缺水事故是長期困擾其安全的重大惡性事 故之一，究其原因，首先是因為鍋爐汽包水位的測量技術尚有一些不完善，而另 一個原因，則是缺乏對汽包水位測量技術的理解，這些都導致了惡性事故的屢屢 發(fā)生。因此，可知保持鍋爐汽包水位處于正常范圍內波動是鍋爐運行的一項重要 安全性指標，必須對其進行透徹的理解。鍋爐氣包水位是確保安全生產(chǎn)和提高優(yōu)質蒸汽的重要變量。尤其對于大型鍋爐， 其蒸發(fā)量明顯要高，氣包容積相對較

9、小，水位變化速度很快，稍不注意就容易造 成氣包滿水或者缺水，甚至造成十鍋。前者將使蒸汽帶水，影響蒸汽品質，且長 期運行會使過熱器結垢；后者會引起鍋爐爆炸的危險。1.2鍋爐汽包水位測量鍋爐運行中，我們是通過水位測量系統(tǒng)來監(jiān)視和控制汽包水位的。當汽包水 位超出正常運行范圍時，報警系統(tǒng)將發(fā)出報警信號，保護系統(tǒng)將立即采取必要的 保護措施，以確保鍋爐和汽輪機的安全。因此，鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)是機組安 全運行的極端重要的系統(tǒng)，這也是鍋爐給水控制系統(tǒng)的最主要任務。2控制系統(tǒng)總體結構設計2.1控制對象的選擇此次設計對象為300MW機組鍋爐給水控制，鍋爐的主要參數(shù)如下表 300MW機組鍋爐的主要參數(shù)。表2.1蒸

10、汽壓力MPa蒸汽溫度C給水溫度 C最大連續(xù)蒸發(fā)量 (t/h)發(fā)電功率MW16.8540/540250-2801025300給水任務鍋爐給水控制的任務是使給水量對應于鍋爐的蒸發(fā)量，以保持鍋爐運行過程 中的汽水流量平衡，并維持汽包水位在正常的規(guī)定范圍內波動。一般國產(chǎn)的300MW 機組的汽包鍋爐蒸發(fā)量為1025t/h,而泡包的容積僅為3040m3，汽包水位過高或 過低都將危及鍋爐的安全運行，因此，對于汽包鍋爐來說，給水控制系統(tǒng)的主要 任務是保證給水流量適應于鍋爐蒸發(fā)量的要求，維持汽包水位在合適的范圍內(正 常情況下汽包水位限制在-50mm+50mm范圍內變化)以保證機組的安全運行。給水自動調節(jié)系統(tǒng)被

11、調對象的示意圖如下：過熱器給水被調對象示意圖 圖2. 1被調量日變化的主要原因影響H的原因有：給水量W,蒸汽量D,鍋爐燃燒率Q。G01(s)GO3(s)給水流量w對水位的干擾：在平衡狀態(tài)突然加大給水量，雖然給水量大于蒸發(fā)量，但由于溫度較低的給 水進入水循環(huán)系統(tǒng)后，要從原有飽和汽水中吸取一部分熱量使得水面下氣包容積 有所減少，進入水系統(tǒng)的水首先去填補汽水管路中氣包所讓出的空間，只有當氣 包容積不再變化時，水位才隨給水量的增加呈線性上升。由上述分析，給水量擾 動時，水位調節(jié)對象有一定的慣性與滯后。水位在給水擾動下的傳遞函數(shù)為:其中T 遲延時間s； 飛升速度圖2.3蒸汽量D擾動下 汽包水位動態(tài)特性圖

12、2.4蒸汽負荷對水位的干擾：當蒸汽用戶設備用氣量突然增大，單從物料不平衡考慮，汽包中蒸發(fā)量大于 給水量，水位應該直接下降，如曲線 H1；但由于蒸汽負荷量突然增大時，汽 包中壓力減小，汽水循環(huán)管路中的汽化 強度增加，蒸發(fā)面以下汽包容積增加而 引起水位上升，如曲線H2；因而在蒸 汽負荷量突然增大的起始瞬間，液位不 會下降，反而上升，出現(xiàn)“虛假液位” 現(xiàn)象，如曲線H；只有當氣包容積與負 荷相應達到穩(wěn)定后，水位才能反映出物 料的不平衡，開始下降。因此，蒸汽流 量擾動時，非但沒有自平衡能力，而且 存在“虛假現(xiàn)象”，在控制系統(tǒng)的設計 中必須予以考慮。燃料量擾動下的泡包水位動態(tài)特性水位的變化為上述兩者變化之

13、和，即H(t)=H1(t)+H2(t) 傳遞函數(shù)也為兩者之和，即02(s)=k Ts +1 s式中TH2的時間常數(shù)，約為1020s;kH2的放大系數(shù)； 飛升速度。爐膛熱負荷對水位的干擾當燃料量突然增大時，傳給鍋爐的熱量必然增加，上升管中的蒸發(fā)強度增大， 蒸發(fā)面下的氣包膨脹，使得液位上升，因而帶來了蒸汽量及氣包壓力的增加，但 此時給水量并未增加，因此，這種液位變化也屬于“虛假液位”。但是熱負荷由蒸 汽壓力控制系統(tǒng)來保證，因而它的影響是次要的。蒸汽量擾動主要取決于汽輪機 的運行工況，屬于外部擾動，鍋爐燃燒率擾動其實也是一種間接的外部擾動。彳艮 顯然這兩種物理量是不可能作為調節(jié)汽包水位的調節(jié)手段的，

14、調節(jié)作用量只能選 擇給水量?！疤摷偎弧?(level swell)現(xiàn)象主要是來自于蒸汽量的變化，顯然 蒸汽量是一個不可調節(jié)的量(對調節(jié)系統(tǒng)而言)，但它是一個可測量，所以在系統(tǒng) 中需要引入這些擾動信息來改善調節(jié)品質。2.2整體結構設計全程給水系統(tǒng)流程圖2.6控制方案鍋爐啟動及低負荷階段，汽包水位 采用單沖量控制方式；達到一定負荷 后，控制系統(tǒng)能自動或手動切換到由蒸 汽流量、給水流量和汽包水位信號組成 的三沖量控制方式。在啟動或低負荷運 行過程中，由于鍋爐需要供水量很小， 常會造成使給水泵工作流量太小的情 況，從而使泵得不到足夠的冷卻而引起 泵的汽蝕，甚至振動。因此，在調節(jié)給 水量的過程中，必須

15、保證給水泵的工作 流量不低于滿足泵足夠冷卻的最小冷 卻水量。所以需要采用最小流量的控制 方式，即設置給水泵再循環(huán)閥實現(xiàn)最小 流量保護。單沖量水位控制系統(tǒng)如圖2.7單沖量給水系統(tǒng)圖2.7單沖量水位控制系統(tǒng)是典型的單回路H木物騏焙爆帳*恕驅刮嬖刊睡噩Z喋柜tfT0Z富卅6調節(jié)系統(tǒng)，由被控對象、測量變送單元、調節(jié)器和執(zhí)行器組成，通過給水流 量調節(jié)氣包液位，這里指的單沖量即氣包液位。其控制方案如圖該控制方案系統(tǒng) 結構簡單，投資少，易實現(xiàn)。但它不能克服“虛假液位”的影響，且不能及時反 映給水量的擾動，控制作用遲緩，因此，只在鍋爐啟動及低負荷階段進行控制。串級三沖量水位控制系統(tǒng)其控制方案如圖所示，其給水調

16、節(jié)任務由兩個調節(jié)器完成。主調節(jié)器PI采用 比例積分調節(jié)器，以保證水位無靜態(tài)偏差，主調節(jié)器輸出信號和給水、蒸汽流量 信號都作用到副調節(jié)器PI2上，一般副調節(jié)器都采用比例調節(jié)器，以保證副回路 的快速性。當給水流量自發(fā)性擾動和蒸汽流量改變時，迅速調節(jié)給水流量，以保 證給水流量與蒸汽流量平衡。由于水位偏差由主調節(jié)器負責校正，所以蒸汽流量 強度系數(shù)a的大小可以根據(jù)鍋爐“虛假水位”的串級三沖量給水控制系統(tǒng)圖2.8嚴重程度來確定，使得負荷在變化時，蒸汽流量的前饋調節(jié)作用更好的客服“虛 假水位”的影響，改善調節(jié)品質。2.2.2 300MW機組給水控制過程機組汽包水位控制系統(tǒng)的SAMA圖如下主給水0%AK%Kf

17、AKS%KS啟動閥 M/A站閥已開A41frAKSKS圖2.9 300MW機組給水控制系統(tǒng)圖該300MW給水機組系統(tǒng)，配有兩臺50%容量的汽動泵和一臺25%的電動泵，電 動泵出水管路設有調節(jié)閥。在正常運行工況下，通過調節(jié)汽動泵轉速控制進入鍋 爐的給水流量，在啟動停止和事故運行工況下，通過調節(jié)電動泵出水管路上的調 節(jié)閥控制給水流量。在電動泵和汽動泵相互切換的過渡運行工況時，三臺給水泵 可同步調節(jié)給水流量。電泵啟動1）啟動之初，主給水閥關閉，電泵定速運行，通過啟動控制閥的節(jié)流作用， 調節(jié)給水流量控制水位?？刂圃砣鐖D所示。此時，啟動控制閥調節(jié)器PID對設 定值和水位值之間的偏差進行PID運算，自動

18、控制指令經(jīng)啟動控制閥M/A站輸出， 去控制啟動控制閥的開度調節(jié)進入汽包的給水，最終使水位等于定值。2）隨著負荷的升高，要求的給水量增加，該啟動控制閥逐漸開大，到了一定 開度以后，調節(jié)性能變差，這時應該手動逐漸打開主給水閥，或者，當負荷增加 控制閥開大以后，當發(fā)現(xiàn)控制閥已無法再對給水進行調節(jié)時，手動升高電泵轉速， 提高壓頭，增加給水。3）隨著負荷繼續(xù)升高，給水壓力已升得較高，閥門承受的節(jié)流壓差也越來越 大，當啟動控制閥門已開到90%以后，可以將電動給水泵轉速控制投自動。給水控 制閥由閥門節(jié)流調節(jié)方式變成了給水泵轉速調節(jié)方式。此時單沖量控制器PID將 對水位與給定值之間的偏差進行計算，PID的輸出

19、經(jīng)電泵M/A站，輸出到電動給 水泵勺管控制機構，自動調整電泵轉速，PID最終使水位等于定值。在電泵轉速 控制投自動的同時，啟動控制閥M/A站，自動地切換成手動，以防止責任不分， 互相干擾。如前所述，隨負荷升高，節(jié)流加強，所以此時應手動打開主給水閥。 作為調節(jié)型閥門，不能長期處于一個高溫高壓環(huán)境中，所以當主給水閥全開后，則發(fā)出一個脈沖，超馳關閉啟動控制閥。電泵三沖量控制負荷繼續(xù)升高后，僅用PID這個單沖量調節(jié)器，已難以保證調節(jié)品質，當負 荷（蒸汽流量）大于30%以后，將自動采用三沖量控制方案。PID調節(jié)器（又稱 為給水流量調節(jié)器）接受給水流量反饋信號，當給水流量由于擾動而發(fā)生波動時， 該調節(jié)器會

20、快速地調節(jié)泵的轉速，有效克服給水波動。用蒸汽流量信號作為給水 流量調節(jié)器PID的設定值的一部分，是為了使進入鍋爐的給水量于流出鍋爐的蒸 汽量隨時保持平衡，這樣可以有效地克服虛假水位對調節(jié)品質的影響。為了最終使水位能保持在定值上，PI調節(jié)器（稱為三沖量水位調節(jié)器）將 對水位與其定值的偏差進行PI運算，其輸出成為給水量設定值的另一部分。PI調 節(jié)器最終將水位維持在設定值（細調）。汽泵投運隨著負荷進一步升高，則需暖汽泵組并啟動。逐步升高小機轉速，升高泵的 出壓頭，轉速大于額定要求轉速時，小機可投入遙控方式，此后，可在小機的M/A 站上控制轉速。當泵的出口壓頭略大于給水母管壓頭時，打開汽泵出口閥，并繼

21、 續(xù)手動調節(jié)汽泵轉速，使汽泵轉速與電泵轉速逐步接近。此時水位仍將由電泵自 動維持。當汽泵與電泵流量相近時，可將汽泵投自動，此時汽動給水泵將按三沖量方 案自動調節(jié)。將電動泵轉速控制M/A站切手動，逐步降低電泵轉速，當其流量較 低時，關閉其出口閥，停電泵（若要將其作為備用泵，出口閥可以不關）。為了使 兩汽泵的負荷均衡，所以用了 MASTER算法。最小流量保護除氧器水箱中的水是飽和水，給水泵入口水可認為是接近飽和的水，汽蝕裕量不大，若 給水泵流量太低（例如啟動時或負荷較低時），泵的效率就會較低，加上冷卻不夠，則可能導 致汽蝕，為了防止汽蝕，在泵的出口與除氧器水箱之間設有一再循環(huán)管，裝有一個再循環(huán)控

22、制閥，可用它分流來保證最低安全流量。3測量儀表選型3.1給水控制系統(tǒng)測量任務給水控制系統(tǒng)中需要測量汽包水位、給水流量、蒸汽流量，因此所選取的測 控設備主要有汽包水位計，給水流量計，蒸汽流量計。但是要實現(xiàn)給水全程控制， 還要這三個測量信號進行修正。汽包水位的修正其原理圖如圖3.1：水位測量汽包壓力其原理如圖3.2所示：可知給水流量的測量一般只需要采用溫度校正，因此所選儀表還包括溫度計， 可采用熱電偶式的溫度計。并且總的給瀟量不僅包括從主管道測出的進入鍋爐 汽包的給水流量，還應包括減溫水量。每一路減溫水的流量都由測量元件測出， 即此處仍需選用流量計，再求和得：減溫水=1級左+1級右+2級左+2級右

23、+3級左+3級右；總給水流量的計算圖3.2主蒸汽流量的校正其原理圖3.3如下：由于主蒸汽流量等于進入汽機的蒸汽和進入高壓旁路的蒸汽量，而根據(jù)費留P 一 ，一、 ,、格爾公式知，汽機蒸汽流量為汽機一級壓力的函數(shù)，且Gpk，因此需測出主*T汽溫度和一級壓力及高龐流量。綜述：由以上可知，本次設計需要測量的量有：表3.1本次設計所需測量量測量信號所需儀器所測量汽包水位方面液位計、壓力傳感器汽包液位高、汽包壓力給水流量方面流量計、熱電偶溫度計減溫水流量、給水流量 給水溫度蒸汽流量方面壓力傳感器、流量計熱電偶溫度計汽機一級壓力、高旁流量 主蒸汽溫度主汽溫度一級壓力P1.FT：高旁流量f(x)QCf(x)S

24、et=1 I旁路投入用于三沖量選擇供BMS用H/LH/L經(jīng)修正的主汽流量主汽流量的計算圖3.33.2測量儀表的選型汽包水位測量方面汽包正常水位（Normal Water Level,NWL）是指鍋爐正常運行過程中汽包中的 水位應該保持的高度，一般稱為汽包的零水位。為了保證鍋爐的安全性和經(jīng)濟性， 在鍋爐運行過程中汽包水位必須保持在正常水位附近，它的允許波動范圍一般在 50mm內。當鍋爐運行不穩(wěn)定、負荷變化較大或自動控制系統(tǒng)故障時，汽包水位 有時會超出上述允許范圍，但是只要沒有上升到影響汽水分離器正常工作的程度， 或者下降到破壞鍋爐水循環(huán)的程度，還是允許鍋爐繼續(xù)運行的。然而，水位變動 范圍過大，就

25、應該引起值班人員的重視，采用相應措施恢復水位正常，如果水位 繼續(xù)變動，達到不能允許的范圍時，就應該立即停止鍋爐的運行，以保證設備安 全。為此，鍋爐廠還規(guī)定了汽包水位的高、低限報警值和跳閘值。對哈爾濱鍋爐 廠生產(chǎn)的亞臨界自然循環(huán)鍋爐，汽包水位達+ 120mm時自動開啟事故放水閥，汽包 水位降至0mm時自動關閉事故放水閥。汽包水位允許高限為+ 120mm （報警），低 限一 180mm （報警），汽包水位達+240mm或一330mm時MFT動作緊急停爐。因此可采用WDP型汽包水位低偏差云母水位計，它是一種低偏差云母水位計，具體如下:表3.2 WDP低壓偏差云母水位計型號工作壓力介質溫度可視高度安裝

26、中心距測量精度生產(chǎn)廠家WDP10-22Mpa310-375C454-255mm600-700mm0.01mm河北天星 闊藍木金 屬有限公 司其變送器可采用181S系列射頻電容液位變送器，射頻電容液位變送器的主要 特點：結構簡單：無任何可動或彈性元部件，因此可靠性極高，維護量極少。一 般情況下，不必進行常規(guī)的大、中、小維修。安裝方便：內裝式結構尤其顯示出這一特點，無需任何專用工具，十幾分 鐘即可裝好。調整方便：零位、量程兩個電位器可在液位檢測有效范圍內任意進行零點 遷移或量程的壓縮或擴展，兩個調整互不影響。用途廣泛：適用于高溫高壓、強腐蝕等介質的液位測量。具體如下：表3.3 181S系列射頻電容

27、液位變送器型號精度承壓范圍工作溫度環(huán)境溫度有效檢測 范圍輸出信號181S1.5級32MPa以下50240 C20 75C0.2 20m420mA、二 線制汽包壓力為16.8Mpa，溫度在540，因此可選用PT142高溫熔體壓力傳感器， 具體如下：表3.4 PT142高溫熔體壓力傳感器型號量程綜合精度工作溫度長期穩(wěn)定性生產(chǎn)廠家PT12430MPa1.0%FS200-650C0.1%FS/年佛山市普量 電子有限公 司由于壓力傳感器所輸送的電勢信號，一般不在采集卡采集范圍內，故應為其配備一臺變送器，可選BP801型擴散硅壓力變送器，具體規(guī)格如下:表3.5 BP801型擴散硅壓力變送器型號量程范圍精度

28、等級輸出信號標準供電生產(chǎn)廠家BP8010-7MPa-35MPa0.1%4-20mADC 二 線DC24V安徽天康（集團）股份有限公司數(shù)據(jù)卡轉換器36大器壓力測量接線圖如下:圖3.4給水流量測量方面恒定電流電咳圖3.5由于給水溫度是250C280C,故可選用E型竦銘一銅竦熱電偶溫度計，該溫 度計耐磨，同時耐沖刷，耐腐蝕，性能穩(wěn)定，壽命長。具體如下：表3.6 WRNK-231竦銘一康銅熱電偶溫度計熱電偶名稱分度號測量范圍常用溫度最大誤差生產(chǎn)廠家竦銘一康銅E0700 C600 C土 2.5 C 或0.75%t北京華電 國冶技術 有限公司溫度測量接線圖如下：由于最大連續(xù)蒸發(fā)量為1025t/h,兩臺50

29、%容量的汽動給水泵，一臺25%容量的 電動泵。所以流量計可選用STP5-FH-dn125型孔板流量計，具體如下：表3.7 LGFK22-2000孔板流量計型號公稱直徑公稱壓力工作溫度量程比精度生產(chǎn)廠 家LGFK22-2000203000mmPN忍22MPa-503600 C1:101:150.5級1級江蘇進 源儀表 廠減溫水流量計可采用KY-LG 一體化孔板流量計，其規(guī)格參數(shù)等具體如下:表3.8 KY-LG 一體化孔板流量計型號公稱直徑公稱壓力工作溫度量程比精度生產(chǎn)廠家KX-LG15 mm WDN忍1200mmPN忍10MPa50C忍 t550C1:101:150.5級1級江蘇、康宇 自動化設

30、 備有限公 司由于該型孔板流量計具有差壓變送器，故不需再單獨添加差壓變送器。主蒸汽流量測量方面考慮到事故時，給水從旁路管道流出，所以其測量水位計仍可采用 STP5-FH-dn125型孔板流量計；汽機一級壓力測量仍可用中的PT142高溫熔 體壓力傳感器；主蒸汽溫度測量仍可采用中的E型竦銘一銅竦熱電偶溫度 計。綜上可知，本次測量所需選用的測量儀器如表3.9所示：表3.9所需儀器匯總表格儀器名 稱WDP低壓 偏差云 母水位 計181S 系 列射頻 電容液 位變送 器PT142高 溫熔體 壓力傳 感器BP801型 擴散硅 壓力變 送器E型竦銘銅竦 熱電偶 溫度計STP5-FH -dn125 型孔板 流

31、量計KY-LG一 體化孔 板流量 計生產(chǎn)廠 家河北天 星闊藍 木金屬 有限公 司江蘇陽 光自動 化設備 有限公 司佛山市普量電子有限公司安徽天 康（集 團）股份 有限公 司北京華 電國冶 技術有 限公司江蘇進源儀表廠江蘇康 宇自動 化設備 有限公 司4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選型4.1數(shù)據(jù)采集基本知識一個完整數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成，包括原始信號、信號調理設備、數(shù)據(jù)采 集設備和計算機。傳感器：將物理信號轉換為可識別的電壓或電流信號；信號調 理：放大、濾波、隔離處理，便于精確測量；數(shù)據(jù)采集設備：將模擬量電信號轉 換為數(shù)字信號送給計算機進行處理，將計算機編輯好的數(shù)字信號轉換為模擬信號 輸出；計算機：安裝驅動和應

32、用軟件，完成數(shù)據(jù)采集、分析和處理。4.2數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標采樣頻率采樣頻率的高低，決定了在一定時間內獲取原始信號信息的多少，為了能夠 較好的再現(xiàn)原始信號，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。根據(jù)奈奎斯 特理論采樣頻率至少是原信號的兩倍，但實際中，一般都需要510倍。采樣方法采集卡通常都有好幾個數(shù)據(jù)通道，如果所有的數(shù)據(jù)通道都輪流使用同一個放 大器和A/D轉換器，要比每個通道單獨使用各自的經(jīng)濟的多，但這僅適用于對時 間不是很重要的場合。如果采樣系統(tǒng)對時間要求嚴格，則必須同時采集，這就需 要每個通道都有自己的放大和A/D轉換器。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行 的是各個數(shù)據(jù)通道公用一套放大

33、器和A/D轉換器。分辨率ADC的位數(shù)越多，分辨率就越高，可區(qū)分的電壓就越小。例如，三位的A/D轉 換把模擬電壓范圍分成23=8段，每段用二進制代碼在000到111之間表示。因而， 數(shù)字信號不能真實地反映原始信號，因為一部分信息被漏掉了。如果增加到十二 位，代碼數(shù)從8增加到212=4096,這樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號數(shù) 字化表示。電壓動態(tài)范圍電壓范圍指ADC能掃描到的最高和最低電壓。一般最好能夠使進入采集卡的 電壓范圍剛好與其符合，以便利用其可靠的分辨率范圍。例如，一個12位多功能 DAQ卡，其可選的范圍從0到10V，或一5到+ 5V，其可選增益有1，2，5，10， 20，50或1

34、00。電壓取值范圍從0到10V，增益為50，則理想分辯電壓是：10V48.8 V50*2 12I/O通道數(shù)該參數(shù)表明了數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號路數(shù)。4.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選型數(shù)據(jù)采集卡的選型本次數(shù)據(jù)采集卡采集的是從液位變送器、壓力變送器、熱電偶、流量計差壓變送器輸入的信號，需采集一道液位信號（汽包液位），兩道壓力信號（汽包壓力、汽機一級壓力），兩道熱電偶溫度信號（給水溫度、主蒸汽溫度），八道流量信號 （給水流量、六道減溫水流量、旁路流量，所以所選采集卡需具有十三道以上通 道。變送器輸出為020mA的電流，采樣率要求最好達到1K以上，分辨率可選高 點，故可采用NI公司的NI PCI-6221

35、數(shù)據(jù)采集卡。NI PCI-6221是NI公司的M系列多功能數(shù)據(jù)采集卡，采用的是一個A/D轉換 器，雖然是多路采集，實際上是分時工作的，所有在多路同時工作時采樣率會成 倍降低。該板卡的主要性能如下：16路模擬信號輸入通道，采 樣率為250kS/s；2路模擬量輸出通道，分辨率 為16位；24路數(shù)字I/O，數(shù)字觸發(fā)；2個32位定時計數(shù)器；NI-DAQmx測試軟件和硬件配 置支持；NI-MCal校準支持；NIST校準證書和多于70多種 的信號調理模塊選擇?；谝陨显?，本設計選擇了圖 4.1 NI PCI-6221NI PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡。4.3.2 NI PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡相關配件E

36、ach NI PCI-S221 requires:Roii over icons above to learn why you need each item in the package.1 Connector Block 1 CableNI PCI-B221Software圖4.2 NI PCI-6221及其配件Connector Block - Screw Terminal SCB-68 - 776844-01Cable - Shielded SHC68-68-EPM (2m) - 192061-02NI PCI-6221推薦配件基本參數(shù)如下：NI SCB-68. Shielded I/O

37、 connector block for use with 68-pin X, M, E, B, S, and R Series DAQ devices. Screw terminals for easy I/O connections or for use with the CA-1000. 2 general-purpose breadboard areas. Onboard cold-junction compensation sensor for low-cost thermocouple measurements圖 4.3 NI SCB-68. For highly accurate

38、 thermocouple measurements use SCC or SCXI signal conditioningOverviewThe NI SCB-68 is a shielded I/O connector block for interfacing I/O signals to plug-in data acquisition (DAQ) devices with 68-pin connectors. Combined with the shielded cables, the SCB-68 provides rugged, very low-noise signal ter

39、mination. It is compatible with single- and dual-connector NI X Series and M Series devices with 68-pin connectors. The connector block is also compatible with most NI E, B, S, and R Series DAQ devices.NI SHC68-68-EPMZoom/Alternate Images圖 4.4 NI SHC68-68-EPM. Connects 68-pin X Series and M Series d

40、evices to 68-pin accessories.0.5, 1,2, 5, and 10 m length. Features individually shielded analog twisted pairs for reduced crosstalk with high-speed boards. Download PDFs for compatibility charts, more detailed descriptions, and ordering information. RoHS compliance. Extended performance version of

41、SHC68-68 shielded cable assemblyOverviewThe NI SHC68-68-EPM is specially designed to work with NI X Series and M Series data acquisition (DAQ) devices. The cable includes separate digital and analog sections, individually shielded twisted pairs for analog inputs, individually shielded analog outputs

42、, and twisted pairs for critical digital I/O. Download the specifications PDF to read the additional features and benefits gained by using the EPM cable. It features a 68-position 0.050 series D-Type connector to 68-position VHDCI connector so you can connect your M Series device to standard 68-pin

43、accessories. Two cables are required to access pins on the two-connector M Series devices. The SHC68-68-EPM is RoHS-compliant.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結構圖如圖4.5：表4.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所選儀器匯總如下:儀器名稱數(shù)據(jù)采集卡接線端子數(shù)據(jù)傳輸線所選型號NI PCI-6221SCB-68SHC68-68-EPM生產(chǎn)廠家NININI5數(shù)據(jù)采集程序設計5.1 LabVIEW數(shù)據(jù)采集介紹LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Virtual Instrument Eng

44、ineering)的簡稱，是美國國家儀器公司(NI)推出的一款用圖標代替文本行 創(chuàng)建應用程序的圖形化編程軟件，它廣泛地被工業(yè)界、學術界和研究實驗室所接 受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、 RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。LabVIEW數(shù)據(jù)采集原理如下圖：Assistant應用軟件NI LabVIEW數(shù)據(jù)采集硬件NI DAQmx*-成湖配置管理軟件Driver Engine (DLL)圖5.15.2基于LabVIEW平臺的虛擬儀器程序設計所有的LabVIEW應用程序，即虛擬儀器(VI)，它包括前面板(Front

45、Panel)、 流程圖(Block Diagram)以及圖標/連結器(Icon/Connector)三部分。前面板：前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上 有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表現(xiàn)有開關、旋鈕、圖形以及其他控制和 顯示對象。但并非畫出兩個控件后程序就可以運行，在前面板后還有一個與之對 應的流程圖。流程圖：流程圖提供VI的圖形化源程序。在流程圖中對VI編程，以控制 和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件連線端 子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結構和連線等。圖標/連接設計：這部分的設計突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設

46、計的思 想。在設計大型自動檢測系統(tǒng)時一步完成一個復雜系統(tǒng)的設計是相當有難度的。 而在LabVIEW中提供的圖標/連接工具正是為實現(xiàn)模塊化設計而準備的。設計者可 把一個復雜自動檢測系統(tǒng)分為多個子系統(tǒng)，每一個都可完成一定的功能。5.3數(shù)據(jù)采集程序設計本次數(shù)據(jù)采集程序設計采用數(shù)據(jù)采集函數(shù)編程，具體步驟如下：配置采集任務液位計測得汽包液位后，經(jīng)液位變送器將液位信號以電信號的方式傳遞給數(shù) 據(jù)采集卡，此電信號為420mA電流信號，而由前段設計可知，鍋爐汽包正常水位 在-20mm+20mm波動，最大允許在-50mm+50mm范圍波動，只有當其達到+240mm或 -330mm時，鍋爐MFT動作緊急停爐，所以本

47、次可采集到的液位信號范圍為 -330mm+240mm，其所對應變送器420mA電流。故可把電流信號轉變?yōu)橐何恍盘枺?假設x-測量電流，y-汽包水位，有關系式y(tǒng)=Ax+B,代入數(shù)值，則有方程 4A+B=-330,10A+B=+240,解得y=35.625x+(-472.5),即為電流與液位的轉換關系 式。程序設計步驟啟動LabVIEW軟件，新建一個VI；打開VI，切換到程序框圖；鼠標右擊打 開函數(shù)窗口，找到測量I/O,鼠標移動到“測量I/O”，找到“Task Const”。圖5.2Task ConstChannel ConstCreate ChannelWriteChannel NodeTimi

48、ng NodeTriqgering Nude將其拖到程序框圖；在“Task Const”上右擊，選擇新的測量任務，選擇MAX；轉換為輸入控件轉換為顯示控件 說明和提示DAQmx - Data Acquisition選根， TOC o 1-5 h z 創(chuàng)建卜替換數(shù)據(jù)操作高縱卜屈性/調整為文本大小進入過濾I陌名稱、MAX 界面； 選擇 Acquire SignalsAnalog InputCurrent;圖575設置基本參數(shù):最大+20mA,最小值4mA、采樣設置設為持續(xù)采樣，采樣頻率1000HZ5.6Continuous Samples100IkTiming SettingsAcquisitio

49、n ModeSamples to Read Rate (Hz)5hunt Resistor ReEr 侗ue (ohms)External 249Terminal ConfigurationDifFerentialCWcim 5Eling 膻CoriHguration Triggering Advanced Timing中牛岸， + xUndo Redo Run Add Channels Remove Channels廊i HI-DAQmx Task .塞 Coimecti on Di agr：ini1 &lle (On Demwhere J is the current, V is t

50、he voltage, m is the resistance.You can measure voltage dropped across the resistor and convert it to current using Ohms Law:N Sam pies specifies fhaf thp 卜=弓1 arm iirMmm三uimc匚umnt is common because1 -H- 1 -8rq=dEChannel SettingsCurrent Input Setup 曾 Settings 敖 CalibrationBank |Measuring CurrentMost measurement devices can measure voltages within a certain range. With m resistorr you also can measure the current through