汽包鍋爐給水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(cè)量的重要性3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2鍋爐汽包水位測(cè)量3 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 2控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4 HYPERLINK l bookmark16 o

2、 Current Document 2.1控制對(duì)象的選擇4 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 給水任務(wù)4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)被4 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 被調(diào)量H變化的主要原因5 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 2.2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jī)組給水控制過(guò)程9 HYPERLINK l bookmark100 o Current Document 3測(cè)量?jī)x表選型13 HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 3.1給水控制系統(tǒng)測(cè)量任務(wù)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(cè)量?jī)x表的選型15 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 汽包水位測(cè)量方面15 HYPERLINK l bookmark129 o Current Document 給水流量測(cè)量方面17 HYPERLINK l bookmark132 o Current Document 主蒸汽流量測(cè)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(shí)20 HYPERLINK l bookmark138 o Current Document 4.2數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo)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(guān)配件21 HYPERLINK l bookmark168 o Current Document 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下24 HYPERLINK l bookmark171 o Current

6、 Document 第五章：數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)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(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì)25 HYPERLINK l bookmark183 o Current Document 5.3數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)26 HYPERLINK l bookmark186 o Current Document 配置采集任務(wù)26 HYPERLINK l bookmark189 o Current

7、Document 程序設(shè)計(jì)步驟26 HYPERLINK l bookmark192 o Current Document 6控制系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)31 HYPERLINK l bookmark195 o Current Document 6.1LabVIEW界面設(shè)計(jì)介紹31 HYPERLINK l bookmark201 o Current Document 6.2控制系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)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(shuō)明32 HYPERLINK l bookmark210 o Current Document 參考文獻(xiàn)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(cè)量的重要性對(duì)火力發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，鍋爐汽包滿、缺水事故是長(zhǎng)期困擾其安全的重大惡性事 故之一，究其原因，首先是因?yàn)殄仩t汽包水位的測(cè)量技術(shù)尚有一些不完善，而另 一個(gè)原因，則是缺乏對(duì)汽包水位測(cè)量技術(shù)的理解，這些都導(dǎo)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(nèi)波動(dòng)是鍋爐運(yùn)行的一項(xiàng)重要 安全性指標(biāo)，必須對(duì)其進(jìn)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(zhì)蒸汽的重要變量。尤其對(duì)于大型鍋爐， 其蒸發(fā)量明顯要高，氣包容積相對(duì)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(zhì)，且長(zhǎng) 期運(yùn)行會(huì)使過(guò)熱器結(jié)垢；后者會(huì)引起鍋爐爆炸的危險(xiǎn)。1.2鍋爐汽包水位測(cè)量鍋爐運(yùn)行中，我們是通過(guò)水位測(cè)量系統(tǒng)來(lái)監(jiān)視和控制汽包水位的。當(dāng)汽包水 位超出正常運(yùn)行范圍時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，保護(hù)系統(tǒng)將立即采取必要的 保護(hù)措施，以確保鍋爐和汽輪機(jī)的安全。因此，鍋爐汽包水位測(cè)量系統(tǒng)是機(jī)組安 全運(yùn)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(wù)。2控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1控制對(duì)象的選擇此次設(shè)計(jì)對(duì)象為300MW機(jī)組鍋爐給水控制，鍋爐的主要參數(shù)如下表 300MW機(jī)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(wù)鍋爐給水控制的任務(wù)是使給水量對(duì)應(yīng)于鍋爐的蒸發(fā)量，以保持鍋爐運(yùn)行過(guò)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(nèi)波動(dòng)。一般國(guó)產(chǎn)的300MW 機(jī)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(guò)高或 過(guò)低都將危及鍋爐的安全運(yùn)行，因此，對(duì)于汽包鍋爐來(lái)說(shuō)，給水控制系統(tǒng)的主要 任務(wù)是保證給水流量適應(yīng)于鍋爐蒸發(fā)量的要求，維持汽包水位在合適的范圍內(nèi)(正 常情況下汽包水位限制在-50mm+50mm范圍內(nèi)變化)以保證機(jī)組的安全運(yùn)行。給水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)被

11、調(diào)對(duì)象的示意圖如下：過(guò)熱器給水被調(diào)對(duì)象示意圖 圖2. 1被調(diào)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(duì)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(jìn)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(jìn)入水系統(tǒng)的水首先去填補(bǔ)汽水管路中氣包所讓出的空間，只有當(dāng)氣 包容積不再變化時(shí)，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(dòng)時(shí)，水位調(diào)節(jié)對(duì)象有一定的慣性與滯后。水位在給水?dāng)_動(dòng)下的傳遞函數(shù)為:其中T 遲延時(shí)間s； 飛升速度圖2.3蒸汽量D擾動(dòng)下 汽包水位動(dòng)態(tài)特性圖

12、2.4蒸汽負(fù)荷對(duì)水位的干擾：當(dāng)蒸汽用戶設(shè)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(yīng)該直接下降，如曲線 H1；但由于蒸汽負(fù)荷量突然增大時(shí)，汽 包中壓力減小，汽水循環(huán)管路中的汽化 強(qiáng)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(fù)荷量突然增大的起始瞬間，液位不 會(huì)下降，反而上升，出現(xiàn)“虛假液位” 現(xiàn)象，如曲線H；只有當(dāng)氣包容積與負(fù) 荷相應(yīng)達(dá)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(dòng)時(shí)，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(shè)計(jì) 中必須予以考慮。燃料量擾動(dòng)下的泡包水位動(dòng)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(shí)間常數(shù)，約為1020s;kH2的放大系數(shù)； 飛升速度。爐膛熱負(fù)荷對(duì)水位的干擾當(dāng)燃料量突然增大時(shí)，傳給鍋爐的熱量必然增加，上升管中的蒸發(fā)強(qiáng)度增大， 蒸發(fā)面下的氣包膨脹，使得液位上升，因而帶來(lái)了蒸汽量及氣包壓力的增加，但 此時(shí)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(fù)荷由蒸 汽壓力控制系統(tǒng)來(lái)保證，因而它的影響是次要的。蒸汽量擾動(dòng)主要取決于汽輪機(jī) 的運(yùn)行工況，屬于外部擾動(dòng)，鍋爐燃燒率擾動(dòng)其實(shí)也是一種間接的外部擾動(dòng)。彳艮 顯然這兩種物理量是不可能作為調(diào)節(jié)汽包水位的調(diào)節(jié)手段的，

14、調(diào)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(lái)自于蒸汽量的變化，顯然 蒸汽量是一個(gè)不可調(diào)節(jié)的量(對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言)，但它是一個(gè)可測(cè)量，所以在系統(tǒng) 中需要引入這些擾動(dòng)信息來(lái)改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。2.2整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全程給水系統(tǒng)流程圖2.6控制方案鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷階段，汽包水位 采用單沖量控制方式；達(dá)到一定負(fù)荷 后，控制系統(tǒng)能自動(dòng)或手動(dòng)切換到由蒸 汽流量、給水流量和汽包水位信號(hào)組成 的三沖量控制方式。在啟動(dòng)或低負(fù)荷運(yùn) 行過(guò)程中，由于鍋爐需要供水量很小， 常會(huì)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(dòng)。因此，在調(diào)節(jié)給 水量的過(guò)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(shè)置給水泵再循環(huán)閥實(shí)現(xiàn)最小 流量保護(hù)。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(qū)刮嬖刊睡噩Z喋柜tfT0Z富卅6調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由被控對(duì)象、測(cè)量變送單元、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器組成，通過(guò)給水流 量調(diào)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，易實(shí)現(xiàn)。但它不能克服“虛假液位”的影響，且不能及時(shí)反 映給水量的擾動(dòng)，控制作用遲緩，因此，只在鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷階段進(jìn)行控制。串級(jí)三沖量水位控制系統(tǒng)其控制方案如圖所示，其給水調(diào)

16、節(jié)任務(wù)由兩個(gè)調(diào)節(jié)器完成。主調(diào)節(jié)器PI采用 比例積分調(diào)節(jié)器，以保證水位無(wú)靜態(tài)偏差，主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)和給水、蒸汽流量 信號(hào)都作用到副調(diào)節(jié)器PI2上，一般副調(diào)節(jié)器都采用比例調(diào)節(jié)器，以保證副回路 的快速性。當(dāng)給水流量自發(fā)性擾動(dòng)和蒸汽流量改變時(shí)，迅速調(diào)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(diào)節(jié)器負(fù)責(zé)校正，所以蒸汽流量 強(qiáng)度系數(shù)a的大小可以根據(jù)鍋爐“虛假水位”的串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)圖2.8嚴(yán)重程度來(lái)確定，使得負(fù)荷在變化時(shí)，蒸汽流量的前饋調(diào)節(jié)作用更好的客服“虛 假水位”的影響，改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。2.2.2 300MW機(jī)組給水控制過(guò)程機(jī)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(dòng)閥 M/A站閥已開A41frAKSKS圖2.9 300MW機(jī)組給水控制系統(tǒng)圖該300MW給水機(jī)組系統(tǒng)，配有兩臺(tái)50%容量的汽動(dòng)泵和一臺(tái)25%的電動(dòng)泵，電 動(dòng)泵出水管路設(shè)有調(diào)節(jié)閥。在正常運(yùn)行工況下，通過(guò)調(diào)節(jié)汽動(dòng)泵轉(zhuǎn)速控制進(jìn)入鍋 爐的給水流量，在啟動(dòng)停止和事故運(yùn)行工況下，通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)泵出水管路上的調(diào) 節(jié)閥控制給水流量。在電動(dòng)泵和汽動(dòng)泵相互切換的過(guò)渡運(yùn)行工況時(shí)，三臺(tái)給水泵 可同步調(diào)節(jié)給水流量。電泵啟動(dòng)1）啟動(dòng)之初，主給水閥關(guān)閉，電泵定速運(yùn)行，通過(guò)啟動(dòng)控制閥的節(jié)流作用， 調(diào)節(jié)給水流量控制水位?？刂圃砣鐖D所示。此時(shí)，啟動(dòng)控制閥調(diào)節(jié)器PID對(duì)設(shè) 定值和水位值之間的偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，自動(dòng)

18、控制指令經(jīng)啟動(dòng)控制閥M/A站輸出， 去控制啟動(dòng)控制閥的開度調(diào)節(jié)進(jìn)入汽包的給水，最終使水位等于定值。2）隨著負(fù)荷的升高，要求的給水量增加，該啟動(dòng)控制閥逐漸開大，到了一定 開度以后，調(diào)節(jié)性能變差，這時(shí)應(yīng)該手動(dòng)逐漸打開主給水閥，或者，當(dāng)負(fù)荷增加 控制閥開大以后，當(dāng)發(fā)現(xiàn)控制閥已無(wú)法再對(duì)給水進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，手動(dòng)升高電泵轉(zhuǎn)速， 提高壓頭，增加給水。3）隨著負(fù)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(lái)越 大，當(dāng)啟動(dòng)控制閥門已開到90%以后，可以將電動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速控制投自動(dòng)。給水控 制閥由閥門節(jié)流調(diào)節(jié)方式變成了給水泵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方式。此時(shí)單沖量控制器PID將 對(duì)水位與給定值之間的偏差進(jìn)行計(jì)算，PID的輸出

19、經(jīng)電泵M/A站，輸出到電動(dòng)給 水泵勺管控制機(jī)構(gòu)，自動(dòng)調(diào)整電泵轉(zhuǎn)速，PID最終使水位等于定值。在電泵轉(zhuǎn)速 控制投自動(dòng)的同時(shí)，啟動(dòng)控制閥M/A站，自動(dòng)地切換成手動(dòng)，以防止責(zé)任不分， 互相干擾。如前所述，隨負(fù)荷升高，節(jié)流加強(qiáng)，所以此時(shí)應(yīng)手動(dòng)打開主給水閥。 作為調(diào)節(jié)型閥門，不能長(zhǎng)期處于一個(gè)高溫高壓環(huán)境中，所以當(dāng)主給水閥全開后，則發(fā)出一個(gè)脈沖，超馳關(guān)閉啟動(dòng)控制閥。電泵三沖量控制負(fù)荷繼續(xù)升高后，僅用PID這個(gè)單沖量調(diào)節(jié)器，已難以保證調(diào)節(jié)品質(zhì)，當(dāng)負(fù) 荷（蒸汽流量）大于30%以后，將自動(dòng)采用三沖量控制方案。PID調(diào)節(jié)器（又稱 為給水流量調(diào)節(jié)器）接受給水流量反饋信號(hào)，當(dāng)給水流量由于擾動(dòng)而發(fā)生波動(dòng)時(shí)， 該調(diào)節(jié)器會(huì)

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

21、 續(xù)手動(dòng)調(diào)節(jié)汽泵轉(zhuǎn)速，使汽泵轉(zhuǎn)速與電泵轉(zhuǎn)速逐步接近。此時(shí)水位仍將由電泵自 動(dòng)維持。當(dāng)汽泵與電泵流量相近時(shí)，可將汽泵投自動(dòng)，此時(shí)汽動(dòng)給水泵將按三沖量方 案自動(dòng)調(diào)節(jié)。將電動(dòng)泵轉(zhuǎn)速控制M/A站切手動(dòng)，逐步降低電泵轉(zhuǎn)速，當(dāng)其流量較 低時(shí)，關(guān)閉其出口閥，停電泵（若要將其作為備用泵，出口閥可以不關(guān)）。為了使 兩汽泵的負(fù)荷均衡，所以用了 MASTER算法。最小流量保護(hù)除氧器水箱中的水是飽和水，給水泵入口水可認(rèn)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(dòng)時(shí)或負(fù)荷較低時(shí)），泵的效率就會(huì)較低，加上冷卻不夠，則可能導(dǎo) 致汽蝕，為了防止汽蝕，在泵的出口與除氧器水箱之間設(shè)有一再循環(huán)管，裝有一個(gè)再循環(huán)控

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

23、+3級(jí)左+3級(jí)右；總給水流量的計(jì)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(jìn)入汽機(jī)的蒸汽和進(jìn)入高壓旁路的蒸汽量，而根據(jù)費(fèi)留P 一 ，一、 ,、格爾公式知，汽機(jī)蒸汽流量為汽機(jī)一級(jí)壓力的函數(shù)，且Gpk，因此需測(cè)出主*T汽溫度和一級(jí)壓力及高龐流量。綜述：由以上可知，本次設(shè)計(jì)需要測(cè)量的量有：表3.1本次設(shè)計(jì)所需測(cè)量量測(cè)量信號(hào)所需儀器所測(cè)量汽包水位方面液位計(jì)、壓力傳感器汽包液位高、汽包壓力給水流量方面流量計(jì)、熱電偶溫度計(jì)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(jì)熱電偶溫度計(jì)汽機(jī)一級(jí)壓力、高旁流量 主蒸汽溫度主汽溫度一級(jí)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(jì)算圖3.33.2測(cè)量?jī)x表的選型汽包水位測(cè)量方面汽包正常水位（Normal Water Level,NWL）是指鍋爐正常運(yùn)行過(guò)程中汽包中的 水位應(yīng)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(jì)性， 在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中汽包水位必須保持在正常水位附近，它的允許波動(dòng)范圍一般在 50mm內(nèi)。當(dāng)鍋爐運(yùn)行不穩(wěn)定、負(fù)荷變化較大或自動(dòng)控制系統(tǒng)故障時(shí)，汽包水位 有時(shí)會(huì)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(yùn)行的。然而，水位變動(dòng) 范圍過(guò)大，就

25、應(yīng)該引起值班人員的重視，采用相應(yīng)措施恢復(fù)水位正常，如果水位 繼續(xù)變動(dòng)，達(dá)到不能允許的范圍時(shí)，就應(yīng)該立即停止鍋爐的運(yùn)行，以保證設(shè)備安 全。為此，鍋爐廠還規(guī)定了汽包水位的高、低限報(bào)警值和跳閘值。對(duì)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(dá)+ 120mm時(shí)自動(dòng)開啟事故放水閥，汽包 水位降至0mm時(shí)自動(dòng)關(guān)閉事故放水閥。汽包水位允許高限為+ 120mm （報(bào)警），低 限一 180mm （報(bào)警），汽包水位達(dá)+240mm或一330mm時(shí)MFT動(dòng)作緊急停爐。因此可采用WDP型汽包水位低偏差云母水位計(jì)，它是一種低偏差云母水位計(jì)，具體如下:表3.2 WDP低壓偏差云母水位計(jì)型號(hào)工作壓力介質(zhì)溫度可視高度安裝

26、中心距測(cè)量精度生產(chǎn)廠家WDP10-22Mpa310-375C454-255mm600-700mm0.01mm河北天星 闊藍(lán)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(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：無(wú)任何可動(dòng)或彈性元部件，因此可靠性極高，維護(hù)量極少。一 般情況下，不必進(jìn)行常規(guī)的大、中、小維修。安裝方便：內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)尤其顯示出這一特點(diǎn)，無(wú)需任何專用工具，十幾分 鐘即可裝好。調(diào)整方便：零位、量程兩個(gè)電位器可在液位檢測(cè)有效范圍內(nèi)任意進(jìn)行零點(diǎn) 遷移或量程的壓縮或擴(kuò)展，兩個(gè)調(diào)整互不影響。用途廣泛：適用于高溫高壓、強(qiáng)腐蝕等介質(zhì)的液位測(cè)量。具體如下：表3.3 181S系列射頻電容

27、液位變送器型號(hào)精度承壓范圍工作溫度環(huán)境溫度有效檢測(cè) 范圍輸出信號(hào)181S1.5級(jí)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(hào)量程綜合精度工作溫度長(zhǎng)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(shì)信號(hào)，一般不在采集卡采集范圍內(nèi)，故應(yīng)為其配備一臺(tái)變送器，可選BP801型擴(kuò)散硅壓力變送器，具體規(guī)格如下:表3.5 BP801型擴(kuò)散硅壓力變送器型號(hào)量程范圍精度

28、等級(jí)輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)供電生產(chǎn)廠家BP8010-7MPa-35MPa0.1%4-20mADC 二 線DC24V安徽天康（集團(tuán)）股份有限公司數(shù)據(jù)卡轉(zhuǎn)換器36大器壓力測(cè)量接線圖如下:圖3.4給水流量測(cè)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(jì)，該溫 度計(jì)耐磨，同時(shí)耐沖刷，耐腐蝕，性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)。具體如下：表3.6 WRNK-231竦銘一康銅熱電偶溫度計(jì)熱電偶名稱分度號(hào)測(cè)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(guó)冶技術(shù) 有限公司溫度測(cè)量接線圖如下：由于最大連續(xù)蒸發(fā)量為1025t/h,兩臺(tái)50

29、%容量的汽動(dòng)給水泵，一臺(tái)25%容量的 電動(dòng)泵。所以流量計(jì)可選用STP5-FH-dn125型孔板流量計(jì)，具體如下：表3.7 LGFK22-2000孔板流量計(jì)型號(hào)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(jí)1級(jí)江蘇進(jìn) 源儀表 廠減溫水流量計(jì)可采用KY-LG 一體化孔板流量計(jì)，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(jì)型號(hào)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(jí)1級(jí)江蘇、康宇 自動(dòng)化設(shè)

30、 備有限公 司由于該型孔板流量計(jì)具有差壓變送器，故不需再單獨(dú)添加差壓變送器。主蒸汽流量測(cè)量方面考慮到事故時(shí)，給水從旁路管道流出，所以其測(cè)量水位計(jì)仍可采用 STP5-FH-dn125型孔板流量計(jì)；汽機(jī)一級(jí)壓力測(cè)量仍可用中的PT142高溫熔 體壓力傳感器；主蒸汽溫度測(cè)量仍可采用中的E型竦銘一銅竦熱電偶溫度 計(jì)。綜上可知，本次測(cè)量所需選用的測(cè)量?jī)x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(jì)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(kuò)散硅 壓力變 送器E型竦銘銅竦 熱電偶 溫度計(jì)STP5-FH -dn125 型孔板 流

31、量計(jì)KY-LG一 體化孔 板流量 計(jì)生產(chǎn)廠 家河北天 星闊藍(lán) 木金屬 有限公 司江蘇陽(yáng) 光自動(dòng) 化設(shè)備 有限公 司佛山市普量電子有限公司安徽天 康（集 團(tuán)）股份 有限公 司北京華 電國(guó)冶 技術(shù)有 限公司江蘇進(jìn)源儀表廠江蘇康 宇自動(dòng) 化設(shè)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(shí)一個(gè)完整數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成，包括原始信號(hào)、信號(hào)調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采 集設(shè)備和計(jì)算機(jī)。傳感器：將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為可識(shí)別的電壓或電流信號(hào)；信號(hào)調(diào) 理：放大、濾波、隔離處理，便于精確測(cè)量；數(shù)據(jù)采集設(shè)備：將模擬量電信號(hào)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，將計(jì)算機(jī)編輯好的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào) 輸出；計(jì)算機(jī)：安裝驅(qū)動(dòng)和應(yīng)

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(biāo)采樣頻率采樣頻率的高低，決定了在一定時(shí)間內(nèi)獲取原始信號(hào)信息的多少，為了能夠 較好的再現(xiàn)原始信號(hào)，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(hào)的兩倍，但實(shí)際中，一般都需要510倍。采樣方法采集卡通常都有好幾個(gè)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(gè)放 大器和A/D轉(zhuǎn)換器，要比每個(gè)通道單獨(dú)使用各自的經(jīng)濟(jì)的多，但這僅適用于對(duì)時(shí) 間不是很重要的場(chǎng)合。如果采樣系統(tǒng)對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格，則必須同時(shí)采集，這就需 要每個(gè)通道都有自己的放大和A/D轉(zhuǎn)換器。但是處于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行 的是各個(gè)數(shù)據(jù)通道公用一套放大

33、器和A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn) 換把模擬電壓范圍分成23=8段，每段用二進(jìn)制代碼在000到111之間表示。因而， 數(shù)字信號(hào)不能真實(shí)地反映原始信號(hào)，因?yàn)橐徊糠中畔⒈宦┑袅?。如果增加到十?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(hào)數(shù) 字化表示。電壓動(dòng)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(jìn)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(gè)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(hào)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(jì)差壓變送器輸入的信號(hào)，需采集一道液位信號(hào)（汽包液位），兩道壓力信號(hào)（汽包壓力、汽機(jī)一級(jí)壓力），兩道熱電偶溫度信號(hào)（給水溫度、主蒸汽溫度），八道流量信號(hào) （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(dá)到1K以上，分辨率可選高 點(diǎn)，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(gè)A/D轉(zhuǎn)換 器，雖然是多路采集，實(shí)際上是分時(shí)工作的，所有在多路同時(shí)工作時(shí)采樣率會(huì)成 倍降低。該板卡的主要性能如下：16路模擬信號(hào)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(gè)32位定時(shí)計(jì)數(shù)器；NI-DAQmx測(cè)試軟件和硬件配 置支持；NI-MCal校準(zhǔn)支持；NIST校準(zhǔn)證書和多于70多種 的信號(hào)調(diào)理模塊選擇?；谝陨显?，本設(shè)計(jì)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(guān)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(jié)構(gòu)圖如圖4.5：表4.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所選儀器匯總?cè)缦?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(hào)NI PCI-6221SCB-68SHC68-68-EPM生產(chǎn)廠家NININI5數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)5.1 LabVIEW數(shù)據(jù)采集介紹LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Virtual Instrument Eng

44、ineering)的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)推出的一款用圖標(biāo)代替文本行 創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程軟件，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接 受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì)所有的LabVIEW應(yīng)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(biāo)/連結(jié)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(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和 顯示對(duì)象。但并非畫出兩個(gè)控件后程序就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個(gè)與之對(duì) 應(yīng)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(duì)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(jié)構(gòu)和連線等。圖標(biāo)/連接設(shè)計(jì)：這部分的設(shè)計(jì)突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設(shè)

46、計(jì)的思 想。在設(shè)計(jì)大型自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)一步完成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是相當(dāng)有難度的。 而在LabVIEW中提供的圖標(biāo)/連接工具正是為實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)而準(zhǔn)備的。設(shè)計(jì)者可 把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)都可完成一定的功能。5.3數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)本次數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)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(wù)液位計(jì)測(cè)得汽包液位后，經(jīng)液位變送器將液位信號(hào)以電信號(hào)的方式傳遞給數(shù) 據(jù)采集卡，此電信號(hào)為420mA電流信號(hào)，而由前段設(shè)計(jì)可知，鍋爐汽包正常水位 在-20mm+20mm波動(dòng)，最大允許在-50mm+50mm范圍波動(dòng)，只有當(dāng)其達(dá)到+240mm或 -330mm時(shí)，鍋爐MFT動(dòng)作緊急停爐，所以本

47、次可采集到的液位信號(hào)范圍為 -330mm+240mm，其所對(duì)應(yīng)變送器420mA電流。故可把電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐何恍盘?hào)， 假設(shè)x-測(cè)量電流，y-汽包水位，有關(guān)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(zhuǎn)換關(guān)系 式。程序設(shè)計(jì)步驟啟動(dòng)LabVIEW軟件，新建一個(gè)VI；打開VI，切換到程序框圖；鼠標(biāo)右擊打 開函數(shù)窗口，找到測(cè)量I/O,鼠標(biāo)移動(dòng)到“測(cè)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(cè)量任務(wù)，選擇MAX；轉(zhuǎn)換為輸入控件轉(zhuǎn)換為顯示控件 說(shuō)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(diào)整為文本大小進(jìn)入過(guò)濾I陌名稱、MAX 界面； 選擇 Acquire SignalsAnalog InputCurrent;圖575設(shè)置基本參數(shù):最大+20mA,最小值4mA、采樣設(shè)置設(shè)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