CN104964268A - 锅炉dsc系统利用电接点水位计信号实现自动上水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的锅炉DSC系统利用电接点水位计信号实现自动上水的方法，当平衡容器水位计的输入信号异常时，则采用电接点水位计所采集的水位作为锅炉DSC系统的输入信号，采用单冲量上水方式控制汽包锅炉的液位维持在正常位置。具体包括：a).量程转换；b).模拟信号二选一；c).接入切换模块；d).判断平衡容器水位计的信号是否正常；e).采用三冲量上水方式；f).切换至电接点水位计；g).单冲量上水；h).报警提示。本发明的利用电接点水位计信号实现自动上水的方法，当三冲量上水无法工作时，则自动切换至单冲量上水，以维持汽包内水位在合理位置，保证了汽包锅炉的正常运行，有益效果显著，便于应用推广。

Description

锅炉DSC系统利用电接点水位计信号实现自动上水的方法

技术领域

本发明涉及一种锅炉DSC系统利用电接点水位计信号实现自动上水的方法，更具体的说，尤其涉及一种当平衡容器水位计发生故障时可自动切换至利用电接点水位计采集的水位信号进行单冲量上水的锅炉DSC系统的自动上水的方法。

背景技术

电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。其中，汽包锅炉给水及水位的调节已经完全采用自动的方式加以控制，在不需要操作人员干预的情况下，可以很好的完成生产过程中的给水及水位控制，大大提高了生产效率。汽包锅炉给水控制系统的任务是使给水量适应锅炉蒸发量，并使汽包中水位保持在一定的范围内。因此，汽包水位是影响整个机组安全经济运行的重要因素，所以就要有一套较好的控制方案，来实现汽包水位的控制。

锅炉的汽包水位能够间接反映锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系,维持汽包水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包水位过高,会影响汽包内汽水分离装置的正常工作,造成出口蒸汽水分含量过多,导致过热器管壁结垢而被烧坏,也使过热蒸汽温度急剧变化,直接影响机组的稳定运行。汽包水位过低,可能破坏锅炉水循环,导致水冷壁管被烧坏。汽包锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量,维持汽包水位在规定的范围内波动。

如图1所示，给出了现有汽包锅炉的DSC系统所采用的三冲量自动上水方式的原理图，汽包水位H是汽包中储水量和水面下汽包容积的综合反映,不仅受汽包储水量变化的影响,还受汽水混合物中汽包容积变化的影响。其中主要的扰动为给水流量W、锅炉蒸发量D、汽包压力、炉膛热负荷等,其对水位的影响各不相同。其中给水流量和蒸汽流量是影响汽包水位的2种主要扰动,前者来自调节侧,称为内扰；后者来自负荷侧,称为外扰。

三冲量上水的优势很明显，以汽包液位信号为主参数，利用蒸汽流量信号作为前馈，上水流量信号作为反馈，综合考虑造成汽包液位波动的三种主要因素，所以上水控制精度较高。但该技术缺点也是比较明显的，三个信号中如果任意一个信号错误，三冲量上水就极有可能不能自动控制或控制精度大幅下降。尤其是上水主参数是采用的DCS采集的汽包液位信号，如果该信号出现错误或无规律偏差的话，三冲量自动上水必将无法实现。

通常情况下，一台锅炉配备有两台双色水位计，两台电接点水位计，两台平衡容器水位计。双色水位计为汽包现场液位指示，通过摄像头引入主控室实现冗余和监控。电接点水位计为汽包现场安装，引入主控制数显表实现冗余和监控。平衡容器液位计为锅炉现场安装，由取样管引入现场差压变送器，之后送入锅炉DCS控制系统，经滤波处理后，进行模入信号二选一，实现冗余和液位监控。但有些企业的汽包锅炉受制于成本的限制，锅炉汽包只有一台平衡容器液位计。该方式维修更换成本较高，差压变送器与平衡容器单价都在2万元左右。这也是一些企业安装一台平衡容器液位计的原因之一。

差压变送器对汽包液位取样条件要求较高，一旦平衡容器出现内漏或差压变送器正压室、负压室出现泄露，常会显示汽包满水或缺水的错误信号，导致上水三冲量自动控制无法实现，严重的可能导致锅炉紧急停车，汽包锅炉的正常运行受到影响，严重时可能导致生产事故的发生。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种的锅炉DSC系统利用电接点水位计信号实现自动上水的方法。

本发明的锅炉DSC系统利用电接点水位计信号实现自动上水的方法，锅炉为汽包锅炉，汽包锅炉上设置有两台双色水位计、两台电接点水位计以及两台平衡容器水位计，双色水位计用于汽包液位现场指示，平衡容器水位计的输出经差压变送器的输送后接入锅炉DSC系统，锅炉DSC系统通过三冲量上水方式控制汽包锅炉的液位在正常位置；其特征在于：两台电接点水位计的输出信号也接入至锅炉DSC系统，当平衡容器水位计的输入信号异常时，则采用电接点水位计所采集的水位作为锅炉DSC系统的输入信号，采用单冲量上水方式控制汽包锅炉的液位维持在正常位置。

本发明的锅炉DSC系统利用电接点水位计信号实现自动上水的方法，所述采用电接点水位计的液位作为锅炉DSC系统输入信号的控制方法，具体通过以下步骤来实现：a).量程转换，设两个电接点水位计的检测点均为n个，由高至低检测点分别标记为a0、a2、a3、…、an，其对应的量程大小分别为L1、L2、L3、…、Ln，最低检测点an所代表的区间为[-A1，-A2]，则通过公式(1)将电接点水位计的非连续型数据，转化为连续数据B：

B＝-A1+(a0*L1+a2*L2+…+an*Ln)   (1)

两个电接点水位计均通过公式(1)进行转化，以获取汽包锅炉的两路模拟信号输出；b).模拟信号二选一，将步骤a)获取的汽包锅炉液位的两路模拟信号输入至模拟开关的不同输入端，以选择一路液位模拟信号作出输出；执行步骤c)；c).接入切换模块，将步骤b)中模拟开关的输出和平衡容器水位计的输出分别接到液位信号切换模块的不同输入端，以对选择性输出平衡容器水位计和电接点水位计的液位信号；d).判断平衡容器水位计的信号是否正常，判断平衡容器水位计的液位是否达到或超过最大值或最小值，如果达到或超过，则认为平衡容器水位计输出信号异常，执行步骤f)；如果没有达到或超过，则认为平衡容器水位计的输出正常，执行步骤e)；e).采用三冲量上水方式，如果平衡容器水位计的液位信号正常，则控制液位信号切换模块令平衡容器水位计的信号作为输出，以采用三冲量上水方式控制汽包锅炉的液位在正常范围内；f).切换至电接点水位计，如果平衡容器水位计输出信号异常，则控制液位信号切换模块令电接点水位计的信号作为输出，以利用单冲量上水方式进行控制，执行步骤g)；g).单冲量上水，锅炉DSC系统根据电接点水位计输出的液位值，通过控制上水管路上阀门的开度，采用PID控制调节的方式将汽包锅炉的液位维持在合理位置；h).报警提示，当执行单冲量上水后，则发出一定时间段的报警信号，以提醒工作人员由于平衡容器水位计的输出异常，已有三冲量上水控制改为单冲量上水控制。

本发明的有益效果是：本发明的锅炉DSC系统利用电接点水位计信号实现自动上水的方法，在平衡容器水位计信号正常的情况下，通过其检测的锅炉汽包内的液位并结合给水流量和蒸汽流量，采用三冲量上水的方式对锅炉汽包内的液位进行控制；当平衡容器水位计的信号发生异常导致三冲量上水无法工作时，则自动切换至单冲量上水，单冲量上水以电接点水位计输入的水位信号为依据，通过对进水阀门开度的控制，来实现汽包锅炉的自动上水，以维持汽包内水位在合理位置，保证了汽包锅炉的正常运行，有益效果显著，便于应用推广。

附图说明

图1为现有汽包锅炉的DSC系统所采用的三冲量自动上水方式的原理图；

图2为本发明中模拟信号二选一模块；

图3为本发明中液位选择开关的原理图；

图4为本发明中多点水位算法的原理图；

图5为本发明中平衡容器水位计与电接点水位计切换模块的原理图；

图6为本发明中单冲量上水控制模块的原理图；

图7为本发明中三冲量上水控制模块的原理图；

图8为本发明中单冲量上水手自动切换报警模块的原理图；

图9为本发明中单冲量上水的PV幅值控制模块的原理图；

图10为本发明中上水无扰切换模块的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了现有汽包锅炉的DSC系统所采用的三冲量自动上水方式的原理图，三冲量上水的优势很明显，以汽包液位信号为主参数，利用蒸汽流量信号作为前馈，上水流量信号作为反馈，综合考虑造成汽包液位波动的三种主要因素，所以上水控制精度较高。但是，如果汽包液位、给水流量、蒸汽流量中有一个信号发生错误，则会导致三冲量上水无法正常进行。尤其是对于只设置一个平衡容器液位计的锅炉来说，如果平衡容器液位计信号发生错误，将会导致三冲量上水无法进行，影响生产，严重的可能会导致生产事故。

本发明中，通过将汽包锅炉两侧的2个电接点水位计所检测的液位信号，引入至锅炉DSC系统中，当三冲量上水控制方式不能工作的情况下，作为应急方法将汽包内液位高度维持在合理位置。

如图2至图10所示，给出了本发明的“锅炉DSC系统利用电接点水位计信号实现自动上水的方法”各个步骤中的流程模块图，下面结合附图对本发明的自动上水方法进行说明：

本发明的锅炉DSC系统利用电接点水位计信号实现自动上水的方法，所述采用电接点水位计的液位作为锅炉DSC系统输入信号的控制方法，具体通过以下步骤来实现：

a).量程转换，设两个电接点水位计的检测点均为n个，由高至低检测点分别标记为a0、a2、a3、…、an，其对应的量程大小分别为L1、L2、L3、…、Ln，最低检测点an所代表的区间为[-A1，-A2]，则通过公式(1)将电接点水位计的非连续型数据，转化为连续数据B：

B＝-A1+(a0*L1+a2*L2+…+an*Ln)   (1)

两个电接点水位计均通过公式(1)进行转化，以获取汽包锅炉的两路模拟信号输出；

以设置有一个平衡容器水位计和两个电接点水位计的汽包锅炉为例，设锅炉的编号为3#，多点水位计测点共计18个，顶端与低端的测点为故障检测点。多电水位信号为一对一的BOOL型，是不连续的，而且每段信号所对应的量程区间是不同的。可是DCS系统识别的液位信号是连续的REAL信号(INT型)。如表1所示，给出了18个点所代表的范围和量程。

多点水位计接入DCS系统常见的方法为：

量程转换：将测点信号进行BOOL_TO_INT信号切换，再乘以对应区间上的量程，之后相加得到一个液位的近似值。

表1

点名	范围(mm)	量程	备注
				LT_3_00A	-300--250	-50	常红
LT_3_01A	-250--200	-50	常红
				LT_3_02A	-200--150	-50
LT_3_03A	-150--100	-50
				LT_3_04A	-100--75	-25	超低
LT_3_05A	-75---50	-25	低
				LT_3_06A	-50--30	-20
LT_3_07A	-30--15	-15
				LT_3_08A	-15-0	-15
LT_3_09A	0-15	15
				LT_3_10A	15-30	15
LT_3_11A	30-50	20
				LT_3_12A	50-75	25	高
LT_3_13A	75-100	25	超高
				LT_3_14A	100-150	50
LT_3_15A	150-200	50
				LT_3_17A	200-250	50	常红
LT_3_18A	250-300	50	常红

其中，多点水位计量程为：-300mm～+300mm。共计18个测点，均为BOOL型信号。信号为TRUE为绿色，表示有水；信号为FLASE为红色，表示无水。顶端与低端有四个测点为常红，所以只需要将14个测点接入DCS。

如图4所示，给出了本发明中多点水位算法的原理图，MUL代表相乘运算，ADD表示相加运算，之所以采用初始值为-200mm的正累加算法来计算液位，而不采用测点信号的全累加算法或测点信号直接生成液位，是为了防止个别点的错误信号带来的液位计算错误，因为多点水位计有时会有花点或错误显示。

b).模拟信号二选一，将步骤a)获取的汽包锅炉液位的两路模拟信号输入至模拟开关的不同输入端，以选择一路液位模拟信号作出输出；执行步骤c)；

如图2所示，给出了本发明中模拟信号二选一模块，由于3#锅炉上电接点水位计的数量为两个，因此应通过模拟信号选择模块选择一路作为输出。图中所示的LT_3_18A为3#炉A侧多点液位信号，LT_3_18B为3#炉B侧多点液位信号，经模拟信号二选一模块LT_3_18SEL后选择一路输出。

c).接入切换模块，将步骤b)中模拟开关的输出和平衡容器水位计的输出分别接到液位信号切换模块的不同输入端，以对选择性输出平衡容器水位计和电接点水位计的液位信号；

d).判断平衡容器水位计的信号是否正常，判断平衡容器水位计的液位是否达到或超过最大值或最小值，如果达到或超过，则认为平衡容器水位计输出信号异常，执行步骤f)；如果没有达到或超过，则认为平衡容器水位计的输出正常，执行步骤e)；

如图3所示，给出了本发明中液位选择开关的原理图，当3#炉汽包水位信号LT_301(由平衡容器水位计采集)出现超过250或者-250的越上限或越下限时，则输出的3#炉液位选择开关信号LTXZ3信号有效。

如图5所示，给出了本发明中平衡容器水位计与电接点水位计切换模块的原理图，当输出的3#炉液位选择开关信号LTXZ3信号无效时，则采用平衡容器水位计采集的3#炉汽包液位信号LT_301作为输出，当LTXZ3信号有效时，则采用电接点水位计采集的3#炉多点液位LT_3_18。

e).采用三冲量上水方式，如果平衡容器水位计的液位信号正常，则控制液位信号切换模块令平衡容器水位计的信号作为输出，以采用三冲量上水方式控制汽包锅炉的液位在正常范围内；

如图7所示，给出了本发明中三冲量上水控制模块的原理图，由此可见，在锅炉DSC系统采用三冲量上水控制的模式下，会根据液位、给水流量和蒸汽流量信号进行控制。

f).切换至电接点水位计，如果平衡容器水位计输出信号异常，则控制液位信号切换模块令电接点水位计的信号作为输出，以利用单冲量上水方式进行控制，执行步骤g)；

g).单冲量上水，锅炉DSC系统根据电接点水位计输出的液位值，通过控制上水管路上阀门的开度，采用PID控制调节的方式将汽包锅炉的液位维持在合理位置；

如图6所示，给出了本发明中单冲量上水控制模块的原理图，在平衡容器水位计采集的信号无效时，则采用电接点水位计采集的液位信号，采用单冲量上水方式进行控制，以将汽包锅炉中的水位维持在正常高度。

h).报警提示，当执行单冲量上水后，则发出一定时间段的报警信号，以提醒工作人员由于平衡容器水位计的输出异常，已有三冲量上水控制改为单冲量上水控制。

如图8所示，给出了本发明中单冲量上水手自动切换报警模块的原理图，当转换为单冲量上水后，延时5S后输出报警信号。如图9所示，给出了本发明中单冲量上水的PV幅值控制模块的原理图，以控制单冲量上水的正常进行，如图10所示，给出了本发明中上水无扰切换模块的流程图，通过手动负值LTKG3信号的控制，实现3#炉三冲量上水调节和3#炉单冲量上水调节的自动切换，以输出控制3#炉水位维持在正常状态的3#炉上水调节信号LT_301_C。

Claims (2)

1.一种锅炉DSC系统利用电接点水位计信号实现自动上水的方法，锅炉为汽包锅炉，汽包锅炉上设置有两台双色水位计、两台电接点水位计以及两台平衡容器水位计，双色水位计用于汽包液位现场指示，平衡容器水位计的输出经差压变送器的输送后接入锅炉DSC系统，锅炉DSC系统通过三冲量上水方式控制汽包锅炉的液位在正常位置；其特征在于：两台电接点水位计的输出信号也接入至锅炉DSC系统，当平衡容器水位计的输入信号异常时，则采用电接点水位计所采集的水位作为锅炉DSC系统的输入信号，采用单冲量上水方式控制汽包锅炉的液位维持在正常位置。

2.根据权利要求1所述的锅炉DSC系统利用电接点水位计信号实现自动上水的方法，其特征在于，所述采用电接点水位计的液位作为锅炉DSC系统输入信号的控制方法，具体通过以下步骤来实现：

a).量程转换，设两个电接点水位计的检测点均为n个，由高至低检测点分别标记为a0、a2、a3、…、an，其对应的量程大小分别为L1、L2、L3、…、Ln，最低检测点an所代表的区间为[-A1，-A2]，则通过公式（1）将电接点水位计的非连续型数据，转化为连续数据B：

B=-A1+（a0*L1+a2*L2+…+ an*Ln）     （1）

两个电接点水位计均通过公式（1）进行转化，以获取汽包锅炉的两路模拟信号输出；

b).模拟信号二选一，将步骤a)获取的汽包锅炉液位的两路模拟信号输入至模拟开关的不同输入端，以选择一路液位模拟信号作出输出；执行步骤c)；

c).接入切换模块，将步骤b)中模拟开关的输出和平衡容器水位计的输出分别接到液位信号切换模块的不同输入端，以对选择性输出平衡容器水位计和电接点水位计的液位信号；

d).判断平衡容器水位计的信号是否正常，判断平衡容器水位计的液位是否达到或超过最大值或最小值，如果达到或超过，则认为平衡容器水位计输出信号异常，执行步骤f)；如果没有达到或超过，则认为平衡容器水位计的输出正常，执行步骤e)；

e).采用三冲量上水方式，如果平衡容器水位计的液位信号正常，则控制液位信号切换模块令平衡容器水位计的信号作为输出，以采用三冲量上水方式控制汽包锅炉的液位在正常范围内；

f).切换至电接点水位计，如果平衡容器水位计输出信号异常，则控制液位信号切换模块令电接点水位计的信号作为输出，以利用单冲量上水方式进行控制，执行步骤g)；

g).单冲量上水，锅炉DSC系统根据电接点水位计输出的液位值，通过控制上水管路上阀门的开度，采用PID控制调节的方式将汽包锅炉的液位维持在合理位置；

h).报警提示，当执行单冲量上水后，则发出一定时间段的报警信号，以提醒工作人员由于平衡容器水位计的输出异常，已有三冲量上水控制改为单冲量上水控制。