CN107219867A - 一种串联液箱液位控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种串联液箱液位控制系统及其控制方法，解决了两个液箱液位有耦合关系，实际应用中无法长期稳定运行的问题。本发明用两只单回路调节器解决了液位的耦合问题，将第二液箱的液位信号和第一液箱的液位信号一起作为判断回路是否需要补液的依据；第二液箱可采用多种调节机构予以调节液量，且未加入前馈等复杂的控制回路，不需要计算机控制系统，也能完成液位自动控制。
Description
技术领域
本发明属于自动控制系统，尤其涉及一种串联液箱液位控制系统及其控制方法。
背景技术
串联液箱是工业生产生活中经常遇到的情形，如串联水箱在化学化工、发电、给水供水等行业都有非常广泛的涉及。如图1所示，为常见的串联水箱工艺流程示意图，但现有的控制方案为一个补水调节阀控制一个水箱的水位，水箱水位测量变送器将水位测量值PV值进入调节器(DCS)的PID模块，与给定值SP比较，水位低时开大补水调节阀，高时关小调节阀，以控制水箱水位到给定值。用同样的单回路调节器调节另一水箱的水位。控制框图如2所示。从图1可知，两个水箱水位有耦合关系，分别采用2个单回路调节器无法达到解耦控制，实际应用中发现无法长期稳定运行。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种串联液箱液位控制系统及其控制方法，能实现串联液箱液位的解耦自动调节，能有效解决水位不能长期自动投运的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明首先提供了一种串联液箱液位控制系统，包括相互串联构成回路的第一液箱和第二液箱、用于向回路补液并与第一液箱相连的第一补液调节机构、设置在回路上并与第二液箱相连的第二补液调节机构、测量第一液箱液位的第一液位测量变送器、测量第二液箱液位的第二液位测量变送器，还包括两个单回路调节器，其中第一单回路调节器与第一液位测量变送器、第二液位测量变送器相连，第一单回路调节器与第一补液调节机构相连，第二单回路调节器与第二液位测量变送器、第二补液调节机构相连。第一单回路调节器同时接收两个液位测量变送器的反馈值，并进行比较和反馈输出，实现了解耦自动调节的目的。
优选的，所述的回路中的介质为水、油或其它化学液体。
优选的，所述的回路上还设置有若干液位独立控制的液箱。
进一步的，所述的回路上还设置有若干液体输送机构或用液设备。
本发明还提供了一种所述串联水箱水位控制系统的控制方法，步骤如下：
1)根据第一液箱给定液位值H1和第二液箱给定液位值H2得到第一液箱给定液量和第二液箱给定液量；将两者加和作为第一单回路调节器的设定值；
2)第一液位测量变送器、第二液位测量变送器分别测量第一液箱和第二液箱的实时液位值反馈给第一单回路调节器，根据实时液位值换算得到第一液箱和第二液箱的实时液量，将两者加和与第一单回路调节器的设定值比较，当实时液量低于设定值时，第一单回路调节器控制第一补液调节机构开大增加补液流量；当液位高于设定值时关小或关闭补液调节阀，减小或关闭补液流量；
3)第二单回路调节器以第二液箱给定液位值H2换算得到的给定液量为设定值，第二液位测量变送器测量第二液箱的实时液位值反馈给第二单回路调节器，根据实时液位值换算得到第二液箱的实时液量，将其与第二单回路调节器的设定值比较，当实时液量低于设定值时，第二单回路调节器输出增大第二补液调节机构的开度，增加向第二液箱补液的流量；反之，控制第二补液调节机构关小降低向第二液箱补液的流量。
优选的，所述的第二补液调节机构为调节阀门或液泵中的一种或多种；当补液调节机构为多种或同一种类布置多个时，所述的第二单回路调节器与所有的第二补液调节机构相连，并根据工况需要驱动相应的第二补液调节机构工作，以获得最佳的控制效果。
更加优选的，所述的液箱的液位值与液量的换算通过液箱的液位与液质量函数进行，所述的液位与液质量函数为预先测定的函数，第一液箱和第二液箱具有各自独立的液位与液质量函数。液位与液质量函数不是必需的，可直接用液位测量值与液位给定值进行控制，液位到达给定值时液的质量也达到给定值，加入的函数能减小动态调节偏差，提高调节品质。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：用两只简单的单回路调节器解决了液位的耦合问题，未加入前馈等复杂的控制回路，不需要计算机控制系统(DCS或PLC)，也能完成液位自动控制。
火力发电厂的凝汽器水位与除氧器水位控制是典型的串联水箱水位控制系统，目前大都采用给水流量前馈、凝结水流量前馈等比较复杂的方法来实现两水位控制。本发明方案简单、实用、调试方便、参数整定容易，问题查找方便，投资少。
附图说明
图1为串箱液箱液位控制工艺系统图；
图2为单回路水位调节框图；
图3为本发明的解耦自动调节框图；
图4为实施例中的火力发电厂凝结水流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步说明。
如图3所示，为本发明的解耦自动调节框图。在本实施例中本发明所述串联液箱液位控制系统的控制方法，步骤如下：
1)根据第一液箱给定液位值H1，通过第一液箱的液位与液质量函数F(1)得到第一液箱给定液量；同理通过第二液箱给定液位值H2和第二液箱的液位与液体质量函数F(2)，得到第二液箱给定液量；将两者加和作为第一单回路调节器的设定值；
2)第一液位测量变送器、第二液位测量变送器分别测量第一液箱和第二液箱的实时液位值反馈给第一单回路调节器，根据实时液位值换算得到第一液箱和第二液箱的实时液量，将两者加和与第一单回路调节器的设定值比较，当实时液量低于设定值时，第一单回路调节器控制第一补液调节机构开大，增加补液流量；液位高于设定值时关小或关闭补液调节阀(由第一调节器输出决定)，减小或关闭补液流量。
3)第二单回路调节器以第二液箱给定液位值H2根据F(2)换算得到的给定液量为设定值，第二液位测量变送器测量第二液箱的实时液位值反馈给第二单回路调节器，根据实时液位值换算得到第二液箱的实时液量，将其与第二单回路调节器的设定值比较，当实时液量低于设定值时，第二单回路调节器输出增大，控制第二补液调节机构开大，增加向第二液箱补液的流量；反之，控制第二补液调节机构关小降低向第二液箱补液的流量。
设置液位与液体质量函数F(1)和F(2)修正的原因是，不同液位液箱的截面积不同，故液箱液的质量不一定与液位成正比关系，并且两液箱液位的变化与液的总质量变化不一定成正比。同时在给定值回路也加入了函数，以保证测量值与给定值量纲一致。
液位与液体质量函数不是必需的，可直接用液位测量值与液位给定值进行控制，液位到达给定值时液的质量也达到给定值，加入的函数能减小动态调节偏差，提高调节品质。
在如图1所示的串联水箱工艺系统中，液体介质为水，水是循环利用的，假设工艺系统无汽水损耗，整个工艺系统水的总质量维护不变，即回路中水的总质量保持不变。若此时两只水箱水位都不在给定值，一定是一只水箱水的质量增多(水位增高)，另一个水箱水质量减少(水位降低)，只要远择控制某水箱的水位，另一个水位水箱水位也一定能控制在给定值附近。图3控制的是第二水箱水箱的水位、第一补水调节机构一直处于关闭状态(也可控制第一水箱的水位)。
工艺系统有汽水损耗时，整个工艺系统水的总质量将下降，即第一水箱水的质量加上第二水箱水的质量将减小。此时控制第一补水调节机构开大，对系统进行补水。当水的总质量达到给定值时，停止补水。
如图4所示，为火力发电厂凝结液流程图，凝汽器热井液位与除氧器液位互为耦合，是典型的串联液箱液位调节系统。用图3的自动调节框图控制热井液位与除氧器液位，实施效果表面具有动态偏差小(针对300MW机组，动态偏差小于40mm(立式)，20mm(卧式)，调节品质好的优点(静态偏差小于20mm(立式)，10mm(卧式)，在给定值扰动50mm时，稳定时间小于8min)。在本实施例中，凝结液泵大多采用变频，故图3中第二单回路调节器的输出改为去控制凝结液泵的频率，当变频器改为工频运行时，图3中第二单回路调节器的输出切换至凝结液调节门，变频控制与凝结液调门控制有切换回路。
事实上，作为优选的，本发明的第二补液调节机构可以为调节阀门或液泵中的一种或多种；液泵可以设置在第二液箱前或后，具有多种的布置方式，可以根据工况具体选择。当补液调节机构为多种或同一种类布置多个时，所述的第二单回路调节器与所有的第二补液调节机构相连，并根据工况需要驱动相应的第二补液调节机构工作，以获得最佳的控制效果。本发明的第一补液调节机构也可以为液泵或阀门，由于回路一般接外来补液管，其上会设置阀门(补液调节阀)，所以通常以该阀门作为第一补液调节机构。
Claims (7)
1.一种串联液箱液位控制系统，包括相互串联构成回路的第一液箱和第二液箱、用于向回路补充液体并与第一液箱相连的第一补液调节机构、设置在回路上并与第二液箱相连的第二补液调节机构、测量第一液箱液位的第一液位测量变送器、测量第二液箱液位的第二液位测量变送器，其特征在于还包括两个单回路调节器，其中第一单回路调节器与第一液位测量变送器、第二液位测量变送器相连，第一单回路调节器与第一补液调节机构相连，第二单回路调节器与第二液位测量变送器、第二补液调节机构相连。
2.根据权利要求1所述的串联液箱液位控制系统，其特征在于所述的回路中的介质为水、油或其它化学液体。
3.根据权利要求1或2所述的串联液箱液位控制系统，其特征在于所述的回路上还设置有若干液位独立控制的液箱。
4.根据权利要求1所述的串联液箱液位控制系统，其特征在于所述的回路上还设置有若干液体输送机构或用液设备。
5.一种如权利要求1所述串联液箱液位控制系统的控制方法，其特征在于步骤如下：
1)根据第一液箱给定液位值H1和第二液箱给定液位值H2得到第一液箱给定液量和第二液箱给定液量；将两者加和作为第一单回路调节器的设定值；
2)第一液位测量变送器、第二液位测量变送器分别测量第一液箱和第二液箱的实时液位值反馈给第一单回路调节器，根据实时液位值换算得到第一液箱和第二液箱的实时液量，将两者加和与第一单回路调节器的设定值比较，当实时液量低于设定值时，第一单回路调节器控制第一补液调节机构开大增加补液流量；当液位高于设定值时关小或关闭补液调节阀，减小或关闭补液流量；
3)第二单回路调节器以第二液箱给定液位值H2换算得到的给定液量为设定值，第二液位测量变送器测量第二液箱的实时液位值反馈给第二单回路调节器，根据实时液位值换算得到第二液箱的实时液量，将其与第二单回路调节器的设定值比较，当实时液量低于设定值时，第二单回路调节器输出增大第二补液调节机构的开度，增加向第二液箱补液的流量；反之，控制第二补液调节机构关小降低向第二液箱补液的流量。
6.根据权利要求5所述的串联液箱液位控制方法，其特征在于所述的第二补液调节机构为调节阀门或液泵中的一种或多种；当补液调节机构为多种或同一种类布置多个时，所述的第二单回路调节器与所有的第二补液调节机构相连，并根据工况需要驱动相应的第二补液调节机构工作，以获得最佳的控制效果。
7.根据权利要求5所述的串联液箱液位控制方法，其特征在于所述的液箱的液位值与液量的换算通过液箱的液位与液体质量函数进行，所述的液位与液体质量函数为预先测定的函数，第一液箱和第二液箱具有各自独立的液位与液体质量函数。
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