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1、DeltaV 系统在锅炉汽包水位控制中的应用摘要：本文主要介绍 DeltaV 控制系统在锅炉汽包水位三冲量控制中的组态及应用。关键词：DeltaV 组态 应用 三冲量Abstract: The paper introduces the application of the DeltaV Control System in three-impulse cascade regulation.Keywords: DeltaV Application extraction three-impulse1 前言DCS 系统也称分布式控制系统，其实质是计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的
2、新型控制技术。DeltaV系统是在传统 DCS 系统优势基础上结合 90 年代的现场总线技术，并基于用户的最新需求开发的新一代控制系统，其功能特点是：模块化设计、开放的网络结构、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好、安装简单规范化、调试方便、运行安全可靠等。汽包水位是锅炉运行的主要指标，是一个非常重要的被控变量，维持水位在一定范围内是保证锅炉正常运行的首要条件。水位过高时，饱和水蒸气带水过多，同时过热蒸汽温度急剧下降，影响运行的安全性和经济性。水位过低且负荷较大时，水的汽化速度加快，如不及时补水调节，就会使汽包内水全部汽化，导致炉管损坏，甚至引起爆炸。因此，对汽包内锅炉水位控
3、制要求比较高。使用DeltaV 系统能够较好的满足控制、操作、诊断、维护等要求。2 DeltaV 系统介绍DeltaV 系统是在传统 DCS 系统优势基础上结合 90 年代的现场总线技术，并基于用户的最新需求开发的新一代控制系统，它主要具有如下技术特点：开放的网络结构与 OPC 标准；基金会现场总线（FF）标准的数据结构；模块化结构设计；即插即用、自动识别系统硬件，所有卡件均可带电插拔，操作维护可不必停车；同时系统可实现真正的在线扩展；常规 IO 卡件采用 8 通道分散设计，且每一通道均与现场隔离，充分体现分散控制安全可靠的特点；DeltaV 系统由冗余的控制网络、操作站及控制部分构成。21
4、冗余的控制网络DeltaV 系统的控制网络是以 10M/100M 以太网为基础的冗余的局域网（LAN ）。系统的所有节点（操作站及控制器）均直接连接到控制网络上，不需要增加任何额外的中间接口设备。简单灵活的网络结构可支持就地和远程操作站及控制设备。网络的冗余设计提供了通讯的安全性。通过两个不同的网络集线器及连接电缆，建立两条完全独立的网络，分别接入工作站和控制器的主副两个网口。DeltaV 系统的工作站和控制器都配有冗余的以太网口。DeltaV 系统可支持最多 120 个节点，100 个（不冗余）或 100对（冗余）控制器，60 个工作站，80 个远程工作站；它支持的区域也达到 100 个，使
5、用户安全管理更灵活。22 DeltaV 系统工作站DeltaV 系统工作站是 DeltaV 系统的人机界面，通过这些系统工作站，企业的操作人员、工程管理人员及企业管理人员随时了解、管理并控制整个企业的生产及计划。DeltaV 系统工作站分为三种：ProfessionalPlus 工作站；操作员工作站；应用工作站；图 1 DeltaV 系统结构2.2.1 ProfessionalPlus 工作站每个 DeltaV 系统都需要有一个 ProfessionalPlus 工作站。该工作站包含 DeltaV 系统的全部数据库。系统的所有位号和控制策略被映像到 DeltaV 系统的每个节点设备。2.2.2
6、. 操作员工作站DeltaV 操作员站可提供友好的用户界面、高级图形、实时和历史趋势、由用户规定的过程报警优先级和整个系统安全保证等功能。2.2.3. 应用工作站应用工作站用于支持 DeltaV 系统与其它通讯网络，还可运行第三方应用软件包，并将第三方应用软件的数据链接到 DeltaV 系统中，能提供快速、可靠的信息集成。2.3 DeltaV 系统控制器与 IO 卡件2.3.1. 控制器DeltaV 系统控制器的功能特点：自动分配地址控制器有自动向 DeltaV 控制网络标识自己的能力，当控制器被插入时，它自动给自己分配一个唯一的地址，以即插即用。自动 I/O 检测控制器能够检测到安装在子系统
7、上的 I/O 接口通道。一旦插入 IO 卡件，控制器就能知道 I/O 卡件所连接的现场设备的常用属性。不间断控制操作DeltaV 系统提供了控制器冗余。在系统中可以加入副控制器使其在备用方式下等待，并映象主控制器的操作。出现故障时，备用控制器就会无扰动地切换为主控制器而不中断过程操作，同时向用户发出控制器切换信息。图 2 控制器说明2.3.2. IO 卡件DeltaV 系统的所有 IO 卡件均为模块化设计，可即插即用、自动识别、带电插拔。3 锅炉汽包水位控制锅炉正常运行中，汽包液位是一个重要的监视参数，它反映了锅炉负荷与给水的动平衡关系。液位过高，会影响汽水分离的效果，产生蒸汽带液现象，液位过
8、低会破坏水循环，影响省煤器运行,容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。因此及时而准确地把水位控制在允许的范围之内，并能适应各种工况的运行，是保证机炉安全运行的重要条件。3.1 包给水控制方式3.1.1 单冲量控制启动阶段，当锅炉负荷较小，产气量在 30%以下时，主要采用采用单冲量控制，汽包水位经过二选一选择器，传送至副给水控制器 PI，在汽包压力 01P08，01P09 ，汽包水位 01L03，01L04，主蒸汽温度 02T10，主蒸汽流量 02F01,给水流量 01F01 高低报警均无时，根据水位设定值对测量值进行比例积分运算，自动控制指令由 DCS送出，控制信号送至副给水阀 01YC02，调节
9、副给水阀开度，改变汽包给水流量，最终使汽包水位等于设定值，当汽包压力，水位，主蒸汽温度，流量，给水流量任意出现报警时，副给水控制器将退出自动控制状态，强制进行手动控制，以保证过路的安全运行。图 3 控制原理图3.1.2 三冲量控制负荷继续升高，产气量达到一定程度时，仅用单冲量调节器，当遇到负荷急剧变化，虚假液位出现时，PI 控制器就会误以为汽包液位突然升高，从而关小给水阀，控制给水流量，影响生产并造成了危险，所以当负荷（蒸汽流量）大于 30以后，将采用三冲量控制方案。汽包水位经二选一，进入 PID 调节器 1（称为三冲量水位调节器），将汽包水位与给定值的偏差进行 PID 运算，其输出送至主给水
10、流量调节器 PID2，成为主给水调节器的设定值。主给水流量调节器 PID2 接受给水流量 01F01 反馈信号，并将主蒸汽流量 02F01 与01F01 进行运算，作为主给水流量调节器 PID2 的前馈信号，这样不但可以控制给水阀，迅速克服给水流量的波动。还可以使进入汽包的给水与送出的蒸汽保持平衡，从而有效地克服虚假液位对调节品质的影响，使汽包液位维持在设定值。同样当运行工况或设备发生异常时，既在汽包压力 01P08，01P09 ，汽包水位 01L03，01L04，主蒸汽温度 02T10，主蒸汽流量 02F01,给水流量 01F01 任一存在高低报警时，将被强制转入手动操作状态，并且禁止外部切
11、换，以保证生产过程的安全运行。4 DeltaV 系统在汽包水位控制中的应用4.1 三冲量组态程序中用到了传递功能块，PID 功能块，以及计算 /逻辑功能块。传递功能块 XFR1 的主要作用是进行信号选择，并在特定时间之后把选择的信号传递到输出。PID 功能块 1 作为控制回路的主调节器，PID 功能块 2 作为控制回路的负调节器。计算/逻辑功能块 CALC1主要用于逻辑处理。计算/逻辑功能块 CALC2 实现计算功能。图 3 系统组态图汽包液位 01L03，01L04 由两个外部参数 IN1 和 IN2 引入至传递功能块 XFR1 的 IN_1 和 IN_2 参数。SELECT 是布尔量，与流
12、程图中的按钮相连接，作为中间变量，将按钮的赋值传递给功能块XFR1 的 SELECTOR 参数，实现液位的选择，当流程图中的按钮处于释放状态时，SELECTOR 被赋值 0，传递功能块将 IN_1 的值传递至输出，当 SELECTOR 为 1 时，IN_2 传递值输出。传递功能块 XF1 的输出引致 PID1，做为主调节器的 PV 值，SP值与外部相连，由操作人员，通过流程图画面中的 Faceplate 面板赋值。通过比例，积分，微分运算之后，赋给副调节器 PID2 的CAS_IN 参数，在串级控制模式下，CAS_IN 就作为副调节器的给定值参与控制。在计算/逻辑功能块 CLAC2 中，给水流
13、量与主蒸汽流量进行运算后，作为副调节器的 PV 值，引入到 PID2 中。最终将计算后的值送至 AO，控制 01YC01 动作。计算/逻辑功能块 CALC2 主要是用于逻辑判断，对控制器的控制模式进行切换。当汽包压力 01P08，01P09，汽包水位01L03，01L04，主蒸汽温度 02T10，主蒸汽流量 02F01,给水流量01F01 高低报警出现时，主，副调节器均被强制到手动控制状态，禁止外部切换，保证生产过程的正常运行。当单冲量投自动运行模式时，三冲量的主，副控制器保持在手动控制模式，同样，在三冲量投用串级控制模式时，单冲量被保持在手动模式，实现单/三冲量的互不干扰。5 综述DeltaV 运用于三冲量控制能够较好的控制汽包液位，消除干扰，在化工领域中被广泛应用。
