基于MACSV軟件設計鍋爐汽包水位DCS系統

龐文燕

摘要：明確鍋爐汽包水位控制的主要任務，對比分析單沖量、雙沖量、三沖量控制系統優缺點及適用場合，確定控制方案，并利用MACSV軟件實現控制系統的組態。

Abstract： The main tasks of boiler drum water level control are defined. The advantages and disadvantages of single-impulse， double-impulse and three-impulse control systems are compared and analyzed. The control scheme is determined. The configuration of control system is realized by using MACSV software.

關鍵詞：鍋爐汽包水位;MACSV;DCS;三沖量控制

Key words： boiler drum water level;MACSV;DCS;three-impulse control

中圖分類號：TP273;TK323? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）24-0204-02

0? 引言

鍋爐汽包水位是鍋爐安全運行的重要參數之一，體現鍋爐產生的蒸汽量和給水量之間的動態平衡關系[1]。本文針對某廠4臺小型制汽鍋爐，1#～3#鍋爐產汽量是20T/H，4#爐產汽量是35T/H，分析系統控制要求，設計輔助用氣鍋爐生產工藝及實施方案，以鍋爐汽包出口蒸汽驅動汽輪機為例設計控制系統。

1? 系統分析

鍋爐汽包水位控制的主要任務有三個：一是通過控制系統作用保持水位穩定在允許范圍，保證鍋爐的給水量與蒸發量處于平衡狀態;二是實現供水自動控制，保持供水量穩定;三是有效應對“虛假水位”， “虛假水位”是鍋爐運行時不真實的水位，產生“虛假水位”的原因有汽包壓力突降或突升、鍋爐內熱負荷突增或驟減等[2]。

2? 汽包水位的控制方案設計

考慮鍋爐的容量較大，要實現汽包水位控制，采用三沖量控制系統，現對三種方案進行簡要分析。

方案一：采用前饋加反饋控制系統，優點是結構簡單，可看作單回路控制系統，被控變量是三沖量綜合信號。缺點是若系統不能保證物料平衡，負荷發生變化后，水位余差會較大。方案二：與方案一比，將加法器調整到調節器后面，是前饋加串級控制系統，負荷發生變化時，液位能夠保持無差。方案三：是以方案二為基礎，引入前饋微分補償環節。微分可以超前調整，改善蒸汽流量的動態補償效果，是前饋加反饋加串級構成的復合控制系統，包含兩個控制回路（給水流量、汽包水位）、一個前饋通道（蒸汽流量），其中，汽包水位、給水流量分別是主副參數，液位流量、給水流量調節器分別是主、副調節器[3]。

方案三能夠有效應對“虛假水位”，適用于大容量高壓鍋爐，故被采用。

3? 軟件編程

下面以和利時HOLLIAS MACSV軟件組態為例，進行三沖量控制方案的實施。

①前期準備：根據鍋爐汽包三沖量控制方案，繪制三沖量的邏輯框圖。（圖1）

②三沖量控制過程分析：鍋爐汽包水位受到擾動時，分析其動態過程如下：

③測點說明：在控制方案中，組態時需要用到的物理量點（實際現場設備），有三個測量變速器，一個液位調節閥，組態前要先定義變量名，其中點名定義要符合組態軟件的命名要求：LI01，鍋爐汽包液位測量變速器，AI;FI01，給水流量測量變速器，AI;FI02，蒸汽流量測量變速器，AI;LV01，給水調節閥，AO;LIC01，鍋爐汽包液位液位調節器，控制器中間量點;FIC01，給水流量調節閥，控制器中間量點。

④軟件組態：以HOLLiAS MACSV軟件進行組態。在數據庫總控中，新建工程，工程命名要符合軟件命名要求，然后對本工程進行分域和組號。

設備組態：系統設備組態，主要搭建MACS的體系結構，即設置操作員站、服務器和現場控制站的個數，各站之間通過網絡連接起來。IO設備組態，由于測點比較少，添加2個模塊即可，一個模擬量輸入模塊FM148A，一個模擬量輸出模塊FM151A。（圖2）

數據庫組態：把物理量點輸入到數據庫，3個AI和1個AO。（圖3）

控制器算法組態：根據控制要求，在控制器畫面中進行編程調試。（圖4）

PID功能塊參數賦值：

⑤圖形畫面。

在圖形畫面中，用一些簡圖示意現場實際運行設備，并可以添加一些動態鏈接，把現場的變送器的指示值顯示在畫面上，也可以把調節閥的開度顯示出來，在畫面上增加液位和流量的操作面板，既可對鍋爐給水調節閥進行控制，也可以對鍋爐汽包水位進行控制，方便操作人員進行設備參數的控制。

參考文獻：

[1]程啟明，鄭勇，杜許峰，郭潤清.自抗擾控制器串級三沖量汽包水位控制系統[J].熱能動力工程，2008（01）：69-72，108.

[2]王曉明，許天鵬.基于MFAC-PID的鍋爐汽包水位控制[J].中南大學學報（自然科學版），2013，44（S1）：52-57.

[3]張寶坤，王淑霞，王艷.機械設計制造及其自動化的發展方向[J].化工裝備技術，2011，32（04）：48-54，57.