Design of DCS System for Boiler Drum Water Level Based on MACSV
庞文燕① PANG Wen-yan；王强② WANG Qiang
（①哈尔滨职业技术学院，哈尔滨 150081；②哈尔滨弗伦特航空科技有限责任公司，哈尔滨 150046）
（①Harbin Vocational & Technical College，Harbin 150081，China；②Harbin Fluent Aviation Technology Co.，Ltd.，Harbin 150046，China）
摘要：明确锅炉汽包水位控制的主要任务，对比分析单冲量、双冲量、三冲量控制系统优缺点及适用场合，确定控制方案，并利用MACSV软件实现控制系统的组态。
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.
关键词：锅炉汽包水位；MACSV；DCS；三冲量控制
Key words: boiler drum water level；MACSV；DCS；three-impulse control
中图分类号：TP273；TK323 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）24-0204-02
0 引言
锅炉汽包水位是锅炉安全运行的重要参数之一，体现锅炉产生的蒸汽量和给水量之间的动态平衡关系[1]。本文针对某厂4台小型制汽锅炉，1#~3#锅炉产汽量是20T/H，4#炉产汽量是35T/H，分析系统控制要求，设计辅助用气锅炉生产工艺及实施方案，以锅炉汽包出口蒸汽驱动汽轮机为例设计控制系统。
1 系统分析
锅炉汽包水位控制的主要任务有三个：一是通过控制系统作用保持水位稳定在允许范围，保证锅炉的给水量与蒸发量处于平衡状态；二是实现供水自动控制，保持供水量稳定；三是有效应对“虚假水位”， “虚假水位”是锅炉运行时不真实的水位，产生“虚假水位”的原因有汽包压力突降或突升、锅炉内热负荷突增或骤减等[2]。
2 汽包水位的控制方案设计
考虑锅炉的容量较大，要实现汽包水位控制，采用三冲量控制系统，现对三种方案进行简要分析。
方案一：采用前馈加反馈控制系统，优点是结构简单，可看作单回路控制系统，被控变量是三冲量综合信号。缺点是若系统不能保证物料平衡，负荷发生变化后，水位余差会较大。方案二：与方案一比，将加法器调整到调节器后面，是前馈加串级控制系统，负荷发生变化时，液位能够保持无差。方案三：是以方案二为基础，引入前馈微分补偿环节。微分可以超前调整，改善蒸汽流量的动态补偿效果，是前馈加反馈加串级构成的复合控制系统，包含两个控制回路（给水流量、汽包水位）、一个前馈通道（蒸汽流量），其中，汽包水位、给水流量分别是主副参数，液位流量、给水流量调节器分别是主、副调节器[3]。
方案三能够有效应对“虚假水位”，适用于大容量高压锅炉，故被采用。
3 软件编程
下面以和利时HOLLIAS MACSV软件组态为例，进行三冲量控制方案的实施。
①前期准备：根据锅炉汽包三冲量控制方案，绘制三冲量的逻辑框图。（图1）
②三冲量控制过程分析：锅炉汽包水位受到扰动时，分析其动态过程如下：
L汽包水位↑■PV水位↑■OV主调↓■液位调节器输出↓■SP汽包水位↓■OV副调↑■V调节器阀减小■F给水↓■L汽包水位↓
当蒸汽流量受到扰动时，动态过程分析如下：
F蒸汽流量↑■给水流量调节器输出↑■SP供水↑■OV副调↓■调节阀开度↑■F供水↑■ L汽包水位保持
当给水流量受到扰动时，动态过程分析如下：
F给水流量↑■PV给水流量↑■OV副调↑■V调节阀开度↓■F给水↓
③测点说明：在控制方案中，组态时需要用到的物理量点（实际现场设备），有三个测量变速器，一个液位调节阀，组态前要先定义变量名，其中点名定义要符合组态软件的命名要求：LI01，锅炉汽包液位测量变速器，AI；FI01，给水流量测量变速器，AI；FI02，蒸汽流量测量变速器，AI；LV01，给水调节阀，AO；LIC01，锅炉汽包液位液位调节器，控制器中间量点；FIC01，给水流量调节阀，控制器中间量点。
④软件组态：以HOLLiAS MACSV软件进行组态。在数据库总控中，新建工程，工程命名要符合软件命名要求，然后对本工程进行分域和组号。
设备组态：系统设备组态,主要搭建MACS的体系结构，即设置操作员站、服务器和现场控制站的个数，各站之间通过网络连接起来。IO设备组态，由于测点比较少，添加2个模块即可，一个模拟量输入模块FM148A，一个模拟量输出模块FM151A。（图2）
数据库组态：把物理量点输入到数据库，3个AI和1个AO。（图3）
控制器算法组态：根据控制要求，在控制器画面中进行编程调试。（图4）
PID功能块参数赋值：
LIC01：HSPID：=（PT：=100，TI：=100，SV：=100，KD：=10，TD：=0，OT：=100，OB：=0，SV：=100，OU：=1，DL：=20，MU：=100，MD：=0，PK：=0，OM：=0，AD：=1，TM：=FALSE，ME：=TRUE，AE：=TRUE，CE：=FALSE，TE：=TRUE，FE：=TRUE，PU：=200，PD：=0，RM：=0，AV：=0，DI：=0）；
FIC01：HSPID：=（PT：=100，TI：=100，SV：=100，KD：=10，TD：=0，OT：=100，OB：=0，SV：=100，OU：=1，DL：=20，MU：=100，MD：=0，PK：=0，OM：=0，AD：=1，TM：=FALSE，ME：=TRUE，AE：=TRUE，CE：=FALSE，TE：=TRUE，FE：=TRUE，PU：=200，PD：=0，RM：=0，AV：=0，DI：=0）。
⑤图形画面。
在图形画面中，用一些简图示意现场实际运行设备，并可以添加一些动态链接，把现场的变送器的指示值显示在画面上，也可以把调节阀的开度显示出来，在画面上增加液位和流量的操作面板，既可对锅炉给水调节阀进行控制，也可以对锅炉汽包水位进行控制，方便操作人员进行设备参数的控制。
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参考文献：
[1]程启明，郑勇，杜许峰，郭润清.自抗扰控制器串级三冲量汽包水位控制系统[J].热能动力工程，2008（01）：69-72，108.
[2]王晓明，许天鹏.基于MFAC-PID的锅炉汽包水位控制[J].中南大学学报（自然科学版），2013，44（S1）：52-57.
[3]张宝坤，王淑霞，王艳.机械设计制造及其自动化的发展方向[J].化工装备技术，2011，32（04）：48-54，57. |
