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1、总第 1 8 5期 d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 5 2 7 9 8 2 0 1 5 0 1 0 2 0 锅 炉汽包水位参数 的压 力校 正及 P L C实现 宋秀娟 ， 杨文方 ( 1 晋城煤业集 团公 司 机 电处 ，山西 晋城0 4 8 0 0 6 ； 2 洛阳理 _T - 学院 电气工程与 自动化系 ，河南 洛阳4 7 1 0 0 0 ) 摘要 ： 锅炉汽包差压水位测量系统会受到汽包压力 因素 的影 响 ， 必须通过压 力校正运算 才能得 出 比较正 确的水位参数。文章介绍了一种水位压力校正算法， 及其基于西门子 s 7 2 0 0的 P L
2、C实现原理。 关键词 ： 差压 ； 水位 ； 压力校正运算 ； P L C 中图分 类号 ： T K 2 2 3 1 3 文献标 识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 5 2 7 9 8 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 5 2 0 2 在火力发电厂 ， 锅炉汽包水位差压测量系统的 应用是非常广泛的 ， 该 系统的原理如图 1所示 。 容器 变 送器 r 一饱和水密度 ； r ” 一饱和蒸汽密度 ； 席一水位高度 ； r 一正压容器水密度 ； r 2 一 负压容器水密度 ； 一水位最大高度差 ； a p一 正负容器压力差 冈 1 汽包差 压水 位测 量系统 该系统 的一个 基本环节就
3、是平衡容 器。它 通过阀门与锅炉汽包相连 ， 相当于 1 个传感器 ， 起到 汽包水位信号 的初步采集作用 ， 其本身 由正 、 负压 2 个容器构成 ， 正 压容器包裹 负压容器 ， 两者相互 隔 离。锅炉正常运行 时， 正压容器 中的水位高度是一 定的 究其原因 叮以这样理解 ： 该容器水位在 水平 上升时 ， 由于水平面将高于上部蒸汽侧导管 ， 那么增 加的水便可通过该导管溢入汽包 ； 而水位若在 L水 平下降时， 蒸汽冷凝水又可补充进来 ， 所以正压容器 的水位总可以保持在 ， J 水平。负压容器与汽包饱和 水连通。其饱 和水位与汽包水位保持动态一致。由 此可 以看出， 平衡容器与差压
4、变送器相连 的正负压 导管 内的压力特点是 ： 正压导管的压力不变 ， 负压导 管的压力随汽包水位的高低而变。利用两导管的差 压即可测出汽包水位 。 在实际应用中， 如果不考虑平衡容器 内的汽水 热力特性 ， 可以得到下式 ： H= L ( 1 一 p P ) ( 1 ) 式 中： P为水位变送器 的量程上限； 其他符号 52 意义见 图 1 所示 。 显然 ， 从式( 1 ) 可以看 出， 假设平衡容器的 ， J 参 数与水位变送器 的量程上限 P能够严格对应 一 致 ， 而且正负压管压力差 p也仅 与水位有关的话 ， 那么根据此式得 出的水位参数就是确定的。但事实 并 非 如此 ， 锅炉
5、运行 时 ， 平 衡容 器 的温度 、 压 力 、 饱 和 水密度和饱和蒸汽密度都处于动态变化之 中， 而这 些变化都会使 上述 的假设 不成 立 ， 这样再 利用 式 ( 1 ) 计算水位参数 ， 误差就会 比较大 。为 了解决这 个问题 ， 提 出以下的压力信号校正运算方法 ， 可以有 效提高水位信号的准确度。 l 汽包水位参数的压力校正运算 按照流体静力学原理 ， 如图 1所示 的平衡容器 ， 其差压输 出为： a p= L r 1 g H r 2 g一( LH) r ” g ( 2 ) 式中 ： g为重力加速度。 通过对平衡容器采取保温措施 ， 可使 r ， 都近 似等于汽包饱 和水的
6、密度 将 r 代人式( 2 ) 得 ： a p=L ( r 一r ” ) g ( r 一r ” ) g ( 3 ) 或 H=La p ( r ， _ r ” ) g ( 4 ) 式 中： r 一r ” 随压力变化的关系可以通过查水和 水蒸汽热力性质表求得 。 汽包压力 P在 2 23 6 M P a范围内 ， r 一r ” 的 变化趋势如表 1所示 。 由表 1可知， 在 2 2 3 6 MP a范围内 r 一r ” 与 压力 P的关系是近似线性的 ， 即可用式( 5 ) 来表示 ： r r”=c1 一 c e P ( 5 ) 从而可用作图法求出 ： r 一r ”=9 0 0 7 53 0 8
7、 6 p ( 6 ) 将式 ( 6 ) 代入式 ( 4 ) ， 得到水位与差压 、 汽包压 收稿 日期 ： 2 0 1 4 7 1 6 作 者简介 ： 宋 秀娟 ( 1 9 7 1一) ， 女 ， 山西晋城人 ， 工 程师 ， 从事 电气技术工作 。 2 0 1 5年 1月 宋秀娟等： 锅炉汽包水位参数的压力校正及 P L C实现 第2 4卷第1 期 力： 之间的关系为 ：L D S M0 0 H=L一 p ( 9 0 0 7 53 0 8 6 p ) g ( 7 ) 表 1 2 2 3 6 MP a 压力范 围内水 汽密度、 密度 差 为 了加大水位的压力补偿范围 ， 对 0 2 2 MP
8、a 和 3 6+o 。MP a的压力 区间也做 同样 的处理 ， 那 么在不 同的压力 区间 水位 的校正计算就可以用一 个统一的式子来完成 即 ： H= L一 p ( A一 印 ) g ( 8 ) 计算结果表明， 式中 A， 在不同压力 区间取值 是不一样的。在软件设计上应予以注意 。 2 系统的 P L C实现方法 采用西门子 S 72 0 0 P L C来实现前面提出的带 有压力校正功能的汽包水位测量系统。硬件系统主 要 由 C P U 2 2 4模 块 ， E M 2 3 1模 拟 量 输 入 模 块 ， 和 E M 2 3 2模拟量输出模块组成 ， 如图 2所示 ： 汽包压力变送器
9、差压水位 变送器 E M2 3 1 吱， C P u2 2 4 E M2 3 2 水 位 计 图 2 P L C硬件 系统框 系统软件设计有两个 关键环节 ： 一个 是汽包 压 力 P、 水位差压信号 P的采样环节 ； 一个是利用式 ( 8 ) 进行水位压力校 正计算 时， 事先根据不 同的压 力区间， 对变量 A、 日进行赋值 的环节。下面分别 予 以介绍 ： 汽包压 力 和水 位差 压信 号 的采样 ， 主要 利 用 s 72 0 0的定时中断 0来完成。下面是 P L C语句表 程序 ： MA I N P R O G R A M： 主程序 Ne t wo r kl L D S M0 1
10、总为 O N的状态存储器位 C A L L 0 调 用 S U B R 0 U T I N E 0 S U B R O U T I N E 0 ： 初始化子程序 Ne t wo r k1 MO V B 1 0 0 S MB 3 4 采样中断时间为 1 0 0 m s ATCH 0 1 0 E N I 开中断 0 I N T E R R U P T 0 ： 采样中断程序 Ne t wo r k 1 LD S M0 0 MO V W A I W4 V W1 0 0 采样汽包压力信号 MO V W A I W5 V W1 0 1 采样水位差压信号 在对变量 、 曰进行赋值这个环节 中， 假定不同 压
11、力区间对应 A、 的常数值如下 ： 0 2 2 MPa：Al ，B】 2 2 3 6 MPa：A，B， 3 6 + MP a：A ，B3 并且假定 2 2 MP a p 3 6 MP a的物理值 区间 对应的存储量化值 区间为 7 0 0 p 9 0 0， 那 么即可 得到以下赋值程序 ： S U B R O U T I N E 1 ： 判断压力区间子程序 Ne t wo r k1 LD S MO 0 L D W 9 0 0时 A N Q O 1 MOVW A3 VW 1 03 M0VW曰3 VW 1 0 4 L D Q o 0 汽包压力 7 0 0 p 9 0 0时 A N q o 1 M0
12、VW A2 VW 1 0 3 M0VW 2 VW 1 0 4 L D Q O 0 汽包 压 力 P 7 0 0时 A Q o 1 MOVW 1 VW 1 0 3 MOVW 1 VW 1 0 4 在上述两个环节之后 ， 再对式 ( 8 ) 进行 程序 设 计 ， 即可最终实现对水位参数的压力校正运算 。 ( 下转第 6 0页) 5 3 2 0 1 5年 1月 卢承 博： 我 国煤 与瓦斯 突出危 险性预测技术研 究现状 第2 4卷 第 1 期 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 突出危 险性 预测 的研究 J 中国煤炭， 2 0 1 1 ， 3 7 ( 1 0 ) ： 1 0
13、 51 0 8 郭德 勇 ， 郑茂杰 ， 郭超 ， 等 煤与瓦斯 突 出预测可 拓 聚类方法及应用 J 煤炭学报， 2 0 0 9 ， 3 4( 6 ) ： 7 8 5 7 8 7 秦书玉 煤与瓦斯突出预报模糊聚类相似分析法 J 中国地质灾害与防治学报， 2 0 0 3 ， 1 4( 4 ) ： 5 8 61 张子戌 ， 刘高峰 ， 吕闰生 ， 等 基于模 糊聚类 分析 和模 糊模式识 别的煤 与瓦斯突出预测 J 煤 田地质 与勘 探 ， 2 0 0 7， 3 5 ( 3 ) ： 2 2 2 5 代凤红， 张振文， 高永利， 等 基于模糊综合评判理论 的瓦斯突出危险性预测 J 辽宁工程技术大学
14、学 报 2 0 0 6 ( s 2 ) ： 7 9 8 1 肖俊贤， 李希建 ， 孟昭君 基于模糊综合评判的煤与 瓦斯突出危险性预测 J 煤炭技术 ， 2 0 1 1 ， 3 0( 6 ) ： 1 1 2 1 1 4 张春 ， 题 正义 ， 周 云 鹏 神经 网络 计算 方法 在煤 与 瓦斯突出预测中的应用 J 煤炭工程 ， 2 0 0 4 ( 7 ) ： 4 9 5 2 Wan g Fu z ho n g， Li u W e i z he Pr e d i c t i o n St r a t e g y o f Co a l a n d Ga s Ou t b u r s t B a s
15、e d o n Ar t i fi c i a l Ne u r a l Ne t wo r k J J o u r n a l of C o m p u t e r s ， 2 0 1 3 ， 8( 1 ) ： 2 4 0 2 4 7 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 J 辽宁工程技术大学学报， 2 0 0 4 ， 2 3( 1 ) ： 9一l 1 陈贤敏 煤 与 瓦斯 突 出 B P神 经 网络 预测 系统 研究 J 煤炭技术 ， 2 0 1 3 ， 3 2 ( 1 ) ： 9 5 9 6 熊亚选 ， 蔡成功 基于人工神经网络的煤与瓦斯突出 预测 J 煤矿安全
16、 ， 2 0 0 4 ， 3 5 ( 9 ) ： 3 5 3 7 梁盛开 ， 曹 琼 罗杨 阳 煤 矿瓦 斯突 出 的神经 网 络 预测 J 固体力学学报， 2 0 1 0 ( s 1 ) ： 1 8 01 8 3 曲方 ， 张龙 ， 李迎 业 ， 等 基 于 B P神 经 网络 的煤 与瓦斯突出预测 系统 开发 J 中 国安 全科 学 学报 2 01 2， 2 2( 1 )： 1 l一1 6 张晓铭 张爱绒 郭 勇义 基于 P S O算法优 化 的 白组 织竞争神经 网络在煤 与瓦斯 突 出预 测 中的应用研 究 J 中国煤炭 ， 2 0 1 3 ， 3 9 ( 1 ) ： 1 0 61 0
17、 9 孙玉峰， 李中才 支持向量机法在煤与瓦斯突出分析 中的应用研究 J 中国安全科学学 报 ， 2 0 1 0 ， 2 0( 1 ) ： 2 52 9 张宏伟 ， 鹿广利， 徐路， 等 支持向量机在煤与瓦斯突 出预测 中的应 用 J 矿 业安全 与环保 ， 2 0 1 3 ， 4 0 ( 2 ) ： 5 55 8 陈祖 云 ， 张桂珍 ， 邬长福 ， 等 基于支 持 向量 机 的煤 与 瓦斯 突 出预 测研 究 J 工业 安 全 与环 保 ， 2 0 1 0 ， 3 6 ( 5)： 3 33 6 2 3 郝吉生 B P算法及其在煤与瓦斯突出预测中的应用 责任编辑： 常丽芳 ( 上接第 5 1
18、页) 4 ) 挡 板 的下端 与胶带 的间 隙控制 在 3 0 0 7 0 0 m m 之 间 ， 改造后有三个作用 ： 矸石量小 的情况下 能正 常走煤 ； 矸石量大的情况下挡住大块石头的冲击 减少胶带的损坏 ； 出稀煤的情况下挡板 的间隙小 ， 减少稀煤的涌出量 ， 减少对运转设备的损坏 ， 降低工 人的劳动强度。 4 结语 改造方案的实施 ， 减少了设备磨损 ， 延长了胶带 的使用寿命 ， 提高了胶带的运输能力 ， 为矿井节能降 耗起到积极的作用 。 责任编辑 ： 常丽芳 ( 上接第 5 3页) 3 结语 实践表 明， 利用 P L C实现锅炉汽包水位参数的 压力校正方便 、 灵活 ， 能够有效提高水位信号的准确 性 。在锅炉水位 自动控制系统的实现上也能起到积 极 的作用。 在工业生产过程 中 ， 对信号进行 函数运算处理 的问题很多。通过对火电厂汽包差压水位压力校正 方法的讨论 ， 有利于加深对此类 问题及其解决之道 的认 识 和理解 。 参 考 文献 ： 2 吴永生 热工测量及仪表 M 北京 ： 水利电力 出版社 ， 1 98 3 庞麓鸣 水和水蒸汽热力性质图和简表 M 北京： 高 等教 育出版社 ， 1 9 8 8 责任编辑： 常丽芳