水位自动

水位自动（共9篇）

水位自动 篇1

摘要：根据转炉炼钢的生产特点, 设计了余热锅炉自动补水控制系统。在分析了汽包水位的动态特性后, 根据其特点选择合适的控制方案, 分别设计了单冲量控制、双冲量控制和三冲量控制系统。并总结了每种控制系统的适用场合, 为生产的正常进行提供及时的指导, 为安全生产创造了必要的先决条件。

关键词：汽包水位,单冲量控制,双冲量控制,三冲量控制,动态特性

一、引言

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。水位过低时，说明汽包内的水量过少，当负荷较大时，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制要求比较高。锅炉给水控制系统结构如图1所示。

二、汽包水位的动态特性

1. 汽包水位在给水流量作用下的动态特性

图2所示是给水流量w作用下, 水位L的阶跃响应曲线。如将给水看作单容量无自衡过程, 水位阶跃响应曲线如图中L1曲线所示。

但由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，所以给水流量w增加后，从原有饱和水中吸收部分热量，这使得水位下气泡容积有所减少。当水位下气泡容积的变化过程逐渐平衡时，水位由于汽包中储水量的增加而逐渐上升，直到水位下气泡容积不再变化时，水位的变化就完全反映了由于储水量的增加而逐渐上升的过程。因此，实际水位曲线如图中L线所示。

2. 汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性在蒸汽流量S扰动作用下，水位的阶跃响应

曲线如图3所示。当蒸汽流量S突然增加时，从锅炉的水位平衡关系来看，蒸汽量S大于给水量w，水位应下降，如图中曲线L1所示。但实际情况并非如此，汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，由于气泡容积增加而使水位变化的曲线如图中L2所示。而实际显示的水位响应曲线L为L1+L2。

从图上可以看出，当蒸汽负荷增加时，虽然锅炉的给水量小于蒸发量，但在一开始时，水位不仅不下降反而上升，然后再下降 (反之，亦然) ，这种现象称之为“虚假液位”。应当指出的是：当负荷突然变化时，水位下气泡容积变化而引起水位的变化速度是很快的，一般为1 0～2 0秒。变化幅度与蒸发量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，这给控制带来一定困难，在设计控制方案时，必须加以注意。

3. 汽包水位在炉膛热负荷作用下的动态特性

当燃料量突然增加时，传给锅炉水的热量也增多，上升管的蒸发强度增大，使蒸发面下的气泡膨胀，液位上升，随之蒸汽流量及汽包压力增加，但是给水流量并没增加，因而这种液位变化也属于“虚假液位”。当热量和水量在炉内重新达到平衡时，液位才慢慢回降。然而这种由于燃料量的突然变化引起的虚假液位比较小，而且热负荷可由蒸汽压力调节系统来保证，因而这种扰动的因素是次要的。

三、几种锅炉汽包水位的控制方案

1. 单冲量控制系统

单冲量控制系统 (冲量一词指的是变量, 单冲量即汽包液位) 是采用汽包液位直接控制给水调节阀 (如图4所示) 。该系统结构简单，投资少, 容易实现, 用于小型低压锅炉。因为这种锅炉的蒸汽负荷比较稳定, 汽包的相对容积大, 用户对蒸汽的要求往往不十分严格, 该控制系统若再配上一些报警联锁装置, 也可以满足生产要求。

在停留时间较短，负荷变化较大时，就不能采用单冲量液位控制系统。

2. 双冲量控制系统

在汽包的水位控制中，最主要的扰动是负荷的变化，那么

引入蒸汽流量来校正, 不仅可以补偿“虚假液位”所引起的误动作，而且使给水调节阀的动作及时 (如图5所示) , 这就构成了双冲量控制系统。从本质上看，双冲量控制系统是一个前馈 (蒸汽流量) 加单回路反馈控制系统构成的复合控制系统。当蒸汽流量加大时, 给水流量亦要相应增加, 此时选用气开阀, 加法器的输出应增加, 即应该取正号。

双冲量控制系统有两个缺点: (1) 调节阀的工作特性不一定完全是线性，这样要做到静态补偿就比较困难; (2) 对于给水系统的扰动不能直接补偿。

为此将引人给水流量信号，构成三冲量控制系统。

3. 三冲量控制系统

(1) 三冲量控制方案I—前馈 (蒸汽流量) 加反馈 (液位，给水流量) 控制系统

该系统可看作三冲量的综合信号作为被控变量的单回路控制系统，投运和整定与单回路控制系统一样，但是如果系统参数设置不能确保物料平衡，则负荷变化时，水位将有余差。

宜作为一般锅炉液位的控制方案，其特点是使用的设备少，整定方法比较简单，调节机构动作比较平稳。

(2) 三冲量控制方案Ⅱ—蒸汽流量前馈给水流量串级控制系统。与方案I比较，其加法器从调节器前移至调节器后，即使出现物料不平衡的现象，只要液位有偏差，调节器的积分作用就能消除偏差。

(3) 三冲量控制方案Ⅲ—蒸汽流量前馈液位与给水流量串级控制组成的控制系统。采用这种控制方案，在负荷变化时给水流量会及时做出相应变化，调节时间也比较短，对于克服“虚假液位”的动态偏差有进一步的好处。适用于大容量高压锅炉，而且要求水位控制严格的场合。

四、控制方案的确定

为保证炼钢生产的需要，在生产中采用了单冲量与双冲量调节自动给水系统。经过无数次的调改调节参数实验，系统中配上一些报警联锁装置最终能保证生产需要。当转炉没有吹氧时，采用单冲量调节 (调节水位) ，通过程序控制不断调节调节阀开度，使汽包内水位达到汽包的中间水位 (3 2 0 m m) ，这时调节阀关闭。当转炉开始吹氧时，采用双冲量调节 (调节水位、给水流量) ，程序中控制最终调节给水流量为4 5 T/H，不断调节调节阀开度给汽包补水，使汽包内水能保证生产的需要。在生产过程中产生的蒸汽与动力厂蒸汽并网。

为保证生产要求，画面、程序中设置一些连锁报警(如图6所示)：汽包水位正常水位线3 2 0 m m，当汽包水位>5 4 0 m m，汽包最高水位报警;当汽包水位<1 0 0 m m，汽包最低水位报警。

当汽包内压力过高时，汽包两个放散阀满足不同要求时， (当汽包压力≥2.3MPa, l#放散阀打开;当汽包压力≤2.1MPa, l#放散阀关闭;当汽包压力≥2.2MPa, 2#放散阀打开;当汽包压力≤2.0MPa, 2#放散阀关闭。) 汽包放散阀打开, 使汽包压力降低。

汽包水位还与给水泵有连锁，当汽包水位<2 7 0 m m一次，给水泵的频率为45HZ高速补水，当汽包水位>340mm一次，给水泵的频率为25HZ低速补水，当汽包水位<320mm一次，给水泵的频率为45HZ高速补水。

五、结论

本文给出了锅炉汽包水位的自动控制方法，通过不同的控制方案以及他们的特性，能够很好的解决锅炉汽包水位控制中的“虚假液位”问题。在使用时，只需根据实际控制对象的规模、灵敏度、控制要求等参数选择合适的控制方案即可。并且设有液位连锁报警，保证了工业生产中的财产和人身安全。

参考文献

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[5]赵聪颖:串级控制在常减压装置减压塔上的应用研究[D]天津大学, 2006:78-82

水位自动 篇2

2.1 锅炉汽包水位测量系统的配置必须采用两种或以上工作原理共存的配置方式。锅炉汽包至少应配置1套就地水位计、3套差压式水位测量装置和2套电极式水位测量装置。

新建锅炉汽包应配置1套就地水位计、3套差压式水位测量装置和3套电极式水位测量装置或1套就地水位计、1套电极式水位测量装置和6套差压式水位测量装置。2.2 锅炉汽包水位控制和保护应分别设置独立的控制器。在控制室，除借助DCS监视汽包水位外，至少还应设置一个独立于DCS及其电源的汽包水位后备显示仪表(或装置)。2.3 锅炉汽包水位控制应分别取自3个独立的差压变送器进行逻辑判断后的信号。3个独立的差压变送器信号应分别通过3个独立的输入/输出(I/O)模件或3条独立的现场总线，引入分散控制系统(DCS)的冗余控制器。

2.4 锅炉汽包水位保护应分别取自3个独立的电极式测量装置或差压式水位测量装置(当采用6套配置时)进行逻辑判断后的信号。当锅炉只配置2个电极式测量装置时，汽包水位保护应取自2个独立的电极式测量装置以及差压式水位测量装置进行逻辑判断后的信号。3个独立的测量装置输出的信号应分别通过3个独立的I/O模件引入DCS的冗余控制器。2.5 每个汽包水位信号补偿用的汽包压力变送器应分别独立配置。

2.6水位测量的差压变送器信号间、电极式测量装置信号间，以及差压变送器和电极式测量装置的信号间应在DCS中设置偏差报警。

2.7 对于进入DCS的汽包水位测量信号应设置包括量程范围、变化速率等坏信号检查手段。2.8 本标准要求配置的电极式水位测量装置应是经实践证明安全可靠，能消除汽包压力影响，全程测量水位精确度高，能确保从锅炉点火起就能投入保护的产品，不允许将达不到上述要求或没有成功应用业绩的不成熟产品在锅炉上应用。

汽包水位测量系统的其它产品和技术也应是先进的、且有成功应用业绩和成熟的。3 汽包水位测量信号的补偿.1 差压式水位测量系统中应设计汽包压力对水位—差压转换关系影响的补偿。应精心配置补偿函数以确保在尽可能大的范围内均能保证补偿精度。

3.2 差压式水位表应充分考虑平衡容器下取样管参比水柱温度对水位测量的影响。应采用参比水柱温度稳定、接近设定温度的平衡容器，或采用经实践证明有成功应用经验的参比水柱温度接近饱和温度的平衡容器。

必要时也可装设能反映参比水柱温度的温度计，监视与设计修正温度的偏差，及由此产生的水位测量的附加误差。汽包水位测量装置的安装

4.1 每个水位测量装置都应具有独立的取样孔。不得在同一取样孔上并联多个水位测量装置，以避免相互影响，降低水位测量的可靠性。

当汽包上水位测量取样孔不够时，可采用在汽包上已提供的大口径取样管中插入1～2个取样管的技术增多取样点。当采用此方法时，应采取适当措施防止各个取样系统互相干扰。

不宜采用加连通管的方法增加取样点。

4.2 水位测量装置安装时，均应以汽包同一端的几何中心线为基准线，采用水准仪精确确定各水位测量装置的安装位置，不应以锅炉平台等物作为参比标准。4.3 安装水位测量装置取样阀门时，应使阀门阀杆处于水平位置。

4.4 水位测量装置在汽包上的开孔位置应根据锅炉汽包内部结构、布置和锅炉运行方式，由锅炉制造厂负责确定和提供。取样孔应尽量避开汽包内水汽工况不稳定区(如安全阀排气口、汽包进水口、下降管口、汽水分离器水槽处等)，若不能避开时，应在汽包内取样管口加装稳流装置。应优先选用汽、水流稳定的汽包端头的测孔或将取样口从汽包内部引至汽包端头。电极式水位测量装置的取样孔应避开炉内加药影响较大的区域。作为锅炉运行中监视、控制和保护的水位测量装置的汽侧取样点不应在汽包蒸汽导管上设置。

4.5 汽包水位计的取样管孔位置,汽侧应高于锅炉汽包水位停炉保护动作值，水侧应低于锅炉汽包水位停炉保护动作值，并有足够的裕量。

4.6 三取二或三取中的三个汽包水位测量装置的取样孔不应设置在汽包的同一端头，同一端头的两个取样口应保持400mm以上距离。三个变送器安装时应保持适当距离。4.7 差压式水位测量装置的单室平衡容器应采用容积为300～800ml的直径为约100mm 的球体或球头圆柱体。

4.8 差压式水位表安装汽水侧取样管时，应保证管道的倾斜度不小于1：100，对于汽侧取样管应使取样孔侧低，对于水侧取样管应使取样孔侧高。

4.9 汽水侧取样管和取样阀门均应良好保温。平衡容器及容器下部形成参比水柱的管道不得保温。引到差压变送器的两根管道应平行敷设共同保温，并根据需要采取防冻措施，但任何情况下，拌热措施不应引起正负压侧取样管介质产生温差。三取二或三取中的三个汽包水位测量装置的取样管间应保持一定距离，且不应将它们保温在一起。电极式汽包水位测量装置的排水管不应与取样管紧挨并排布置。4.10 就地水位计的安装。

4.10.1 就地水位计的零水位线应比汽包内的零水位线低，降低的值取决于汽包工作压力。若现役锅炉就地水位计的零水位线与锅炉汽包内的零水位线相一致，应根据锅炉汽包内工作压力重新标定就地水位表的零水位线，具体降低值应由锅炉制造厂负责提供。

当采用的就地水位计内部水柱温度能始终保持饱和水温时，表计的零水位线应与汽包内的零水位一致。

4.10.2 安装汽水侧取样管时，应保证管道的倾斜度不小于1：100，对于汽侧取样管应使取样孔侧高，对于水侧取样管应使取样孔侧低。4.10.3 汽水侧取样管和取样阀门应良好保温。《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定》 编 制 说 明

国家电力公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》(简称《要求》)和《国家电力公司电站锅炉汽包水位测量系统配置、安装和使用若干规定(试行)》(简称《规定(试行)》)颁发以来，对提高锅炉运行安全性，防止锅炉汽包满缺水事故发挥了重要作用。但是，根据近年来实践，《要求》和《规定(试行)》中的某些条款在实施过程中较难操作。此外，随着汽包水位测量技术的发展，也需要对《规定(试行)》进行重新修订，以形成正式规定。由于国家电力公司已经解散，经与华能国际电力公司、大唐国际电力公司、中国电力投资集团公司、中国华电集团公司、国电电力集团公司和北京国华电力公司协商，决定由电力行业热工自动化标准化技术委员会负责编制《火力发电厂锅炉汽包水位测量系统技术规定》（简称《技术规定》）。

《技术规定》（送审稿）于2004年9月11日完成，随后，电力行业热工自动化标准化技术委员会于2004年9月15日在京主持召开了《技术规定》（送审稿）审查会，参加会议的有华能国际电力公司、中国电力投资集团公司、中国华电集团公司、北京国华电力公司、北京联合电力投资公司、河北省和河南省电力公司、东北电科院、华北电科院和河南电力试验研究所、华北电力设计院以及九个发电厂和二个汽包水位测量装置的制造厂，共计23个单位的23名专家，会议经认真审议，原则同意送审稿，也提出了一些修改意见，根据会议意见，对送审稿进行修改后，完成了报批稿。本标准与《规定（试行）》主要差异如下：

1．本标准适用于新建火力发电厂的汽包锅炉，也适用于已投运锅炉，对于某些要求仅适用于新建汽包锅炉时，将在条文中特别明确说明。

《规定（试行）》仅适用于超高压和亚临界汽包锅炉，本标准扩大到高压汽包锅炉，主要考虑高压锅炉满缺水事故造成的危害也是十分严重的缘故。

2．《规定（试行）》提出5套配置方案。本标准配置数量有所增加，主要考虑有四方面： 1）国内外许多规程，特别是安全准则均要求重要保护和控制功能分开； 2)电极式水位测量装置技术有较大突破，有些产品已经历较长时间和较多应用证明安全可靠，能消除汽包压力影响，全程测量水位精确度高，能确保从锅炉点火起就可以投入水位保护；

3）平衡容器技术也有较大突破，有些产品也能保证差压式水位测量装置的测量精确性、稳定性，并确保启动时投入水位保护；

4）多测孔接管技术取得经验，当锅炉汽包上水位测孔不够时，可用多测孔接管技术解决。3．本标准强调“汽包水位控制和保护应分别设置独立的控制器”，以符合重要保护和控制功能独立性原则。

根据三冗余信号独立性原则，为确保冗余功能真正发挥作用，标准强调三冗余测量系统应从测孔、取样管、水位测量表计（或变送器）、补偿用汽包压力变送器、输入/输出通道均应满足独立性原则。

4．为确保DCS及其供电UPS故障时确保值班人员在控制室仍能监视水位，本标准增加了“在控制室，除借助DCS监视汽包水位外，至少还应设置一个独立于DCS及其电源的汽包水位后备显示仪表（或装置）”。

5．明确要求所有电极式测量装置、差压式变送器的信号间应设置水位偏差报警，当任意二个水位信号偏差超过30mm时应立即判别发生故障的测量装置，或者确定是否是运行不当造成的，以便尽快消除。

6．为了及时排除不正确测量信号导致控制和保护误动，DCS设计时应精心配置量程范围、变化速率等坏信号检查手段。

7．关于差压水位表的平衡容器，“应充分考虑平衡容器下取样管参比水柱温度对水位测量的影响”。

标准提出了两个方案：

①“采用参比水柱温度稳定、接近设定温度的平衡容器”，例如，将单室平衡容器正压侧取样管水平延长一段后再向下，以消除参比水柱出现不可控的温度梯度。②“采用经实践证明有成功应用经验的参比水柱温度接近饱和温度的平衡容器”。8．本标准中除坚持《规定（试行）》中要求“每个水位测量装置应具有独立的取样孔”外，根据最新技术发展，明确提出“当汽包上水位测量取样孔不够时可采用在汽包上已提供的大口径取样管中插入1～2个取样管的方法增多取样点”，但“不宜采用联通管的方法增多取样点”，因为，后者违反了取样孔独立性原则，而且对取样测量准确性有影响。9．《规定（试行）》中规定“就地水位计的零水位线应比汽包内的零水位线低，降低值取决于汽包压力”，本标准根据就地水位计技术发展，补充“当采用的就地水位计内部水柱温度能始终保持饱和水温时，表计的零水位线应与汽包内的零水位线一致”。

水位自动 篇3

摘 要：本文针对电缆沟积水问题设计了一种低成本，高精度，结构简单，安全可靠的水位自动控制装置，其控制核心部分为LM358和555定时器。其电源部分采用了简单可靠的单向全波整流，并用L7809稳压。

关键词：低成本；水位控制

很多工厂地面电缆沟分布范围广，因地势较低，地面施工工程较多，管网遭破坏现象时有发生。一旦发生漏水，势必流向地势较低的电缆沟内，造成电缆沟积水。如遇雨天，积水则更加严重。电缆沟内多为高压电缆，，泡在水中，非常危险，如果电缆绝缘遭到破坏，后果不堪设想。积水严重时更有可能倒灌入变电所内，造成更大的事故。所以，在电缆沟地势较低的位置，都设计建造了集水井，便于安装水泵排水。如果这些水泵都用人工来控制，将会耗费大量的人力和精力，很不现实，如果使用水位控制器来实现自动控制，可以实现无人监视，达到节约成本的效果。

水位控制器有浮球式、电极式等很多种，使用效果也有很大区别。

传统的浮球式水位控制器控制电压为220V，不安全，并且浮球容易被水中杂物卡住，烧坏水泵，其控制精度也较低。而低电压控制的成品水位控制器又价格不菲。为此，我们经过自行设计、试验，制造了一个结构简单，价格便宜的电极式水泵自动排水控制器。

此控制器采用探针式采集水位信息，探针电压低于5V，非常安全。控制器结构紧凑，体积很小，可安装于多处水泵的控制。电路板可用试验板自行设计、焊制。

1 控制器基本工作原理

如图1所示，从N接地、A上限、B下限分别引出一个探针（可用带绝缘的铜线末端拴个螺母代替），N放入水池底部，B固定于水中需要停泵的水位处，A固定于水中需要开泵的水位处。从控制器内的继电器KA引出一组无源常开点与控制水泵的交流接触器的线圈串联。水位控制器通过控制交流接触器控制水泵的开停。当水位到达A时，A与N以水为导体接通，通过LM358（双集成运放）和555定时器的控制，继电器KA吸合，交流接触器吸合，水泵得电运行。当水位低于A而高于B时，KA保持，水泵状态不变，仍保持吸水。当水位低于B时，KA失电，水泵停止运行。

2 电路板具体设计

2.1 电源部分的设计 输入的AC220V通过变压器变为U1=AC12V，U1通过单向全波整流并滤波后得

U2（如图2）=1.2x12=14.4V

U2为直流，在本设计中仅用于驱动DC12V继电器。

U2高于11V，则通过三端稳压器L7809CV，输出稳定的DC9V，记为U3，U3为电路板大部分元器件的工作电压。

2.2 执行部分工作原理 水位达到上限时，A与N接通，LM358的5管脚电压低于6管脚，则LM358中的集成运算放大器通过管脚7输出低电平，555芯片的TR管脚接收到低电平后，555低触发有效。与此同时，因B探针在水中，B与N一直接通，LM358的3管脚电压低于2管脚，LM358中的另一集成运放输出低电平，555的TH管脚接收到低电平，因为这个管脚是高触发管脚，所以在低电平的作用下，触发无效。此时，555的管脚3输出高电平，使三极管T1导通，继电器KM的线圈通过T1的集电极与发射极与大地形成回路，KM吸合，通过交流接触器控制水泵吸水。与此同时，555的管脚3输出的高电平使发光二极管D6导通，显示水泵正在运行。

水泵吸水使水位下降，当水位低于A而高于B时，A与N断开，A回到高电平，LM358的管脚5的电平高于管脚6，LM324的集成运放输出高电平，555的TR管脚接受到高电平时，触发无效，而B与N仍接通，555的TH管脚的触发也无效，因此555保持原状态不变，水泵保持运行状态不变。

当水位下降到低于B时，LM358的管脚3置高电平，高于管脚2，LM358的管脚1输出高电平，555的TH管脚接收到高电平时，555触发有效。此時A与N仍断开，TR为高电平，因此低触发无效。在TH 触发下，555管脚3输出输出低电平，三极管T1截止，KA线圈不能构成回路，KA释放，常开点打开，交流接触器断开，水泵失电停止。与此同时，发光二极管D6熄灭，D7导通发光，显示水泵在停止状态。只有水位再次超过A时水泵才重新启动。

3 总结

本设计的控制器结构简单，安全可靠，其所用电子元件在市场均可买到，成本很低，便于大规模应用。

参考文献：

浅析锅炉汽包水位的自动化控制 篇4

从图1可以得出结论:水流量增大的情况下, 锅炉汽包的容积会变少, 锅炉水位也会随之下降, 但当水流量发生阶跃跳动变化的时候, 锅炉汽包水位, 不会和刚才得出结论一样的结果, 相反锅炉的汽包水位不是立即急速增加, 而是形成一种可连续的变化, 此变化曲线类似于抛物线曲线。这一特性, 在锅炉汽包水位的自动化控制中, 可以供一种思路, 让分析汽包水位的自动化控制得以横向展开;从图2可以得出结论, 当蒸汽的流量迅速增加时, 锅炉汽包水位也随之迅速下降。但是当蒸汽流量在外界干扰的情况下, 进行阶跃跳动变化时, 锅炉汽包水位只是短短的一瞬间随着蒸汽流量的变化而变化, 但之后却发生与之相反的反应, 即随着蒸汽流量的减少, 锅炉内的汽包水位会发生增加, 上升的变化, 其实际变化曲线, 也为一条抛物线曲线。根据这一特性, 在锅炉的汽包水位自动化控制中, 同样也可以提供一种思路, 让分析汽包水位的自动化控制得以纵向展开。

实质上锅炉的汽包水位不只是随着给水流量和蒸汽流量的变化而变化, 锅炉的汽包水位还会随着燃料量的变化而变化。当在锅炉内进行锅炉静态下分析的时候, 由于这时给水的流量和蒸汽的流量都在一种相对静止的状态下, 所以锅炉内汽包水位也会随之控制在一个相对静止的水位上, 即锅炉内汽包水位的变化量为0。锅炉内的汽包水位的自动化控制主要还是根据其汽包水位的动态化分析来进行, 根据锅炉制造和使用的多年积累, 现行的锅炉内汽包水位自动化控制系统, 一共分为三种, 一种是单冲量形式的汽包水位自动调节控制, 一种是双冲量形式的汽包水位自动调节控制, 第三种是三冲量形式的汽包水位自动调节控制。下面来简单的讲述一下这三种控制的原理及缺点。

一、单冲量形式的汽包水位自动调节控制

单冲量形式的汽包水位自动调节控制是一种相对简单的水位控制, 单冲量等同于汽包水位, 它要求锅炉内汽包中的水要在锅炉汽包内保持一定水位且一定长的时间, 在水位产生的稳定水负载下, 同时配合安全装置, 就可以进行单冲量形式的汽包水位自动调节控制。这种控制在汽包水流或气流停留时间过短时, 则不能正常进行水位的自动调节功能。其最大的缺点是容易造成水位的虚假形成, 这样单冲量的调节形式就会产生控制反应过慢, 甚至是停止锅炉内汽包水位的控制。

二、双冲量形式的汽包水位自动调节控制

双冲量形式的汽包水位自动调节控制实质上是对单冲量形式的汽包水位自动调节控制的一种补偿控制调节。单冲量形式的汽包水位自动调节控制主要是对锅炉内自身气流产生的压力的控制调节, 双冲量形式的汽包水位自动调节控制就是引进了蒸汽的流量负压, 对单冲量形式的自动控制容易产生的水位虚假形式给予一定的补偿, 使其控制系统在水位调节过程中反应迅速。但双冲量的锅炉汽包水位控制系统, 也存在不足之处。不足之处在于他的工作曲线不是线性曲线, 而是抛物线曲线, 控制是很难准确无误的进行补偿控制, 这样就会产生和单冲量形式的控制形式类似的问题, 不能很好的控制锅炉内的汽包水位。

三、冲量形式的汽包水位自动调节控制

三冲量形式的汽包水位自动调节控制, 本质上是在单冲量形式的汽包水位自动调节控制和双冲量形式的汽包水位自动调节控制的基础上, 将水量的流量负压加入到锅炉的水位控制系统中, 使三种形式的控制同时在锅炉内发生作用。但是这种控制系统也存在缺点, 即要求锅炉内的物料保持一种相对的平衡, 否则, 在三种负压产生变化时, 其控制的汽包水位也会有偏差, 但总体来讲比上述两种锅炉汽包水位系统精确, 抗外界干扰能力也更强。

锅炉内汽包水位会通过仪表的显示, 让我们掌握及控制, 所以在锅炉显示仪表的选择和使用上, 也要注意一些问题。例如, 锅炉所使用的测量仪表建议全部采用WC系列的数字显示仪表表头。而变压器的安装形式, 第一选择应该为垂直仪表头面安装, 这样起到了节省空间的效果。

结语

通过上述的关于锅炉内汽包水位的分析及控制系统的介绍, 我们会得出结论, 在锅炉内汽包水位的自动化控制研究中, 还是要把主方向定在三冲量形式的汽包水位自动调节控制上, 通过研究三冲量形式的汽包水位自动调节控制的特点及缺点, 我们能更好的改进和完善现有的三冲量形式的汽包水位自动调节控制, 让它在锅炉的制作及使用中发挥水位控制的更大作用。

参考文献

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水位自动 篇5

一、影响汽包水位变化的因素及动态特性分析

在锅炉的运行中, 受多种因素的影响, 锅炉水位会经常发生变化。通过分析, 发现造成锅炉水位变化的因素主要有以下几方面:

1. 锅炉负荷的变化。

在锅炉运行稳定、负荷变化不大, 且给水量调节能够与锅炉燃烧较好配合时, 锅炉内水的损失和补充基本是趋于平衡状态的, 这时汽包水位的变化并不是特别明显的;但如果锅炉负荷突然发生较大变化, 这种平衡就会突然被打破, 继而使水位发生比较明显的波动。负荷突然增大, 而给水和燃烧未相应调整时, 会使锅炉水饱和温度下降, 汽水混合物比容增加, 体积增大, 而形成虚假水位, 使水位瞬间升高;但随着负荷的持续, 则会使水位逐渐下降。因此, 在这种情况下, 汽包水位往往呈现出先高后低的变化趋势;而当负荷突然降低时, 汽包水位则会出现与之相反的、先低后高的变化趋势。

2. 给水量的变化。

水压的大小决定了给水流量的变化, 而给水流量对锅炉水位的影响则是最为直接的, 也是最显而易见的。从水位变化趋势来看, 给水流量的变化与汽包水位的变化是正向相关的, 在锅炉负荷和燃烧工况条件不变时, 给水流量的升高会使汽包水位升高;反之亦然, 给水流量的下降也会引起汽包水位的下降。

3. 燃烧工况的变化。

燃烧工况对汽包水位变化的影响也是非常明显的, 当燃料量突然增大、锅炉燃烧率突然上升时, 会使锅炉内水的汽化加强, 汽水混合物体积迅速膨胀, 形成虚假水位, 造成水位的暂时升高, 随之则是水位的下降;当燃料量降低时, 汽包水位的变化则是与此相反的。

4. 锅炉设备原因。

设备原因则主要是指汽包相对水容积以及设备的故障、泄漏等问题。汽包相对水容积越小, 水位变化速度则越快、越明显;相对水容积越大, 则水位变化速度越慢。另外, 锅炉水冷壁、高压加热器以及给水系统设备故障等问题, 也会对汽包水位变化造成不同程度的影响。

二、锅炉水位调节的自动化控制方案

通过对锅炉水位影响因素和变化特性的分析, 我们可以发现, 在不同运行工况和影响因素下, 锅炉水位的变化特性会呈现出一定的曲线变化, 具有一定的规律性, 而这种变化特性则为锅炉汽包水位调节的自动化控制提供了相应的设计思路和方案。使锅炉能够在不同工况和影响因素下, 水位得到良好的调节和控制, 尽量保持水损失与供给的平衡, 水位在要求范围内趋于稳定。锅炉水位调节的自动化控制方案主要有以下:

1. 单冲量控制系统。

单冲量形式是一种较为简单的水位自动调节控制方式, 单冲量等同于汽包水位, 汽包液位直接控制给水调节阀, 其结构和控制原理都较为简单, 而且投资也较少, 易于实现。这种控制方式是以给水量为操作变量的, 在锅炉负荷不高且稳定, 蒸发量较小时, 水在汽包内可以停留较长的时间, “假水位”的现象也不十分明显, 再配以必要的安全装置, 能够满足低负荷的生产需要;而当蒸发量突然增大时, “假水位”情况则比较明显, 同时会给调节器提供错误的“假水位”信号, 使调节器无法及时调节补水, 严重时还会因水位过低造成比较严重的事故。因此, 该控制方案更适用于小型低压锅炉, 在蒸发量较大的大中型锅炉中不宜采用。

2. 双冲量控制系统。

双冲量控制方式就是在单冲量控制的基础上, 引入了对蒸汽流量的测量, 其实质就是对单冲量形式的一种补充和校正。在汽包的水位控制中, 最为主要的影响因素就是负荷的变化, 由于单冲量是以汽包液位为参照直接控制给水量的, 因而这种单一控制方式下, “假水位“带来的影响也比较大, 造成给水调节不及时。而冲量控制方式则加入了蒸汽流量测量, 以蒸汽流量来控制给水量, 这种控制方式一定程度上降低了“假水位”带来的影响, 使锅炉水位自动调节更为准确、及时, 改善了控制效果。但同时, 双冲量控制方式也有一定的缺点, 就是不能测量给水系统的扰动影响, 也无法做出相应的补偿。

3. 三冲量控制系统。

三冲量控制是在双冲量控制的基础上, 又加入了给水流量信号而构成的。该控制方式下, 汽包液位、蒸汽流量、给水流量三个信号组合在一起, 经过一定的运算后, 共同控制一个给水阀, 使得三种形式的控制共同在锅炉水位调节中发生作用, 从而进一步减少了扰动因素的影响, 提升了控制效果。

三、水位调节自动控制方案的实现

在转炉炼钢生产中, 为满足生产需要, 在生产中普遍采用了单冲量与双冲量调节自动给水系统, 同时根据生产实际, 在系统中配备上一些报警联锁装置, 最终能保证锅炉安全稳定运行。当转炉没有吹氧时, 采用单冲量自动调节, 通过程序控制调节阀开度调节各给水量, 使汽包内水位达到汽包的中间水位时关闭;当转炉开始吹氧时, 则调整为双冲量调节方式为汽包补水。为确保锅炉安全运行, 在操作程序和设备中还设置一些连锁报警设备, 当汽包水位过高或过低时进行报警。同时, 自动化控制系统还与放散阀和水泵联锁, 根据汽包内压力情况和汽包实时水位情况, 及时调节各放散阀的开关以及给水泵的补水量, 实现锅炉水位监测、调节、安全报警的全自动化控制。

锅炉汽包水位的调节主要是通过改变给水流量来实现的, 因此, 锅炉运行中要控制好锅炉水位, 首先就必须做好对水位的实时监控。在锅炉正常运转情况下, 汽包水位监测应以就地水位计为准, 同时参照低地位水位计和电接点水位计作为监测手段, 以此作为水位自动调节的标准, 调节并保持各因素之间的平衡关系, 以维持汽包水位的稳定。除此以外, 为保证汽包水位各监测指示计的准确性, 应经常将其与就地水位计进行校对, 并且水位高、低报警等安全装置也必须定期检验。

四、结语

我们总结了锅炉汽包水位调节的自动化控制中, 三种冲量形式的特点, 并且对锅炉水位变化动态特性和影响因素进行了分析, 认为在锅炉水位调节的自动化控制应用中, 采用合适的控制方案, 可以最大化地解决锅炉汽包水位控制中的“虚假液位”问题, 提高自动化控制效用, 使锅炉汽包水位得到准确而及时的调节, 再配以各种自动化安全报警设备, 从而保证了锅炉的安全、高效运行。

参考文献

[1]孙德强.浅谈先进过程控制在锅炉汽包水位控制的应用[J].城市建设理论研究, 2013 (5) .

[2]金以慧.过程控制[M].北京:清华大学出版社, 2005.

低加水位自动控制方式的改进研究 篇6

关键词：PID调节器,自动控制,DCS控制

1 研究背景

大庆油田热电厂低压加热器水位自动控制系统是通过LD301智能变送器 (具有测量调节功能) 去控制变频器的控制方式来实现水位自动控制的, 而采用的美国LD301智能变送器, 在就地进行参数设置时, 必须与手握式编程器连接进行参数设定, 因编程器与变送器在连接时连接回路复杂, 且手握式编程器使用时间已超十年, 编程器内部元件已老化, 现已无法使用且此型号编程器在市面上无法买到, 致使低加水位自动调节无法实现, 低加疏水无法正常回收, 造成巨大的浪费。针对这种情况, 我们进行了低加水位自动控制方式的改进研究。

2 研究目的

油田热电厂低压加热器水位控制系统是在给水管路上加装给水泵和电子电动单座调节阀, 调节阀接受LD301输出的4~20mA控制信号, 控制低压加热器水箱水箱底部开孔作取压口, 经导压软管连至I。D301压力入口。LD301本体安装位置应低于水箱取压口。由给出的测量高限值40MPa可计算出最高水位, LD301本体距水箱的最大垂直安装距离即可确定。LD301的PID控制输出和一次信号输出均以两线制4~20mA传输, 250欧姆电阻限制了回路供电电流, 以免烧坏LD301主板。但是原设计控制方式由于变送器与编程器连接困难, 编程器老化且已损坏, 产品型号老旧, 市面无法买到, 无法实现水位的自动控制, 给平稳运行带来了极大的安全隐患。通过低加水位自动控制方式的改进, 可以在保障平稳运行的基础上, 完善原有的技术缺陷, 大量减少设备更换所产生的费用与工作量。

3 改造方法与过程

3.1 原设计控制方式中变送器与编程器连接困难, 编程器老化, 市面无法买到, 无法实现水位自动控制。原设计控制方式如下图:

3.2 在原设计方案的基础上我们首先提出来的是DCS控制方式改进方案, DCS系统即分布式控制系统, 其实质时计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一新型控制技术。分布式操作系统的构成:作为一种纵向分层和横向分散的大型综合控制系统, 它以多层计算机网络为依托, 将分布在全场范围内的各种控制设备的数据处理设备连接在一起, 实现各部分信息的共享的协调工作, 共同完成控制、管理及决策功能。

其硬件设备由管理操作应用工作站、现场控制站和通信网络组成。管理操作应用工作站包括工程师站、操作员站和立式数据站等各种功能服务站。工程师站提供对技术人员生成控制系统的人机接口, 主要用于系统组态和维护, 技术人员也可以通过工程师站对应用系统尽心监控。操作员总理提供技术人员与系统数据库的人机交互界面, 用于监视可以完成数据的状态值显示和操作员对数据点的操作。历史站保存整个系统的历史数据, 供组态软件实现历史趋势显示, 报表打印和事故追忆等功能。现场控制站用于对现场信号的采集处理, 控制策略的实现, 并具有可靠地冗余保证。网络通信功能:通信网络连接分布式控制系统的各个分布部分, 完成数据、指令及其他信息的传递。为保证DCS可靠性, 电源、通信网络、过程控制站都采用冗余配置。

但是采用DCS控制方式需增加6DS1412-8BA调节模件一块, 造价6.8万元, 另需敷设150米控制电缆, 造价高, 工作量大。DCS控制方式如下图:

3.3 针对DCS控制方式的缺点我们又进行了改进, 因现采用的美国LD301智能变送器, 在就地进行参数设置时, 必须与手握式编程器连接进行参数设定, 但是手握式编程器使用时间已超十年, 编程器内部元件已老化, 现已无法使用且此型号编程器在市面上无法买到, 致使低加水位自动调节无法实现。针对这种情况我们取消了LD301变送器的PID功能, 保留了其测量功能, 并增加了PID智能调节器一块, 在变频器控制柜盘柜上开孔, 将其安装, 取变频器柜内备用的220V交流电源为调节器的工作电源, 并输出直流24V, 为变送器供电。调节器在自动控制系统中的作用——将测量输入信号值PV与给定值SV进行比较, 得出偏差e, 然后根据预先设定的控制规律对偏差e进行运算, 得到相应的控制值, 并通过输出口以4~20mA, DC电流 (或1~5V, DC电压) 传输给执行器。故此, 实际调节器均具有一定数量的输入端口和输出端口。另外, 在调节器上一般都有测量值、输出值和给定值的显示功能, 极大地方便了人们对仪表的调整及系统监控的操作。

本方案PID模块采用比例控制规律 (P) 进行调节, 可以用下列数学式来表示:

式中△u——控制器输出变化量;

e——控制器的输入, 即偏差;

Kc——控制器的比例增益或比例放大系数。

由上式可以看出, 比例控制器的输出变化量与输入偏差成正比, 在时间上是没有延滞的。或者说, 比例控制器的输出是与输入一一对应的。

经过此次改造, 在PID智能调节器上不仅能观测到水位的给定值和实际水位, 更重要的是可以直接设置PID各个调节参数, 随时改变定值, 操作简单实用, 造价低。增加PID智能调节器方案如下图:

4 成果应用情况

油田热电厂共有6台低加变频器控制的疏水泵和3台热网疏水罐变频器控制, 增加PID智能调节器方案在低加水位控制中应用效果显著, 水位调节品质达到要求, 并且在增加了设备使用寿命的基础上也合理的降低了运行成本。

参考文献

[1]XMPA-900智能PID使用说明书调节器江苏红光仪表厂有限公司.

[2]三菱大容量变频器FR-500L使用手册三菱电机株式会社.

水位自动 篇7

伴随时代的进步及人类经济活动的不断发展,水文测报也慢慢地被人们所认识并得到更进一步发展。由于航运、防洪、灌溉和水电工程建设的迅速发展,人们把注意力越来越多地投入水文测报工作中,水文遥测技术经过人们不断的探索研究,经过时间的沉淀已发展成为一个相对综合的学科。21世纪的今天,各项技术发展日异月新,同样,水文遥测技术也在不断提高,传统的水文测报模式正在被水文数据的自动收集、存储、传输、接收和处理的崭新水文遥测方式慢慢取代。但自动水位站在工作过程中也有许多问题出现,本文总结了笔者所在自动水位站运行过程中的常见问题,并提出了解决这些问题的经验以供参考。

1 水文自动测报系统介绍

当一项完整的水文测报工作中数据的采集、传输、处理等完成时,没有直接的人为操作而是运用到计算机技术、通信技术和遥感信息系统的测报系统称之为水文自动测报系统。水文自动测报系统的数据采集系统、传输系统和接收处理系统是依据测报形式所划分的三大部分。

1.1 数据采集系统

大量项目测量采集仪器和数据终端的集合就是一个完整的数据采集系统。完成水文数据收集工作需运用数据采集仪器,这一设备通常由记录器、传感器、输出端口和电源构成。数据终端对于数据采集系统非常重要,数据终端的前端不但能直接与采集仪器链接用来收集和储存降雨量、蒸发量等数据,还可间接人工操作完成接纳流量和含沙量的数据组织储存。它的后端可与通信设备进行连接。将采集到的数据进行下一步的组织储存,并经过通讯设备将水文数据发送到接收中心,这就是数据终端的主要功能。

1.2 数据传输系统

自动水位测站在每个测试项目数据采集终端完成组织储存以后,接下来就是要把整理好的数据资料传输到接收中心。要完成这一工作,传输通道的建立就显现得格外重要。现在的科技水平下,主要使用的传输通道有四种,分别是有线、短波、超短波、卫星。只需在测站配置调制解调器就可以使用有线信道,传输方式可在测站直接传输或进入测站计算机运用网络传输;使用短波、超短波信道,测站应配备1个电台及发射天线的架设;使用卫星频道,测站应配备卫星发射器。每个传输信道都有自身特性。不用花费巨资购买通信设备是使用有线信道的一大特点,其特点还有:不需要申请一个特殊渠道,不需要用户的通信设备维护,但有线信道也有很多缺点,具体表现在通信建立时间长,通信速率不高。随着科技的进步,短波信道技术也不断得到广泛应用,其设备要求简单,主要使用短波电离层反射,可扩散到数百甚至数千千米远,但信号不稳定,信号质量随距离严重下降,受干扰严重也是其缺点所在。

超短波干扰小的特点使得数据传输和信号稳定、通信质量高。但该技术信道作为视觉传达的一部分,并不适用于山地和高原地区,长途通信需建造更多的中继站,投资高且不便于管理。利用高覆盖区域的卫星通信信道,不需要特殊的中继站,网络组成灵活性高,可靠性强,维护简单,施工周期短。现阶段用于世界通信卫星领域的主要是地球同步卫星,卫星类型主要有气象卫星、海洋卫星和通信卫星[1]。

1.3 接收处理系统

面对不同的通信信道,中心站需配备与之相对应的接受处理系统。超短波通信,中心应配备接收天线和无线接收器、接收器输入电脑;使用有线通信,水文数据通过调制解调器输入电脑;利用卫星通信,中心站应配备卫星接收器,通过卫星接收器输入电脑。不管采取什么样的通信模式,中心计算机都需安装相应的数据处理软件输出水文数据。打开数据得到的只是原始数据,有必要再加工,并进行后处理软件开发。后处理软件主要包括数据库软件、整编软件、数据查询软件和其它应用程序的集成。

2 水位水文遥测系统组成及工作原理

水位遥测系统主要由现场和监控中心两部分构成。水位传感器、水温传感器、遥测仪、电线电缆、电池、太阳能电池板(可选)要设置在现场每个钻孔,但只有在监控中心配备报警装置和微机,才能集中监测每个钻孔的水位、水温数据。报警仪和遥测仪均配备手机模块,使用公共移动通信网络服务实现信息传达。和普通手机一样,每个手机模块需要SIM卡(Subscriber Identity Module,客户识别模块)及手机号码的分配。

温度传感器和水位传感器被放置在一定深度的水下,物体所受液体的压强大小与所液面深度成正比。

式(1)中,P为液体的压强,Pa;ρ为液体的密度,kg/m3;g为重力常数,等于9.8 N/kg;H为液面深度,m。

水位传感器输出数据为液面深度,由于钢丝电缆挂了很长时间没有拉伸,保证L(钢丝电缆长度)恒定,所以表面到孔之间的距离为L-H。

由于水文地质所需的钻井大多都处于无人地带,造成测量用电很不方便,在这种情况下,采用太阳能发电技术完成工作是必要的选择。使用太阳能电池板可将阳光下产生的电能储存在蓄电池中,当工作需要时再将电能用于遥测仪。另外,遥测仪有着低功耗的优点,一般情况下蓄电池的电量足够可以维持遥测仪正常工作0.5 a以上,所以正常情况下只使用蓄电池提供电能即可。为了使遥测仪的功耗达到最小值,一般采用遥测仪定时工作的方法来进行控制。每当到设置工作时刻,遥测仪便开始工作测量水位水温数据,如果水位变化超出储存下限值,遥测仪就会记录当时时刻,相反则不需记录,此下限值可人为设置。经过完善,能在得到水位变化情况的同时还能将短信发送量进行控制。如遥测仪所记录的数据数量达到11个时,会将数据传输到检测中心的报警仪。遥测仪还有一个功能是能计算水位变化的速度,当水位变化超限或水位超限时就会发出警报短信,这时,检测中心的报警仪就会发出声光警报。当有人对遥测仪进行恶意破坏时,现场安装的振动传感器就会起到作用,立即发送报警短信使检测中心进行声光报警[2]。

监控中心报警装置与工作人员手机报警系统相连接,工作人员发现新短信后,要进行提取水位、水温和保存数据等工作。报警设备周期根据每个钻孔的最新水平循环显示。计算机通过RS232串行口和报警设备通信,操作微机可以阅读报警设备存储水位和水温数据,实现永久性保存,并显示、打印报表和曲线。

首次安装,遥测仪开始正常工作,必须使用特殊的设置器设置时间、时间间隔、手机和短信中心号码等参数模块数量,设置一组专用插座插头。遥测仪参数初始设置后还可通过监控中心计算机远程修改。

3 水位遥测系统自动仪器的维护

3.1 设立仪器维修人员

仪器在使用过程中可能受到各种因素的损坏,比如使用过程中的老化程度、人为因素、环境因素等。由于这些不可避免的损坏时有发生,仪器的维修养护工作就显得格外重要。如仪器被破坏或出现其它问题时,一定要有工作人员及时发现并进行维修或更换。由于仪器维修养护工作的重要性,对工作人员的选择要十分谨慎,一定要选择有责任心、技术娴熟的工作人员负责检测仪器和维修养护工作。

仪器维修养护人员的主要工作职责有:a)定期对仪器进行故障排查,保障所有仪器正常工作;b)当发现仪器遭到破坏或损坏不能正常工作时,要及时进行维修,如不能修复应及时更换以确保数据资料的准确性;c)对备用仪器也要进行定期检测,并保证备用仪器的存放地符合规定;d)对测量地的防雷设施进行接地电阻复测,确保仪器处于安全环境当中[3]。

3.2 创造良好的观测环境

如没有一个相对较好的观测工作环境,将会对水位观测数据产生不利的影响。要使观测环境达到要求,必须保证周围遮蔽角和周围障碍物在规定的标准范围内。一定要保证不能有不法人员故意破环观测区域环境,保证区域内杂生植物得到及时清理,确保太阳能电池板正常工作。

3.3 做好数据监控和报表制作工作

做好充分的准备工作,以应对每日在线监测巡查任务,业务人员每天值班要对自动站操作和数据质量进行检查,并将其作为一个重要内容,进行轮班负责工作监督,持续监测和检查,一旦出现故障或异常数据,及时记录报告,安排故障排除。因为根据上级监测网络的文件要求,自动站数据要形成月度报告陈述,只有每天记录报告准确无误,才能为下一步工作奠定基础[4]。

4 结语

随着科学技术的迅速发展,传统水文勘测工作方式已不能适应当前快速发展的时代要求,必须尽快实现转变,使其转变成为自动测报、水文资源共享的生产模式,对水文勘测方式进行有效改革,不但可以提高工作效率,而且促进了技术创新,拓展了水文服务领域范围,可以实现人们的安居乐业,有效预防洪旱灾害,实现社会经济、政治、文化的稳定向前。另外要增加必要的技术投入,为保障自动水位站的高效工作率先引进先进的技术设备。日常工作中,要增强自动站巡逻,零误差完成自动站日常维护工作,只有这样才能确保监测数据的准确性,使当地人们的生活更加方便。

摘要：介绍了水文自动测报系统,分析了水位自动测报系统组成及工作原理,提出了水位自动测报系统仪器的维护措施。

关键词：水文,水位站,自动化

参考文献

[1]庄品.自动站仪器的故障分析与处理[J].北京农业,2013(3):110.

[2]李腾,鞠飞,侯晓磊,等.水情自动测报系统的汛期运行水位控制方法分析[J].黑龙江水利科技,2013,41(6):102-104.

[3]赵岩.论水文勘测管理工作[J].科技传播,2011(6):115.

水位自动 篇8

近年来对城市供水提出了更高的要求, 水塔水位控制自动化系统被不断地改造, 以适应社会的发展和人民生活水平的提高, 满足及时、准确、安全和保证充足供水。目前水位自动控制系统有很多成熟的产品, 控制手段主要有单片机监控、比较电路监控、利用PLC和传感器构成水塔水位恒定的控制系统等, 运行可靠, 可实现远程监控和无人值守。在许多偏远地区, 特别是居住相对分散的农村地区, 供水问题也待解决。如果仍然沿用人工方式, 劳动强度大, 工作效率低, 安全性难以保障。本文针对乡镇和偏远农村家庭供水的特点, 设计一款简单实用、符合要求的水位自动控制系统。

1 水箱水位自动控制系统的组成

针对偏远农村分散居住, 取水不方便 (包括从水井取水) 的特点, 考虑到农民生活消费水平不高, 设计的供水系统必须是既方便农民的生活, 又经济实惠等特点的水箱水位自动控制系统。水箱水位自动控制系统的组成见图1所示电路图。

由图中可知, 水位自动控制系统电路主要由主电路和控制电路两大部分组成。主电路是一台抽水水泵, 由220V交流电源电压供电。控制电路由包括整流、滤波、稳压电路、感应电路及限流限压电路组成。

2 水箱水位自动控制系统的设备

水位自动控制系统的设备只需选用价格低廉、安全可靠的设备。所需设备如表1所示。

由设备表可知, 所有的设备都是简单而常用的小型设备, 价格低廉, 控制和维护简单易于掌握, 对远离城市的偏远地区非常适用。传统的水位控制系统通常使用传感器进行上、下限控制, 以保证水位在上、下限之间。此设计中只用三根导线来代替传感器放置在上、下限水位之间, 利用水的导电特性完成上、下限水位的自动控制, 节省了购买传感器的费用, 也不必考虑传感器的故障, 进一步降低成本, 提高系统的可靠性。

常见的生活用水供应系统工作形式是由外来补充水源 (一次水源) 向一个高位水塔和一个低位水池补水, 再由高位水塔和低位水池 (二次水源) 向各用户供水。此设计主要考虑针对家庭供水系统 (或者某些单独取用水之处) , 因此只需用 (储) 水箱而非水塔供水。系统供水是由水箱直接供应, 不用考虑由位置高度所形成的压力来进行供水, 不用气压供水, 不必在屋顶上设置水箱, 也不用单独建筑水塔, 仅在厨房或需用水的地方放置一足够大的 (储) 水箱即可满足供水要求。

3 水箱水位自动控制系统的控制原理

该水箱水位自动控制系统结构简单, 控制原理如下:系统上电后, 交流电源经整流、滤波、稳压后, 由电位器调节获得12V直流工作电压。当水箱水位低于下限时, 接触器线圈失电, 其常闭触头使水泵接通工作, 抽水到水箱中;当水位上升到上限时, 接触器线圈得电, 常闭触头断开, 常开触头闭合, 水泵停止抽水。

V1、V2用来保护LM317输出端电压为安全电压, 使其免受短路电流的影响;V3用来保护三极管, 同时避免触电事故的发生。水位的上、下限可通过调整三根导线的位置设定。

4 测试应用

该设计经安装调试, 结合实验室给排水系统进行测试, 效果良好。正式应用于某乡镇几个家庭的日常用水装置中已将近两年, 至今未发生故障。该系统在运行期间稳定性高, 完全符合预先规定的标准, 只需将控制电路稳压输出调整在10V-12V之间, 可投入使用。可用交流变压器供电, 也可以用直流供电。

5 结束语

设计的水箱水位控制系统因价格便宜, 结构简单, 使用方便, 不易发生故障, 可用于要求不高的给排水系统中, 特别适用于城镇及偏远山区取水装置。

摘要：本文介绍一种简单实用的水箱水位自动控制系统的基本组成及工作原理, 通过对该系统组装测试, 达到预期效果, 正式应用于乡镇供水系统中。实践证明, 该水位控制系统设计方案合理, 运行效果好, 具有低成本、高使用价值的优点。

关键词：水位,自动控制系统

参考文献

[1]布挺, 王帆.基于西门子PLC的水塔水位自动控制系统[J].科技信息, 2009年第12期.

[2]曹琦.一种节能的变压变频供水系统[J].变频器世界, 2006 (7) :133-137.

水位自动 篇9

监测终端分布于各个被测站点。对于不同的被测站点, 利用在CDMA模块中UIM卡的不同号码, 来标示各个不同的被测站点。监测终端能够实现水位数据的采集、计算、存储与现场显示, 并可通过CDMA模块向监测中心发送水位信息。

1 系统总体结构及其功能

甘肃号百明渠水位自动测报系统分为监测中心和监测终端两部分, 如图1所示。

水位监测中心包括装有数据库系统和监测中心软件的监控管理服务器和 SMS 管理服务器, 其功能是接收来自各个被测站点的水位信息, 并将接收到的水位信息加以筛选、存储, 也可对已存储的数据进行统计分析。监测中心工作人员通过PC工作站和CRT监视器对监控点情况进行监看。

系统主要利用研华ADAM5510 A3E PC-based可编程控制器和法国WAVECOM CDMA 2000 1x RTT模块构成, 由ADAM5510实现数据的采集、处理、存储、定时发送、故障报警、显示、参数设置修改等功能。ADAM-5510 是一套基于PC的数据采集及控制的独立控制器。它体积紧凑, 带有一个运行Datalight ROM-DOS 的Intel 80188 CPU。内置电池可以对SRAM进行备份。适用于C/C++语言编程控制, ADAM-5510系统应用程序可用Borland Turbo C编写和调试, 然后下载到ADAM-5510中。在本文描述系统中ADAM5510通过COM1与CDMA模块通信, 实现数据及指令的传递功能。CDMA模块将要发送的数据传送至中心 SMS 管理服务器。通过ADAM5510的COM4口可提取保存的历史数据。

(1) 数据采集模块可通过压力/液位变送器测得明渠水位。

(2) 数据处理模块是监控终端系统的核心部分, 它把数据采集模块获得的数据进行加工处理, 转换成CDMA SMS 模式, 控制CDMA SMS 模块发送数据。它也可以把监控中心主机发来的命令进行解码, 并执行相应的操作。

(3) CDMA SMS 模块包括UIM卡接口电路、CDMA起动电路、基带部分和射频天线部分。它负责发送和接收 SMS , 向监控中心主机发送子机检测到的数据, 接收主机发来的命令 SMS 。

监测终端的PLC测报系统可单独工作, 即使因通信故障等原因无法与监测中心联系, 也可独立完成水位的测量与存储工作。保存在监控终端设备电池备份内部的水文数据可以用笔记本电脑直接读取, 也可以通过 SMS 形式按时间提取, 以避免历史水文资料的丢失。

2 通信机制的设计

通信方式采用定时发送和查询两种方式。

(1) 定时发送方式:

用户可以根据自己的需要通过键盘方便地设定定时发送的时间"如每天发送或每隔几天发送, 也可设定具体是几点几分几秒发送。当所设定的发送时间到时, 系统会自动将此时的最新水位信息以短消息的方式向监测中心发出。

(2) 请求查询方式:

在任意时刻, 用户都可以通过向某一被测站点的CDMA模块发送短消息来获取当前最新的水位信息。当用户向某一被测站点的CDMA模块发送短消息后, 该站点的监测终端首先会进行身份验证, 通过身份验证后会回复当前最新的水位信息;若未通过身份验证, 则不会发送水位信息。这样设计可以屏蔽掉部分无用的短消息。

3 通信的具体实现

3.1 数据发送格式

短消息业务是中国电信提供的一项数据通信服务。短消息一次可传输的数据量较少 (不多于70汉字) , 因此, 它不适用于大数据量的采集系统。网络的运行质量决定短消息数据的传输效果, 数据传输时延通常为几秒, 如果信令网络拥挤或基站检修时有比较大的时延。

本系统采用RS-232异步串行通信方式, ADAM-5510通过AT命令实现对CDMA模块的控制。通信协议是对数据传送方式的规定, 包括:数据格式定义和数据位定义等。在本系统中, 具体的通信协议指定如下:

(1) 采用半双工异步通信方式, 通过RS-232电缆进行信号的收发转换;

(2) ADAM-5510都可以发送和接收数据;

(3) ADAM-5510的通信bit率为9600bit/s;

(4) 数据帧格式:1位起始位, 8位数据位, 1位停止位, 无奇偶校验位;

(5) 采用查询方式;

具体如下:

下位机向手机或上位机发送的数据信息, 包括机位号、数据采集时间、各测点数据、故障指示。

举例 2008年12月20日10点26分测得金昌工农总干渠上游水位1100mm, 东干渠水位1000mm, 西干渠水位900mm, 无故障, 发送数据格式如下:

1331935****_2008/12/20_10:26_GN1100E1000 S0000W0900N0000F0000STA0000Dev0001_Er000

3.2 监测终端通信的实现

监测终端的通信程序采用C和JAVA语言来实现, 通过主程序流程图, 如图2所示, 来说明监测终端通信的过程。对于一些无法采用CDMA通信模块进行视频监控的地区可以采用ADSL拨号的方式, 其原理与CDMA相似。

3.3 监测中心通信的实现

监控中心主机系统, 其中包括CDMA SMS 模块和接口控制模块。

(1) CDMA SMS 模块与监控点子机中的CDMA SMS

模块完全相同。

(2) 接口控制模块通过RS232接口实现与计算机通信功能。

监控中心计算机控制整个系统 SMS 的接收和发送, 自动把各监控点上传数据存入水位数据库中, 在监控点设备发生故障时发出 SMS 报警, 提醒工作人员进行处理, 也可同时向负责人发送报警信息, 以便其及时组织人力进行抢修。水位数据库在管理系统软件控制下可以由人工进行维护, 也可以由计算机根据接收信息自动更新。可供相关人员进行查询, 自动生成月报表、年报表, 完成相应的统计工作。

远程控制查询:监控中心可随时对任一监控点子机发送命令, 获取监控点设备运行信息。

4 系统特点

(1) 系统可靠性高。中国电信CDMA 2000 1X网络可靠性、保密性、抗干扰能力、数据传输速率是目前国内已投入使用的无线网络中最好的, 因此在此基础上架构的远程监控系统也具有较高的可靠性。

(2) 系统支持远距离无线传输, 利用现有CDMA网络, 不需基础设施费用投入, 而监控点子机硬件成本小, 适合大面积推广应用。

(3) 结构简单, 维护方便。该系统维护工作量小, 不需承担空中通道的维护费用。

(4) 运行成本低, 目前国内的 SMS 息费用低廉, 特别是使用包月 SMS 套餐的UIM卡, 运行成本完全可控, 可进一步降低运行成本。

(5) 覆盖范围广随着我国通信事业的发展, CDMA网络已覆盖我国的大部分地区, 只要CDMA网络覆盖的地方, 均可使用该系统。

(6) 便于改造安装和系统扩展对于远程监控系统, 安装维护及系统扩展的难点在于传输通道, 而本系统利用CDMA网络作为传输通道, 只需在监控点及监控中心安装就地设备, 安装和扩展十分方便。

(7) 可以接多种传感器, 测量精度高。自动监测水渠内各种环境因子、可以根据设定自动调节各种环境因子, 由计算机终端综合调控各种传感器, 支持中文软件, 使操作更方便。

5 总结与展望

金昌市明渠水位监测站点数量大且分布较分散, 应用该技术后已成功地实现了水位信息的自动采集、存储、远程通信及实时查询。

利用CDMA网络的短消息业务来实现数据的远程通信, 基于这种技术的自动测报系统特别适用于监测点多而分散或地处偏僻地区的情况。随着3G移动通信的发展, CDMA网络的逐渐成熟, 系统功能将具备更大的发展前景。使用该技术来实现小量数据的远程传输比其它通信方式在可靠性及经济效益方面更有优势。

摘要：提出了一种利用CDMA 1x网络的短消息业务, 实现水位自动测报系统中水位信息远距离传输的解决方案, 给出了系统结构、工作原理, 并着重论述了利用短消息实现远程通信的具体实现方法。目前, 已将该技术应用于金昌市明渠水位监测系统, 成功地实现了水位信息的自动采集、存储、远程通信及实时查询。

关键词：系统工程,水位无线测报,CDMA 2000 1x,PLC,SMS

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