火电厂测控系统

2024-10-26

火电厂测控系统（共4篇）

火电厂测控系统篇1

0 引言

在火电厂生产过程中, 干扰现象普遍存在。它会直接影响电厂的平稳运行, 对电厂的经济效益造成影响。所以, 为实现测控系统正常运行, 需要排除相关干扰因素。

1 干扰的来源

热控系统受到的干扰一般来自于内部干扰和外部干扰。内部干扰是由设备内部产生的电磁波引起, 外部干扰主要是指出产生电磁场的设备对周边形成的干扰。外部干扰较多, 例如:无线电波、设备的启停、产生的电火花等都会对电子设备造成干扰。下面主要探讨干扰来源。

1.1 大功率装置使用以及空间结构设计不合理

滑动的直流电机整流子碳刷, 电子装置启停时产生的火花、电焊机的启用这样的大功率设备都会产生强大的电磁波, 电磁波在空间扩散, 一旦传递到弱电回路中, 都会引起对电气设备的干扰。另一方面, 使用的环境安装、设计也会成为影响因素。例如:控制室的位置太靠近电气设备、不完善的控制室结构设计等等。这些都会干扰DCS系统有效运行。

1.2 供电系统引入及其它电气设备的干扰

由于直流电源滤波不佳, 电压不稳定, 电压变压器变化导致逻辑电路出现有误操作会引起对变压器、电源稳定、UPS的干扰。大型设备的启停和频繁地进行开关等操作性动作会出现电花并产生强大的突变磁场, 这些突变磁场有可能会上传导各电源插座上, 一旦查过合理范围, 就会影响控制系统的工作。

2 干扰方式

2.1 电阻耦合引入的干扰。

(1) 由于电线材料老化, 在电缆传输信号时, 会出现线间漏电, 或对地漏电的现象。 (2) 现场电缆的信号线会有分布电容存在, 分布电容也会对别的信号线产生干扰。在施工时电缆分层未严格按要求执行, 大部分电力线缆属于非屏蔽的电缆, 其交变电流会在周围产生电磁场, 并在导体间对线路造成干扰。 (3) 在生产过程中, 一些大型设备的启停会产生电火花, 并产生对周围影响很大的交变磁场, 这些磁场通过在信号线上耦合产生干扰, 或直接在电源上干扰, 一旦超过允许范围, 就会影响火电测控系统正常工作。

2.2 共模干扰和串膜干扰

电厂直流信号干扰包括共模干扰和串膜干扰。信号对地的干扰称为共模干扰, 形成原因主要是电网串入、地电位差等原因。共模电压一般比较大, 最高可达130V以上。它可以转换成差模电压影响检测信号, 损坏元器件。干扰电压与信号以串联的方式叠加直接作用到仪表上, 我们将之称为串联干扰。高压线、大电流控制线所产生的空间磁场都会造成串联干扰。

3 消除干扰的方法

由于电缆现场施工有关规定没有严格执行执行, 施工过程中检查不到位, 造成各种电缆的混放现象, 从而形成干扰可能[1]。有时尽管返现干扰问题存在, 但是检查线缆接地状况时又合格, 这类问题往往不易发现问题所在, 整改困难。所以要侠女解决现场干扰问题必须经过以下几个步骤。

3.1 对干扰源和干扰性质的确定

干扰必定会对有用信息产生影响, 根据这一点, 首先检查大型设备运营情况, 如与之不相关。接着单独对信号线缆对地间交直电压的异常性进行测定, 如果发现异常就属于强干扰, 是动力电缆之间强交磁场造成的, 若未发现异常, 可能是因为回路串入了高次谐波信号, 一般的万用表无法检测到, 可以逐入接入的方式对信号线进行检测以确定干扰的具体地点。

3.2 干扰源消除和干扰强度的减弱

如果事先已经确定了干扰源的引入点, 使用技术改造的方式减少电磁辐射的干扰或者对干扰源性质进行改变。例如:加强对固定干扰源的加屏设施建设, 屏蔽接地, 针对难以避免的动力线通过采用引入电磁干扰的方式, 对绞对屏电缆用于信号电缆。如果干扰源只是偶尔地造成干扰, 通过在控制软件上增加滤波逻辑以减少影响。

3.3 信号隔离装置的使用

对于能够确定具体引入点, 干扰范围不大的干扰点可采用隔离信号装置。如果干扰范围比较广泛, 在确保控制系统接地合格的情况下, 从干扰源开始实施具体行动。

3.4 接地电容和滤波电容的使用

共模转串模造成的干扰, 一般采用线缆通过电容接地的方法, 这能有效地抗干扰。而由于电磁感应造成的串模干扰多采用信号回路间加滤波电容的方法[2]。该方法可以有效地消除电磁干扰, 但它也有自身局限性, 只能用于直流信号。

3.5 检查控制系统屏蔽线, 保证测控系统正确接地

通过以上措施, 仍然没有消除干扰, 就必须对测控系统的接地情况进行检查。测控系统有两种接地方式:屏蔽电缆接地和系统接地。屏蔽电缆又分低频电缆与高频电缆两种。单点接地是低频信号屏蔽层多采用的方式, 高频信号电缆的屏蔽层至少要两端接地或多点接地。测控系统是低频信号, 所以采用单点接地信号线的方法。对电缆屏蔽层也有几个方面的要求:信号源接地时, 屏蔽层应在信号侧边接地。屏蔽层在测控系统侧接地时, 信号源此时不接地。当信号线中间有接头时, 屏蔽层两端应该连接牢固并要做绝缘处理, 避免接地点过多。量电缆连接时, 屏蔽层连接好后要做好绝缘处理, 保证整个屏蔽层只有一点接地。

4 结语

在火电厂生产过程中, 干扰现象普遍存在。为确保火电厂安全平稳运行需要对测控系统进行可靠性屏蔽。屏蔽是首先考虑的重要因素, 在电缆铺设时, 要严格按照施工原则, 要尽可能减少干扰点产生。当问题出现时, 要对施工安装接线处进行排查。在排查过程中不断总结消除干扰的经验, 保证系统稳定运行。

摘要：计算机控制技术的发展也深刻影响到火电厂领域。可靠的热工测控系统有利于发电厂安全生产, 实现电厂的经济效益。系统的抗干扰性是实现整个火电厂可靠生产的关键因素。为实现测控系统的正常运行, 消除干扰因素是要集中解决的问题。下文将从干扰来源、干扰方式、如何减少干扰的方法这三个方面进行阐述。

关键词：火电厂测控系统,干扰,处理方法

参考文献

[1]袁引芳.火力发电厂热工自动系统检修运行维护章程[J].测控系统, 2014, 15 (06) :85

[2]许爱萍.火力发电厂系统运行[J].传感技术与系统, 2015, 17 (85) :156

油田热电厂#3锅炉连排测控系统篇2

1 改造前锅炉连续排污系统存在的问题

1.1 连排流量测量结果不准确。

由于锅炉连排的介质具有汽水两相性, 增加了连排流量测量的难度, 原有的锅炉连排系统的流量测量由节流孔板、老式的1151变送器加上动圈仪表组成, 其测量精度以远达不到要求, 造成测量结果不准确。

1.2 运行人员工作量大, 锅炉排污不及时, 无法真正实现锅炉的连续排污。

阀门控制由就地的DKJ角行程执行器加上远方的手动操作器完成, 排污量的大小由运行人员经过手工化验得出的炉水SiO2、Na、电导率、PH值、磷酸根等含量来确定, 运行人员每两个小时就需要化验一遍, 再通过化验结果控制排污阀门的开度, 从而导致锅炉排污不及时, 锅炉排污率超过了2%, 既增加了运行人员的劳动强度、影响了锅炉排污控制的准确性, 又限制了锅炉排污控制的连续性。

2 改造后锅炉连续排污测控系统的解决措施

2.1 改造后的锅炉自动连续排污测控系统是由锅炉排污流量测量和排污控制两个模块组成。锅炉排污流量测量部分是由节流件、EJA智能变送器、EJA智能压力变送器和流量算法软件构成。当被测介质流过节流件时, 节流件前后将产生差压ΔP, 通过变送器将来流压力和差压转变成4~20mA标准电流信号, 并送入排污流量测量模块, 同时在DCS系统中取得汽包压力信号, 按多相流量测量原理计算得到被测介质的瞬时流量和累计流量。使测量精度得到了大大的提高。

2.2 锅炉排污控制部分由炉水品质在线仪表、排污调整门及执行器、控制软件所组成。炉水品质在线仪表送入排污流量控制模块的信号有电导率、PH值、二氧化硅、磷酸根, 根据排污控制算法确定是否调整排污门的开度, 并控制其排污量。控制算法采用PID方式, 以排污量作为反馈量。在正常工作时, 测控系统以炉水SiO作为主控信号, 以炉水电导率、PH值、磷酸根作为约束条件, 根据其参数调整连排阀门开度;当炉水SiO2出现故障时, 以炉水Na作为主控信号, 以电导率、PH值、磷酸根作为约束条件, 根据其参数调整连排阀门开度;当炉水Na和炉水SiO2同时出现故障时, 以炉水电导率作为主控信号, 以PH值 (或磷酸根) 作为约束条件, 根据其参数调整连排阀门开度。在保证炉水指标的前提下, 尽量减少排污量。当所有炉水在线仪表出现故障时, 自动转入手动状态运行。

3 改造后的锅炉连续排污系统的优点

锅炉自动排污系统投运实现了锅炉连排控制系统的自动化, 减轻了运行人员的劳动强度, 增加了连排流量测量、控制的准确性和连续性, 提高了电厂的自动化水平, 使锅炉实际排污率下降到0.04~1%, 炉水化学指标稳定, 保证了蒸汽品质, 提高了电厂运行的安全性和经济性

摘要：本文介绍了油田热电厂#3锅炉自动连续排污系统的组成, 通过其自身的排污流量测量和排污控制两个模块及其辅助设备解决了原有系统的测量不准确和连续性差的问题。提高了电厂运行的安全性和经济性。

关键词：锅炉自动连续排污系统,准确性,连续性

参考文献

[1]罗嘉, 潘笑.基于CAN总线的工业锅炉水位模糊控制系统.工矿自动化, 2004, (3) :36～38

[2]颜河恒, 孙洪民.CAN总线技术在锅炉监测控制中的应用.锅炉制造, 2006, (2) :48～50

卫星测控系统设计篇3

自1968年2月20日中国空间技术研究院成立以来,中国的卫星技术也取得了飞速的发展,研制成功了实验卫星、返回式遥感卫星、地球静止轨道通信卫星和气象卫星、同步轨道气象卫星、地球资源卫星等,其中有很多项目已经跨入世界先进行列。通过卫星传输回来的信息被广泛的运用于我国的如地质、海洋、农林、考古、环保、铁道、公路和军事等各部门,创造出巨大的收益[1]。

卫星和飞船在国民经济和国防建设中有着重要的作用,对于他们的发射和运行过程进行跟踪测控是航天系统的重要组成部分,理想状态是对卫星或飞船进行全程跟踪测控。然而测控设备只能观测到所在点切平面以上的空域,且在与地面夹角为3°的范围内测控效果不好,实际上每个测控站只考虑与地平面夹角3°以上的空域[2]。在一个卫星或者飞船的发射与运行过程中,往往有多个测控站联合小组完成测控任务。

2 卫星测控站设计

2.1 理想模型设计

假设卫星在赤道上空的轨道是一个近似的圆,如图1所示,是卫星的发射轨迹。

由于卫星的运行轨道是圆形,因而可以得出一个站点对卫星的测控情况,如图2所示。外圆为卫星运行轨道,内圆为地球表面,D点为站点所在的地球表面位置,则为站点测控的范围角。

由图2所示建立模型,利用正弦公式得:

则一个测控站检测的范围角为:

由于总的弧长为2π,则建立方程

方程(1)、(2)、(3)得

由(4)式可知,随着卫星或飞船到地球表面距离的增加,所需要的测控站数目不断减少,因此只需讨论卫星或飞船在最低轨道运行时所应建的测控站数目。即只需考虑卫星或飞船距地球表面200Km时所需的测控站数目。

则当H=200Km时,由(4)式可得

即需要建立16个测控站,才能实现全程跟踪测控,因此,也就是在赤道上空,相隔22.5°等间距地布置16个测控站。

根据卫星在中低轨道、卫星轨道高度集中在200km~1200km之间的不同运行高度,根据(4)式,用MATLAB软件[3]计算得出结果,建立如表1所示表格。

2.2 实际模型设计

如图3所示,根据空间几何[4,5],以地球的中心为坐标原点,分别建立x、y、z轴,设卫星轨道所在平面与赤道平面夹角为。

建立坐标,那么地球表面坐标为:

我们设卫星所在的平面方程为:

那么联合(5)、(6)、(7)、(9),即卫星轨道平面与地球表面的交线方程为

进行求解得:

因为经线面方程是过z轴的,所以得经线面方程为

因而卫星赤道平面和经线面的法向量分别为

设过y,z轴坐标的平面为0度经线面,那么0度经线面的法向量为

地球自转角速度为,所以经度角为:

所以纬度角:

当,卫星轨道平面与地球交线圆周上的运动速度,用MATLAB作得卫星在地球表面上的经纬线轨迹如图4。

卫星运行三个周期时,卫星在地球上投影经过的经纬线轨迹如图5。

对其中一条纬线进行卫星在该纬线上的投影情况分析如图6所示,设地球上北纬度的纬线圈在t=0时刻卫星的正投影刚好在A点,卫星的周期为:

如果k为整数,那么卫星在北纬度的纬线圈正投影点数为k个,当卫星再次运行到A点正上方时,卫星在地球表面上的投影,将会重复上一次经过A点时的轨迹。

如果k不是整数,那么卫星在北纬度的纬线圈正投影点数不是有限点,卫星的投影能到达该纬线圈上的任一点,这种情况下,是卫星轨迹平面与赤道平面的夹角,那么卫星能扫过纬度是范围内的地球区域,如图7所示,因此在这种情况,所需要监测点数最多。

为了方便对卫星的测控,设计卫星轨道时,设计合适的高度,使k为整数,即

当k=1时,卫星在地球上的投影只有一条轨迹线,所需要布设的监测站最少。

又因为:

解得:

那么监测站的监测范围在地球经纬坐标平面中是一个直径为156.7478的圆,那么在当卫星周期与地球周期一样时,卫星在地球经纬坐标平面的投影,以及监测站的布点情况如图8所示。

从图8中可以很容易看到,在,则需要5个监测站。

结束语

本文通过利用空间坐标,建立地球与卫星的空间运行模型。再利用MATLAB软件进行求解。设计出卫星的运行轨道,以及地面最少的测控站点,从而建立卫星测控网,实现对卫星运行全程的跟踪测控。本设计还存不足,因没有考虑到地球地面的情况,在需要设置测控点的地方可能不适合设置测控点,从而影响测控站点的布置。接着下来的研究将会结合地球的地理位置特点,以及地区的安全政策的影响下进行测控点的优化设计,进一步符合实际应用要求。

参考文献

[1]葛榜军.中国卫星应用进展[J].卫星应用,2006,14(4):43-50.

[2]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].北京:北京科学出版社,2008.

[3]宋兆基.MATLAB 6.5在科学计算中的应用[M].北京:清华大学出版社,2005.

[4]吴良大.高等数学教程[M].北京:清华大学出版社,2007.

粮仓温、湿度测控系统篇4

关键词：单片机,测控系统,粮仓,AT89S51,LED

粮仓环境是关系着粮食安全的重要方面。随着科技的进步, 粮仓环境的测控系统开始广泛应用到实际中, 在保证粮食的安全方面发挥着积极重要的作用。当前随着农业生产技术的不断进步, 先进的设施被广泛应用于农业的各方面。传统的粮仓环境管理采用模拟控制仪表和人工管理方式, 其落后的管理方式已不能适应当前农业技术的发展。为此, 采用单片机对粮仓的温度、湿度、虫害等进行控制和管理, 实现粮仓环境测量控制及管理的自动化和科学化。

1 粮仓环境测控系统总体设计

整个测控系统由单片机AT89S51为核心, 配以温度、湿度检测和传送电路、温度传送电路、时钟电路、键盘和LED显示电路及电源电路等组成。系统框架如图1所示。

系统分为两大部分, 包含输入、输出电路。其中输入电路为采样粮仓环境数据, 包括温度、湿度的测量, 同时有必要的数据转换电路;键盘作为最基本的输入电路用于输入单片机的执行参数, 用于控制通风设备的电机。输出电路包括LED显示和通风设备。LED数目较少, 受制于传感器本身的测量精度以及单片机的处理精度, 显示当前测得的温度和湿度。在用键盘输入系统参数时, 显示输入的参数值;通风设备的主控对象是电机, 辅助与必要的数控电路, 用于改善粮仓环境。这两个属于不同的模块, 组合在一起与单片机相连, 共同完成粮仓的整体测控系统。

测控系统首先需要一定的支持系统来运行系统、保证系统的正确执行以及稳定性, 这些电路模块包括复位电路、电源电路和时钟控制电路。系统参数可以由人手动设定, 因此需要键盘电路接口供输入系统的运行参数。为完成粮仓环境测量任务, 需要传感器将温度输入到单片机, 其中包括温度检测和湿度检测电路。系统环境的测量结果、调节系统参数, 均需要显示出来供用户交互, 这部分属于显示电路。最后改变粮仓环境需要通风机与外界环境交换气体, 产生空气对流, 这部分为鼓风机及排气扇控制。这两个设备的控制机制是相同的, 因此改变系统环境时可以采用任意一个。

2 具体模块设计

2.1 温湿度检测电路

温度检测和湿度检测电路均属于单片机处理的主要输入数据。其中温度检测使用DS18B20。该原件只有一根信号线, 可处于寄生电源供电的工作方式, 所以接线简单, 只用占用一个端口。湿度检测使用HS1101。由于HS1101是基于电容的湿度传感器, 因此对其的取值需要通过A/D转换。但在具体的实现上, 考虑到技术问题, 如精度、采样时间、反映时间, 以及经济问题, 本系统采用的是将模拟值转化为频率进行测量。

2.2 温度检测电路

采用DS18B20可以直接获得温度的转换数据值而不需要添加而外的A/D转换电路。DS18B20可以采用两种方式供电, 一种是采用电源供电方式, 此时DS18B20的1脚接地, 2脚作为信号线, 3脚接电源。另一种是寄生电源供电方式, 如图2所示单片机端口接单线总线, 为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流, 可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。

当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时, 总线上必须有强的上拉, 上拉开启时间最大为10μs。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线, 因此发送接口必须是三态的。

2.3 湿度检测电路

传统的湿度检测电路是通过检测电压随湿度的变化, 并把这种关系通过A/D转换送入单片机来处理。这种处理是先把阻抗变成电压, 再把电压经过A/D转换从而得到想要的数据, 这个过程必然会降低检测的精度, 同时体积和检测成本也会大大增加, 并且远距离的传输有会引起信号的衰减和干扰。

总结以上特点, 本文提出了通过测频的技术来进行湿度检测。根据传感器阻抗的阻性和容性, 电阻电容元件混合的二端网络就与湿度传感器等效, 图3中的S11XX所示的就是该等效电路。因此该技术就是把传感器随湿度的变化转换成频率随湿度的变化, 这种变化就是通过一个555时基电路构成的振荡电路来完成的。电路如图3所示。

连接引脚2和引脚6的是HS1101, 它的作用是变化的电容器, R4的短路引脚是引脚7。HS1101通过R2和R4充电, 通过R2放电, 充电达到上限电压, 放电到触发界线。这个HS1101等效的变化电容器就是通过R2和R4这两个电阻对传感器的充放电。功率的计算公式如下:

根据上面的公式我们可以看到, R4必须远远小于R2并且不低于最小值时才可能提供50%的循环功率。其中R3电阻起保护电路的作用。

本系统采用的湿度传感器是电容式湿敏传感器HS1101, 它的机理是:当基于电极间的感湿材料吸附环境中的水分时, 其介电常数也会改变。其中电容容量大小与水蒸气相对压力之间的关系可以用下面这个公式表示:

其中ε0表示真空中的介电常数;εμ感湿材料的介电常数, S表示传感器的有效面积。d表示感湿膜的厚度。

2.4 鼓风机及排风扇控制

本系统采用鼓风机或排气扇改变粮仓环境的温湿度。鼓风机及排气扇可以向粮仓内部通入外界空气借此改变内部的空气的温湿度。由于这样的系统没有精确地改良粮仓内部的环境, 可以在鼓风机及排气扇的附近加入加湿器、冷却器, 可以有效而快速地改变粮仓环境。

鼓风机或排气扇不属于单片机电路的一部分, 但其控制电路是接入单片机控制电路控制的。此处不使用单片机的原因是因为单片机的输出信号电压太低, 并且驱动器的功率很小, 像鼓风机和排风扇这样的大功率、高电压的设备, 单片的是驱动不起来的, 所以我们使用固态继电器来驱动我们的鼓风机和排风扇。虽然我们没有使用单片机来驱动鼓风机和排风扇, 此处给出单片机来驱动鼓风机和排风扇电路如图4所示。

2.5 键盘电路接口设计

在单片机的应用中键盘电路是最常用的人机接口电路, 使用键盘电路来实现湿度值的清零、上一页、下一页、增1、减1以及移位等操作功能。本系统利用一个按键做开始, 并使用一种新颖的键盘电路, 这种新颖的键盘电路可以大大减少键盘电路占用的I/O端口, 提高了I/O端口利用率。

该电路设计可使得按键的次数增加, 并且使用了端口访问和扫描检测技术, 采用组合逻辑直接读取端口, 大大简化了程序处理过程。键盘控制电路如图5所示。

2.6 显示电路设计

本系统使用LED显示电路实时显示温度变化、显示系统参数供用户设置。该显示电路由LM317稳压器、电阻、NPN晶体管、74LS164移位寄存器以及LED显示器组成。电路原理图如图6所示。

本系统在某些使用场合, 应该把可控的缓冲级 (如三态缓冲器74LS244) 加在74LS164与输出装置之间, 以使串行输出过程在输入结束后进行。该电路控制LED显示器共阳极电位是通过控制LM317以及通过控制NPN的导通来完成的, 以此来控制LED显示器的明亮程度。另外通过RP2电位器调整脚2的输出电压来调控LED显示亮度的均匀。

2.7 系统总体电路

综合以上各个电路模块, 整个系统的电路图如图7所示。其中在每个自模块电路的基础上组合而成。

测控系统的引脚定义与以上各个分电路的分配有所差别。主要原因是最终将不同电路组合成系统时需要考虑多种因素, 包括硬件设计上的:方便布线, 解决电磁干扰, 协调各个元件的物理关系、考虑每个元件的电气特性;软件方面的:程序的设计、调试。这些因素会影响到电路的设计。从实际应用出发, 最后的系统布线、端口分配等会更改。

整个系统的原理图通过了Protel的电路图编译, 进一步需要进行模拟实现, 判断是否需要更改必要部分来完成最终系统的实现。通过实验板的仿真并运行单片机的程序来测试系统的正确性、可靠性和稳定性。

3 结束语

本文主要介绍了粮仓环境的温度和湿度监控系统的整体设计方法, 并具体针对每个功能模块也做了详细的设计说明。简要介绍了整个电路的实现过程、温度传感器和湿度传感器的工作原理和工作工程。

参考文献

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