1、微机化差压式汽包水位测量仪的设计杭建东 林瑞燊 谈蓓月 朱祖涛 刘风祥提 要 本仪表以微处理器为核心,应用汽包压力和导压管水温补偿的方法,使得该差压式水位测量仪能准确监视汽包水位,从而保证锅炉安全经济运行.关键词 微处理器;汽包水位;抗干扰中图法分类号 TP 216.1A Design for Boiler Water-level Measurement withPressure Difference on MicrocomputersHang Jiandong Tan Beiyue Zhu Zutao Liu Fengxiang(Shanghai Institute of Electric
2、Power;Lin Ruishen School of Automation, Shanghai University)Abstract: The instrument is cored with microprocessor. By means of an application of compensation in great precision the safety and efficiency are ensured in the operation of the boilers.Key words: microprocessor; water level in a boiler; d
3、isturbance-resistant准确测量汽包水位是锅炉安全经济运行的重要环节.然而,由于锅炉汽包内装有各种汽水分离和蒸汽清洗以及分段蒸发装置,汽包内壁附有不对称的汽和水进出口,汽包内汽水共腾的界面很厚,又不稳定,因此汽包内存在严重的“虚假水位”现象.利用重力水位的原理,我们可以测量出汽包内的真实水位.电厂常用的汽包水位计有云母水位计和电接点水位计以及差压式水位计.云母式水位计结构简单且读数直观可靠,但因就地安装使运行人员无法在集控室读数.电接点水位计能在锅炉变参数运行时可靠测量汽包水位,但由于其测量和显示水位是阶跃性的,因此其测量精度低,它输出的水位信号是非连续的,故不宜作为给水自动调
4、节信号.差压式水位计由于输出的是连续水位信号,所以可作为给水系统调节用,当锅炉在额定参数下运行时,它能准确无误地指示出汽包的真实水位,但当锅炉在启停以及滑参数运行时,汽包水位就难以准确测量了.因此对传统的差压式汽包水位测量仪进一步地进行研究,有着重大的现实意义.1 差压式水位仪测量原理本仪表在汽包压力补偿的基础上,通过增加正压侧导压管水温(t a)的自动补偿,从而实现锅炉在启停以及滑参数运行时的水位监视,使汽包水位的测量准确性和鲁棒性得以进一步地提高.该水位仪内含有单室和双室两套平衡容器模型及其算法.1.1 单室平衡容器的水位测量如图 1 所示,单式平衡容器的水位测量公式为H=L( a- s)
5、g-P/ - s)g-H 0, (1)式中 H 为水位仪的显示值;P 为差压信号;L 为正、负压取出管间的距离;H0为汽包零水位线到负压管的距离; 为饱和水的密度, =f(P),P 为汽包压力; s为饱和蒸汽的密度, s=g(P),P 为汽包压力; a为正压侧导压管中水的密度, a=h(p,ta),p 为汽包压力,t a为 Pt100 铂电阻测量的温度值(Pt100 安装位置可上下移动,以消除偏差,A,B,C 表示铂电阻是三线制接法,如图 1 所示) 1 .图 1 单式平衡容器的水位测量1.2 双室平衡容器的水位测量如图 2 所示,双室平衡容器的水位测量公式为H=l( a- )g-P/( -
6、a)g+L-H 0, (2)式中 H,H 0, a, , s意义同公式(1);L 为正压液面到负压管的距离;l为正负压取出管的距离.1.3 温度信号补偿由计算公式(1)和(2)可知,水位值分别与密度 , s, a有关.其中 , s由汽包压力 P 决定,而 a除了汽包压力外,还与正压侧导压管水温ta有关,因此还需采集温度信号,我们选择正导压管中与汽包零水位线相平的点为水温 ta的测点进行设计.图 2 双室平衡容器的水位测量由于正压侧导压管非常细,温度传感器铂电阻不可能插入管中,因此只能在管外壁中去除锈层后,将 Pt100 热电阻紧贴在管壁上,然后再进行简易包扎固定.我们根据采集到的汽包压力 P
7、和温度 ta,通过软件去分段查询 a-P,ta表格,从而实现了密度 的非线性补偿,使水位得到了准确测量.2 硬件构成本仪表硬件框图如图 3 所示,它以 8031 单片机为 CPU,以模拟开关 4052和运放 OP07 以及 V/F 转换器 AD654 为采样通道,选用 2764 为 EPROM 和 AT24为 EEPROM,通过 8279 实现键盘读入和数码管以及光柱显示,借助于 8253 和恒流源实现整机模拟量输出.机内设计有专门的看门狗线路,使仪表由于现场干扰等原因出现“死机”时能自动复位,从而提高了整机的抗干扰能力2 .图 3 差压式水位仪的硬件框图3 软件框图差压式水位仪软件框图如图
8、4 所示.程序上电复位后,先进行一系列的初始化处理,然后等待 100 ms 中断.中断进入后先向 MAX705 看门狗发脉冲,避免复位,然后计算模拟量输出.该软件中还包括了一些智能性模块,比如标度变换和输入信号故障自诊断等等.图 4 差压式水位仪软件框图4 现场使用和结论通过微机化这一手段,该水位表才能够处理复杂的数学运算和逻辑分析,从而实现水位的在线补偿.利用软件设备技术,取消了同类仪表中许多的可调电位器,提高了整机的运行可靠性.依赖高精度的模拟量输出电路,该仪表能够为汽包三冲水位调节系统提供准确的系统返馈量,这样就为电厂提高自动化投入率提供了很大的方便.该水位仪的单室平衡容器模型及算法在贵州清镇电厂和江西萍乡电厂成功地得到了应用,双室平衡容器模型及算法在上海杨树浦电厂,安徽铜陵电厂和浙江舟山电厂也很好地得到了验证.现场使用表明,该水位仪的测量精度和可靠性以及性能价格比大大高于国内同类仪表.水位仪的设计成功,将 使电厂在锅炉启停和滑参数运行时,也能准确监视水位,从而保证了锅炉的安全经济运行.作者单位：杭建东 谈蓓月 朱祖涛 刘风祥 上海电力学院林瑞燊 上海大学参考文献1 朱祖涛主编.锅炉汽包水位测量与计算机应用.上海电力学院学报,1993,9:51542 陈宝江等.MCS 单片机应用系统实用指南.北京:机械工业出版社,1997.257261收稿日期：1998-03-24
