Removed_锅炉汽包液位保护控制系统的设计与实现.docx
《Removed_锅炉汽包液位保护控制系统的设计与实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Removed_锅炉汽包液位保护控制系统的设计与实现.docx（65页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
锅炉汽包液位保护控制系统的设计与实现
摘要
随着经济的发展，用电量日益增长，发电厂机组的单机容量也随之增加，机组的安全和稳定运行越来越显得重要。
锅炉保护是发电厂中一种非常重要的保护。
长期以来，汽包液位是锅炉安全运行的一个重要参数，己得到了人们的高度重视。
因水位计测量与配置问题而导致的运行人员误判断、误操作，水位预警失灵，停炉保护拒动等现象屡见不鲜，因此要求尽快解决水位测量与保护问题的呼声很高。
本文通过对汽包水位保护系统的优化设计及软硬件的实现，使l拌机组汽包液位控制系统更加安全、可靠。
在保留原有三取中调节的基础上，增加汽包停炉保护功能，选用三取二的逻辑判断方式，同时实现由三取二自动转为二取一或一取一逻辑判断的功能。
本文首先了分析鞍钢第二发电厂1撑机组现有的汽包液位控制系统，提出其中的缺陷及易发生的各种故障，有目的有针对性的提出硬件和软件方面需要解决的实际问题，提出最佳的设计方案。
通过对硬件和软件的改造实现最终的效果。
在硬件设计上，结合了现场实际情况和和现场维护人员对几种液位计的使用经验，选取了差压式液位计和单平衡容器来实现。
同时对硬件进行了组态，指定信号输入模块和开关量输出模块，并对信号通道进行了定义。
而软件则用DCS控制系统通过逻辑设计并组态来实现最终的三取二水位保护及锅炉联锁功能。
改造后，对系统反复进行测试，将水位信号可能出现的情况一一进行静态试验并做了详细的记录。
经测试，证明此次改造达到了预期的效果。
实现汽包液位保护三取二保护，并能自动切换到二取一及一取一保护模式，使该厂1撑机组的汽包液位保护更加可靠，为锅炉的安全运行得到了保障。
关键词：
汽包：
水位保护；联锁；硬件；软件
DesignandImplementationofB0ilerDrum
LeVelProteCtandControlSystem
Abstract
WiththedeVel叩mentofeconomy，powercons啪ption，t11ec印ac时ofpowerplantunitisalso铲o、矾h，t11eunitsafeandstableoperationismoreandmoreimponant．BoilerisakindofVe巧importantpowerplantprotection．Foralongtime，thedmmleVelisaimportantparameter，thesafeoperationofmeboilerhasbeenattachedgreatimportance．Thephenomenon矗equentlyoccurredt11atthewaterleVelmeasuringandconfigurationproblemsleadingtoerrorjudgmentandfalseoperational仔om叩erationpersonnel，w锄ingwaterleVelfailureandrefusingaction，thereforerequirestosolVetheproblemofhighwaterleVelmeasurementandprotectionassoonaspossible．
Inthisarticle，throu曲theoptimizationofDCSne帆orkdesigllandhardwareandsomⅣaresystemtransfomation，makeourd11lmleVelcontrolsystemofthefirstunitmoresecureandreliable．Notonlyrealizethelogicmnctionthatmediumofthe廿1reegoVeming，increasedmminterlockmnction．f．aultjudgingby铆ooutof廿1reeway，atmesametimeautomaticallyconVertedintooneoutoftwooroneoutofone
AniclefirstanaIyzedtheexistingdmmleVelcontrolsystem，putsf．o刑ardthedefectsandallkindsoffault，pu印ose凡llyandtargetedputf．onⅣardtheproblemneedingtobesolvedandoptimaldesignschemeisalsoputforward．
Throughtransfo肌ingthehardwareandsofc、Ⅳareimplementofthennalef-fect．Inthehardwaredesign，bycombinationwiththeactualsituationandresearchingintoseVemlkindsofleVelmeasuringdeVices，IselectthedifrerentialpressuretransmitcerandsinglebalancecontainerasleVelmeasuringdeVice．Onthehardwareconfigurationatthesametime，bydefiningthesignalinputmodulesandswitchoutputmodules，andthechallnelmoduledennition．Theso觚arewithDCScon们lsystem衄ou曲the109icaldesignandconfigurationtoachieVetheultimateleVeIofprotection．
A陆rtransforming，thesystemtestrepeatedly，testsituationsthatthedrumleVelsignalispossibleoccurandmadeadetailedrecord．ThetestsproVedthatthetransformationachieVetheexpectedefrect．RealizationofboilerdmmleVelprotection觚ooutofthreeprotection，andcanautomaticallyswitchtooneoutoftwoandoneoutofone’sprotectedmode，tomakeourthefirStaJldsecondunitboilerdmmleVelprotectionmorereliable，astoguaranteethesafe0perationofboilers．
Keywords：
D11lm；WaterleVelprotection；Interlock；Hardware；Sof}ware
目录
独创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I
摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅱ
Abslract⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯Ⅲ
第1章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1
1．1课题的研究背景与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。
1
1．2汽包水位保护系统的现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3
1．3DCS控制系统介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4
1．3．1DCS控制系统的组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
1．3．2对目前我国DCS组态现状的思考⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6
1．4本文研究的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6
第2章原控制系统工艺介绍及存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7
2．11jfj｝机组汽包水位控制系统现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7
2．2目前控制系统存在不足⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8
2．2．1硬件方面⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8
2．2．2软件方面⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9
2．3解决方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9
2．3．1硬件平台解决方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9
2．3．2软件平台解决方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．10
2．3．3方案的可行性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一11
2．4方案实施过程中需要克服的实际困难⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1l
2．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ll
第3章汽包水位保护系统的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．13
3．1汽包液位监控保护系统的优化说明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13
3．2汽包液位监控保护系统的优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13
3．2．1控制系统的硬件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14
3．2．2汽包液位保护系统的控制方案及控制逻辑的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16
3．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯20
第4章硬件的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2l
4．1汽包液位监控保护系统的硬件功能实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2l
4．1．1三取中调节系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2l
4．1．2三取二保护系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．22
4．2改造后汽包水位保护系统的硬件配置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23
4．2．1差压液位计的工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。
23
4．2．2差压变送器取样装置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23
4．2．3应用多测孔技术解决独立取样孔问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．25
4．2．4差压式液位计调试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一25
4．3硬件接线图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26
4．3．1输入部分接线图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．26
4．3．2输出部分接线图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．27
4．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．29
第5章DCS组态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31
5．11群机组DCS系统介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32
5．1．1系统的组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32
5．1．2通讯网络配置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34
5．1．3自动调节系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34
5．1．4软件编程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35
5．2DCS硬件组态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35
5．2．1设置I／O模块⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．36
5．2．2设置I／O模块的通道⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．37
5．3DCS软件组态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯39
5．3．1数据采集逻辑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．40
5．3．2汽包水位三冲量调节逻辑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．44
5．3．3汽包放水门的控制逻辑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．45
5．3．4质量判断逻辑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．46
5．3．5液位高二值、低二值比较输出逻辑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．49
5．3．6三取二与二取二、一取一自动切换逻辑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52
5．3．7跳闸信号输出逻辑页⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．53
5．4本单小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．54
第6章系统运行与测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．55
6．1逻辑部分模拟试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55
6．1．1试验过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．55
6．1．2试验记录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。
56
6．2硬件部分模拟试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯57
6．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯58
第7章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯59
参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯■⋯⋯⋯⋯6l
致｛射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．65
VⅡ
第1章绪论
随着经济的不断发展，用电量也日益增长，发电机组的单机容量也随之增长，机组的安全稳定运行也显得越来越重要。
锅炉保护是发电机组一种非常重要的保护，锅炉保护是否精确地动作直接影响整个机组的安全运行。
而汽包水位测量又是锅炉运行的一个重要监测参数。
汽包水位过高，会使破坏汽水分离效果，降低汽包的蒸发量，而汽包水位过低，严重的会使水冷壁损坏，也会提高爆管的风险，这样既对设备造成危害，也会对人员造成伤害。
因此，汽包水位测量的准确性及保护动作的正确性，是整个机组的安全稳定运行是至关重要的，不容忽视【11。
长期以来，通过总结并反思多起发电机组的汽包水位事故，锅炉汽包水位测量与保护的重要性己得到了人们的高度肯定和关注，而且，根据以往的经验教训，人们已总结出了锅炉常见的事故原因不外乎以下几类：
（1）水位预警失灵；
（2）水位保护拒动；（3）运行人员误判断、误操作；（4）水位测量与配置存在缺陷等。
针对这几个方面，人们己认识到了最根本的还是要解决水位测量与保护的问题，因此要求尽快解决水位测量与保护问题的呼声很高【21。
1．1课题的研究背景与意义
本篇论文是以鞍钢二发电厂1撑机组汽包水位保护系统的改造为背景展开的。
锅炉保护是发电机组一项非常重要的保护。
锅炉保护主要包括有燃气压力保护、风压异常保护、熄火保护、蒸汽超压保护、汽包水位保护等，如图1．1。
其中汽包水位保护是锅炉众多保护中非常重要的一项。
图1．1锅炉保护框图
Fig．1．1Theboilerprotectiondiagram
锅炉汽包水位是发电机组监控的主要参数之一，如果汽包水位不能很好的控制在安全范围内，会给机组带来重大的安全事故，如此重要的参数若只是靠人来监视，存在重大的安全隐患，因为运行人员监视水位往往存在误判断、误操作或监视不到位的可能，我们最担心的就是汽包“干烧”，导致水冷壁漏，或者爆管，造成机组事故打闸，给机组带来巨大的经济损失和不容忽视的安全陷患。
纵观历年来工业锅炉中发生的重大事故案例，其中最常见事故有锅炉满水、锅炉缺水、锅炉爆管、锅炉超压等，而分析这些事故的起因，又以汽包水位控制不当为首，可见，锅炉汽包水位的测量与保护在锅炉的安全运行中起着至关重要的作用。
因此，维持汽包水位是保持汽轮机和锅炉安全运行的重要条件【31。
工业锅炉汽包水位控制的目标就是跟踪锅炉的蒸发量，同时维持汽包水位在工艺允许的范围【钔。
目前的发电机组的汽包的容积都比较小，而机组的负荷又比较大，给水量和蒸发量也都比较大，液位变化也很快，如果水位不能及时跟踪，几十秒甚至几秒就可能导致汽包满水或断水，会导致机组事故跳闸或酿成更为严重的事故。
因此，要求实现汽包水位的全程跟踪与控制，即从机组启机开始至带满负荷及机组的停机全过程【51。
近几年，国内多台燃气一蒸汽联合循环发电机组投入运行，在这些机组中，余热锅炉的汽包水位控制与保护的作用更是发挥得淋淋尽至。
根据机组运行所反映的数据的来看，联合循环发电机组在汽包液位总是频繁的波动，当然，液位波动的一部分原因跟系统的工况有关，如蒸发量或给水量的突变，从而导致水位起伏较大，而这部分干扰在控制系统里是可确定的，通过补偿手段可以避免的。
但还有一部分干扰是不确定的，我们称为水位噪声，而这个不确定的干扰影响了我们对水位的正确判断，这也是导致水位误操作的原因【6】。
1．2汽包水位保护系统的现状
现阶段，锅炉汽包水位测量普遍还是采用间接测量法，所有水位测量一次表的原理可以分为连通器原理和差压原理两类，但都是测量汽包的重力水位。
汽包测量液位的理想状态是饱和状态，但实际运行时，汽包若为欠饱和状态时，无疑也会给测量带来误差【7】。
汽包水位测量往往被认为困难重重并且误差较大的原因除了上述两个方面以外，还因为：
（1）汽包水位测量仪表无法校验，我们只是校验变送器或其它液位测量设备，但都是离线状态下校验，却无法校验投运状态下的液位测量仪表。
（2）汽包水位测量技术更新比较慢，长久以来都没有突飞猛进的进步，而且液位的规则相对复杂，规律不容易摸清【8】。
经过多年来对水位仪表的不断研究，结合自动调节、保护的不同功能，研制出来各种水位计，其性能各有不同，形成水位仪表的多样化。
同时汽包水位测量技术的进步也促进了监控保护系统配置的更新。
显然，监控保护系统设计应针对水位计的现状来选型【9】。
在目前的技术背景下，除了利用高、精、准的测量元件及合理的测量方式以外，通常采用多模冗余的控制策略来提高控制系统的可靠性和安全性【10】。
目前，常用的冗余结构主要有双机三取二结构、二取二结构和热备结构。
其中，三取二结构是一种基于三取二表决原理的三模冗余架构【ll】。
当前，锅炉汽包水位保护系统还有待解决下面几个问题：
（1） 电接点水位计保护信号误动的改进。
电接点水位计是通过电极通过水而导通并将导通信号发送给二次仪表来显示水位，因此测量的准确性与受水质的影响，当水阻大时，可能液位没过电极却发出导通信号，尽管其他水位计还显示有水，电接点水位计却己发出低低值报警，锅炉保护己动作。
当水阻小时，没有水却显示水位高过的假象。
另外电接点水位计电极泄漏频繁，经常会引起保护误动【12】。
（2） 汽包水位采样信号的改进。
而汽包水位保护信号的选取应该考虑其可靠性、稳定性、准确性及水位保护实际传动的校验性，同时避免保护与自动调节信号的集中【131。
（3） 信号质量的自动校验。
当某汽包液位测量信号退出运行时，可能是由于变送器故障，信号线路中断、水位测量取样管路严重泄漏等原因造成的测量值超出变送器的测量范围。
这些情况可由DCS（分散控制系统）的质量校验模块根据是否超量程来判断该测点质量的好坏【14】。
（4） 取样管泄漏的自动检测。
当变送器的取样管发生泄漏或取样管冻住时，测量值会出现大的偏差，或都超量程而发生异常信号，此时应该退出运行，并通知维护人员尽快处理。
（5） 测量方式的改进。
目前的汽包水位测量采用原理无非是连通器原理和差压原理，并对测量值进行压力补偿，但如果压力值发生大的突变时，也会造成汽包液位不准确。
综上所述，锅炉汽包液位保护控制系统还需进一步完善和发展。
因此，此课题具有理论研究意义与实际应用价值。
1．3DCS控制系统介绍
目前，汽包水位监控与保护控制系统普遍通过DCS和PLC来实现。
PLC控制系统的主要部分就是可编程控制器。
该系统的核心是CPU，可以实现定时、计数、Pm调节等过程控制功能，具有通信功能，可能与外部系统进行通信【”】。
程序编好后可以对逻辑、定时、计数、PD调节和算术运算等进行过程控制【16】。
PLC一般只实现某一个小型的系统的控制，因此功能方面没有DCS强大，通过DCS系统的软硬件组态【17】实现液位保护的功能也已经普遍被接受和采纳。
1．3．1DCS控制系统的组成
DCS由控制站、工程师站、操作员站以及过程控制网络组成。
系统硬件结构如图1．2所示。
Fig．1．2DCSsystemhardwares仃uctu】re
（1） 操作站
操作站包括工程师站、操作员站和数据处理站。
工程师是由专责人员通过权限认证进行操作，工程师站上装有组态软件，通过权限认证可在此计算机进行系统组态、逻辑修改、画面制作等。
操作员站是运行人员用于监视系统数据和操作设备状态的操作平台。
数据处理站是完成数据采集和整理的平台。
（2） 控制站
现场控制站即若干个控制柜，与现场设备相连，其内部硬件有电源模块、CPU卡、数据通讯卡、I／O模块、适配器等。
其中核心是CPU卡，相当于中央枢纽，内部存有大量的程序，用来执行各项控制任务和协调站内的硬件关系。
例如，信息的输入输出、控制任务的执行、冗余模块的切换、上下网的通信、信息的诊断等。
数据通讯卡是负责CPU卡和I／O模块之间的通讯【18】。
I／O模块负责现场信号的采集和控制信号的输出等。
（3） 系统中的网络
系统的网络由上到下分别为监控网络、过程控制网络和控制站内部网络3个层次。
监控网络采用TCP／IP协议，实现高层监控管理计算机与工程师站和操作员站的互联，过程控制网络采用开放、可靠、高速的控制网络连接工程师站、操作站、控制站和通讯处理单元，控制站内部网络实现CPU卡与数据通讯卡和I／o
万方数据
卡的连接与通讯【l91。
1．3．2对目前我国DCS组态现状的思考
一套DCS系统的功能是否完善，除了取决于配置的硬件是否可靠外，更取决于内部软件是否合理，数据库是否强大，控制策略是否合理等。
但目前我国DCS普遍存在不足，其一是很多DCS系统不具备在线仿真功能。
其二是组态单位提供的组态不够成熟，逻辑中的错误和漏洞太多，试验中防不胜防。
从表面上看逻辑没有什么问题，实际上可能由于某个功能模块的参数设置得当，就可能引起系统动作不正常。
从以往的经验来看，新建项目和扩建项目的首台机组DCS组态都存在大量的错误和不完善的问题，造成调试工作问题重重，因DCS组态的缺陷造成工期延期的事情时有发生，有的DCS组态错误在机组投产后几年都无法消除【201。
1．4本文研究的主要内容
本文以对汽包水位保护系统的改造为目的，重点研究以下几个方面：
（1） 全面了解余热锅炉液位保护系统的要点和难点，了解汽包液位测量与保护系统的全过程。
完善汽包液位监控系统的功能。
水位保护系统应该能在锅炉水位达到低一值时及时补水，增加给水量，避免汽包干烧和爆管；汽包满水达到高一值时能自动打开放水阀；水位系统达到高二值或低二值时能停炉、停机、关闭主汽门，防止设备损坏。
（2） 学习并掌握汽包液位的压力补偿的方法和原理，建立数学模型。
目前，电站控制系统普遍采用DCS以及其它计算机控制系统，通过这些计算机控制系统来实现水位测量的温度压力补偿十分方便，而且可以确保在液位测量区域全范围内的精确补偿。
（3） 分析余热锅炉液位监视保护系统存在的不足，从硬件和软件两方面提出需要完善的地方，并针对缺陷提出系统的优化方案。
再从硬件和软件两个方面进行整改实现系统的功能设计。
（4） 学习DCS系统的软硬件环境，掌握它的组态方法及各种控制模块的原理和作用。
（5） 测试实验方法的选择，制定实验方案和步骤，汽包水位保护逻辑修改后必须进行全面的检查性试验，以验证逻辑的正确性与可靠性。
第2章原控制系统工艺介绍及存在的问题
2．11撑机组汽包水位控制系统现状
l稃机组现有汽包水位控制系统的硬件配置有：
带摄像头监视的云母水位计一套，电接点水位计一套，差压
升级会员 