DeltaV與變頻器DP通訊在鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

王元漢

（五礦銅業(yè)湖南有限公司，湖南 衡陽 421000）

五礦銅業(yè)（湖南）有限公司成立于2013年10月，位于湖南省衡陽市常寧市水口山鎮(zhèn)，企業(yè)擁有年處理含銅、金、銀、硫物料55萬噸的能力，年產(chǎn)A級(jí)陰極銅10萬噸，并綜合回收金、銀、硒、鎳、鉍等多種稀貴金屬和硫酸。其裝備為國(guó)內(nèi)一流，擁有完整的DeltaV DCS控制系統(tǒng)，自動(dòng)化水平較高。

鍋爐汽包液位是生產(chǎn)過程的重要工藝指標(biāo)，同時(shí)也是保證鍋爐安全運(yùn)行的主要條件之一。液位過高， 汽包面臨爆炸風(fēng)險(xiǎn)；液位過低，鍋爐面臨燒干燒穿風(fēng)險(xiǎn)。所以鍋爐汽包液位是一個(gè)非常重要的被控對(duì)象。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)由鍋爐氣包液位磁翻板檢測(cè)裝置、氣包給水流量檢測(cè)裝置、鍋爐氣包輸出蒸汽流量檢測(cè)裝置、給水泵電動(dòng)機(jī)變頻器、DCS控制器、工程師站、操作員站等組成。

鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)中，DCS選用的是emerson公司的DeltaV系統(tǒng)，變頻器選用的是invt變頻器，DeltaV讀取變頻器的運(yùn)行參數(shù)并且發(fā)送啟停調(diào)頻等控制參數(shù)。

2 DCS系統(tǒng)

DCS控制采用DeltaV控制系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)也稱離散控制系統(tǒng)。Deltav DCS系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，組態(tài)簡(jiǎn)潔高效，控制功能完善。DeltaV自動(dòng)控制系統(tǒng)包括如下幾個(gè)部分。

一個(gè)或多個(gè)I/O子系統(tǒng)，用于處理來自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息。

一個(gè)或多個(gè)控制器，用于執(zhí)行本地控制并管理數(shù)據(jù)以及I/O子系統(tǒng)和控制網(wǎng)絡(luò)之間的通訊。

電源。

一個(gè)或多個(gè)工作站，為過程提供圖形用戶界面。

控制網(wǎng)絡(luò)，能提供系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間的通訊。

裝在授權(quán)包中的加密狗，是插入主工程師站的 (USB)的連接器。它為每個(gè)DeltaV系統(tǒng)提供唯一的識(shí)別符，允許您把修改下裝到控制器。

DeltaV系統(tǒng)軟件包括許多應(yīng)用程序，幫助您組態(tài)、操作、歸檔和優(yōu)化流程。主要的應(yīng)用程序被分類成工程工具（Engineering Tools）和操作工具（Operator Tools）。

工程工具用于工程師軟件和硬件組態(tài)，主要的組態(tài)工具是DeltaV Explorer，operate configure，control studio等等。

操作員工具用于過程控制系統(tǒng)的日常操作.包括基本計(jì)算機(jī)技能和鼠標(biāo)使用技能，登錄和注銷程序，如何從系統(tǒng)中獲取幫助，替換畫面和打印畫面，以及如何響應(yīng)報(bào)警。

3 控制系統(tǒng)DP通訊的實(shí)現(xiàn)

3.1 DCS組態(tài)

該系統(tǒng)采用DeltaV的DP通訊卡件進(jìn)行通訊， 在DeltaV explorer瀏覽器中依次打開physical network→control network→control→I/O→card→p01→profibus設(shè)備→slot→設(shè)置profibus信號(hào)，設(shè)置信號(hào)是通過設(shè)置字節(jié)偏移量來讀寫變頻器中的信號(hào)，包括DCS端設(shè)備的通訊地址，電機(jī)電流，運(yùn)行頻率，給定頻率，運(yùn)行狀態(tài)，本地遠(yuǎn)程等信號(hào)，最后下裝到控制器。

打開DeltaV explorer瀏覽器中的contro strategies中的廠區(qū)，在廠區(qū)新建pid控制模塊，在control studio中添加模塊所需要的功能塊，設(shè)置功能塊的IO_IN，IO_OUT等等參數(shù)，最后下裝到控制器。

3.2 變頻器的設(shè)置

只需要通過變頻器的鍵盤設(shè)置通訊地址，電機(jī)功率，啟停權(quán)限等等參數(shù)就完成變頻器的參數(shù)設(shè)置。

4 DeltaV系統(tǒng)在汽包液位控制中的優(yōu)化

4.1 工藝流程圖

如圖1所示。

圖1 汽包工藝流程圖

4.2 汽包液位控制

三沖量控制即汽包液位，供水流量，外供蒸汽量三個(gè)變量經(jīng)過運(yùn)算被送入PID調(diào)節(jié)器，這樣不但可以迅速克服水流量的波動(dòng)，還可以使進(jìn)入汽包的給水和送出的蒸汽保持平衡，從而有效克服虛假液位對(duì)調(diào)節(jié)品質(zhì)的影響，使汽包液位為維持在設(shè)定值。系統(tǒng)組態(tài)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組態(tài)

說明：FLOW1：汽包進(jìn)水流量，F(xiàn)LOW2：汽包外供蒸氣流量，XISHU：設(shè)置為0.3，LEV：汽包液位.四個(gè)參數(shù)作為CACL的輸入端，在CACL內(nèi)部表達(dá)式：OUT=(FLOW1-FLOW2)*XISHU+LEV，然后CACL的OUT作為PID的輸入，PID設(shè)置為反作用，最后經(jīng)過輸出參數(shù)引至變頻器，用來調(diào)節(jié)變頻器的頻率，ACT(執(zhí)行功能塊)的作用是用戶投入和切除三沖量功能。

調(diào)節(jié)過程：汽包液位正常設(shè)置為0.36m，當(dāng)蒸氣外供流量突然增加時(shí)，汽包壓力將下降，汽包內(nèi)液位迅速降低，產(chǎn)生虛假水位.這時(shí)PID的輸入減少，由于PID設(shè)置為反作用，PID的輸出必然增加，最終變頻器的頻率增加，進(jìn)水量增加，減少汽包內(nèi)的汽化量，克服虛假水位，從而使水位保持不變，達(dá)到控制水位的目的。

5 調(diào)試中的問題

開車半小時(shí)后變頻器運(yùn)行頻率突然降為0然后迅速恢復(fù)，察看變頻器故障記錄，確定是變頻器對(duì)DP通訊產(chǎn)生干擾，加大DP電纜和干擾源的距離后通訊正常。液位歷史曲線波動(dòng)較大，分析是P(比例)，I(積分)兩個(gè)參數(shù)設(shè)置不合理，反復(fù)修改P，I并投入三沖量計(jì)算后液位明顯趨向穩(wěn)定。

6 結(jié)語

三沖量控制是在單沖量控制的基礎(chǔ)上加入給水流量， 蒸汽流量，利用蒸汽流量、水位和給水流量3個(gè)參數(shù)來對(duì)液面進(jìn)行控制。在該控制系統(tǒng)中，汽包液位是主沖量信號(hào)，鍋爐給水流量和外供蒸汽流量是兩個(gè)次沖量信號(hào)。該控制能超前把蒸汽流量和給水流量送入LIC控制模塊，能很好地克服虛假水位，外供蒸汽，鍋爐給水三個(gè)變量對(duì)控制系統(tǒng)的影響。此改造有以下優(yōu)點(diǎn)：①變頻器根據(jù)汽包液位調(diào)節(jié)頻率，能耗較改造前降低50%，每月可節(jié)約1萬元。②進(jìn)水閥始終全開，故障率大幅降低，每年可減少2臺(tái)閥門消耗，合計(jì)每年節(jié)約4萬元。③改造后液位控制實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化，更加安全穩(wěn)定，提升設(shè)備和人力工作效率。④變頻器和DeltaV走DP通訊，只需一根200米通訊電纜即可，在電腦上可以看到電機(jī)電流，運(yùn)行頻率，運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)。