專利名稱：自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及船用冷凝器控制領域，具體來講是一種自適應船用冷凝器過程控制系 統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
背景技術：
船用冷凝器作為冷源，是保證蒸汽動力裝置穩(wěn)定運行的重要設備。當冷凝器控制 系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，將影響到冷凝器的正常運行，進而影響船用主輔機的運行，降低運行效 率，甚至直接影響船用蒸汽動力裝置運行的安全性。
船用冷凝器過程控制系統(tǒng)主要包括冷凝器壓力控制系統(tǒng)、冷凝器水位控制系統(tǒng)以 及冷凝器凝水過冷度控制系統(tǒng)三個部分，統(tǒng)稱為冷凝器過程控制系統(tǒng)。船用冷凝器壓力控 制系統(tǒng)主要作用是維持冷凝器的真空，保證主輔機的正常排汽。船用冷凝器水位控制系統(tǒng) 主要是控制冷凝器水位為設定范圍，防止水位過高或過低影響冷凝器換熱管換熱效率。船 用凝水過冷度控制功能主要是將凝水的過冷度控制在規(guī)定范圍內，降低凝水含氧量，避免 高含氧量凝水腐蝕鍋爐等設備。
通常船用冷凝器壓力控制系統(tǒng)采用的是通過控制循環(huán)水泵轉速直接控制冷凝器 壓力的方案，該方案的缺點是對控制系統(tǒng)傳感器、調節(jié)閥等的故障情況適應能力較差。船用 冷凝器正常水位控制方法主要是通過三通閥開度調節(jié)冷凝器水位，缺點是在船舶大幅度變 工況條件下，導致控制穩(wěn)定時間較長，并且對控制系統(tǒng)故障情況適應能力較差。船用凝水 過冷度控制方案主要是通過熱力除氧閥將蒸汽引入到冷凝器內部熱阱，起到降低凝水過冷 度的目的，缺點是在低負荷情況下，控制效果不理想，并且對控制系統(tǒng)故障情況適應能力較 差。并且，目前常用的船用冷凝器過程控制系統(tǒng)控制模式較為單一，當出現(xiàn)控制系統(tǒng)故障后 只能將控制系統(tǒng)解除自動，排除故障后才能再次投入自動。影響了船用蒸汽動力裝置的正 常運行。發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種自適應船用冷凝器過程 控制系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，該系統(tǒng)具有冷凝器壓力控制功能、冷凝器正常水位控制功能以及 凝水過冷度控制功能，以及多種控制模式；能夠對壓力傳感器、水位傳感器、調節(jié)閥執(zhí)行器 等的故障自動識別，針對不同控制模式具有冷凝器過程控制策略的自動適應功能，提高了 船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的可靠性安全性。
為達到以上目的，本發(fā)明提供一種自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)，包括控制單 元，與控制單元分別相連的操作顯示單元、循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、熱 力除氧調節(jié)閥、凝水溫度傳感器、循環(huán)水入口溫度傳感器和蒸汽流量傳感器；所述循環(huán)水泵 調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、熱力除氧調節(jié)閥還都與操作顯示單元相連；所述操作 顯示單元還分別連接一個冷凝器的壓力傳感器和一個冷凝器的水位傳感器；所述操作顯 示單元顯示壓力傳感器和水位傳感器的數(shù)據(jù)，向循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、熱力除氧調節(jié)閥發(fā)送操作信號，同時向控制單元發(fā)送所述各調節(jié)閥的手動/自動信號 以及各傳感器的數(shù)據(jù)；所述控制單元接收凝水溫度傳感器、循環(huán)水入口溫度傳感器和蒸汽 流量傳感器傳來的數(shù)據(jù)，接收向循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、熱力除氧調 節(jié)閥的閥位反饋信號，同時向對應的調節(jié)閥發(fā)送閥位控制信號。
在上述技術方案的基礎上,所述控制單元包括采集單元、顯示單元、分析單元、壓 力模式選擇單元、水位模式選擇單元、過冷度模式選擇單元、計算單元和輸出單元，采集單 元連接所有與控制單元相連的部件，并通過顯示單元顯示采集到的數(shù)據(jù)，分析單元與采集 單元相連，通過接收其信號分析各部件的故障情況，壓力模式選擇單元、水位模式選擇單 元、過冷度模式選擇單元均分別連接分析單元和計算單元，所述三個模式選擇單元根據(jù)故 障情況的組合抽取，自適應選擇控制模式，并傳輸至計算單元，計算單元計算閥位控制量并 通過與其相連輸出單元，將閥位控制信號輸出至對應的調節(jié)閥。
在上述技術方案的基礎上,所述操作顯示單元包括操作單元、壓力顯示單元和水 位顯示單元,壓力顯示單元連接壓力傳感器，并顯示其數(shù)據(jù)；水位顯示單元連接水位傳感 器，并顯示其數(shù)據(jù)；操作單元連接循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、熱力除氧調 節(jié)閥，并向所述四個調節(jié)閥發(fā)送操作信號，操作單元還連接控制單元中的采集單元，將操作 信號及數(shù)據(jù)共同發(fā)送至采集單元。
在上述技術方案的基礎上，所述循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥和熱 力除氧調節(jié)閥這四個調節(jié)閥均包括遙控單元、驅動單元和閥位反饋單元，每個遙控單元均 與操作顯示單元中的操作單元連接，接收操作單元發(fā)來的操作信號；每個閥位反饋單元均 與控制單元的采集單元連接，向采集單元發(fā)送閥位反饋信號；每個驅動單元均與控制單元 中的輸出單元相連，接收輸出單元傳來的閥位控制信號。
本發(fā)明還提出一種自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，包括如下步驟S1.系統(tǒng)上電并初始化，設置各種變量和接口，控制單元對其接收到的各種信號進行采集， 并顯示；S2.控制單元分別判斷循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥以及熱力除氧調節(jié)閥的調節(jié) 方式是否投自動，若是，進入S4 ;若否，進入S5 ；S3.控制單元對故障情況進行組合抽取，選 擇與所述調節(jié)方式對應的控制模式；所述故障情況包括冷凝器壓力故障情況、冷凝器水位 故障情況、凝水過冷度故障情況；所述控制模式包括冷凝器壓力控制、壓力輸出鎖定控制、 冷凝器正常水位控制、變權值前饋水位控制、水位輸出鎖定控制、凝水過冷度控制、熱力除 氧輸出鎖定控制以及熱力除氧調節(jié)閥全開控制；S4.控制單元將選擇后的控制模式進行計 算，將結果分別輸出至需要控制的循環(huán)水泵調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、水位調節(jié)閥或熱力除氧 調節(jié)閥，轉入S2 ；S5.操作人員通過操作顯示單元對未投自動的調節(jié)閥進行遠程手動操作， 轉入S2。
在上述技術方案的基礎上，所述冷凝器壓力故障情況包括壓力傳感器故障、循環(huán) 水泵調節(jié)閥故障；冷凝器水位故障情況包括水位傳感器故障、蒸汽流量變化大于滿工況的 10%、水位調節(jié)閥故障；凝水過冷度故障情況包括凝水溫度傳感器故障、蒸汽流量低于滿工 況的20%、熱力除氧調節(jié)閥故障。
在上述技術方案的基礎上，所述循環(huán)泵調節(jié)閥投自動后，單次控制過程的詳細步 驟為B1.循環(huán)泵調節(jié)閥投自動，此時抽氣器調節(jié)閥必須投自動；B2.控制單元分析壓力傳 感器數(shù)據(jù)，判斷是否為壓力傳感器故障，若是，進入B6;若否，進入B3 ；B3.采用壓力傳感器采集到的壓力信號作為被控量；B4.控制單元選擇控制模式為冷凝器壓力控制；B5.控制單 元判斷是否為循環(huán)水泵調節(jié)閥故障，若是，進入B6 ;若否，進入B7 ；B6.控制單元選擇控制 模式為壓力輸出鎖定控制；B7.控制單元計算所選擇控制模式下的循環(huán)水泵調節(jié)閥輸出閥 位，并轉換為電流驅動的閥位控制信號發(fā)送至循環(huán)水泵調節(jié)閥。
在上述技術方案的基礎上，所述水位調節(jié)閥投自動后，單次控制過程的詳細步驟 為Cl.水位調節(jié)閥投自動；C2.控制單元分析水位傳感器數(shù)據(jù)，判斷是否為水位傳感器 故障，若是，進入CS ;若否，進入C3 ；C3.采用水位傳感器采集到的水位信號作為被控量; C4.控制單元對蒸汽流量傳感器數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否蒸汽流量變化大于滿工況的10%， 若是，進入C6 ;若否，進入C5 ；C5.控制單元選擇控制模式為冷凝器正常水位控制；C6.控制 單元選擇控制模式為變權值前饋水位控制；C7.控制單元判斷是否發(fā)生水位調節(jié)閥故障， 若是，進入CS;若否，進入C9;C8.控制單元選擇控制模式為水位輸出鎖定控制；C9.控制單 元計算所選擇控制模式下的水位輸出閥位，并轉換為電流驅動的閥位控制信號發(fā)送至水位 調節(jié)閥。
在上述技術方案的基礎上，所述熱力除氧調節(jié)閥投自動后，單次控制過程的詳細 步驟為D1.熱力除氧調節(jié)閥投自動；D2.控制單元對凝水溫度傳感器數(shù)據(jù)進行分析，判斷 是否為凝水溫度傳感器故障，若是，進入D8 ;若否，進入D3 ；D3.通過該凝水溫度傳感器數(shù)值 計算得到凝水過冷度，以該凝水過冷度作為被控量；D4.控制單元對蒸汽流量數(shù)據(jù)進行分 析，判斷是否蒸汽流量低于滿工況的20%，若是，進入D6 ;若否，進入D5 ；D5.控制單元選擇 控制模式為凝水過冷度控制；D6.控制單元選擇控制模式為熱力除氧閥全開控制；D7.控制 單元判斷是否發(fā)生熱力除氧調節(jié)閥故障，若是，進入D8 ;若否，進入D9 ；D8.控制單元選擇控 制模式為熱力除氧輸出鎖定；D9.控制單元計算所選擇控制模式下的過冷度輸出閥位，并 轉換為電流驅動的閥位控制信號發(fā)送至熱力除氧調節(jié)閥。
在上述技術方案的基礎上，冷凝器壓力控制是指，根據(jù)入口溫度與蒸汽負荷通過 理論計算或實際運行經驗得到該工況、該溫度下的循環(huán)水流量，再通過該循環(huán)水流量與循 環(huán)水泵調節(jié)閥值之間的對應關系得到閥門的實際控制開度；所述壓力輸出鎖定控制是指， 將發(fā)生故障前的正常控制輸出值輸出給循環(huán)水泵調節(jié)閥，并維持不變，同時產生報警信號。
在上述技術方案的基礎上，冷凝器正常水位控制是指，通過調節(jié)水位調節(jié)閥來控 制冷凝器水位在設定范圍內；變權值前饋水位控制是指，通過調節(jié)水位調節(jié)閥來控制冷凝 器水位，同時根據(jù)蒸汽流量參數(shù)作為前饋信號，當蒸汽流量變化大于滿工況的10%，即大范 圍變工況時，提前控制水位調節(jié)閥動作，將冷凝器的水位控制在設定范圍內；水位控制輸出 鎖定控制是指，將發(fā)生故障前的正常控制輸出值輸出給水位調節(jié)閥，并維持不變，同時產生 報警信號。
在上述技術方案的基礎上，凝水過冷度控制是指，通過調節(jié)熱力除氧調節(jié)閥來提 高凝水溫度，使凝水過冷度控制在設定范圍內；熱力除氧調節(jié)閥全開控制是指，在蒸汽流量 低于滿工況的20%，即蒸汽負荷低工況時，直接將熱力除氧調節(jié)閥開到最大開度，不通過凝 水溫度進行控制，使凝水過冷度控制在設定范圍內；熱力除氧輸出鎖定控制，是指將發(fā)生故 障前的正常控制輸出值輸出給熱力除氧調節(jié)閥，并維持不變，同時產生報警信號。
在上述技術方案的基礎上,所述控制單元包括采集單元、分析單元、壓力模式選擇 單元、水位模式選擇單元、過冷度模式選擇單元、計算單元和輸出單元，采集單元判斷所述調節(jié)閥是否投自動；分析單元對所述故障進行分析；壓力模式選擇單元、水位模式選擇單 元和過冷度模式選擇單元對控制模式進行選擇；計算單元對各項數(shù)值進行計算，輸出單元 將計算單元的計算結果，轉換為電流驅動的閥位控制信號并輸出。
在上述技術方案的基礎上，所述冷凝器壓力控制、壓力輸出鎖定控制儲存于壓力 模式選擇單元；冷凝器正常水位控制、變權值前饋水位控制、水位輸出鎖定控制儲存于水位 模式選擇單元；凝水過冷度控制、熱力除氧輸出鎖定控制、熱力除氧調節(jié)閥全開控制儲存于 過冷度模式選擇單元。
本發(fā)明的有益效果在于
1.本發(fā)明能夠對冷凝器的壓力傳感器故障進行自動適應，當壓力傳感器故障時， 將壓力輸出鎖定，最大限度保持冷凝器壓力控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
2.本發(fā)明能夠對冷凝器的水位傳感器故障進行自動適應，當水位傳感器故障時， 將水位輸出鎖定，當船用蒸汽動力裝置處于大范圍變工況條件下，冷凝器過程控制系統(tǒng)將 切換控制模式為變權值前饋水位控制，以減小控制擾動。
3.本發(fā)明能夠對凝水溫度傳感器故障進行自動適應，當凝水溫度傳感器故障時， 將熱力除氧輸出鎖定；當處于低負荷工況下運行時，冷凝器過程控制系統(tǒng)將切換控制模式 為熱力除氧閥全開控制，保證低負荷工況下的控制穩(wěn)定性。
4.本發(fā)明能夠對循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、熱力除氧調節(jié)閥故障進行自動適 應，當各調節(jié)閥發(fā)生故障后，控制系統(tǒng)能夠立即鎖定控制輸出，保證冷凝器過程控制系統(tǒng)的 安全。
圖1為本發(fā)明實施例自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)結構的信號流向圖2為圖1中詳細的信號流向圖3為本發(fā)明實施例自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法流程圖4為圖3中循環(huán)泵調節(jié)閥投自動后單次控制過程的詳細流程圖5為圖3中水位調節(jié)閥投自動后單次控制過程的詳細流程圖6為圖3中熱力除氧調節(jié)閥投自動后單次控制過程的詳細流程圖。
附圖標記
循環(huán)水泵調節(jié)閥1，第一遙控單元11，第一驅動單元12，第一閥位反饋單元13 ；
水位調節(jié)閥2，第二遙控單元21，第二驅動單元22，第二閥位反饋單元23 ；
抽氣器調節(jié)閥3，第三遙控單元31，第三驅動單元32，第三閥位反饋單元33 ；
熱力除氧調節(jié)閥4，第四遙控單元41，第四驅動單元42，第四閥位反饋單元43 ；
操作顯示單元5,操作單元51,壓力顯示單元52,水位顯示單元53 ；
控制單元6，采集單元61，顯示單元62，分析單元63，壓力模式選擇單元64，水位模 式選擇單元65，過冷度模式選擇單元66，計算單元67，輸出單元68 ；
壓力傳感器7 ;水位傳感器8 ;凝水溫度傳感器9 ;循環(huán)水入口溫度傳感器10 ;蒸汽 流量傳感器11。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
如圖1所示，本發(fā)明自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)，包括控制單元6，與控制單 元6分別連接的操作顯示單元5、循環(huán)水泵調節(jié)閥1、水位調節(jié)閥2、抽氣器調節(jié)閥3、熱力除 氧調節(jié)閥4、凝水溫度傳感器9、循環(huán)水入口溫度傳感器10和蒸汽流量傳感器11 ;所述循環(huán) 水泵調節(jié)閥1、水位調節(jié)閥2、抽氣器調節(jié)閥3、熱力除氧調節(jié)閥4還都與操作顯示單元5相 連；操作顯示單元5還分別連接一個冷凝器的壓力傳感器7和一個冷凝器的水位傳感器8， 其中，所述抽氣器調節(jié)閥3是抽氣器的進汽調節(jié)閥；循環(huán)水泵調節(jié)閥I是循環(huán)水泵的進汽調 節(jié)閥。操作顯示單元5顯示壓力傳感器7和水位傳感器8的數(shù)據(jù)，向循環(huán)水泵調節(jié)閥1、水 位調節(jié)閥2、抽氣器調節(jié)閥3、熱力除氧調節(jié)閥4發(fā)送操作信號，同時向控制單元6發(fā)送所述 各調節(jié)閥的手動/自動信號以及各傳感器的數(shù)據(jù)；控制單元6接收凝水溫度傳感器9、循環(huán) 水入口溫度傳感器10和蒸汽流量傳感器11傳來的數(shù)據(jù)，接收向循環(huán)水泵調節(jié)閥1、水位調 節(jié)閥2、抽氣器調節(jié)閥3、熱力除氧調節(jié)閥4的閥位反饋信號，同時向所述各調節(jié)閥發(fā)送閥位 控制信號。所述閥位控制信號、閥位反饋信號、操作信號均為4mA-20mA標準電流信號。
如圖1和圖2所示，操作顯示單元5包括操作單元51、壓力顯示單元52和水位顯 示單元53,壓力顯示單元52連接壓力傳感器7并顯示其數(shù)據(jù)；水位顯示單元53連接水位 傳感器8并顯示其數(shù)據(jù)。操作單元51連接循環(huán)水泵調節(jié)閥1、水位調節(jié)閥2、抽氣器調節(jié)閥 3、熱力除氧調節(jié)閥4，并向所述四個調節(jié)閥發(fā)送操作信號，操作單元還連接控制單元6，并 向其發(fā)送操作信號及數(shù)據(jù)。
所述控制單元6包括采集單元61、顯示單元62、分析單元63、壓力模式選擇單元 64、水位模式選擇單元65、過冷度模式選擇單元66、計算單元67和輸出單元68，采集單元 61連接所有與控制單元相連的部件,并通過顯示單元62顯示采集到的數(shù)據(jù),采集單元61同 時連接操作單元51。分析單元63與采集單元62相連，通過接收其信號分析各部件的故障 情況，壓力模式選擇單元64、水位模式選擇單元65、過冷度模式選擇單元66均分別連接分 析單元67和計算單元68，所述三個模式選擇單元根據(jù)故障情況的組合抽取，自適應選擇控 制模式，并傳輸至計算單元67，計算單元67計算閥位控制量并通過與其相連輸出單元68， 輸出單元68件將計算結果轉為閥位控制信號輸出至對應的調節(jié)閥。
所述循環(huán)水泵調節(jié)閥I包括第一遙控單元11、第一驅動單元12、第一閥位反饋單 元13 ;水位調節(jié)閥2包括第二遙控單元21、第二驅動單元22、第二閥位反饋單元23 ;抽氣器 調節(jié)閥3包括第三遙控單元31、第三驅動單元32、第三閥位反饋單元33 ;熱力除氧調節(jié)閥4 包括第四遙控單元41、第四驅動單元42、第四閥位反饋單元43。上述每個遙控單元均與操 作顯示單元5中的操作單元51連接,接收操作單元51發(fā)來的操作信號；每個閥位反饋單元 均與控制單元6的采集單元61連接，向采集單元61發(fā)送閥位反饋信號；每個驅動單元均與 控制單元6中的輸出單元68相連，接收輸出單元68傳來的閥位控制信號。
如圖1和圖3所示，本發(fā)明自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，包括如下 步驟
S1.系統(tǒng)上電并初始化，設置各種變量和接口，控制單元6對其接收到的各種信號 進行采集，并顯示。
S2.控制單元6的采集單元61分別判斷循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥以及熱力除 氧調節(jié)閥的調節(jié)方式是否投自動，若是，進入S4 ;若否，進入S5 ；
S3.控制單元6的分析單元63對故障情況進行組合抽取，壓力模式選擇單元64、 水位模式選擇單元65以及過冷度模式選擇單元66，分別選擇與所述調節(jié)方式對應的控制 模式。所述故障情況包括冷凝器壓力故障情況、冷凝器水位故障情況、凝水過冷度故障情 況；冷凝器壓力故障情況又包括壓力傳感器故障、循環(huán)水泵調節(jié)閥故障；冷凝器水位故障 情況又包括水位傳感器故障、蒸汽流量變化大于滿工況的10%、水位調節(jié)閥故障；凝水過冷 度故障情況又包括凝水溫度傳感器故障、蒸汽流量低于滿工況的20%、熱力除氧調節(jié)閥故 障?？刂颇Ｊ桨ɡ淠鲏毫刂?、壓力輸出鎖定控制、冷凝器正常水位控制、變權值前饋 水位控制、水位輸出鎖定控制、凝水過冷度控制、熱力除氧輸出鎖定控制以及熱力除氧調節(jié) 閥全開控制。
S4.控制單元將選擇后的控制模式進行計算，將結果分別輸出至需要控制的循環(huán) 水泵調節(jié)閥1、抽氣器調節(jié)閥2、水位調節(jié)閥3或熱力除氧調節(jié)閥4，轉入S2。
S5.操作人員通過操作顯示單元對未投自動的調節(jié)閥進行遠程手動操作，轉入S2。
如圖1、圖2和圖4所示,系統(tǒng)啟動并初始化之后,如果判斷循環(huán)泵調節(jié)閥I投自動 后，單次控制過程的詳細步驟為
B1.控制單元6的采集單元61判斷出循環(huán)泵調節(jié)閥I投自動后，此時抽氣器調節(jié) 閥3必須投自動，只有在二者共同投自動的情況下，此次控制過程才能成立。
B2.分析單元63分析壓力傳感器7數(shù)據(jù)，判斷是否為壓力傳感器故障，若是，進入 B6 ;若否，進入B3。
B3.分析單元63采用壓力傳感器7采集到的壓力信號作為被控量。
B4.控制單元6的壓力模式選擇單元64選擇控制模式為冷凝器壓力控制；冷凝器 壓力控制是指，根據(jù)入口溫度與蒸汽負荷通過理論計算或實際運行經驗得到該工況、該溫 度下的循環(huán)水流量，再通過該循環(huán)水流量與循環(huán)水泵調節(jié)閥值之間的對應關系得到閥門的 實際控制開度。
B5.分析單元63通過第一閥位反饋單元13發(fā)送的閥位反饋信號，來判斷是否為循 環(huán)水泵調節(jié)閥故障，若是，進入B6 ;若否，進入B7。
B6.壓力模式選擇單元64控制單元選擇控制模式為壓力輸出鎖定控制；壓力輸出 鎖定控制是指，將發(fā)生故障前的正?？刂戚敵鲋递敵鼋o循環(huán)水泵調節(jié)閥I的第一驅動單元 12，并維持不變，同時產生報警信號。
B7.計算單元67根據(jù)冷凝器壓力控制或壓力輸出鎖定控制，計算循環(huán)水泵調節(jié)閥 控制輸出閥位，輸出單元68將計算結果轉換為電流驅動的閥位控制信號，發(fā)送至循環(huán)水泵 調節(jié)閥I的第一驅動單元12。
如圖1、圖2和圖5所示，系統(tǒng)啟動并初始化之后，如果判斷水位調節(jié)閥2投自動 后，單次控制過程的詳細步驟為
Cl.控制單元6的采集單元61判斷出水位調節(jié)閥投自動。
C2.分析單元63分析水位傳感器8數(shù)據(jù)，判斷是否為水位傳感器故障，若是，進入 C8 ;若否，進入C3 ；
C3.分析單元63采用水位傳感器8采集到的水位信號作為被控量。
C4.控制單元6的水位模式選擇單元65對蒸汽流量傳感器11數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否蒸汽流量變化大于滿工況的10%，若是，進入C6 ;若否，進入C5。
C5.水位模式選擇單元65選擇控制模式為冷凝器正常水位控制；冷凝器正常水位 控制是指，通過調節(jié)水位調節(jié)閥2來控制冷凝器水位在設定范圍內。
C6.水位模式選擇單元65選擇控制模式為變權值前饋水位控制；變權值前饋水位 控制是指，通過調節(jié)水位調節(jié)閥2來控制冷凝器水位，同時根據(jù)蒸汽流量參數(shù)作為前饋信 號，當蒸汽流量變化大于滿工況的10%，即大范圍變工況時，提前控制水位調節(jié)閥2動作，將 冷凝器的水位控制在設定范圍內。
C7.分析單元63通過第二閥位反饋單元23發(fā)送的閥位反饋信號，判斷是否發(fā)生水 位調節(jié)閥故障，若是，進入CS ;若否，進入C9。
C8.水位模式選擇單元65選擇控制模式為水位輸出鎖定控制；水位控制輸出鎖定 控制是指，將發(fā)生故障前的正?？刂戚敵鲋递敵鼋o水位調節(jié)閥2的第二驅動單元22，并維 持不變，同時產生報警信號。
C9.計算單元67計算所選擇控制模式下的水位輸出閥位，輸出單元68將計算結果 轉換為電流驅動的閥位控制信號，發(fā)送至水位調節(jié)閥2的第二驅動單元22。
圖1、圖2和圖6所示，系統(tǒng)啟動并初始化之后，如果判斷熱力除氧調節(jié)閥4投自動 后，單次控制過程的詳細步驟為
Dl.控制單元6的采集單元61判斷出熱力除氧調節(jié)閥投自動。
D2.分析單元63對凝水溫度傳感器9數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否為凝水溫度傳感器 故障，若是，進入D8 ;若否，進入D3。
D3.分析單元63通過該凝水溫度傳感器數(shù)值計算得到凝水過冷度，以該凝水過冷 度作為被控量。
D4.分析單元63對蒸汽流量數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否蒸汽流量低于滿工況的20%， 若是，進入D6 ;若否，進入D5。
D5.控制單元6的過冷度模式選擇單元66選擇控制模式為凝水過冷度控制；凝水 過冷度控制是指，通過調節(jié)熱力除氧調節(jié)閥4來提高凝水溫度，使凝水過冷度控制在設定 范圍內。
D6.過冷度模式選擇單元66選擇控制模式為熱力除氧閥全開控制；熱力除氧調節(jié) 閥全開控制是指，在蒸汽流量低于滿工況的20%，即蒸汽負荷低工況時，直接將熱力除氧調 節(jié)閥4開到最大開度，不通過凝水溫度進行控制，使凝水過冷度控制在設定范圍內。
D7.分析單元63判斷是否發(fā)生熱力除氧調節(jié)閥故障，若是，進入D8;若否，進入 D9。
D8.過冷度模式選擇單元66選擇控制模式為熱力除氧輸出鎖定；熱力除氧輸出 鎖定控制，是指將發(fā)生故障前的正常控制輸出值輸出給熱力除氧調節(jié)閥4的第四驅動單元 42，并維持不變，同時產生報警信號。
D9.計算單元67計算所選擇控制模式下的過冷度控制輸出閥位，輸出單元68將 計算結果轉換為電流驅動的閥位控制信號，發(fā)送至熱力除氧調節(jié)閥4的第四驅動單元42。
在上述步驟中，所有單次控制過程相當于單次的S2至S5完成后，都需要跳轉到S2 中進行下一次控制過程的判斷。所述冷凝器壓力控制、壓力輸出鎖定控制儲存于壓力模式 選擇單元64 ;冷凝器正常水位控制、變權值前饋水位控制、水位輸出鎖定控制儲存于水位模式選擇單元65 ;凝水過冷度控制、熱力除氧輸出鎖定控制、熱力除氧調節(jié)閥全開控制儲 存于過冷度模式選擇單元66。
如圖1至圖6所示，通過一個具體實施例對本發(fā)明進一步說明。
自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)在運行后，首先進行參數(shù)初始化，將冷凝器過程 控制系統(tǒng)中各個閥門投自動運行。采集單元61采集到冷凝器壓力、水位、凝水溫度、循環(huán)水 入口溫度、蒸汽流量等參數(shù)，以及循環(huán)水泵調節(jié)閥1、水位調節(jié)閥2、抽氣器調節(jié)閥3、熱力除 氧調節(jié)閥4的閥位反饋信號，確定控制系統(tǒng)沒有故障。此時根據(jù)蒸汽負荷通過理論計算或 實際運行經驗，確定抽氣器調節(jié)閥3在不同蒸汽負荷下的開度；冷凝器壓力控制系統(tǒng)將根 據(jù)循環(huán)水入口溫度與蒸汽負荷通過理論計算或實際運行經驗得到該工況、該溫度下，循環(huán) 水的流量，再通過該循環(huán)水流量與循環(huán)水泵調節(jié)閥值之間的對應關系，得到汽輪循環(huán)水泵 調節(jié)閥的實際控制開度。
冷凝器水位控制系統(tǒng)將采用水位傳感器8數(shù)據(jù)作為被控量，通過正常的水位控制 方式對水位進行控制，當發(fā)現(xiàn)蒸汽負荷大幅度變化時，將采用變權值前饋水位控制方式，采 用蒸汽流量作為前饋量，以減小大幅度變工況時的水位波動，改善水位動態(tài)特性。凝水過冷 度控制系統(tǒng)將采用凝水溫度傳感器9數(shù)值通過計算得到凝水過冷度，以該過冷度作為被控 量，采用常規(guī)的凝水過冷度控制方式，通過控制熱力除氧調節(jié)閥4開度，控制進入冷凝器的 乏汽量，間接控制凝水過冷度。當判斷出蒸汽負荷處于低負荷時，將改變控制模式為熱力 除氧閥全開控制方式，原因是在低負荷時，循環(huán)水流量超過需求流量較多，因此增大乏汽流 量，是最好的控制方法。
當分析單元63檢測到壓力傳感器故障后，壓力模式選擇單元64將根據(jù)此故障模 式選擇壓力輸出鎖定控制，以適應該故障模式。當分析單元63檢測到水位傳感器故障后， 水位模式選擇單元65將根據(jù)此故障模式選擇水位輸出鎖定控制，以適應該故障模式。當分 析單元63檢測到凝水溫度傳感器故障后，過冷度模式選擇單元66將根據(jù)此故障模式選擇 熱力除氧輸出鎖定控制，以適應該故障模式。
當分析單元63檢測到自循環(huán)水泵調節(jié)閥1、水位調節(jié)閥2、抽氣器調節(jié)閥3、熱力除 氧調節(jié)閥4發(fā)生故障時，壓力模式選擇單元64、水位模式選擇單元65以及過冷度模式選擇 單元66將根據(jù)該故障模式分別選擇壓力輸出鎖定控制、水位輸出鎖定控制以及熱力除氧 閥輸出鎖定控制，以分別適應所述故障模式。
因此可知，本發(fā)明自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)，對各種傳感器故障以及調節(jié) 閥故障均有比較好的自適應能力，能夠最大限度保持船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的正常工 作。
本發(fā)明不局限于上述實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離 本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護 范圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。
權利要求
1.一種自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)，其特征在于包括控制單元，與控制單元分別相連的操作顯示單元、循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、熱力除氧調節(jié)閥、凝水溫度傳感器、循環(huán)水入口溫度傳感器和蒸汽流量傳感器；所述循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、熱力除氧調節(jié)閥還都與操作顯示單元相連；所述操作顯示單元還分別連接一個冷凝器的壓力傳感器和一個冷凝器的水位傳感器；所述操作顯示單元顯示壓力傳感器和水位傳感器的數(shù)據(jù)，向循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、熱力除氧調節(jié)閥發(fā)送操作信號，同時向控制單元發(fā)送所述各調節(jié)閥的手動/自動信號以及各傳感器的數(shù)據(jù)；所述控制單元接收凝水溫度傳感器、循環(huán)水入口溫度傳感器和蒸汽流量傳感器傳來的數(shù)據(jù)，接收向循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、熱力除氧調節(jié)閥的閥位反饋信號，同時向對應的調節(jié)閥發(fā)送閥位控制信號。
2.如權利要求1所述的自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制單元包括采集單元、顯示單元、分析單元、壓力模式選擇單元、水位模式選擇單元、過冷度模式選擇單元、計算單元和輸出單元，采集單元連接所有與控制單元相連的部件，并通過顯示單元顯示采集到的數(shù)據(jù)，分析單元與采集單元相連，通過接收其信號分析各部件的故障情況，壓力模式選擇單元、水位模式選擇單元、過冷度模式選擇單元均分別連接分析單元和計算單元，所述三個模式選擇單元根據(jù)故障情況的組合抽取，自適應選擇控制模式，并傳輸至計算單元，計算單元計算閥位控制量并通過與其相連輸出單元，將閥位控制信號輸出至對應的調節(jié)閥。
3.如權利要求2所述的自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)，其特征在于所述操作顯示單元包括操作單元、壓力顯示單元和水位顯示單元，壓力顯示單元連接壓力傳感器，并顯示其數(shù)據(jù)；水位顯示單元連接水位傳感器，并顯示其數(shù)據(jù)；操作單元連接循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、熱力除氧調節(jié)閥，并向所述四個調節(jié)閥發(fā)送操作信號，操作單元還連接控制單元中的采集單元，將操作信號及數(shù)據(jù)共同發(fā)送至采集單元。
4.如權利要求3所述的自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)，其特征在于所述循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥和熱力除氧調節(jié)閥這四個調節(jié)閥均包括遙控單元、驅動單元和閥位反饋單元,每個遙控單元均與操作顯示單元中的操作單元連接,接收操作單元發(fā)來的操作信號；每個閥位反饋單元均與控制單元的采集單元連接，向采集單元發(fā)送閥位反饋信號；每個驅動單元均與控制單元中的輸出單元相連，接收輸出單元傳來的閥位控制信號。
5.一種基于權利要求1中自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟 . 51.系統(tǒng)上電并初始化，設置各種變量和接口，控制單元對其接收到的各種信號進行采集，并顯示； . 52.控制單元分別判斷循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥以及熱力除氧調節(jié)閥的調節(jié)方式是否投自動，若是，進入S4 ;若否，進入S5 ； .53.控制單元對故障情況進行組合抽取，選擇與所述調節(jié)方式對應的控制模式；所述故障情況包括冷凝器壓力故障情況、冷凝器水位故障情況、凝水過冷度故障情況；所述控制模式包括冷凝器壓力控制、壓力輸出鎖定控制、冷凝器正常水位控制、變權值前饋水位控制、水位輸出鎖定控制、凝水過冷度控制、熱力除氧輸出鎖定控制以及熱力除氧調節(jié)閥全開控制； s4.控制單元將選擇后的控制模式進行計算，將結果分別輸出至需要控制的循環(huán)水泵調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、水位調節(jié)閥或熱力除氧調節(jié)閥，轉入S2 ； s5.操作人員通過操作顯示單元對未投自動的調節(jié)閥進行遠程手動操作，轉入S2。
6.如權利要求5所述的自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于所述冷凝器壓力故障情況包括壓力傳感器故障、循環(huán)水泵調節(jié)閥故障；冷凝器水位故障情況包括水位傳感器故障、蒸汽流量變化大于滿工況的10%、水位調節(jié)閥故障；凝水過冷度故障情況包括凝水溫度傳感器故障、蒸汽流量低于滿工況的20%、熱力除氧調節(jié)閥故障。
7.如權利要求6所述的自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于所述循環(huán)泵調節(jié)閥投自動后，單次控制過程的詳細步驟為 B1.循環(huán)泵調節(jié)閥投自動，此時抽氣器調節(jié)閥必須投自動； B2.控制單元分析壓力傳感器數(shù)據(jù)，判斷是否為壓力傳感器故障，若是，進入B6 ;若否，進入B3 ； B3.采用壓力傳感器采集到的壓力信號作為被控量； B4.控制單元選擇控制模式為冷凝器壓力控制； B5.控制單元判斷是否為循環(huán)水泵調節(jié)閥故障，若是，進入B6 ;若否，進入B7 ； B6.控制單元選擇控制模式為壓力輸出鎖定控制； B7.控制單元計算所選擇控制模式下的循環(huán)水泵調節(jié)閥輸出閥位，并轉換為電流驅動的閥位控制信號發(fā)送至循環(huán)水泵調節(jié)閥。
8.如權利要求6所述的自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于所述水位調節(jié)閥投自動后，單次控制過程的詳細步驟為 Cl.水位調節(jié)閥投自動； C2.控制單元分析水位傳感器數(shù)據(jù)，判斷是否為水位傳感器故障，若是，進入CS ;若否，進入C3 ； C3.采用水位傳感器采集到的水位信號作為被控量； C4.控制單元對蒸汽流量傳感器數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否蒸汽流量變化大于滿工況的.10%，若是，進入C6 ;若否，進入C5 ； C5.控制單元選擇控制模式為冷凝器正常水位控制； C6.控制單元選擇控制模式為變權值前饋水位控制； C7.控制單元判斷是否發(fā)生水位調節(jié)閥故障，若是，進入CS ;若否，進入C9 ； CS.控制單元選擇控制模式為水位輸出鎖定控制； C9.控制單元計算所選擇控制模式下的水位輸出閥位，并轉換為電流驅動的閥位控制信號發(fā)送至水位調節(jié)閥。
9.如權利要求6所述的自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于所述熱力除氧調節(jié)閥投自動后，單次控制過程的詳細步驟為 Dl.熱力除氧調節(jié)閥投自動； D2.控制單元對凝水溫度傳感器數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否為凝水溫度傳感器故障，若是，進入D8 ;若否，進入D3 ； D3.通過該凝水溫度傳感器數(shù)值計算得到凝水過冷度，以該凝水過冷度作為被控量；D4.控制單元對蒸汽流量數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否蒸汽流量低于滿工況的20%，若是，進入D6 ;若否，進入D5 ； D5.控制單元選擇控制模式為凝水過冷度控制； D6.控制單元選擇控制模式為熱力除氧閥全開控制； D7.控制單元判斷是否發(fā)生熱力除氧調節(jié)閥故障，若是，進入D8 ;若否，進入D9 ； D8.控制單元選擇控制模式為熱力除氧輸出鎖定； D9.控制單元計算所選擇控制模式下的過冷度輸出閥位，并轉換為電流驅動的閥位控制信號發(fā)送至熱力除氧調節(jié)閥。
10.如權利要求5或7所述的自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于冷凝器壓力控制是指，根據(jù)入口溫度與蒸汽負荷通過理論計算或實際運行經驗得到該工況、該溫度下的循環(huán)水流量，再通過該循環(huán)水流量與循環(huán)水泵調節(jié)閥值之間的對應關系得到閥門的實際控制開度；所述壓力輸出鎖定控制是指，將發(fā)生故障前的正?？刂戚敵鲋递敵鼋o循環(huán)水泵調節(jié)閥，并維持不變，同時產生報警信號。
11.如權利要求5或8所述的自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于冷凝器正常水位控制是指，通過調節(jié)水位調節(jié)閥來控制冷凝器水位在設定范圍內；變權值前饋水位控制是指，通過調節(jié)水位調節(jié)閥來控制冷凝器水位，同時根據(jù)蒸汽流量參數(shù)作為前饋信號，當蒸汽流量變化大于滿工況的10%，即大范圍變工況時，提前控制水位調節(jié)閥動作，將冷凝器的水位控制在設定范圍內；水位控制輸出鎖定控制是指，將發(fā)生故障前的正?？刂戚敵鲋递敵鼋o水位調節(jié)閥，并維持不變，同時產生報警信號。
12.如權利要求5或9所述的自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于凝水過冷度控制是指，通過調節(jié)熱力除氧調節(jié)閥來提高凝水溫度，使凝水過冷度控制在設定范圍內；熱力除氧調節(jié)閥全開控制是指，在蒸汽流量低于滿工況的20%，即蒸汽負荷低工況時，直接將熱力除氧調節(jié)閥開到最大開度，不通過凝水溫度進行控制，使凝水過冷度控制在設定范圍內；熱力除氧輸出鎖定控制，是指將發(fā)生故障前的正?？刂戚敵鲋递敵鼋o熱力除氧調節(jié)閥，并維持不變，同時產生報警信號。
13.如權利要求5至9中任一所述的自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于所述控制單元包括采集單元、分析單元、壓力模式選擇單元、水位模式選擇單元、過冷度模式選擇單元、計算單元和輸出單元，采集單元判斷所述調節(jié)閥是否投自動；分析單元對所述故障進行分析；壓力模式選擇單元、水位模式選擇單元和過冷度模式選擇單元對控制模式進行選擇；計算單元對各項數(shù)值進行計算，輸出單元將計算單元的計算結果，轉換為電流驅動的閥位控制信號并輸出。
14.如權利要求13所述的自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于所述冷凝器壓力控制、壓力輸出鎖定控制儲存于壓力模式選擇單元；冷凝器正常水位控制、變權值前饋水位控制、水位輸出鎖定控制儲存于水位模式選擇單元；凝水過冷度控制、熱力除氧輸出鎖定控制、熱力除氧調節(jié)閥全開控制儲存于過冷度模式選擇單元。
全文摘要
一種自適應船用冷凝器過程控制系統(tǒng)，涉及船用冷凝器控制領域，包括控制單元，與控制單元分別相連的操作顯示單元、循環(huán)水泵調節(jié)閥、水位調節(jié)閥、抽氣器調節(jié)閥、熱力除氧調節(jié)閥、凝水溫度傳感器、循環(huán)水入口溫度傳感器和蒸汽流量傳感器；四個調節(jié)閥都與操作顯示單元相連；操作顯示單元還分別連接有壓力傳感器和水位傳感器；操作顯示單元顯示兩個傳感器數(shù)據(jù)，向四個調節(jié)閥發(fā)送操作信號，并向控制單元發(fā)送調節(jié)閥的手動/自動信號以及傳感器數(shù)據(jù)；控制單元接收數(shù)據(jù)和四個調節(jié)閥的閥位反饋信號，同時向對應的調節(jié)閥發(fā)送閥位控制信號。本發(fā)明針對不同控制模式具有冷凝器過程控制策略的自動適應功能，提高了船用冷凝器過程控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。
文檔編號G05B13/04GK102998977SQ20121045866
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權日2012年11月15日
發(fā)明者鄒海, 張曉輝, 汪偉, 孫建華, 徐斌, 江煒, 潘艷 申請人:中國船舶重工集團公司第七一九研究所