本發(fā)明屬于自動(dòng)控制系統(tǒng)，尤其涉及一種串聯(lián)液箱液位控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

串聯(lián)液箱是工業(yè)生產(chǎn)生活中經(jīng)常遇到的情形，如串聯(lián)水箱在化學(xué)化工、發(fā)電、給水供水等行業(yè)都有非常廣泛的涉及。如圖1所示，為常見的串聯(lián)水箱工藝流程示意圖，但現(xiàn)有的控制方案為一個(gè)補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥控制一個(gè)水箱的水位，水箱水位測量變送器將水位測量值pv值進(jìn)入調(diào)節(jié)器(dcs)的pid模塊，與給定值sp比較，水位低時(shí)開大補(bǔ)水調(diào)節(jié)閥，高時(shí)關(guān)小調(diào)節(jié)閥，以控制水箱水位到給定值。用同樣的單回路調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)另一水箱的水位。控制框圖如2所示。從圖1可知，兩個(gè)水箱水位有耦合關(guān)系，分別采用2個(gè)單回路調(diào)節(jié)器無法達(dá)到解耦控制，實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)無法長期穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種串聯(lián)液箱液位控制系統(tǒng)及其控制方法，能實(shí)現(xiàn)串聯(lián)液箱液位的解耦自動(dòng)調(diào)節(jié)，能有效解決水位不能長期自動(dòng)投運(yùn)的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明首先提供了一種串聯(lián)液箱液位控制系統(tǒng)，包括相互串聯(lián)構(gòu)成回路的第一液箱和第二液箱、用于向回路補(bǔ)液并與第一液箱相連的第一補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、設(shè)置在回路上并與第二液箱相連的第二補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、測量第一液箱液位的第一液位測量變送器、測量第二液箱液位的第二液位測量變送器，還包括兩個(gè)單回路調(diào)節(jié)器，其中第一單回路調(diào)節(jié)器與第一液位測量變送器、第二液位測量變送器相連，第一單回路調(diào)節(jié)器與第一補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連，第二單回路調(diào)節(jié)器與第二液位測量變送器、第二補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連。第一單回路調(diào)節(jié)器同時(shí)接收兩個(gè)液位測量變送器的反饋值，并進(jìn)行比較和反饋輸出，實(shí)現(xiàn)了解耦自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的。

優(yōu)選的，所述的回路中的介質(zhì)為水、油或其它化學(xué)液體。

優(yōu)選的，所述的回路上還設(shè)置有若干液位獨(dú)立控制的液箱。

進(jìn)一步的，所述的回路上還設(shè)置有若干液體輸送機(jī)構(gòu)或用液設(shè)備。

本發(fā)明還提供了一種所述串聯(lián)水箱水位控制系統(tǒng)的控制方法，步驟如下：

1)根據(jù)第一液箱給定液位值h1和第二液箱給定液位值h2得到第一液箱給定液量和第二液箱給定液量；將兩者加和作為第一單回路調(diào)節(jié)器的設(shè)定值；

2)第一液位測量變送器、第二液位測量變送器分別測量第一液箱和第二液箱的實(shí)時(shí)液位值反饋給第一單回路調(diào)節(jié)器，根據(jù)實(shí)時(shí)液位值換算得到第一液箱和第二液箱的實(shí)時(shí)液量，將兩者加和與第一單回路調(diào)節(jié)器的設(shè)定值比較，當(dāng)實(shí)時(shí)液量低于設(shè)定值時(shí)，第一單回路調(diào)節(jié)器控制第一補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開大增加補(bǔ)液流量；當(dāng)液位高于設(shè)定值時(shí)關(guān)小或關(guān)閉補(bǔ)液調(diào)節(jié)閥，減小或關(guān)閉補(bǔ)液流量；

3)第二單回路調(diào)節(jié)器以第二液箱給定液位值h2換算得到的給定液量為設(shè)定值，第二液位測量變送器測量第二液箱的實(shí)時(shí)液位值反饋給第二單回路調(diào)節(jié)器，根據(jù)實(shí)時(shí)液位值換算得到第二液箱的實(shí)時(shí)液量，將其與第二單回路調(diào)節(jié)器的設(shè)定值比較，當(dāng)實(shí)時(shí)液量低于設(shè)定值時(shí)，第二單回路調(diào)節(jié)器輸出增大第二補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的開度，增加向第二液箱補(bǔ)液的流量；反之，控制第二補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)關(guān)小降低向第二液箱補(bǔ)液的流量。

優(yōu)選的，所述的第二補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為調(diào)節(jié)閥門或液泵中的一種或多種；當(dāng)補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為多種或同一種類布置多個(gè)時(shí)，所述的第二單回路調(diào)節(jié)器與所有的第二補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連，并根據(jù)工況需要驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的第二補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作，以獲得最佳的控制效果。

更加優(yōu)選的，所述的液箱的液位值與液量的換算通過液箱的液位與液質(zhì)量函數(shù)進(jìn)行，所述的液位與液質(zhì)量函數(shù)為預(yù)先測定的函數(shù)，第一液箱和第二液箱具有各自獨(dú)立的液位與液質(zhì)量函數(shù)。液位與液質(zhì)量函數(shù)不是必需的，可直接用液位測量值與液位給定值進(jìn)行控制，液位到達(dá)給定值時(shí)液的質(zhì)量也達(dá)到給定值，加入的函數(shù)能減小動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)偏差，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的有益效果是：用兩只簡單的單回路調(diào)節(jié)器解決了液位的耦合問題，未加入前饋等復(fù)雜的控制回路，不需要計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(dcs或plc)，也能完成液位自動(dòng)控制。

火力發(fā)電廠的凝汽器水位與除氧器水位控制是典型的串聯(lián)水箱水位控制系統(tǒng)，目前大都采用給水流量前饋、凝結(jié)水流量前饋等比較復(fù)雜的方法來實(shí)現(xiàn)兩水位控制。本發(fā)明方案簡單、實(shí)用、調(diào)試方便、參數(shù)整定容易，問題查找方便，投資少。

附圖說明

圖1為串箱液箱液位控制工藝系統(tǒng)圖；

圖2為單回路水位調(diào)節(jié)框圖；

圖3為本發(fā)明的解耦自動(dòng)調(diào)節(jié)框圖；

圖4為實(shí)施例中的火力發(fā)電廠凝結(jié)水流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖3所示，為本發(fā)明的解耦自動(dòng)調(diào)節(jié)框圖。在本實(shí)施例中本發(fā)明所述串聯(lián)液箱液位控制系統(tǒng)的控制方法，步驟如下：

1)根據(jù)第一液箱給定液位值h1，通過第一液箱的液位與液質(zhì)量函數(shù)f(1)得到第一液箱給定液量；同理通過第二液箱給定液位值h2和第二液箱的液位與液體質(zhì)量函數(shù)f(2)，得到第二液箱給定液量；將兩者加和作為第一單回路調(diào)節(jié)器的設(shè)定值；

2)第一液位測量變送器、第二液位測量變送器分別測量第一液箱和第二液箱的實(shí)時(shí)液位值反饋給第一單回路調(diào)節(jié)器，根據(jù)實(shí)時(shí)液位值換算得到第一液箱和第二液箱的實(shí)時(shí)液量，將兩者加和與第一單回路調(diào)節(jié)器的設(shè)定值比較，當(dāng)實(shí)時(shí)液量低于設(shè)定值時(shí)，第一單回路調(diào)節(jié)器控制第一補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開大，增加補(bǔ)液流量；液位高于設(shè)定值時(shí)關(guān)小或關(guān)閉補(bǔ)液調(diào)節(jié)閥(由第一調(diào)節(jié)器輸出決定)，減小或關(guān)閉補(bǔ)液流量。

3)第二單回路調(diào)節(jié)器以第二液箱給定液位值h2根據(jù)f(2)換算得到的給定液量為設(shè)定值，第二液位測量變送器測量第二液箱的實(shí)時(shí)液位值反饋給第二單回路調(diào)節(jié)器，根據(jù)實(shí)時(shí)液位值換算得到第二液箱的實(shí)時(shí)液量，將其與第二單回路調(diào)節(jié)器的設(shè)定值比較，當(dāng)實(shí)時(shí)液量低于設(shè)定值時(shí)，第二單回路調(diào)節(jié)器輸出增大，控制第二補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開大，增加向第二液箱補(bǔ)液的流量；反之，控制第二補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)關(guān)小降低向第二液箱補(bǔ)液的流量。

設(shè)置液位與液體質(zhì)量函數(shù)f(1)和f(2)修正的原因是，不同液位液箱的截面積不同，故液箱液的質(zhì)量不一定與液位成正比關(guān)系，并且兩液箱液位的變化與液的總質(zhì)量變化不一定成正比。同時(shí)在給定值回路也加入了函數(shù)，以保證測量值與給定值量綱一致。

液位與液體質(zhì)量函數(shù)不是必需的，可直接用液位測量值與液位給定值進(jìn)行控制，液位到達(dá)給定值時(shí)液的質(zhì)量也達(dá)到給定值，加入的函數(shù)能減小動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)偏差，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)。

在如圖1所示的串聯(lián)水箱工藝系統(tǒng)中，液體介質(zhì)為水，水是循環(huán)利用的，假設(shè)工藝系統(tǒng)無汽水損耗，整個(gè)工藝系統(tǒng)水的總質(zhì)量維護(hù)不變，即回路中水的總質(zhì)量保持不變。若此時(shí)兩只水箱水位都不在給定值，一定是一只水箱水的質(zhì)量增多(水位增高)，另一個(gè)水箱水質(zhì)量減少(水位降低)，只要遠(yuǎn)擇控制某水箱的水位，另一個(gè)水位水箱水位也一定能控制在給定值附近。圖3控制的是第二水箱水箱的水位、第一補(bǔ)水調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)一直處于關(guān)閉狀態(tài)(也可控制第一水箱的水位)。

工藝系統(tǒng)有汽水損耗時(shí)，整個(gè)工藝系統(tǒng)水的總質(zhì)量將下降，即第一水箱水的質(zhì)量加上第二水箱水的質(zhì)量將減小。此時(shí)控制第一補(bǔ)水調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開大，對系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水。當(dāng)水的總質(zhì)量達(dá)到給定值時(shí)，停止補(bǔ)水。

如圖4所示，為火力發(fā)電廠凝結(jié)液流程圖，凝汽器熱井液位與除氧器液位互為耦合，是典型的串聯(lián)液箱液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。用圖3的自動(dòng)調(diào)節(jié)框圖控制熱井液位與除氧器液位，實(shí)施效果表面具有動(dòng)態(tài)偏差小(針對300mw機(jī)組，動(dòng)態(tài)偏差小于40mm(立式)，20mm(臥式)，調(diào)節(jié)品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)(靜態(tài)偏差小于20mm(立式)，10mm(臥式)，在給定值擾動(dòng)50mm時(shí)，穩(wěn)定時(shí)間小于8min)。在本實(shí)施例中，凝結(jié)液泵大多采用變頻，故圖3中第二單回路調(diào)節(jié)器的輸出改為去控制凝結(jié)液泵的頻率，當(dāng)變頻器改為工頻運(yùn)行時(shí)，圖3中第二單回路調(diào)節(jié)器的輸出切換至凝結(jié)液調(diào)節(jié)門，變頻控制與凝結(jié)液調(diào)門控制有切換回路。

事實(shí)上，作為優(yōu)選的，本發(fā)明的第二補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以為調(diào)節(jié)閥門或液泵中的一種或多種；液泵可以設(shè)置在第二液箱前或后，具有多種的布置方式，可以根據(jù)工況具體選擇。當(dāng)補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為多種或同一種類布置多個(gè)時(shí)，所述的第二單回路調(diào)節(jié)器與所有的第二補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連，并根據(jù)工況需要驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的第二補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)工作，以獲得最佳的控制效果。本發(fā)明的第一補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)也可以為液泵或閥門，由于回路一般接外來補(bǔ)液管，其上會(huì)設(shè)置閥門(補(bǔ)液調(diào)節(jié)閥)，所以通常以該閥門作為第一補(bǔ)液調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。