本發(fā)明屬于自動控制系統(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補水調(diào)節(jié)閥控制一個水箱的水位，水箱水位測量變送器將水位測量值pv值進入調(diào)節(jié)器(dcs)的pid模塊，與給定值sp比較，水位低時開大補水調(diào)節(jié)閥，高時關(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，兩個水箱水位有耦合關(guān)系，分別采用2個單回路調(diào)節(jié)器無法達到解耦控制，實際應用中發(fā)現(xiàn)無法長期穩(wěn)定運行。

技術(shù)實現(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，能實現(xiàn)串聯(lián)液箱液位的解耦自動調(diào)節(jié)，能有效解決水位不能長期自動投運的問題。

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、用于向回路補液并與第一液箱相連的第一補液調(diào)節(jié)機構(gòu)、設(shè)置在回路上并與第二液箱相連的第二補液調(diào)節(jié)機構(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)器與第一補液調(diào)節(jié)機構(gòu)相連，第二單回路調(diào)節(jié)器與第二液位測量變送器、第二補液調(diào)節(jié)機構(gòu)相連。第一單回路調(diào)節(jié)器同時接收兩個液位測量變送器的反饋值，并進行比較和反饋輸出，實現(xiàn)了解耦自動調(diào)節(jié)的目的。

優(yōu)選的，所述的回路中的介質(zhì)為水、油或其它化學液體。

優(yōu)選的，所述的回路上還設(shè)置有若干液位獨立控制的液箱。

進一步的，所述的回路上還設(shè)置有若干液體輸送機構(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時液位值反饋給第一單回路調(diào)節(jié)器，根據(jù)實時液位值換算得到第一液箱和第二液箱的實時液量，將兩者加和與第一單回路調(diào)節(jié)器的設(shè)定值比較，當實時液量低于設(shè)定值時，第一單回路調(diào)節(jié)器控制第一補液調(diào)節(jié)機構(gòu)開大增加補液流量；當液位高于設(shè)定值時關(guān)小或關(guān)閉補液調(diào)節(jié)閥，減小或關(guān)閉補液流量；

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時液位值反饋給第二單回路調(diào)節(jié)器，根據(jù)實時液位值換算得到第二液箱的實時液量，將其與第二單回路調(diào)節(jié)器的設(shè)定值比較，當實時液量低于設(shè)定值時，第二單回路調(diào)節(jié)器輸出增大第二補液調(diào)節(jié)機構(gòu)的開度，增加向第二液箱補液的流量；反之，控制第二補液調(diào)節(jié)機構(gòu)關(guān)小降低向第二液箱補液的流量。

優(yōu)選的，所述的第二補液調(diào)節(jié)機構(gòu)為調(diào)節(jié)閥門或液泵中的一種或多種；當補液調(diào)節(jié)機構(gòu)為多種或同一種類布置多個時，所述的第二單回路調(diào)節(jié)器與所有的第二補液調(diào)節(jié)機構(gòu)相連，并根據(jù)工況需要驅(qū)動相應的第二補液調(diào)節(jié)機構(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)進行，所述的液位與液質(zhì)量函數(shù)為預先測定的函數(shù)，第一液箱和第二液箱具有各自獨立的液位與液質(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行控制，液位到達給定值時液的質(zhì)量也達到給定值，加入的函數(shù)能減小動態(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，未加入前饋等復雜的控制回路，不需要計算機控制系統(tǒng)(dcs或plc)，也能完成液位自動控制。

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雜的方法來實現(xiàn)兩水位控制。本發(fā)明方案簡單、實用、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)明的解耦自動調(diào)節(jié)框圖；

圖4為實施例中的火力發(fā)電廠凝結(jié)水流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。

如圖3所示，為本發(fā)明的解耦自動調(diào)節(jié)框圖。在本實施例中本發(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時液位值反饋給第一單回路調(diào)節(jié)器，根據(jù)實時液位值換算得到第一液箱和第二液箱的實時液量，將兩者加和與第一單回路調(diào)節(jié)器的設(shè)定值比較，當實時液量低于設(shè)定值時，第一單回路調(diào)節(jié)器控制第一補液調(diào)節(jié)機構(gòu)開大，增加補液流量；液位高于設(shè)定值時關(guān)小或關(guān)閉補液調(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時液位值反饋給第二單回路調(diào)節(jié)器，根據(jù)實時液位值換算得到第二液箱的實時液量，將其與第二單回路調(diào)節(jié)器的設(shè)定值比較，當實時液量低于設(shè)定值時，第二單回路調(diào)節(jié)器輸出增大，控制第二補液調(diào)節(jié)機構(gòu)開大，增加向第二液箱補液的流量；反之，控制第二補液調(diào)節(jié)機構(gòu)關(guān)小降低向第二液箱補液的流量。

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行控制，液位到達給定值時液的質(zhì)量也達到給定值，加入的函數(shù)能減小動態(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，整個工藝系統(tǒng)水的總質(zhì)量維護不變，即回路中水的總質(zhì)量保持不變。若此時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)，另一個水箱水質(zhì)量減少(水位降低)，只要遠擇控制某水箱的水位，另一個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、第一補水調(diào)節(jié)機構(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，整個工藝系統(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。此時控制第一補水調(diào)節(jié)機構(gòu)開大，對系統(tǒng)進行補水。當水的總質(zhì)量達到給定值時，停止補水。

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的自動調(diào)節(jié)框圖控制熱井液位與除氧器液位，實施效果表面具有動態(tài)偏差小(針對300mw機組，動態(tài)偏差小于40mm(立式)，20mm(臥式)，調(diào)節(jié)品質(zhì)好的優(yōu)點(靜態(tài)偏差小于20mm(立式)，10mm(臥式)，在給定值擾動50mm時，穩(wěn)定時間小于8min)。在本實施例中，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，當變頻器改為工頻運行時，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。

事實上，作為優(yōu)選的，本發(fā)明的第二補液調(diào)節(jié)機構(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。當補液調(diào)節(jié)機構(gòu)為多種或同一種類布置多個時，所述的第二單回路調(diào)節(jié)器與所有的第二補液調(diào)節(jié)機構(gòu)相連，并根據(jù)工況需要驅(qū)動相應的第二補液調(diào)節(jié)機構(gòu)工作，以獲得最佳的控制效果。本發(fā)明的第一補液調(diào)節(jié)機構(gòu)也可以為液泵或閥門，由于回路一般接外來補液管，其上會設(shè)置閥門(補液調(diào)節(jié)閥)，所以通常以該閥門作為第一補液調(diào)節(jié)機構(gòu)。