KFL基调仪在热网加热器水位调节系统改造中的应用

概述 　　菏泽电厂热网加热器水位调节系统有2套，原设计均采用电动单元组合仪表，系统调节设备落后，稳定性差，特别是变送部分为DDZ—Ⅱ型力平衡差压变送器，其结构和动作过程如图1所示。 　　该变送器具有零点漂移、变差大、抗振性能差、线性不好等缺点，自建厂以来，该系统水位就不能自动控制，热网加热器一直以低水位运行，调节门全开，直接影响加热器的热效率和安全运行以及自动投入率的提高。为菏泽电厂争创全国一流发电企业，特制订出热网加热器水位调节系统改造方案：将DDZ—Ⅱ型电动单元组合仪表改造为KFL型基地调节仪。 1 总体思路 　　DDZ—Ⅱ型调节设备全部拆除，原加热器水位变送器测量筒取样法兰安装KFL调节仪测量筒和浮子；调节仪安装于测量筒上部，位于4．5米加热器平台，通过气源管路和输出管路与零米的气动执行器和气源母管相连接。 2 原设计控制系统分析 　　热网加热器水位由DBC差压变送器转换为0-10mADC信号，经输入回路转换为0-2V的直流电压信号，并与给定值信号进行比较，两者之差构成的偏差信号与反馈回路来的反馈信号比较后进入调制器，调制成交流信号，再由交流放大器进行放大，经检波放大后成为0-10mADC信号输出至伺放，控制执行机构，系统所属设备如表1。 2.1 DBC差压变送器 　　在力平衡情况下，对应于一定的矢量角θ和反馈线圈的匝数W，变送器的输出电流ISC与被测压力（或差压）成正比，改变矢量角θ和反馈线圈的匝数W，则可改变仪表的量程。矢量机构的矢量角可用量程调整丝杆来连续调节，其变化范围为4。～15。，反馈线圈匝数W可通过变动其中间抽头的连接方式来改变，变送器的零点调整是通过调零螺丝，改变调零弹簧的拉伸程度来实现。 2.2 自激振荡调制放大器 2.3反馈回路 3 控制方案选择 3.1 技术方案 　　热网加热器水位调节系统采用基地式调节方案，包括#1热网加热器水位调节系统和#2热网加热器水位调节系统。需新敷设一路控制气源管路，供给调节仪和执行器气源，调节仪的输出通过管路接入执行器上的阀门定位器，并由压力表指示输出压力值，系统所属设备如表2 3.2基调系统原理 　　通过浮筒浮力的变化测量热网加热器水位，在测量值和给定值相等即偏差为0时，指示比较机构上的测量指针PV（红色）和给定指针SP（绿色）重合，并在刻度标尺上指示出即时的压力测量值，此时，基调仪处于平衡状态，其输出停留在某个值上（运行人员要求为450mmH2O）。 　　当热网加热器水位受机组运行工况变化，引起抽汽加热参数变化，以及热网用户数、暖器水温变化等影响，偏离给定值时，如图7所示的水位测量单元立即将水位变化线性地转换成转角的变化，并通过连杆推动测量指针转动，此时，PV与SV不再重合，在刻度标尺上可以看出PV相对于SP的偏差值PV-SP，指示比较机构上的差动片将此PV-SP通过偏差连杆推动比例单元上的控制挡板，挡板的位移使喷嘴的背压发生变化，经放大器放大，经过切换单元成为输出气压。 　　输出气压被分流并引入反馈回路，产生PI调节功能，反馈经由气容和可变气阻构成的积分单元阻尼后进入如图8所示的积分波纹管，转换成位移，同样通过反馈杆推动控制档板，使输出压力增加，实现所需的积分正反馈以获得积分控制作用。这正反馈由于受到积分单元的阻尼作用而逐步增加，因而输出压力也是持续不断地升高，只要水位没有回到给定值即还存在偏差，这正反馈不会停止，输出压力将一直升上去，直到偏差回零为止，如若偏差长时间降不到零，输出压力可能会达到饱和(接近气源压力)。上述正、负反馈是在反馈杆上叠加起来的，因此，完整地形成了仪表的PI控制功能。输入偏差和正负反馈均以位移的形式在控制档板的x轴和y轴方向同时作用在控制档板上，因此，控制档板既和喷咀组成位移一压力转换元件，同时又起着比较元件的作用。偏差位移和正负反馈位移在控制档板上不断地反复地进行比较，直到平衡，控制过程结束。 4 基调仪调试 4.1零点、量程及线性调试原理 4.1.1零点调整 　　零点调整是指在被测参数为初始(最小)值的条件下，通过调整使指针指在O%刻度处。 　　从图11可知，如果此时指针不指在0%处，只要改变传递连杆的长度就等于在摆臂不动的条件下改变了从动杆的初始位置(角度)。从而改变指针初始位置，增大或减小指示值，直到指在0%处完成零点调整。 　　根据调零的含义，凡是能改变指针位置的调整都有调零作用，因此，改变指针与指针架的相对位置，即搬动指针角度也是一种调零方式，但这种方法常用来粗调整，只有指针初始位置离0%刻度处较远时，或调零螺母已到极限位置时才用搬指针角度的调零方式。由于四连杆机构中的各调整因素多是互相交织在一起的，一个调整部位往往有2种或3种调整作用，这当中只有一种是最灵敏的，例如，改变传递杆长度可以有调零作用，也有改变量程的作用，还有改变线性的作用。但是，在这些作用中，只有改变零点的作用最强，调整最灵敏，因此，调整传递连杆长度被看作仪表零点调整，而这个调整中出现的量程变化和线性变化则视为零点调整对量程和线性的影响。在四连杆机构的调整中，像这种交互影响的情况是每种调整中都有的，不单是调零，下面要介绍的调量程和线性调整中也都分别有其它的副作用产生。连杆机构调整中的这种非单一作用是调整繁锁的主要原因，往往需要反复几次才能把零点、量程及线性调整得好。 4.1.2量程调整 　　量程调整通过改变主从杆长度比的方式进行。由于主从杆长度比改变后，主从杆摆动的角度倍率将发生变化，在指针转角被限定后，角度放大倍率的变化就意味着输入位移或转角的量程有变化，即被测参数的量程有变化，这是输入量程调整作用。 　　量程调整也包括在输入信号量程不变的条件下，通过调整使输出信号(指针转角)为满量程，即满刻度指示，实际上，这两种调整是一回事，只是基准不同，着眼点不同。 　　连杆机构中，主动杆伸长或从动杆缩短时，角度放大倍数将变大，输入量程即变小或输出量程变大。例如，主动杆伸长，即图11中的摆臂有效长度增大，即它输出的位移总量增加，故从动杆e的转角增大，但由于摆臂的转角总量并未变化，所以角度放大倍数增大，等于输入量程减小(指针转角不变的条件下)或输出量程增大(指针转角增大)。 　　能够实现这种调整的具体结构除了图11中摆臂上的量程微调机构外，还有该机构滑动块上的3个悬挂连杆的孔及杆e上3个悬挂连杆的孔。连杆悬挂在不同的孔位上就等于改变主从杆的长度，故有调量程的作用，但这两处是粗调量程时使用的。当输入输出量程差距较大时，应当首先改变连杆悬挂孔位予以粗调后再微调。 4.1.3线性调整 　　连杆机构线性调整主要是将连杆机构置于最佳形状上，同时要置于最佳工作状态上，所谓最佳形状即平行四边形的形状，此时主从杆长度相等，传递杆2与虚拟杆4长度相等。根据三角几何学的知识便可知道，这种形状下主从杆转角将一致，不会有非线性出现。但这种理想状态在实际结构中几乎是不存在的，在许多因素约束下，实际结构尺寸都要偏离这个最佳形状。 　　在非最佳形状下，四连杆机构就会或多或少有非线性产生，为使非线性最小，四连杆的工作状态应处于对称工作位置上，三角学可以证明，当输入信号为50%时，若主动杆与从动杆都能保持与传递杆2成90。或接近90。，那么连杆机构传递非线性将最小，此时，主动杆和从动杆基本上是处于左右对称的工作状态。 　　根据上述两个原理，线性调整应尽量朝着最佳形状努力，并尽量使输入50%信号时的主从杆与传递杆夹角相等接近90°，这样的连杆机构自身的非线性是最小的。 在实际调试中，由于主动杆角度是受测量单元的限制不能改变，故只能通过改变从动杆图11中的e杆的角度，即分别通过扇形板固定螺钉以调整，松开螺钉搬动扇形板即可实现调整。 4.1.4四连杆指示机构调试要领 　　四连杆的指示机构调校很繁锁，一般都要反复几次进行调校，为了调校的顺利，既要遵循一些指导原则，更要靠实践经验的积累，如果一开始就把某一项调试置于理想值上，则后来的其它调校未必会顺利，在正式调校前要先将四连杆机构置于接近最佳的状态是后面调校顺利进行的关键。在正式调校中参数的调整应予先估计到其它调整的影响量是减少调整反复次数的关键。 调整按零点、量程、线性的次序，在前两者基本完好后，即检查和调整50%时主从杆与传递杆的夹角是否近于相等；为了观察和记忆的方便，使其中一个为90°是最简单的，否则应尽量使其接近相等。此<