锅炉流量测量在Honeywell,Experion,PKS系统中的实现

摘 要:目前在热电厂锅炉蒸汽、风量管道流量计算中普遍采用常规仪表进行温压补偿,但其出现的结构复杂、调试难度大、维护困难等一系列问题造成精度偏低、设备监控不灵活等。为了提高热电厂锅炉蒸汽、风量管道中较大流量的测量精度,减小环境变化带来的误差,过程控制系统应利用更为精确数据进行合理调控。因此采用霍尼韦尔 Experion PKS过程知识系统组态编程软件流量测量模块,可对流量计测量数据进行理论计算以及在环境改变时所带来的流量温度、压力补偿计算,实现不受环境变化影响下的过程控制中流量数据与现场流量数据的基本一致。该模块简化了复杂的过程控制逻辑编写与调试过程,增加了测量和控制精度,提高了生产效率。关键词:Experion 过程知识系统; 流量; 组态软件; FLOWCOMP模块

中图分类号:TN911-34文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)21-0172-03

Implementation of Boiler Flow Measurement with Honeywell Experion PKS System

NI Wen-xi

(School of Information and Control Engineering, Xi"an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China)

Abstract: Currently, in thermal power plants, the conventional instruments are usually employed to compensate the temperature difference in the calculation of the flow rate of steam in boiler and air flux in ductwork, but, the results turn out that the accuracy is low and the monitoring to the equipments is not flexible because of the complexity of structure, the difficulty of debugging and maintenance. In order to improve the measurement accuracy of flow rate in dustworks and reduce the error caused by environment, more accurate data should be adopted to control boilers reasonably by process control systems. Therefore, the flow measurement module of configuration programming software in Honeywell PKS is used to calculate the data obtained by flowmeter theoretically, as well as calculate the flow temperature and pressure difference occurred under the condition of environment changing, and then to implement the consistency of theoretical data and actual data even if the environment changes. The module simplifies the logic programming of process control and debugging, improves the accuracy of measurement and control, and enhances the productivity.Keywords: Experion PKS; flow rate; configuration software; FLOWCOMP module

收稿日期:2010-06-24

0 引 言

近年来,随着生产过程中对自动化程度要求的逐渐提高,作为被控变量的各种采用变送单元直接测出的流量信号,已远远不能满足当前工艺生产的要求。例如在热电厂中对大口径管道蒸汽、风量的测量中,为提高测量精度,一般需要进行温度、压力的补偿校正。但由于流量测量装置的设计过程中所提供的设计温度、压力与实际运行的工作温度、压力存在一定的差异,致使其实际值不能准确反映运行状态下的真实情况。在绝大多数情况下,流量计只有在流体工况与设计条件一致的情况下才能保证较高的测量精度。而一些流体如风量和蒸汽,其精度受温度、压力变化较大。在测量不同介质的流体时,其温度、压力补偿公式选择的数学模型具有差异性。

本文使用最新一代的过程自动化系统,Honeywell公司Experion PKS过程知识系统,将人员与过程控制、经营和资产管理融合在一起,为决策者提供了嵌入式的决策支持和诊断技术,远高于集散控制系统的能力。并且通过其安全组件,使得系统的安全环境独立于主控系统,提高了系统的安全性和可靠性。

Control Builder控制策略组态软件的流量计算模块是实现的主要方法。它提供了液体、气体、蒸汽、水蒸气等不同的质量流量和体积流量以及相应的温度压力补偿公式的数学模型。同时,它提供参数修正方法来减小数学模型带来的偏差。通过使用该系统和计算模块,既能够降低工程人员对数学模型的组态难度,又可以提高测量的精度和准度,增加施工和调试工作的便捷性,最大程度地发挥平台功能。

1 锅炉某一次风流量测量

空气流量的温压补偿公式如下,参数见表1。

Q=Kf(ΔP)ΔPP+PhT+273.15

表1 空气流量温压补偿参数表

符号说明单位

Q空气流量m3/h

P实测流体表压kPa

T实测流体温度℃

K流量系数

ΔP实测流体差压kPa

f(ΔP)流量修正函数

Ph当地平均大气压力kPa

2 Experion PKS Control Builder开发软件

Control Builder控制策略组态软件是图形化的面向对象工具,支持Experion PKS的控制器和应用控制节点环境ACE。在Control Builder中进行控制策略的设计,生成控制策略的文档,并可进行在线监控。Control Builder提供全面的I/O处理,包括FF现场总线和Profibus,提供功能块FBs(Function Blocks)的算法库,支持如连续的、逻辑的、电机的、顺序的、批量的以及先进的控制功能。霍尼韦尔提供的功能块,用以实现不同的控制功能。每一个功能块带有一系列参数,用于直观显示该功能块。功能块之间可以方便地用“软接线”进行互联,以构成控制策略或应用。功能块有机的组合构成控制模块CMs(Control Modules),而顺序功能块FBs(Function Blocks)构成顺序控制模块SCMs(Sequential Control Modules)。SCMs极大地简化了批量逻辑的设计,针对序列化一组设备,通过一系列特定的步骤执行一个或多个任务。

Control Builder使能自顶向下的实施方式和创建可重用的控制策略,增强了工程生产力。同时,其丰富的标准化特点,SCMs极大地简化了批量逻辑的实施。Control Builder还支持多用户控制策略开发和纠错环境。

3 流量计算模块对锅炉某风量的标定

3.1 流量计算模块

FLOWCOMP Block模块如图1所示,基本公式:

PV=CPV*CF1/CF2*F*COMPTERM

模式选择:Equation B主要用于计算气体及蒸汽组成部分的质量流量:

If PVCHAR = SQUAREROOT, then:

COMPTERM=P+P0RP*RTT+T0

Else: If PVCHAR = NONE, then:

COMPTERM=P+P0RP*RTT*T0

图1 FLOWCOMP模块

3.2 AI数据模块及数据采集处理模块

AICHANNEL模块及数据采集处理模块如图2所示。

图2 AICHANNEL模块及数据采集处理模块

AICHANNEL (PMIO) Block模块通过I/O卡件将现场仪表采集的4~20 mA模拟量信号送入过程控制系统。DATAACQ (Data Acquisition) Block模块对采集数据进行基本处理,其执行过程为,首先对输入数据转化为工程单元,对其选择线性或者开方类型,其次进行小信号切除,最后对量程和报警限位做设置。

3.3 风量测量组态

3.3.1 Control Builder FLOWCOMP Block风量温压补偿模式选择

FLOWCOMP Block模式选择:Equation B,PVCHAR=SQUAREROOT,则根据FLOWCOMP Block模式选择,补偿公式为:

COMPTERM=P+P0RP*RTT+T0

说明:风量修正为标态下的体积流量(标态下的体积流量与质量流量成正比),补偿系数在标准工况下等于1(压力增大,补偿项增大;温度升高,补偿项减少)。

FLOWCOMP Block模式选择及参数标定:根据锅炉某一次风(FT01B)流量计算书基本参数表对其进行参数设置,设计运行温度为:105 ℃,设计流量范围为:设计值_100 000 m3/h;max_100 000 m3/h;norm_75 000 m3/h;min_37 000 m3/h,P0=89.3 kPa(贵阳大气压),T0=273.15 ℃(温度参考零点),RP(绝对压力)=102 kPa(流量计算书中设计运行压力+89.3 kPa),RT=387.15 ℃(流量计算书中设计运行温度+273.15 ℃),其他为缺省值。

3.3.2 风量测量组态结构

组态逻辑结构如图3所示。

图3 组态逻辑结构

工程组态画面如图4所示。

图4 工程组态画面

4 结 论

运行状态时,锅炉某一次风(FT01B)瞬时状态基本状态参数如下:锅炉某一次风(FT01B)在温度(B1_TE03B)为135.908 7 ℃,压力(B1_PT02B)为11.548 45 kPa时的瞬时流量为35 567.83 m3/h,偏差为+2.5%左右,经二次参数修正,可将偏差进一步减小。

根据以上数据得出结论:设备运行良好,各项指标均达到安全生产要求,且经过合理的温压补偿,流量精度较高。

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