CN103292312A - 一种汽包的水位控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽包的水位控制方法。该方法通过将汽包在预设时间内的给水量与蒸汽输出量的差作为当前汽包的排污量，进而对汽包的第一水位值、当前给水量、当前蒸汽输出量以及当前排污量进行一系列的处理，并根据处理结果控制汽包给水阀的开度值，以实现对汽包的水位的调节。相对于现有技术，本发明考虑到了汽包的当前排污量对汽包的水位的影响，因而在调节汽包的水位时，将汽包在预设时间内的总给水量与总蒸汽输出量的差作为当前汽包的排污量，并根据汽包的排污量对汽包的水位进行了调节，提高了汽包水位控制精度。

Description

一种汽包的水位控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种汽包的水位控制方法。

背景技术

汽包是锅炉中进行汽水分离的装置，汽包内存在大量的汽水混合物。汽包的水位过高，会影响汽水分离的效果，造成汽包出口的蒸汽中水分过多而使锅炉的过热气壁管结垢，也会使锅炉的过热器温度急剧变化，直接影响机组的安全性和经济性。而汽包的水位过低则可能破坏锅炉的水循环，造成锅炉的水冷壁管烧坏而破裂。因此，维持锅炉汽包的水位正常是保证锅炉安全运行的必要条件。

传统的汽包水位控制方法常采用三冲量水位控制方法，即通过对汽包的给水量、汽包的蒸汽输出量以及当前汽包的水位值的监测，实现对汽包的给水阀的控制，从而调节汽包的水位。然而由于影响汽包的水位的因素不单单只是当前汽包的给水量、蒸汽输出量以及汽包的水位值，因而三冲量控制方法对汽包水位的控制精度低。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种汽包的水位控制方法，以提高汽包水位控制的精度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种汽包的水位控制方法，包括：

获取汽包的第一水位值、当前给水量和当前蒸汽输出量；

计算所述第一水位值与预设水位值的差，并对所述第一水位值与预设水位值的差进行PID运算，得到第一PID输出值；

确定所述汽包的当前排污量，其中，所述当前排污量为预设时间内所述汽包的给水总量与蒸汽输出总量的差；

将所述第一PID输出值、所述当前蒸汽输出量以及所述当前排污量的和作为预设给水量；

计算所述预设给水量与所述当前给水量的差，并对所述预设给水量与所述当前给水量的差进行PID运算，得到第二PID输出值；

根据所述第二PID输出值，调节给水阀的开度值，从而控制汽包的水位，其中所述给水阀的开度值表征所述给水阀的出水截面的大小。

优选的，所述获取汽包的第一水位值包括：

A、获取汽包的多个水位测量值，其中所述多个水位测量值是多次测量得到的；

B、计算所述多个水位测量值的平均值；

C、判断每个所述水位测量值和所述平均值的差是否均在预设范围内，若是，则将所述平均值作为所述第一水位值；若否，则从所述多个水位测量值中，确定与所述平均值的差在所述预设范围的多个水位测量值，并对确定出的与所述平均值的差在所述预设范围的多个水位测量值，执行所述步骤B，直至确定所述第一水位值。

优选的，在将所述平均值作为所述第一水位值之前，还包括：

判断每个所述水位测量值的差是否在预设范围内；

当判断出每个所述水位测量值的差在预设范围时，将所述平均值作为所述第一水位值；

当判断出每个所述水位测量值的差不在预设范围时，则确定所述水位的测量出现异常，并输出报警信号。

优选的，所述方法还包括：

当判断出预设时长内所述第二PID输出值与所述给水阀的开度值不相等时，则确定所述给水阀故障，并输出报警信号。

优选的，在获取所述当前给水量之后，还包括：

判断所述当前给水量是否存在测量异常，当所述当前给水量存在测量异常时，并输出报警信号；

其中，所述判断所述当前给水量是否存在测量异常包括：

判断所述当前给水量与所述给水阀的开度值是否满足预设的函数关系，且所述当前给水量与所述蒸汽输出量的差是否超出预设范围；

当所述当前给水量与所述给水阀的开度值不满足预设函数关系，且所述当前给水量与所述当前蒸汽输出量的差超出预设范围时，确定所述当前给水量存在测量异常。

优选的，所述方法还包括：

当所述当前给水量与所述给水阀的开度值不满足预设函数关系，且所述给水量与所述蒸汽输出量的差未超出预设范围时，确定所述给水阀故障，并输出报警信号。

优选的，在获取所述当前蒸汽输出量之后，还包括：

判断所述当前蒸汽输出量是否存在测量异常，当所述当前蒸汽输出量存在测量异常时，输出报警信号；

其中，所述判断所述当前蒸汽输出量是否存在测量异常包括：

判断所述当前给水量与所述给水阀的开度值是否满足预设函数关系，且所述当前给水量与所述蒸汽输出量的差是否超出预设范围；

当所述当前给水量与所述给水阀的开度值满足预设函数关系，且所述当前给水量与所述当前蒸汽输出量的差超出预设范围时，确定所述当前蒸汽输出量存在测量异常。

优选的，所述方法还包括：当所述第一水位值的测量、所述当前给水量的测量以及所述当前蒸汽输出量的测量正常时，判断调节后的汽包水位值与所述预设水位值的差是否在预设范围内；

若否，则确定所述第一PID输出值和/或所述第二PID输出值异常，发出报警信号；

若是，则确定所述第一PID输出值和所述第二PID输出值正常。

经由以上技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种汽包的水位控制方法。该方法通过将汽包在预设时间内的给水量与蒸汽输出量的差作为当前汽包的排污量，进而对汽包的第一水位值、当前给水量、当前蒸汽输出量以及当前排污量进行一系列的处理，并根据处理结果控制汽包给水阀的开度值，以实现对汽包的水位的调节。相对于现有技术，本发明考虑到了汽包的当前排污量对汽包的水位的影响，因而在调节汽包的水位时，将汽包在预设时间内的总给水量与总蒸汽输出量的差作为当前汽包的排污量，并根据汽包的排污量对汽包的水位进行了调节，提高了汽包水位控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明一种汽包的水位控制方法的一个实施例的流程示意图；

图2示出了本发明一种汽包的水位控制方法中获取第一水位值的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1示出了本发明一种汽包的水位控制方法的一个实施例的流程示意图。在本实施例中，该方法包括：

101：获取汽包的第一水位值、当前给水量和当前蒸汽输出量。

汽包的第一水位值、当前给水量以及当前蒸汽输出量是影响汽包水位的三个因素。通过相应的测量仪器来获取以上参数值某一时刻的瞬时值，比如：通过水位测量计、给水量测量计以及蒸汽输出量测量计，获取汽包的第一水位值、当前给水量以及当前蒸汽输出量。

其中，在获取当前蒸汽输出量时，通常将蒸汽输出量测量计设置在锅炉蒸汽总管的位置，因而该当前蒸汽输出量为汽包的蒸汽输出量。

102：计算所述第一水位值与预设水位值的差，并对所述第一水位值与预设水位值的差进行PID运算，得到第一PID输出值。

其中，该汽包的预设水位值为锅炉安全运行状态下的汽包水位值。由于锅炉汽包型号不同，不同锅炉的预设水位值也会不同。进而，计算第一水位值与该预设水位值的差，并对所得到的该差进行PID运算。

其中，PID（Proportion Integration Differentiation）运算也称为比例积分微分运算，其广泛应用于自动化控制领域。该运算过程可利用计算机软件程序完成，也可通过相应的硬件设施完成，比如PID控制器。

PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。该控制器把采集到的第一水位值与预设水位值进行比较，然后利用差值计算输出相应的第一PID输出值。

另外，在实际的操作过程中，为了避免过于频繁的调节给水阀的情况发生。在实际设定汽包的预设水位值后，通常会为该预设水位值设定一个死区，即一个范围值。比如：该预设水位值设定30mm，范围值设定为±10mm，只有当汽包的第一水位值大于40mm或小于20mm时，才对汽包的第一水位值进行调节。

103：确定汽包的当前排污量，其中，所述当前排污量为预设时间内所述汽包的给水总量与蒸汽输出总量的差。

在对锅炉汽包水位控制中，本领域的技术人员发现，除了汽包的第一水位值、当前给水量以及当前蒸汽输出量三个因素外，锅炉的排污量对汽包水位也有很大的影响。

然而由于锅炉的排污分为连续排污和不定时排污，一般无法直接通过测量仪器来得到锅炉的当前瞬时排污量。在本发明中将在预设时间内的给水总量与蒸汽总量的差作为当前瞬时排污量。其中，可选的，该预设时间可设置为当前时间前1小时。

104：将所述第一PID输出值、所述当前蒸汽输出量以及所述当前排污量的和作为预设给水量。

在锅炉的运行的过程产生的蒸汽和废物通过相应的管路排出锅炉，因而造成汽包的水位下降，为了维持汽包的水位正常，通常需要向锅炉汽包内部给水。为了能够保证锅炉的水位正常，锅炉汽包的预设给水量应等于该第一水位值与预设水位值的差、当前蒸汽输出量以及当前排污量三者的总和。其中，为了优化处理，一般采用第一PID输出值来来代替第一水位值与预设水位值的差。

105：计算所述预设给水量与所述当前给水量的差，并对所述预设给水量与所述当前给水量的差进行PID运算，得到第二PID输出值。

由于预设给水量与当前给水量可能存在差距，因而在对汽包的水位进行控制时，需要根据预设给水量与当前给水量的差，对汽包的水位进行调节。在实际操作的过程中，为了能更加精确地对汽包的水位经行调节，通常对预设给水量与当前给水量的差进行PID运算，并采用PID运算结果来代替预设给水量和当前给水量的差。

106：根据所述第二PID输出值，调节给水阀的开度值，从而控制汽包的水位，其中所述给水阀的开度值表征所述给水阀的出水截面的大小。

根据第二PID输出值，调节给水阀的开度值。当给水阀的开度值越大时，给水阀的给水量越大，开度值越小时，给水量越小，从而控制器给水阀的给水量，以实现对汽包的水位调节，使汽包水位达到预设水位值。

由上述实施例可知，本发明公开了一种汽包的水位的控制方法。该方法通过将汽包在预设时间内的给水量与蒸汽输出量的差作为当前汽包的排污量，进而对汽包的第一水位值、当前给水量、当前蒸汽输出量以及当前排污量进行一系列的处理，并根据处理结果控制汽包给水阀的开度值，以实现对汽包的水位的调节。相对于现有技术，本发明考虑到了汽包的当前排污量对汽包的水位的影响，并在调节汽包的水位时，将汽包在预设时间内的总给水量与总蒸汽输出量的差作为当前汽包的排污量，并根据汽包的排污量对汽包的水位进行了调节，提高了汽包水位控制精度。

在获取第一水位值时，操作人员可以将一个水位测量计的测量值当作第一水位值，也可以将多个水位测量计的测量值经过处理后当作第一水位值。相对于一个水位测量计确定的第一水位值，多个水位计确定的第一水位值更加精确。

目前锅炉汽包的水位测量计通常采用平衡容器水位计，每台锅炉都安装有多个水位测量计。现有技术中，通常选取多个水位计中的一个水位计的值作为第一水位值，并根据选取的水位值控制水位的调节。然而，当该水位计出现故障，所测量的水位值异常时，将会导致水位的调节错误，使实际的水位值过高或过低。

为了降低如上情况的发生。进一步，参见图2示出了本发明一种汽包水位的控制方法中获取第一水位值的一个实施例的流程示意图。该方法包括：

201：获取汽包的多个水位测量值，其中所述多个水位测量值是多次测量得到的。

该过程与图1实施例中获取水位测量值的过程相同，也通过多个水位测量计来获取水位值。

202：计算所述多个水位测量值的平均值。

203：判断每个所述水位测量值和所述平均值的差是否均在预设范围内。如果是，则执行步骤204；如果否，则执行步骤205。

逐一判断每个水位测量值与该平均值的差是否在预设的范围内。比如：预设范围为0-20mm，当某个水位测量值与该平均值的差大于30mm时，则确定该水位测量值和该平均值的差超出了预设范围。

204：将所述平均值作为所述第一水位值。

当所有的水位测量值与该平均值的差都在预设的范围内时，则说明所有的水位测量值无异常，并将该平均值作为第一水位值。

205：从所述多个水位测量值中，确定与所述平均值的差在所述预设范围的多个水位测量值，并对确定出的多个水位测量值继续执行步骤202，直至确定所述第一水位值。

当某个或某些个水位测量值与根据它们确定出的平均值的差超出了预设的范围时，说明该水位测量值异常，因而该水位测量值并不能参与后续的水位调节。进而，将这些异常的水位测量值剔除，并对剩余的满足要求的多个水位测量值继续循环执行步骤202，直至所有的水位测量值都满足要求。此时把满足要求的所有的水位测量值的平均值作为第一水位值。

为了进一步提高第一水位值的精确度，在将所述平均值作为第一水位值之前，还包括：

判断每个所述水位测量值的差是否在预设范围内。当判断出每个所述水位测量值的差在预设范围时，将所述平均值作为所述第一水位值。当判断出每个所述水位测量值的差不在预设范围时，则确定所述水位的测量出现异常，并输出报警信号。当确定水位值存在测量异常并输出报警信号后，该水位的调节过程自动退出，此时操作人员可通过人工的方式对水位进行调节。

在对汽包水位控制的过程中，硬件装置常常会发生故障，因而在对汽包水位控制时，需要实时的采集控制过程中的某些信息，并根据采集到的信息判断锅炉的某些部件是否产生故障，从而及时对故障进行处理，保证锅炉的安全运行。

进一步，该方法还包括：当判断出在预设时长内所述第二PID输出值与所述给水阀的开度值不相等时，则确定所述给水阀故障，并输出报警信号。

在正常情况下，给水阀根据第二PID输出值控制自身的开度值，通常该第二PID输出值与给水阀的开度值相等。然而当在某一段时间内，即预设时长内，该第二PID输出值不等于给水阀的开度值时，则确定该给水阀出现的故障，并输出报警信号，以提醒操作人员进行处理。

进一步，在上述任一实施例中，在获取当前给水量之后，该方法还包括：

判断当前给水量是否存在测量异常，当所述当前给水量存在测量异常时，发出报警信号。

其中，判断当前给水量是否异常包括：

判断当前给水量与给水阀的开度值是否满足预设函数关系，且当前给水量与蒸汽输出量的差是否超出预设范围。

当前给水量与给水阀的开度值不满足与预设函数关系，且当前给水量与当前蒸汽输出量的差超出预设范围时，确定当前给水量存在测量异常。

当前给水量与给水阀的开度值不满足预设函数关系，且当前给水量与当前蒸汽输出量的未超出预设范围时，确定给水阀故障，并输出报警信号。

在正常情况下，当前给水量与给水阀的开度值成线性函数关系，即给水阀的开度值越大，当前给水量越大。将某一时刻获取的给水量和给水阀的开度值带入预设的线性函数。若等式两边相等，则说明该给水量与给水阀的开度值满足线性函数，若等式两边不相等，则说明给水量与给水阀的开度值不满足线性函数。当某时刻的给水量与给水阀的开度值不满足该预设的线性函数关系时，可能是给水量的测量出现异常，也可能是给水阀出现故障。此时将当前蒸汽输出量作为一个参考值，如果当前给水量与当前蒸汽输出量的差超出了预设的范围时，则确定当前给水量存在测量异常。

进一步，在上述任一实施例中，在获取所述当前蒸汽输出量之后，该方法还包括：

判断所述当前蒸汽输出量是否存在测量异常，当所述当前蒸汽输出量存在测量异常时，发出报警信号。

其中，判断所述当前蒸汽输出量是否异常包括：

判断所述当前给水量与所述给水阀的开度值之间的函数关系与预设函数关系是否相同，且所述当前给水量与所述蒸汽输出量的差是否超出预设范围。

当所述当前给水量与所述给水阀的开度值之间的函数关系与预设函数相同，且所述当前给水量与所述当前蒸汽输出量的差超出预设范围时，确定所述当前蒸汽输出量的测量出现异常。

当前给水量的测量值与给水阀的开度值之间的函数关系与预设的函数关系相同时，则证明当前给水量的测量与给水阀都正常。而当前给水量与当前蒸汽输出量的差超出预设范围，证明可能是当前给水量测量出现异常，也可能是当前蒸汽输出量测量出现异常。结合上述对当前给水量与给水阀开度值之间函数关系的判断，则可确定当前蒸汽输出量的测量出现异常。

进一步，该方法还包括：当所述第一水位值的测量、所述当前给水量的测量以及所述当前蒸汽输出量的测量正常时，判断调节后的汽包水位值与预设水位值的差是否在预设范围内。若调节后的汽包水位值与预设水位值的差不在预设范围内，则确定所述第一PID输出值和/或所述第二PID输出值异常，并输出报警信号。若调节后的汽包水位值与预设水位值的差在预设范围内时，则确定所述第一PID输出值和所述第二PID输出值正常。

在实际的操作过程中，由于锅炉始终处于运行的状态，时刻有废物和蒸汽排出。因而经过调节后的汽包水位值不可能完全等于预设水位值，二者之间存在一定的偏差。若在第一水位值、当前给水量、当前蒸汽输出量的测量都正常的前提下，如果经过调节后的汽包水位值与预设水位值的偏差超出了预设的范围，比如预设范围为±30mm，则可以确定在调节过程中，第一PID输出值和第二PID输出值中的一个或者两个都出现了计算异常，也就是说，参与计算第一PID输出值和第二PID输出值的某一个或两个硬件装置出现了故障。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种汽包的水位控制方法，其特征在于，包括：

获取汽包的第一水位值、当前给水量和当前蒸汽输出量；

计算所述第一水位值与预设水位值的差，并对所述第一水位值与预设水位值的差进行PID运算，得到第一PID输出值；

确定所述汽包的当前排污量，其中，所述当前排污量为预设时间内所述汽包的给水总量与蒸汽输出总量的差；

将所述第一PID输出值、所述当前蒸汽输出量以及所述当前排污量的和作为预设给水量；

计算所述预设给水量与所述当前给水量的差，并对所述预设给水量与所述当前给水量的差进行PID运算，得到第二PID输出值；

根据所述第二PID输出值，调节给水阀的开度值，从而控制汽包的水位，其中所述给水阀的开度值表征所述给水阀的出水截面的大小。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取汽包的第一水位值包括：

A、获取汽包的多个水位测量值，其中所述多个水位测量值是多次测量得到的；

B、计算所述多个水位测量值的平均值；

C、判断每个所述水位测量值和所述平均值的差是否均在预设范围内，若是，则将所述平均值作为所述第一水位值；若否，则从所述多个水位测量值中，确定与所述平均值的差在所述预设范围的多个水位测量值，并对确定出的与所述平均值的差在所述预设范围的多个水位测量值，执行所述步骤B，直至确定所述第一水位值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将所述平均值作为所述第一水位值之前，还包括：

判断每个所述水位测量值的差是否在预设范围内；

当判断出每个所述水位测量值的差在预设范围时，将所述平均值作为所述第一水位值；

当判断出每个所述水位测量值的差不在预设范围时，则确定所述水位的测量出现异常，并输出报警信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当判断出预设时长内所述第二PID输出值与所述给水阀的开度值不相等时，则确定所述给水阀故障，并输出报警信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取所述当前给水量之后，还包括：

判断所述当前给水量是否存在测量异常，当所述当前给水量存在测量异常时，并输出报警信号；

其中，所述判断所述当前给水量是否存在测量异常包括：

判断所述当前给水量与所述给水阀的开度值是否满足预设的函数关系，且所述当前给水量与所述蒸汽输出量的差是否超出预设范围；

当所述当前给水量与所述给水阀的开度值不满足预设函数关系，且所述当前给水量与所述当前蒸汽输出量的差超出预设范围时，确定所述当前给水量存在测量异常。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述当前给水量与所述给水阀的开度值不满足预设函数关系，且所述给水量与所述蒸汽输出量的差未超出预设范围时，确定所述给水阀故障，并输出报警信号。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在获取所述当前蒸汽输出量之后，还包括：

判断所述当前蒸汽输出量是否存在测量异常，当所述当前蒸汽输出量存在测量异常时，输出报警信号；

其中，所述判断所述当前蒸汽输出量是否存在测量异常包括：

判断所述当前给水量与所述给水阀的开度值是否满足预设函数关系，且所述当前给水量与所述蒸汽输出量的差是否超出预设范围；

当所述当前给水量与所述给水阀的开度值满足预设函数关系，且所述当前给水量与所述当前蒸汽输出量的差超出预设范围时，确定所述当前蒸汽输出量存在测量异常。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述第一水位值的测量、所述当前给水量的测量以及所述当前蒸汽输出量的测量正常时，判断调节后的汽包水位值与所述预设水位值的差是否在预设范围内；

若否，则确定所述第一PID输出值和/或所述第二PID输出值异常，发出报警信号；

若是，则确定所述第一PID输出值和所述第二PID输出值正常。

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