專利名稱：鍋爐蒸汽干度控制儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油開采設(shè)備，尤其是一種用于油田高壓直流式蒸汽鍋爐干度控制儀。
石油資源中的普通原油的可采儲量逐年減少，稠油資源將會成為21世紀(jì)的主要能源。因此，提高稠油的生產(chǎn)、運輸和煉制水平，降低成本，是一個重要課題。當(dāng)前，高壓直流式油田注汽鍋爐是稠油熱采工藝的關(guān)鍵設(shè)備。為了保證通過熱注方式降低地下稠油粘度，增加液體的流動性，便于溶解重油中的各種殘余鹽分，提高重油的采集率，對鍋爐出口的飽和蒸汽干度的控制是油田注汽鍋爐運行生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。
目前，對鍋爐出口的飽和蒸汽的干度進(jìn)行測量和自動控制的產(chǎn)品主要有以單片機(jī)控制為主的干度控制儀、以儀表控制為主的干度控制儀和以工控機(jī)為主的干度控制儀。這些產(chǎn)品的測量精度和安全可靠性均不理想。隨著控制技術(shù)和控制水平的提高，以單片機(jī)、儀表、工控機(jī)為主控制器的控制產(chǎn)品已逐漸為性能更高的PLC所代替。
本實用新型的目的是針對目前鍋爐蒸汽干度控制儀主要以單片機(jī)、儀表、工控機(jī)為主控制器，其測量精度和安全可靠性均不理想的問題，提供一種干度測量、調(diào)節(jié)精度高，使用安全可靠，采用以PLC為主控制器和I/0模塊構(gòu)成的鍋爐蒸汽干度控制儀。
本實用新型所述的鍋爐蒸汽干度控制儀，包括主控模塊(ECHO16RTU/PLC)、數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)、數(shù)字量輸出模塊(E104)、模擬量輸入模塊(E101)、模擬量輸出模塊(E105)、熱電阻調(diào)理模塊(E301-1，E301-2)、熱電偶調(diào)理模塊(E302)以及信號隔離模塊DZ1～DZ7、觸摸屏(PWS)、電源模塊(-PS1、-PS2)、電源濾波器(LC)、帶鎖開關(guān)(SB2)、電源指示燈(L2)、行程開關(guān)(SB3)等。
主控模塊(ECHO16 RTU/PLC)通過數(shù)據(jù)總線與數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)、數(shù)字量輸出模塊(E104)、模擬量輸入模塊(E101)、模擬量輸出模塊(E105)相連。
鍋爐蒸汽干度控制儀由交流220V供電，220V交流電源接至空氣開關(guān)，空氣開關(guān)提供的火線(L)通過保險(FU)、零線(N)和柜內(nèi)照明燈(L1)、冷卻風(fēng)扇(FAN1)、電源開關(guān)(SB2)相連。電源開關(guān)(SB2)與電源指示燈(L2)、電源濾波器(LC)相連。電源濾波器(LC)輸出的火線(L)、零線(N)與2個電源模塊(-PS1、-PS2)連接。電源模塊(-PS1)輸出的DC24V與主控模塊(ECH016 RTU/PLC)的DC24V和觸摸屏的DC24V相連。電源模塊(-PS2)提供DC24V+端除了和模擬量輸入模塊(E101)、模擬量輸出模塊(E105)、熱電阻調(diào)理模塊(E301-1、E301-2)、熱電偶調(diào)理模塊(E302)的24V+輸入端，數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)DO1+～DO3+、數(shù)字量輸出模塊(E104)的DO0+～DO5+端直接連接，還通過開關(guān)(SB1)和數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)DI0+～DI2+端相連。電源模塊(-PS2)提供DC24V-端除了和模擬量輸入模塊(E101)的24V-、數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)的DI0-～DI2-端、模擬量輸出模塊(E105)的24V-、熱電阻調(diào)理模塊(E301-1、E301-2)的24V-、熱電偶調(diào)理模塊(E302)的24V-直接連接，外部接線(XT1)的10、14、16連接，還通過外部繼電器、電鈴、指示燈和數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)的DO1-～DO3-、數(shù)字量輸出模塊(E104)的DO0-～DO5-端連接。電源(-PS2)提供的DC24V+還和信號隔離模塊(DZ1、DZ3、DZ5)的端子6直接連接。信號隔離模塊(DZ1～DZ5)端子1分別和模擬量輸入模塊(E101)的3、4、5、6、7相連，端子2和模擬量輸入模塊(E101)的COM端相連。信號隔離模塊(DZ1、DZ3、DZ4)的端子5分別通過外部接線(XT1)的9、13、15和3個外部儀表(2WIRE TX)+端相連，3個外部儀表(2WIRE TX)的-端通過外部接線(XT1)的10、14、16連到電源模塊(-PS2)的24V-。信號隔離模塊DZ2、DZ5的端子6、5分別和外部接線(XT1)的11、12、17、18相連。信號隔離模塊DZ6、DZ7的端子6、5分別和模擬量輸出模塊(E105)的AO0+、AO0-、AO1+、AO0-相連，端子1、2分別和外部接線(XT1)的19、20、21、22相連。熱電阻調(diào)理模塊(E301-1、E301-2)的端子3、4、5分別與外部接線(XT1)的1～6相連，6端子分別與模擬量輸入模塊(E101)的3、4端子相連。熱電偶調(diào)理模塊(E302)的端子4、5分別和外部接線(XT1)的7、8相連。
本實用新型鍋爐蒸汽干度控制儀中使用的主控模塊(ECHO16RTU/PLC)、數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)、數(shù)字量輸出模塊(E104)、模擬量輸入模塊(E101)、模擬量輸出模塊(E105)、熱電阻調(diào)理模塊(E301)、熱電偶調(diào)理模塊(E302)均為北京安控科技發(fā)展有限公司定型產(chǎn)品。信號隔離模塊(DZ1～DZ7)、觸摸屏PWS、電源模塊(-PS1、-PS2)、電源濾波器(LC)、帶鎖開關(guān)(SB2)、電源指示燈(L2)、行程開關(guān)(SB3)均為已知技術(shù)。
本實用新型所述的鍋爐蒸汽干度控制儀的特點是1.測量準(zhǔn)確、顯示精度高。
2.響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精度高。
3.模塊化設(shè)計、便于維護(hù)。
4.系統(tǒng)的測量、控制部件與外接儀表或設(shè)備完全隔離，避免了外界的干擾。
5.系統(tǒng)功能齊全，具有友好的人機(jī)界面，安裝、使用、維護(hù)方便簡單。
6.當(dāng)系統(tǒng)更換測量儀表、儀表量程改變時，不須更改程序，只要從上位機(jī)重新設(shè)置儀表量程即可。
7.采用工業(yè)級的硬件元器件和軟件設(shè)計方法，系統(tǒng)安全可靠。
與現(xiàn)有以單片機(jī)、儀表、工控機(jī)為主控制器的鍋爐蒸汽干度控制儀相比，本實用新型所述的鍋爐蒸汽干度控制儀以PLC主控制器和I/O模塊構(gòu)成，其干度測量、調(diào)節(jié)精度高，使用安全可靠。


圖1是本實用新型鍋爐蒸汽干度控制儀的示意圖；圖2a、圖2b是本實用新型鍋爐蒸汽干度控制儀的電路原理圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明如
圖1、圖2a、圖2b所示，主控模塊(ECHO16 RTU/PLC)通過總線與輸入/輸出模塊(E103)相連，并將輸入端采集來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，由主控制器進(jìn)行處理，作出相應(yīng)輸出，將輸出信號送到輸出端對現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行控制。供電電源為電源模塊(-PS1)提供的DC24V。
數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)4路DC24V開關(guān)量輸入。其中DI0～DI2主要檢測報警消音、鍋爐停爐、變頻啟停三種信號；4路開關(guān)量輸出，觸點電壓為DC24V。其中，DO1～DO3，完成變頻器頻率給定方式控制、報警電鈴控制、干度上限報警指示燈控制。
數(shù)字量輸出模塊(E104)8路開關(guān)量輸出，觸點電壓為DC24V。其中，DO0～DO5，分別完成干度下限報警指示燈、過熱報警指示燈、水流量低報警指示燈、運行狀態(tài)指示燈、自動狀態(tài)指示燈、報警指示燈的控制。
模擬量輸入模塊(E101)8路模擬量輸入，信號類型為4～20mA，供電電源為電源模塊(-PS2)提供的DC24V。完成鍋爐出口進(jìn)幅溫度、中點溫度、爐膛溫度、蒸汽壓力、進(jìn)水流量、進(jìn)水電導(dǎo)率、爐水電導(dǎo)率、變頻器工作頻率的測量。
模擬量輸出模塊(E105)2路模擬量輸出，信號類型為4～20mA，供電電源為電源模塊(-PS2)提供的DC24V。模塊可輸出4～20mA的模擬信號控制變頻器的給定頻率和鍋爐火量大小。
熱電阻調(diào)理模塊(E301)1路輸入，供電電源為電源模塊(-PS2)提供的DC24V。將現(xiàn)場的進(jìn)幅溫度、中點溫度熱電阻傳感器傳來的信號調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA的信號，并將此信號傳送給模擬量輸入模塊(E101)，完成溫度信號的測量。
熱電偶調(diào)理模塊(E302)1路輸入，0～1000℃對應(yīng)的模擬量信號為4～20mA，供電電源為電源模塊(-PS2)提供的DC24V。將現(xiàn)場的中點溫度傳感器傳來的信號調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA的信號，并將此信號傳送給模擬輸入模塊(E101)，完成溫度信號的測量。
信號隔離模塊(DZ1～DZ7)該模塊是標(biāo)準(zhǔn)的帶電源的4～20mA輸入信號通過2000V的隔離，成比例地輸出4～20mA信號，此模塊共用了7個。如
圖1-a、
圖1-b所示，DZ1、DZ3、DZ4將現(xiàn)場兩線制的壓力、儀表電導(dǎo)率等信號經(jīng)過隔離后成比例地輸出為4～20mA，模塊供電為電源模塊(-PS2)提供的DC24V。DZ2、DZ5原理同前，但供電電源為外部提供的DC24V。DZ6、DZ7將模擬量輸出模塊(E105)輸出的4～20mA信號成比例地輸出到外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)——變頻器和電氣轉(zhuǎn)換器。
觸摸屏(PWS)人機(jī)接口，通過自身的COM2口與主控模塊(ECHO16RTU/PLC)的COM2口通信完成數(shù)據(jù)交換功能，接口電氣特性為RS232方式。供電為電源模塊(-PS2)提供的DC24V。觸摸屏可完成數(shù)據(jù)實時顯示、報警，實時趨勢、歷史趨勢測覽，參數(shù)設(shè)置，手動/自動切換等功能，其人機(jī)界面友好，功能強(qiáng)大。
電源模塊(-PS1、-PS2)電源模塊(-PS1)將AC220V電源轉(zhuǎn)換為DC24V、1A的直流電源，給主控模塊(ECHO16 RTU/PLC)和觸摸屏(PWS)供電；電源模塊(-PS2)將AC220V電源轉(zhuǎn)換為DC24V、3A的直流電源，給I/O模塊和部分現(xiàn)場儀表供電。
電源濾波器(LC)將電源的高次諧波濾掉，提高電源的品質(zhì)，給電源模塊(-PS1、-PS2)供電。
帶鎖開關(guān)(SB2)通斷蒸汽干度控制儀的電源。
電源指示燈(L2)當(dāng)蒸汽干度控制儀上電后，此指示燈亮。
行程開關(guān)(SB3)當(dāng)背面門打開時，柜內(nèi)照明燈(L1)亮，冷卻風(fēng)扇停；當(dāng)背面門關(guān)上時，柜內(nèi)照明燈(L1)滅，冷卻風(fēng)扇起。
鍋爐蒸汽干度控制儀通過模擬量輸入模塊(E101)測量注汽鍋爐的進(jìn)幅溫度、中點溫度、爐膛溫度、進(jìn)水注量、蒸汽壓力、進(jìn)水電導(dǎo)率、爐水電導(dǎo)率，利用熱平衡法測量蒸汽干度值，然后與給定干度值比較，利用主控模塊(ECHO16 RTU/PLC)的PID控制器調(diào)節(jié)進(jìn)水量或火量，達(dá)到調(diào)節(jié)蒸汽干度值的目的。
在自動狀態(tài)下，有兩種干度控制方式1.通過調(diào)節(jié)變頻器來調(diào)節(jié)給水量，從而控制出口濕飽和蒸汽的干度值。水量調(diào)節(jié)時，火量固定，采用PID控制器串級方式控制干度值。利用模糊PID控制器對干度值進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用PID控制器對水量進(jìn)行內(nèi)環(huán)控制。
2.通過電氣轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)火量，從而控制出口濕飽和蒸汽的干度值?；鹆空{(diào)節(jié)時，水量固定，采用PID控制器輸出信號給電氣轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)控制風(fēng)門，擋板的氣動調(diào)節(jié)閥，從而控制火量，達(dá)到調(diào)節(jié)干度值得目的。
兩種調(diào)節(jié)方式之間的關(guān)系為任何時候只可能有一種控制方式，當(dāng)水量給到最大，而干度值仍不能上升到給定值時，將水量固定在最大值，開始調(diào)節(jié)火量，直至達(dá)到并穩(wěn)定在設(shè)定干度之上；當(dāng)火量給到最大值，而干度值仍不能上升到給定值時，將火量固定在最大值，開始調(diào)節(jié)水量，直至達(dá)到并穩(wěn)定在設(shè)定干度之上。
權(quán)利要求1.一種鍋爐蒸汽干度控制儀，其特征在于包括主控模塊(ECH016RTU/PLC)、數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)、數(shù)字量輸出模塊(E104)、模擬量輸入模塊(E101)、模擬量輸出模塊(E105)、熱電阻調(diào)理模塊(E301-1、E301-2)、熱電偶調(diào)理模塊(E302)以及信號隔離模塊(DZ1～DZ7)、觸摸屏(PWS)、電源模塊(-PS1)、(-PS2)、電源濾波器(LC1)、帶鎖開關(guān)(SB2)、電源指示燈(L2)、行程開關(guān)(SB3)；主控模塊(ECHO16 RTU/PLC)通過數(shù)據(jù)總線與數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)、數(shù)字量輸出模塊(E104)、模擬量輸入模塊(E101)、模擬量輸出模塊(E105)相連；220V交流電源接至空氣開關(guān)，空氣開關(guān)提供的火線(L)通過保險(FU)、零線(N)和柜內(nèi)照明燈(L1)、冷卻風(fēng)扇(FAN1)、電源開關(guān)(SB2)相連；電源開關(guān)(SB2)與電源指示燈(L2)、電源濾波器(LC)相連；電源濾波器(LC)輸出的火線(L)、零線(N)與2個電源模塊(-PS1、-PS2)連接；電源模塊(-PS1)輸出的DC24V與主控模塊(ECHO16RTU/PLC)的DC24V和觸摸屏的DC24V相連；電源模塊(-PS2)提供DC24V+端除了和模擬量輸入模塊(E101)、模擬量輸出模塊(E105)、熱電阻調(diào)理模塊(E301-1、E301-2)、熱電偶調(diào)理模塊(E302)的24V+輸入端，數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)DO1+～DO3+、數(shù)字量輸出模塊(E104)的DO0+～DO5+端直接連接，還通過開關(guān)(SB1)和數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)DIO+～DI2+端相連；電源模塊(-PS2)提供DC24V-端除了和模擬量輸入模塊(E101)的24V-、數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)的DI0-～DI2端、模擬量輸出模塊(E105)的24V-、熱電阻調(diào)理模塊(E301-1、E301-2)的24V-、熱電偶調(diào)理模塊(E302)的24V-直接連接，外部接線(XT1)的10、14、16連接，還通過外部繼電器、電鈴、指示燈和數(shù)字量輸入/輸出模塊(E103)的DO1-～DO3-、數(shù)字量輸出模塊(E104)的DO0-～DO5端連接；電源(-PS2)提供的DC24V+還和信號隔離模塊(DZ1、DZ3、DZ5)的端子6直接連接；信號隔離模塊(DZ1～DZ5)端子1分別和模擬量輸入模塊(E101)的3、4、5、6、7相連，端子2和模擬量輸入模塊(E101)的COM端相連；信號隔離模塊(DZ1、DZ3、DZ4)的端子5分別通過外部接線(XT1)的9、13、15和3個外部儀表(2WIRETX)+端相連，3個外部儀表(2WIRE TX)的端通過外部接線(XT1)的10、14、16連到電源模塊(-PS2)的24V-；信號隔離模塊DZ2、DZ5的端子6、5分別和外部接線(XT1)的11、12、17、18相連；信號隔離模塊DZ6、DZ7的端子6、5分別和模擬量輸出模塊(E105)的AO0+、AO0-、AO1+、AO0-相連，端子1、2分別和外部接線(XT1)的19、20、21、22相連；熱電阻調(diào)理模塊(E301-1、E301-2)的端子3、4、5分別與外部接線(XT1)的1～6相連，6端子分別與模擬量輸入模塊(E101)的3、4端子相連；熱電偶調(diào)理模塊(E302)的端子4、5分別和外部接線(XT1)的7、8相連。
專利摘要一種鍋爐蒸汽干度控制儀,主控模塊通過數(shù)據(jù)總線與數(shù)字量輸入/輸出模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊相連。數(shù)字量輸入/輸出模塊有4路直流24伏開關(guān)量輸入,4路開關(guān)量輸出。數(shù)字量輸出模塊有8路開關(guān)量輸出。模擬量輸入模塊有8路模擬量輸入。模擬量輸出模塊有2路模擬量輸出。熱電阻、熱電偶調(diào)理模各有1路輸入。觸摸屏為人機(jī)接口。電源模塊將AC220V轉(zhuǎn)換為DC24V。本實用新型的干度測量、調(diào)節(jié)精度高,使用安全可靠。
文檔編號F22B35/00GK2476712SQ0121957
公開日2002年2月13日 申請日期2001年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月17日
發(fā)明者楊繼榮 申請人:北京安控科技發(fā)展有限公司