鍋爐流量測量在Honeywell Experion PKS系統中的實現

摘 要:目前在熱電廠鍋爐蒸汽、風量管道流量計算中普遍采用常規儀表進行溫壓補償，但其出現的結構復雜、調試難度大、維護困難等一系列問題造成精度偏低、設備監控不靈活等。為了提高熱電廠鍋爐蒸汽、風量管道中較大流量的測量精度，減小環境變化帶來的誤差，過程控制系統應利用更為精確數據進行合理調控。因此采用霍尼韋爾 Experion PKS過程知識系統組態編程軟件流量測量模塊，可對流量計測量數據進行理論計算以及在環境改變時所帶來的流量溫度、壓力補償計算，實現不受環境變化影響下的過程控制中流量數據與現場流量數據的基本一致。該模塊簡化了復雜的過程控制邏輯編寫與調試過程，增加了測量和控制精度，提高了生產效率。關鍵詞:Experion 過程知識系統; 流量; 組態軟件; FLOWCOMP模塊

中圖分類號:TN911-34文獻標識碼:A

文章編號: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

近年來，隨著生產過程中對自動化程度要求的逐漸提高，作為被控變量的各種采用變送單元直接測出的流量信號，已遠遠不能滿足當前工藝生產的要求。例如在熱電廠中對大口徑管道蒸汽、風量的測量中，為提高測量精度，一般需要進行溫度、壓力的補償校正。但由于流量測量裝置的設計過程中所提供的設計溫度、壓力與實際運行的工作溫度、壓力存在一定的差異，致使其實際值不能準確反映運行狀態下的真實情況。在絕大多數情況下，流量計只有在流體工況與設計條件一致的情況下才能保證較高的測量精度。而一些流體如風量和蒸汽，其精度受溫度、壓力變化較大。在測量不同介質的流體時，其溫度、壓力補償公式選擇的數學模型具有差異性。

本文使用最新一代的過程自動化系統，Honeywell公司Experion PKS過程知識系統，將人員與過程控制、經營和資產管理融合在一起，為決策者提供了嵌入式的決策支持和診斷技術，遠高于集散控制系統的能力。并且通過其安全組件，使得系統的安全環境獨立于主控系統，提高了系統的安全性和可靠性。

Control Builder控制策略組態軟件的流量計算模塊是實現的主要方法。它提供了液體、氣體、蒸汽、水蒸氣等不同的質量流量和體積流量以及相應的溫度壓力補償公式的數學模型。同時，它提供參數修正方法來減小數學模型帶來的偏差。通過使用該系統和計算模塊，既能夠降低工程人員對數學模型的組態難度，又可以提高測量的精度和準度，增加施工和調試工作的便捷性，最大程度地發揮平臺功能。

1 鍋爐某一次風流量測量

空氣流量的溫壓補償公式如下，參數見表1。

Q=Kf(ΔP)ΔPP+PhT+273.15

表1 空氣流量溫壓補償參數表

符號說明單位

Q空氣流量m3/h

P實測流體表壓kPa

T實測流體溫度℃

K流量系數

ΔP實測流體差壓kPa

f(ΔP)流量修正函數

Ph當地平均大氣壓力kPa

2 Experion PKS Control Builder開發軟件

Control Builder控制策略組態軟件是圖形化的面向對象工具，支持Experion PKS的控制器和應用控制節點環境ACE。在Control Builder中進行控制策略的設計，生成控制策略的文檔，并可進行在線監控。Control Builder提供全面的I/O處理，包括FF現場總線和Profibus，提供功能塊FBs(Function Blocks)的算法庫，支持如連續的、邏輯的、電機的、順序的、批量的以及先進的控制功能。霍尼韋爾提供的功能塊，用以實現不同的控制功能。每一個功能塊帶有一系列參數，用于直觀顯示該功能塊。功能塊之間可以方便地用“軟接線”進行互聯，以構成控制策略或應用。功能塊有機的組合構成控制模塊CMs(Control Modules)，而順序功能塊FBs(Function Blocks)構成順序控制模塊SCMs(Sequential Control Modules)。SCMs極大地簡化了批量邏輯的設計，針對序列化一組設備，通過一系列特定的步驟執行一個或多個任務。

Control Builder使能自頂向下的實施方式和創建可重用的控制策略，增強了工程生產力。同時，其豐富的標準化特點，SCMs極大地簡化了批量邏輯的實施。Control Builder還支持多用戶控制策略開發和糾錯環境。

3 流量計算模塊對鍋爐某風量的標定

3.1 流量計算模塊

FLOWCOMP Block模塊如圖1所示，基本公式:

PV=CPV*CF1/CF2*F*COMPTERM

模式選擇:Equation B主要用于計算氣體及蒸汽組成部分的質量流量:

If PVCHAR = SQUAREROOT， then:

COMPTERM=P+P0RP*RTT+T0

Else: If PVCHAR = NONE， then:

COMPTERM=P+P0RP*RTT*T0

圖1 FLOWCOMP模塊

3.2 AI數據模塊及數據采集處理模塊

AICHANNEL模塊及數據采集處理模塊如圖2所示。

圖2 AICHANNEL模塊及數據采集處理模塊

AICHANNEL (PMIO) Block模塊通過I/O卡件將現場儀表采集的4~20 mA模擬量信號送入過程控制系統。DATAACQ (Data Acquisition) Block模塊對采集數據進行基本處理，其執行過程為，首先對輸入數據轉化為工程單元，對其選擇線性或者開方類型，其次進行小信號切除，最后對量程和報警限位做設置。

3.3 風量測量組態

3.3.1 Control Builder FLOWCOMP Block風量溫壓補償模式選擇

FLOWCOMP Block模式選擇:Equation B，PVCHAR=SQUAREROOT，則根據FLOWCOMP Block模式選擇，補償公式為:

COMPTERM=P+P0RP*RTT+T0

說明:風量修正為標態下的體積流量(標態下的體積流量與質量流量成正比)，補償系數在標準工況下等于1(壓力增大，補償項增大;溫度升高，補償項減少)。

FLOWCOMP Block模式選擇及參數標定:根據鍋爐某一次風(FT01B)流量計算書基本參數表對其進行參數設置，設計運行溫度為:105 ℃，設計流量范圍為:設計值_100 000 m3/h;max_100 000 m3/h;norm_75 000 m3/h;min_37 000 m3/h，P0=89.3 kPa(貴陽大氣壓)，T0=273.15 ℃(溫度參考零點)，RP(絕對壓力)=102 kPa(流量計算書中設計運行壓力+89.3 kPa)，RT=387.15 ℃(流量計算書中設計運行溫度+273.15 ℃)，其他為缺省值。

3.3.2 風量測量組態結構

組態邏輯結構如圖3所示。

圖3 組態邏輯結構

工程組態畫面如圖4所示。

圖4 工程組態畫面

4 結 論

運行狀態時，鍋爐某一次風(FT01B)瞬時狀態基本狀態參數如下:鍋爐某一次風(FT01B)在溫度(B1_TE03B)為135.908 7 ℃，壓力(B1_PT02B)為11.548 45 kPa時的瞬時流量為35 567.83 m3/h，偏差為+2.5%左右，經二次參數修正，可將偏差進一步減小。

根據以上數據得出結論:設備運行良好，各項指標均達到安全生產要求，且經過合理的溫壓補償，流量精度較高。

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