循环水动态模拟装置的分布式计算机测控系统

循环水动态模拟装置的分布式计算机测控系统
于忠得;李仁庆
【摘要】介绍了循环水动态模拟装置分布式计算机测控系统的设计方案.该方案满足动态模拟装置试验全过程自动控制,包括设定试验条件、标定检测精度、试验参
数自动检测记录、试验状态自动控制、试验数据分析处理等.介绍了计算机系统的
结构、主要功能及技术指标,下位控制站的硬件组成、工作原理及软件流程,上位操
作站应用界面功能.多家石油、化工、电力企事业单位应用实践证明,系统结构合理、测控精度高,完全满足利用动态模拟装置评价水质、筛选配方的工艺需要.
【期刊名称】《大连工业大学学报》
【年(卷),期】2007(026)004
【总页数】3页(P352-354)
【关键词】循环水;动态模拟装置;分布式计算机系统
【作者】于忠得;李仁庆
【作者单位】大连工业大学,信息科学与工程学院,辽宁,大连,116034;大连工业大学,信息科学与工程学院,辽宁,大连,116034
【正文语种】中文
【中图分类】TP273.5
0 引言
循环水动态模拟装置是用于评价工业循环水水质的专用装置．根据化工部颁布的
“冷却水动态模拟试验方法”，通过在给定条件下利用常压饱和水蒸气作热流介质，模拟生产现场的流速、流态水质、金属材质和循环冷却水进、出换热器温度等主要参数，可以对水质稳定配方的缓蚀、阻垢效果及操作工艺条件进行综合评价[1]．采用先进的计算机控制技术，实现循环水动态模拟装置实验过程精确监控、
实验数据自动处理、操作界面直观方便是工业水处理行业的迫切需要．本文介绍了循环水动态模拟装置分布式计算机测控系统的设计方案．
1 工艺流程
循环水动态模拟装置的工艺流程如图1所示．集水池中的水经水泵泵至换热器，
在换热器中与常压饱和蒸汽逆向换热，吸热升温．流出换热器的热水送至冷却塔的顶部，在顶部喷淋而下，经过冷却塔中的填料，与自下而上的冷风逆向换热，降温后重新进入集水池，完成水的一次循环．从装置的物理结构到操作条件严格模拟工业生产中实际换热系统的工艺状况．装置在运行过程中，通过对循环水进入换热器的入口水温、流量、及常压饱和蒸汽温度做出精确的定值控制，按一定配方加药的循环水在装置上运行二三周，就可根据循环水进、出换热器的温差变化情况，对水质的缓蚀、阻垢效果做出定量的评价．评价的准确性主要取决于上述三个参数的控制精度．循环水动态模拟装置分布式计算机测控系统采用小型DCS系统结构[2]，用于自动控制试验状态，记录试验数据．根据试验数据，对循环水的污垢热阻做出定量评价．
1 集水池;
2 围堰;
3 蝶阀;
4 冷却塔;
5 引风机;
6 水泵;
7 常压蒸汽锅炉;
8 换热器;
9 入口测温传感器;10 围堰测温传感器图1 循环水动态模拟装置流程图Fig.1 Flow chart of dynamic simulated equipment of recycle water
2 系统技术指标
本微机系统同时测控两台动态模拟装置，主要功能与技术指标如下：
(1)温度测量．两台装置的换热器入口温度、出口温度、蒸汽温度、冷却水塔塔底
温度共8点温度，采用Pt100热电阻温度传感器测量，测量范围：0～100 ℃,测
量精度：0.1级．
(2)温度控制．采用改进的PID算法[3]，对两台装置的换热器入口水温进行控制，控制范围：0～100 ℃，控制精度为设定值±0.3 ℃．
(3)流量检测与控制．两台装置的循环水流量量程为：200～1 200 L/h，检测精度
为0.1级．控制精度为设定值±0.5%FS．
(4)pH值检测与控制．两台装置循环水的pH值高于设定值时，自动启动加酸泵加酸．
(5)电导检测与控制．两台装置循环水的电导高于设定值时，自动打开排污阀排污．
(6)参数超限报警．支持多个参数超限报警功能．当冷凝水压力过低、循环水流量
超限、冷却塔塔底温度超限、循环水pH值及电导超限时，能自动启动声光报警．(7)蒸汽锅炉加热功率控制．在不同的试验阶段，支持选定不同的加热功率，选择
范围：(0～100%)× 额定功率．
(8)其他功能指标．所有参数的检测、控制周期均为0.3 s，试验数据记录时间间隔为2 h．试验完成后，自动算出年污垢热阻，自动生成试验报告．试验记录数据支持以WORD文件或EXCEL电子表格形式保存，各测控参数均可以曲线形式显示．3 系统组成原理
整个系统组成如图2所示，上位操作站由工业PC机及通信转换器组成，下位控制站为一台专用的微机测控系统．
图2 系统组成示意图Fig.2 The sketch map of system
3.1 下位控制站硬件组成
如图3所示，前向测量通道有温度、流量、pH值、电导、冷凝水水压，后向控制通道有控制4个调节阀的伺服放大器、控制两套装置蒸汽锅炉加热器的固态继电器、声光报警输出电路，另有按键、显示电路及RS-485通信转换电路．
(1)温度输入通道．接收两套装置的蒸汽、换热器入、出口、冷却塔塔底共8路温
度传感器Pt100的电阻信号，经滤波、放大，统一转变为适合后级A/D转换需要的0～2 V 直流电压信号．
(2)pH值、电导输入通道．来自两套装置pH值、电导变送器的四路信号均为4～20 mA,经滤波处理后统一转变为0～2 V 直流电压信号．
图3 下位控制站硬件组成Fig.3 Hardware of down control station
(3)冷凝水水压输入通道．在进入蒸汽锅炉的冷凝水管道上安装了压力检测开关，
当冷凝水压力低于设定值时，压力检测开关动作，通过微机系统的连锁处理，停止锅炉加热．
(4)流量输入通道．接收来自两台装置的涡轮流量传感器脉冲信号，经滤波、整形、光电隔离后送入微处理器的计数通道，通过脉冲频率换算出循环水流量．由于流量检测任务的实时性要求很高，用微处理器2专门处理流量检测，其信号经系统内
部串行总线传至微处理器1，由微处理器1统一实现与上位操作站的信息交换．(5)伺服放大器．接收微处理器1输出的阀位信号，将其与来自两套装置的两台循
环水流量调节阀、两台冷却塔底冷风调节阀的实际阀位比较，若有偏差，则驱动调节阀回到微处理器1规定的阀位．
(6)固态继电器．两台蒸汽锅炉的额定加热功率为15 kW，但在进入试验的初期与稳定期两个时段，分别需要投入额定功率的100%与70%左右．微处理器1根据
选定的功率，按时间比例调整方式，控制固态继电器的开关以达到功率控制目的．(7)报警输出．当循环水流量、循环水电导、循环水pH值、冷却塔塔底温度任何
一个参数超限时，系统将发出声、光报警．
(8)按键与显示器．下位控制站的操作面板上设有3个按键和6位LED数码管，试验条件设定、参数检测精度标定、控制参数整定、选择显示不同的参数等操作，均可通过按键与显示器实现．
(9)通信转换器．实现将微处理器1 的TTL电平通信信号，转变为RS-485信号，便于远距离通信，以实现对现场循环水的评价和在试验室内的监控．
3.2 下位控制站软件流程
在下位控制站通过软件编程完成3个任务：人机界面服务、远程通信服务和实时测控处理，如图4所示．通信任务在通信中断服务程序中实现，实时测控处理在定时中断服务程序中实现．
图4 下位控制站软件流程图Fig.4 Software flow chart of down control station 3.3 上位操作站实现功能
在上位操作站上，使用VB6编程语言，编制了11个操作界面，分别实现实验条件设定、参数检测精度标定、实测参数显示记录、控制参数整定、报警参数及方式设定、试验数据的分析处理等．
4 结束语
本计算机测控系统属第二代循环水动态模拟装置微机测控系统，是在第一代“STD 总线式循环水动态模拟装置微机测控系统”[5]基础上发展起来的，在测控精度、可靠性、试验数据分析处理能力等方面有很大提高．目前已在河北省电力试验研究院、大庆天然气公司等多家单位得到了更新换代，应用效果良好．
参考文献:
[1] 化学工业部.冷却水动态模拟试验方法[M].北京：化学工业出版社，1991：1-12.
[2] 李江全，杨旭海，李亚萍.基于IPC和智能仪器的中小型DCS集成设计[J].工业仪表与自动化装置，2007(3)：30-33.
[3] 胡雪峰.基于PID参数自整定的双容系统抗扰控制[J].工业仪表与自动化装置，2007(3)：41-44.
[4] 于忠得，林敏.循环水动态模拟装置的微机测控系统[J].工业水处理，
1993,13(6)：12-15.。