DeltaV与变频器DP通讯在锅炉汽包液位控制系统中的应用

王元汉

（五矿铜业湖南有限公司，湖南 衡阳 421000）

五矿铜业（湖南）有限公司成立于2013年10月，位于湖南省衡阳市常宁市水口山镇，企业拥有年处理含铜、金、银、硫物料55万吨的能力，年产A级阴极铜10万吨，并综合回收金、银、硒、镍、铋等多种稀贵金属和硫酸。其装备为国内一流，拥有完整的DeltaV DCS控制系统，自动化水平较高。

锅炉汽包液位是生产过程的重要工艺指标，同时也是保证锅炉安全运行的主要条件之一。液位过高， 汽包面临爆炸风险；液位过低，锅炉面临烧干烧穿风险。所以锅炉汽包液位是一个非常重要的被控对象。

1 系统结构

控制系统由锅炉气包液位磁翻板检测装置、气包给水流量检测装置、锅炉气包输出蒸汽流量检测装置、给水泵电动机变频器、DCS控制器、工程师站、操作员站等组成。

锅炉汽包液位控制系统中，DCS选用的是emerson公司的DeltaV系统，变频器选用的是invt变频器，DeltaV读取变频器的运行参数并且发送启停调频等控制参数。

2 DCS系统

DCS控制采用DeltaV控制系统，DCS系统也称离散控制系统。Deltav DCS系统的模块化设计，组态简洁高效，控制功能完善。DeltaV自动控制系统包括如下几个部分。

一个或多个I/O子系统，用于处理来自现场设备的信息。

一个或多个控制器，用于执行本地控制并管理数据以及I/O子系统和控制网络之间的通讯。

电源。

一个或多个工作站，为过程提供图形用户界面。

控制网络，能提供系统节点之间的通讯。

装在授权包中的加密狗，是插入主工程师站的 (USB)的连接器。它为每个DeltaV系统提供唯一的识别符，允许您把修改下装到控制器。

DeltaV系统软件包括许多应用程序，帮助您组态、操作、归档和优化流程。主要的应用程序被分类成工程工具（Engineering Tools）和操作工具（Operator Tools）。

工程工具用于工程师软件和硬件组态，主要的组态工具是DeltaV Explorer，operate configure，control studio等等。

操作员工具用于过程控制系统的日常操作.包括基本计算机技能和鼠标使用技能，登录和注销程序，如何从系统中获取帮助，替换画面和打印画面，以及如何响应报警。

3 控制系统DP通讯的实现

3.1 DCS组态

该系统采用DeltaV的DP通讯卡件进行通讯， 在DeltaV explorer浏览器中依次打开physical network→control network→control→I/O→card→p01→profibus设备→slot→设置profibus信号，设置信号是通过设置字节偏移量来读写变频器中的信号，包括DCS端设备的通讯地址，电机电流，运行频率，给定频率，运行状态，本地远程等信号，最后下装到控制器。

打开DeltaV explorer浏览器中的contro strategies中的厂区，在厂区新建pid控制模块，在control studio中添加模块所需要的功能块，设置功能块的IO_IN，IO_OUT等等参数，最后下装到控制器。

3.2 变频器的设置

只需要通过变频器的键盘设置通讯地址，电机功率，启停权限等等参数就完成变频器的参数设置。

4 DeltaV系统在汽包液位控制中的优化

4.1 工艺流程图

如图1所示。

图1 汽包工艺流程图

4.2 汽包液位控制

三冲量控制即汽包液位，供水流量，外供蒸汽量三个变量经过运算被送入PID调节器，这样不但可以迅速克服水流量的波动，还可以使进入汽包的给水和送出的蒸汽保持平衡，从而有效克服虚假液位对调节品质的影响，使汽包液位为维持在设定值。系统组态如图2所示。

图2 系统组态

说明：FLOW1：汽包进水流量，FLOW2：汽包外供蒸气流量，XISHU：设置为0.3，LEV：汽包液位.四个参数作为CACL的输入端，在CACL内部表达式：OUT=(FLOW1-FLOW2)*XISHU+LEV，然后CACL的OUT作为PID的输入，PID设置为反作用，最后经过输出参数引至变频器，用来调节变频器的频率，ACT(执行功能块)的作用是用户投入和切除三冲量功能。

调节过程：汽包液位正常设置为0.36m，当蒸气外供流量突然增加时，汽包压力将下降，汽包内液位迅速降低，产生虚假水位.这时PID的输入减少，由于PID设置为反作用，PID的输出必然增加，最终变频器的频率增加，进水量增加，减少汽包内的汽化量，克服虚假水位，从而使水位保持不变，达到控制水位的目的。

5 调试中的问题

开车半小时后变频器运行频率突然降为0然后迅速恢复，察看变频器故障记录，确定是变频器对DP通讯产生干扰，加大DP电缆和干扰源的距离后通讯正常。液位历史曲线波动较大，分析是P(比例)，I(积分)两个参数设置不合理，反复修改P，I并投入三冲量计算后液位明显趋向稳定。

6 结语

三冲量控制是在单冲量控制的基础上加入给水流量， 蒸汽流量，利用蒸汽流量、水位和给水流量3个参数来对液面进行控制。在该控制系统中，汽包液位是主冲量信号，锅炉给水流量和外供蒸汽流量是两个次冲量信号。该控制能超前把蒸汽流量和给水流量送入LIC控制模块，能很好地克服虚假水位，外供蒸汽，锅炉给水三个变量对控制系统的影响。此改造有以下优点：①变频器根据汽包液位调节频率，能耗较改造前降低50%，每月可节约1万元。②进水阀始终全开，故障率大幅降低，每年可减少2台阀门消耗，合计每年节约4万元。③改造后液位控制实现全自动化，更加安全稳定，提升设备和人力工作效率。④变频器和DeltaV走DP通讯，只需一根200米通讯电缆即可，在电脑上可以看到电机电流，运行频率，运行状态信号。