多传感器数据融合技术在汽轮机排汽湿度监测系统中的应用

　　在湿度监测系统中,由于各温度、压力传感器所处的方位不同以及受传感器自身在实际环境中一些无法控制的随机因素影响,使得测量数据不能完全反映汽轮机排汽湿度的真实状态。对此,需要汽轮机排汽湿度监测系统通过数据融合对不同时间、空间所测数据进行分析、处理,使得所测信息能够准确反映过热蒸汽的湿度。

　　数据融合(即多传感器信息融合)[1,2]是对不同时间与空间的多传感器测量数据采用计算机技术在一定准则下加以自动分析、综合、支配和使用,对被测对象的一致性进行解释与描述,其所得数据优于单个传感器数据。

　　采用双区加热法测量蒸汽湿度[3],其中蒸汽在经过蒸发区、过热区[4~7]加热后,部分蒸汽并不能达到过热状态,并且由于在蒸发段、过热段对于蒸汽吸热量的计算不准等诸多因素,使得基于温度、压力传感器测得并通过数值计算得到的湿度值[8]产生误差。为减小计算误差,通常多采用硬测量的方式,如增加更多的传感器,对蒸汽湿度的状态进行更加精细的描述。这样不但增加了整个系统的成本,而且由于传感器测量数据过多会产生更多的不确定因素,使得蒸汽湿度的计算值更加不准确。对此,本文利用硬件和软件测量相结合的方式,在不同方位布置温度、压力、风速仪等多个传感器对蒸汽状态进行跟踪,并采用最小二乘法对多个传感器所测数据进行分析、综合,最大限度地模拟出较为准确的蒸汽湿度。

　　1　湿度在线监测系统硬件

　　汽轮机排汽湿度在线监控系统由热敏电阻、压力传感器、I7015 (用于采集温度信号,每个I7015可驱动8路TTL电路)、I7024(通过控制电压传感器的电压从而达到控制加热棒的功率来改变工况的目的)、I7017R(用于采集0~5 V电压信号,可驱8路TTL电路)、I7044(可驱动4路TTL电平开关量输入,8路TTL电平开关量输出)、I7052(用于将各I7000系列信号送至计算机)、电流传感器、电压传感器等硬件组成。图1为汽轮机排汽湿度在线监测系统硬件结构。将I7015和I7017R采集的温度信号和压力信号送入I7052,通过串行接口实现采集数据的输入;计算机对于外部电压、电流的控制由I7024控制调压模块(EUV)电量传感器实现;对于整个系统的蒸汽流通阀门的控制以及实际质量流量的测量均由I7044实现。

　　2　湿度在线监测系统软件

　　汽轮机排汽湿度在线监测系统软件设计及其功能为:(1)对在加热区、过热区2个加热段的进汽口和出汽口以及加热段中段布置的pt1000铂电阻和陶瓷压力传感器分别编号为T1,T2,…,T16,p1,p2,…,p6;(2)分别按不同的时间段采集相应的温度、压力数据;(3)进行湿度计算;(4)利用最小二乘法对试验数据进行误差分析;(5)假设饱和过热蒸汽状态下的温度和压力值,并对照当前所测温度和压力值进行校验;(6)利用校验结果及误差分析结果近似模拟当前状态下蒸汽湿度值。汽轮机排汽湿度在线监测系统软件工作流程见图2。