鍋爐概述.doc

目 錄第一章 鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程11.1 控制系統(tǒng)工藝情況21.2 控制系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)分配4第二章 工具軟件介紹1第三章 硬件配置63.1 電源模塊63.2 中央處理器模塊73.3 通訊模塊73.4 I/O模塊73.5 硬件組態(tài)8第四章 程序開(kāi)發(fā)124.1 創(chuàng)建新項(xiàng)目與用戶(hù)程序塊124.1.1 建立項(xiàng)目124.1.2 插入一個(gè)站點(diǎn)134.1.3 用戶(hù)程序中的邏輯功能塊144.2 符號(hào)表生成194.2.1 絕對(duì)地址和符號(hào)地址194.2.2 輸入共享符號(hào)204.3 模擬量工程量化214.4 流量累積與中斷244.4.1 流量累積244.4.2 中斷程序264.5 PID調(diào)節(jié)284.5.1 PID控制原理：284.5.2 程序?qū)崿F(xiàn)：294.6 連鎖與報(bào)警切投功能344.7 數(shù)字量控制36第五章 結(jié)束語(yǔ)39參考文獻(xiàn)40致 謝41第一章 鍋爐控制系統(tǒng)工藝流程鍋爐設(shè)備是一個(gè)復(fù)雜的控制對(duì)象，主要輸入變量是負(fù)荷、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)等；主要輸出變量是汽包水位、蒸汽壓力、爐膛負(fù)壓、爐膛溫度、過(guò)?？諝獾?。因輸入變量與輸出變量相互關(guān)聯(lián)，如果蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化，必將會(huì)引起汽包水位、蒸汽壓力和過(guò)熱蒸汽溫度的變化。所以說(shuō)鍋爐是一個(gè)多輸入、多輸出且相互關(guān)聯(lián)的控制對(duì)象（見(jiàn)圖 1）。負(fù)荷鍋 爐 設(shè) 備汽包水位給水量蒸汽溫度減溫水蒸汽壓力燃料量爐膛壓力送風(fēng)量爐膛溫度引風(fēng)量過(guò)?？諝?圖11 鍋爐對(duì)象簡(jiǎn)圖1.1 控制系統(tǒng)工藝情況 鍋爐輸煤系統(tǒng)發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)具有如下運(yùn)行特點(diǎn)：輸煤任務(wù)繁重；運(yùn)行環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度大；一次啟動(dòng)設(shè)備多，安全連鎖要求高；控制功能要求高。目前發(fā)電廠普遍采用PLC完成輸煤控制。 輸煤系統(tǒng)控制功能主要由以下幾部分組成：上煤控制；配煤控制；就地集中控制；干煤棚、露天煤場(chǎng)的噴淋控制；報(bào)警功能；畫(huà)面顯示；分爐計(jì)量；各儲(chǔ)煤場(chǎng)存煤量統(tǒng)計(jì)；系統(tǒng)安全保護(hù)功能；系統(tǒng)管理功能；煤倉(cāng)煤位檢測(cè)功能3。 鍋爐送風(fēng)系統(tǒng)鍋爐的送風(fēng)系統(tǒng)包括一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。一次、二次風(fēng)機(jī)主要工作是向爐膛內(nèi)輸送大量的空氣，使?fàn)t膛燃燒室內(nèi)的煤炭粉末充分?jǐn)噭?dòng)起來(lái)有利于煤炭的充分燃燒，提高煤炭的熱量釋放值使?fàn)t膛快速升溫，節(jié)省煤炭和減少環(huán)境污染。引風(fēng)機(jī)的作用是利用煙囪向外排煙，使?fàn)t膛內(nèi)形成一定負(fù)壓，有利火焰的燃燒。但鍋爐內(nèi)的負(fù)壓要控制在允許范圍內(nèi)，否則鍋爐會(huì)有熄火的危險(xiǎn)。鍋爐內(nèi)的溫度、輸煤量、送風(fēng)量、引風(fēng)量這些變量都是相互關(guān)聯(lián)的，在程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中要加入連鎖功能以及PID調(diào)節(jié)程序才能達(dá)到控制要求。 鍋爐化水系統(tǒng)鍋爐給水水質(zhì)的要求非常嚴(yán)格，需要將水中所有鹽類(lèi)幾乎除盡。即使對(duì)工業(yè)鍋爐來(lái)說(shuō)，在原水含鹽量很高時(shí)也同樣需要采用化學(xué)除鹽的水處理方法使水質(zhì)達(dá)到要求，這需要化水處理系統(tǒng)來(lái)完成?；幚硐到y(tǒng)種需要控制的設(shè)備包括：活性碳過(guò)濾器、細(xì)沙過(guò)濾器、反滲透設(shè)備、陽(yáng)床、陰床、混床、升壓泵、清水泵、中間水泵、除鹽水泵、再生水泵、除二氧化碳器、加熱器、中間水箱、除鹽水箱等。此外，還有廢水中和處理系統(tǒng)以及酸堿計(jì)量系統(tǒng)?；刂葡到y(tǒng)根據(jù)工藝要求完成每個(gè)環(huán)節(jié)水處理裝置的投運(yùn)、停運(yùn)和再生程序，自動(dòng)加酸加堿程序，自動(dòng)、半自動(dòng)啟動(dòng)另一列除鹽裝置程序等。對(duì)于過(guò)程控制設(shè)置必要的分步操作、成組操作或單獨(dú)操作，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，具有確認(rèn)后進(jìn)行跳步、中斷或旁路等操作功能。還設(shè)有必要的步驟時(shí)間和狀態(tài)指示，必須的選擇和閉鎖功能3。 鍋爐汽包系統(tǒng)汽包水位系統(tǒng)受控變量是汽包水位，操縱變數(shù)是給水流量。它主要考慮汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包中水位在工藝允許范圍之內(nèi)，這是保證鍋爐、汽輪機(jī)安全運(yùn)行的必要條件之一，是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。 鍋爐除灰系統(tǒng)為了有效地清除鍋爐受熱面的積灰，提高爐膛的吸熱效率并且降低排煙溫度，需要安裝除灰系統(tǒng)。除灰系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的大中型程控項(xiàng)目，除了工藝過(guò)程本身所涉及到的氣固兩相流體力學(xué)計(jì)算以外，其邏輯條件比較復(fù)雜，設(shè)備選型、匹配比較特殊，對(duì)控制產(chǎn)品的要求比較嚴(yán)格。 吹灰控制方式有兩種，即自動(dòng)和手動(dòng)。當(dāng)自動(dòng)時(shí)，在控制臺(tái)發(fā)出吹灰指令，即可進(jìn)行自動(dòng)順序吹灰。無(wú)論用自動(dòng)或手動(dòng)操作，空氣預(yù)熱器吹灰蒸汽源的選擇，必須按下列原則進(jìn)行：1) 當(dāng)鍋爐負(fù)荷大于10MCR條件下運(yùn)行時(shí)，吹灰蒸汽由空氣預(yù)熱器減壓閥提供3。2) 當(dāng)鍋爐低于10MCR條件下運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉空氣預(yù)熱器減壓閥，同時(shí)打開(kāi)輔助蒸汽減壓閥，提供吹灰蒸汽3。除了自動(dòng)連續(xù)吹灰以外，根據(jù)各個(gè)受熱面污染及鍋爐汽溫的情況，可以進(jìn)行切換，分組自動(dòng)吹灰，待一組吹灰結(jié)束后，自動(dòng)停止，汽源隔斷。在每次吹灰工作開(kāi)始以前，首先要對(duì)吹灰器管路進(jìn)行一段時(shí)間的輸水，經(jīng)過(guò)輸水以后，電磁閥關(guān)閉，然后才能開(kāi)始吹灰。 吹灰控制系統(tǒng)在程序編制時(shí)從以下五方面設(shè)計(jì)了程序連鎖；無(wú)噴射介質(zhì)；時(shí)間超時(shí)；電動(dòng)機(jī)超載；蒸汽壓力低；吹灰器啟動(dòng)失敗。從而保證了整個(gè)吹灰過(guò)程的穩(wěn)定、安全。 鍋爐系統(tǒng)連鎖與切投保護(hù)鍋爐控制系統(tǒng)不僅要對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)和變量信號(hào)進(jìn)行采集和控制，還要對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障做出反映。系統(tǒng)中有很多測(cè)點(diǎn)是相互關(guān)聯(lián)的，當(dāng)一個(gè)變量發(fā)生變化，會(huì)有多個(gè)變量需要相應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就要有連鎖功能才能實(shí)現(xiàn)。例如：爐膛溫度低于設(shè)定值時(shí)，要增加輸煤機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)增加煤量，同時(shí)要增加風(fēng)機(jī)的送風(fēng)量和引風(fēng)量，這樣的調(diào)節(jié)才能使?fàn)t膛的溫度升高達(dá)到控制要求；反之亦然。軟件開(kāi)發(fā)中，針對(duì)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障要編寫(xiě)相應(yīng)的保護(hù)程序。但是在上層操作站軟件中要做切投保護(hù)選擇按鍵。在程序中做成一個(gè)虛擬開(kāi)關(guān)。當(dāng)斷開(kāi)時(shí)，系統(tǒng)不具備保護(hù)功能；當(dāng)閉合時(shí)，系統(tǒng)具備保護(hù)功能，對(duì)故障能及時(shí)做出反應(yīng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)的動(dòng)作。第三章 硬件配置系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)配置上使用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)（Industrial Ethernet）以及PROFIBUS DP 網(wǎng)絡(luò)。 控制器采用SIEMENS的S7 417H冗余控制器,使用先進(jìn)的事件冗余,使系統(tǒng)的冗余達(dá)到可無(wú)擾 切換的最佳性能。 兩對(duì)冗余控制器和上位機(jī)之間采用冗余的PROFIBUS光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行通訊,確保網(wǎng)絡(luò)在任意一點(diǎn)的斷開(kāi)都不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的正常工作.同時(shí)由于使用光纖網(wǎng)絡(luò),增強(qiáng)了系統(tǒng)通訊的抗干擾能力2。 上位機(jī)采用SIEMENS的專(zhuān)用SCADA系統(tǒng)Wincc作為人機(jī)接口,Wincc和PLC間的通訊為冗余,任何一臺(tái)控制器停機(jī)都不會(huì)影響上位機(jī)的監(jiān)控功能,并實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換。 ET200M分布式I/O卡件和控制器之間使用冗余的PRFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò),任何一個(gè)控制器的停機(jī)或I/O適配卡件的損壞都不會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)I/O的訪問(wèn)。 兩對(duì)冗余控制器之間的通訊也采用了冗余的通訊方式,任何1個(gè)控制器或通訊卡件的停機(jī)都不會(huì)影響通訊的正常運(yùn)行。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有相關(guān)設(shè)備的啟停監(jiān)視,并配以相應(yīng)的報(bào)表功能,使系統(tǒng)狀況一目了然。 使用事件記錄系統(tǒng),使重要的報(bào)警故障得以精確記錄。3.1 電源模塊根據(jù)鍋爐系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、信號(hào)類(lèi)型確定了CPU、通訊模塊、I/O模塊的類(lèi)型和硬設(shè)備的個(gè)數(shù)。通過(guò)產(chǎn)品手冊(cè)可查詢(xún)這些硬設(shè)備的額定工作電壓和額定工作電流，利用公式（31）：額定功率=額定電壓額定電流 （3-1）可以求得每個(gè)硬設(shè)備的功耗，再把每個(gè)硬件功耗求和然后加上電源模塊自身功耗就能得出整個(gè)控制站（CS）的功耗。利用公式（一）就很容易確定應(yīng)該選擇電源模塊的類(lèi)型。由于控制站采用了冗余系統(tǒng)，所以電源模塊也應(yīng)該相應(yīng)的采用冗余電源。即：SIMATIC 400-PS-400-Redundant PS-400-PS 407 10A3.2 中央處理器模塊根據(jù)鍋爐控制系統(tǒng)的實(shí)際要求和電廠的實(shí)際情況，鍋爐系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)多，實(shí)時(shí)控制信息量大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求非常高，容錯(cuò)能力要求非常強(qiáng)。因此，要采用SIEMENS公司高端的CPU。而且，控制系統(tǒng)要做成冗余系統(tǒng)，這樣才能達(dá)到整個(gè)熱電廠的工藝要求。在充分考慮控制系統(tǒng)的性能的情況下，采用SIEMENS S7-417H CPU。每個(gè)CPU都含有2個(gè)擴(kuò)展插槽，可用于插入同步范本。同步子范本用于兩套CPU之間冗余切換，它們已放置在CPU內(nèi)部并由光纜完成互連任務(wù)。同時(shí)每個(gè)CPU帶一對(duì)以太網(wǎng)處理器CP443-1，是和作為服務(wù)器的以太網(wǎng)上位機(jī)通訊。如果考慮控制系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比，則CPU可以采用低級(jí)別的冗余中央處理器。但運(yùn)算速度會(huì)降低，可以處理測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)也會(huì)減少，存儲(chǔ)容量也會(huì)減少，可以根據(jù)實(shí)際工程的需要，選擇合適的CPU。3.3 通訊模塊由于鍋爐控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量很大，需要通訊速度快的網(wǎng)絡(luò)。因此，控制站與上層的通訊網(wǎng)絡(luò)采用工業(yè)以太網(wǎng)；控制站與分布式I/O ET200通訊則采用PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)。工程師站（ES）與操作員站（OS）通過(guò)通訊網(wǎng)卡CP 1613連入工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制站的管理以及數(shù)據(jù)的通訊?？刂普就ㄟ^(guò)工業(yè)以太網(wǎng)卡CP 443-1連入工業(yè)以太網(wǎng)。3.4 I/O模塊由于系統(tǒng)穩(wěn)定性能要求很高，為了保證系統(tǒng)的連續(xù)安全運(yùn)行，減少硬設(shè)備損壞對(duì)系統(tǒng)的影響，應(yīng)采用分布式I/O ET200作為輸入/輸出模塊。 ET200是基于PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式I/O。具有體積小、能適應(yīng)嚴(yán)酷環(huán)境、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。ET200集成很多功能，如電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器、氣動(dòng)系統(tǒng)、變頻器、智能傳感器等。由于控制系統(tǒng)采用了冗余CPU，因此ET200上必須采用S7-300系列的I/O模塊，才能與CPU搭配。即：PROFIBUS DP-ET200 M -IM 153-2中的AI、DI、AO、DO模塊。模擬量輸入模塊（AI）：鍋爐控制系統(tǒng)中模擬量輸入測(cè)點(diǎn)數(shù)量非常大，需要多塊AI模塊才能完成對(duì)模擬量信號(hào)的采集，因此采用8個(gè)輸入信道的模擬量模塊。根據(jù)測(cè)點(diǎn)清單提供的測(cè)點(diǎn)數(shù)量、信號(hào)類(lèi)型、模塊供電電壓，選擇AI812Bit DC 24V模塊。對(duì)于4-20mA、Pt100、K分度的模擬量信號(hào)，采用普通型號(hào)的AI模塊即可滿(mǎn)足要求；對(duì)于Cu50類(lèi)型的熱電阻信號(hào)，則必須采用更高級(jí)別的RTD類(lèi)型的AI模塊；對(duì)于S分度類(lèi)型的熱電偶信號(hào)，則必須采用TC類(lèi)型的AI模塊。數(shù)字量輸入模塊（DI）：數(shù)字量輸入測(cè)點(diǎn)全部為開(kāi)關(guān)量（BOOL）類(lèi)型的信號(hào)，采集這些信號(hào)的模塊最多具備32路通道，選擇DI3224V模塊即可。模擬量輸出模塊 (AO): 模擬量輸出點(diǎn)輸出的信號(hào)是4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，主要是用來(lái)PID控制。實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵、調(diào)節(jié)閥等設(shè)備的連續(xù)調(diào)節(jié)。選用AO812Bit模塊。數(shù)字量輸入模塊（DI）：數(shù)字量輸出點(diǎn)輸出的型號(hào)類(lèi)型也是開(kāi)關(guān)量，用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以控制風(fēng)機(jī)水泵的啟停以及電磁閥的開(kāi)關(guān)?？蛇x用DO3224V Real型模塊。3.5 硬件組態(tài) 硬件的配置根據(jù)鍋爐控制系統(tǒng)對(duì)硬設(shè)備的要求，確定硬件的類(lèi)型后，要對(duì)各個(gè)硬件進(jìn)行組態(tài)并編譯。首先，要選擇冗余型導(dǎo)軌（RACK）選擇RACK-400中UR2-H型號(hào)的導(dǎo)軌。 其次，在選好RACK上裝載硬件模塊。按照從1號(hào)槽-9號(hào)槽的順序依次裝載電源模塊（PS）、CPU、通訊模塊（CP443-1）。在ET 200M上按照同一類(lèi)型模塊放置在一起的原則，依次放置AI、DI、AO、DO模塊。 再者，在CPU的DP斷口的屬性中，設(shè)置傳輸速率為1.5Mbps的PROFIBUS DP網(wǎng)。在CP443-1通訊網(wǎng)卡的屬性中，設(shè)置Ethernet網(wǎng)絡(luò)最后，進(jìn)行硬