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 程序開發(fā)124.1 創(chuàng)建新項目與用戶程序塊124.1.1 建立項目124.1.2 插入一個站點(diǎn)134.1.3 用戶程序中的邏輯功能塊144.2 符號表生成194.2.1 絕對地址和符號地址194.2.2 輸入共享符號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 連鎖與報警切投功能344.7 數(shù)字量控制36第五章 結(jié)束語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)備是一個復(fù)雜的控制對象，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?？諝獾取Ｒ蜉斎胱兞颗c輸出變量相互關(guān)聯(lián)，如果蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化，必將會引起汽包水位、蒸汽壓力和過熱蒸汽溫度的變化。所以說鍋爐是一個多輸入、多輸出且相互關(guān)聯(lián)的控制對象（見圖 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?？諝?圖11 鍋爐對象簡圖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、勞動強(qiáng)度大；一次啟動設(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、露天煤場的噴淋控制；報警功能；畫面顯示；分爐計量；各儲煤場存煤量統(tǒng)計；系統(tǒng)安全保護(hù)功能；系統(tǒng)管理功能；煤倉煤位檢測功能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)噭悠饋碛欣诿禾康某浞秩紵?，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)，否則鍋爐會有熄火的危險。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，在程序開發(fā)過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幾乎除盡。即使對工業(yè)鍋爐來說，在原水含鹽量很高時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)來完成。化水處理系統(tǒng)種需要控制的設(shè)備包括：活性碳過濾器、細(xì)沙過濾器、反滲透設(shè)備、陽床、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)以及酸堿計量系統(tǒng)。化水控制系統(tǒng)根據(jù)工藝要求完成每個環(huán)節(jié)水處理裝置的投運(yùn)、停運(yùn)和再生程序，自動加酸加堿程序，自動、半自動啟動另一列除鹽裝置程序等。對于過程控制設(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，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)計是一個比較復(fù)雜的大中型程控項目，除了工藝過程本身所涉及到的氣固兩相流體力學(xué)計算以外，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，即自動和手動。當(dāng)自動時，在控制臺發(fā)出吹灰指令，即可進(jìn)行自動順序吹灰。無論用自動或手動操作，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，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，關(guān)閉空氣預(yù)熱器減壓閥，同時打開輔助蒸汽減壓閥，提供吹灰蒸汽3。除了自動連續(xù)吹灰以外，根據(jù)各個受熱面污染及鍋爐汽溫的情況，可以進(jìn)行切換，分組自動吹灰，待一組吹灰結(jié)束后，自動停止，汽源隔斷。在每次吹灰工作開始以前，首先要對吹灰器管路進(jìn)行一段時間的輸水，經(jīng)過輸水以后，電磁閥關(guān)閉，然后才能開始吹灰。 吹灰控制系統(tǒng)在程序編制時從以下五方面設(shè)計了程序連鎖；無噴射介質(zhì)；時間超時；電動機(jī)超載；蒸汽壓力低；吹灰器啟動失敗。從而保證了整個吹灰過程的穩(wěn)定、安全。 鍋爐系統(tǒng)連鎖與切投保護(hù)鍋爐控制系統(tǒng)不僅要對每個測點(diǎn)和變量信號進(jìn)行采集和控制，還要對系統(tǒng)出現(xiàn)的故障做出反映。系統(tǒng)中有很多測點(diǎn)是相互關(guān)聯(lián)的，當(dāng)一個變量發(fā)生變化，會有多個變量需要相應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就要有連鎖功能才能實現(xiàn)。例如：爐膛溫度低于設(shè)定值時，要增加輸煤機(jī)的轉(zhuǎn)速來增加煤量，同時要增加風(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。軟件開發(fā)中，針對系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障要編寫相應(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。在程序中做成一個虛擬開關(guān)。當(dāng)斷開時，系統(tǒng)不具備保護(hù)功能；當(dāng)閉合時，系統(tǒng)具備保護(hù)功能，對故障能及時做出反應(yīng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出相應(yīng)的動作。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)到可無擾 切換的最佳性能。 兩對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)的斷開都不會影響網(wǎng)絡(luò)的正常工作.同時由于使用光纖網(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,任何一臺控制器停機(jī)都不會影響上位機(jī)的監(jiān)控功能,并實現(xiàn)無擾切換。 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),任何一個控制器的停機(jī)或I/O適配卡件的損壞都不會影響系統(tǒng)對I/O的訪問。 兩對冗余控制器之間的通訊也采用了冗余的通訊方式,任何1個控制器或通訊卡件的停機(jī)都不會影響通訊的正常運(yùn)行。 系統(tǒng)實現(xiàn)了對所有相關(guān)設(shè)備的啟停監(jiān)視,并配以相應(yīng)的報表功能,使系統(tǒng)狀況一目了然。 使用事件記錄系統(tǒng),使重要的報警故障得以精確記錄。3.1 電源模塊根據(jù)鍋爐系統(tǒng)測點(diǎn)的個數(shù)、信號類型確定了CPU、通訊模塊、I/O模塊的類型和硬設(shè)備的個數(shù)。通過產(chǎn)品手冊可查詢這些硬設(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）可以求得每個硬設(shè)備的功耗，再把每個硬件功耗求和然后加上電源模塊自身功耗就能得出整個控制站（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)的實際要求和電廠的實際情況，鍋爐系統(tǒng)的測點(diǎn)多，實時控制信息量大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求非常高，容錯能力要求非常強(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CPU都含有2個擴(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)。同時每個CPU帶一對以太網(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)的性價比，則CPU可以采用低級別的冗余中央處理器。但運(yùn)算速度會降低，可以處理測點(diǎn)的個數(shù)也會減少，存儲容量也會減少，可以根據(jù)實際工程的需要，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）通過通訊網(wǎng)卡CP 1613連入工業(yè)以太網(wǎng)，實現(xiàn)對控制站的管理以及數(shù)據(jù)的通訊?？刂普就ㄟ^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，如電動機(jī)啟動器、氣動系統(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)中模擬量輸入測點(diǎn)數(shù)量非常大，需要多塊AI模塊才能完成對模擬量信號的采集，因此采用8個輸入信道的模擬量模塊。根據(jù)測點(diǎn)清單提供的測點(diǎn)數(shù)量、信號類型、模塊供電電壓，選擇AI812Bit DC 24V模塊。對于4-20mA、Pt100、K分度的模擬量信號，采用普通型號的AI模塊即可滿足要求；對于Cu50類型的熱電阻信號，則必須采用更高級別的RTD類型的AI模塊；對于S分度類型的熱電偶信號，則必須采用TC類型的AI模塊。數(shù)字量輸入模塊（DI）：數(shù)字量輸入測點(diǎn)全部為開關(guān)量（BOOL）類型的信號，采集這些信號的模塊最多具備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)輸出的信號是4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號，主要是用來PID控制。實現(xiàn)對風(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)輸出的型號類型也是開關(guān)量，用來實現(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)對硬設(shè)備的要求，確定硬件的類型后，要對各個硬件進(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型號的導(dǎo)軌。 其次，在選好RACK上裝載硬件模塊。按照從1號槽-9號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