链条炉集散控制系统设计毕业设计

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1、 学号： 毕业论文链条炉集散控制系统设计Design of Distributed Control System for Chain furnace学院 ：计算机与电子信息学院 专业 ：自动化 班级 ： 学生： 指导教师（职称）： （讲师）完成时间 2013 年 3 月 25 日至 2013 年 5 月 31 日摘要集散控制具有分散控制，集中管理的特点，能够提高劳动生产效率，节约能源，改善劳动条件。而采用常规的控制难以满足要求，因此对锅炉集散控制系统进行设计，具有重要意义。为了提高锅炉设备运行的可靠性对锅炉的结构和工作过程进行介绍，根据锅炉工艺流程确定了控制方案，控制方案包括：确定了链条炉汽包

2、水位、燃料气压力、过热蒸汽压力和除氧器压力控制方案。然后根据方案对其确定IO点数，用JX-300X软件进行实时监控，实现了锅炉的安全运行，提高了装置的生产效率。关键词：集散控制 链条炉 控制方案 监控软件 ABSTRACDistributed control has the characteristics of the decentralized control and centralized management, so it can improve labor production efficiency, save energy, improve working conditions. 。

3、And the use of conventional control is difficult to meet the requirements, so the design of distributed control system for boiler, has important significance. In order for the boiler structure and the working process to improve the reliability of operation of boiler equipment were introduced, accord

4、ing to boiler process control scheme is determined, the control scheme includes: chain boiler drum water level, pressure, fuel gas pressure of the superheated steam and desecrator pressure control scheme was determined. Then according to the method for the determination of IO points, real-time monit

5、oring by using the software of JX-300X, realizes the safe operation of the boiler, improves the production efficiency.Keywords: Distributed control system; Chain furnace; Control scheme目录第一章 绪论11.1引言1第二章 集散控制系统22.1集散控制系统的发展状况22.2集散控制系统原理42.3集散控制系统的特点42.4 集散控制系统的组成42.5 DCS系统的硬件结构6第三章 链条炉工艺流程73.1工业锅炉发

6、展状况73.2 工业锅炉的结构和工作过程73.3链条炉的工艺流程9第四章 链条炉控制系统114.1链条炉的监控114.1.1控制点统计114.1.2 控制站硬件124.1.3链条炉集散控制系统的硬件构成134.2链条炉控制方案154.2.1除氧器压力控制系统164. 2.2锅炉汽包水位控制174.2.3燃料气压力控制184.3 链条炉控制系统解决的主要问题20第五章 链条炉监控软件设计215.1 组态软件介绍215.1.1 JX-300X系统简介215.1.2 组态界面介绍215.2组态画面225.2.1 组态软件主画面225.2.2 控制站组态画面225.2.3 操作站组态画面235.2.4

7、 组态硬件设置235.2.5操作站组态26结论28致谢29参考文献30附录31附1 汽包水位的三冲量控制算法31附2 炉膛负压控制算法32附3蒸汽压力控制算法33III第一章 绪论第一章 绪论1.1引言链条炉是一种火床炉，至今已有一百多年的历史。虽然该炉型能耗较大污染相对也较大，但由于其投资少，结构简单、运行稳定、操作方便和易于维护，目前在我国中小型热电企业和化工企业中使用很普遍，是企业主要的供热、供汽设备也是企业主要的耗能设备。链条炉是一种多变量系统，被控量具有非线性、时变性、大延迟和相互耦合较强的特点，很难建立比较准确、实用的数学模型，用常规的PID控制难以达到理想的控制效果，因此目前国内

8、链条炉运行自动化程度普遍不高。采用先进的计算机技术设计合理的控制方法，可以提高链条炉运行的自动化程度，节约能量，减少污染，有效保证锅炉运行的安全性和可靠性。到目前为止，链条炉控制经历了从常规模拟调节仪表控制、计算机控制与常规模拟调节仪表控制相结合到集散控制等三个阶段。由常规模拟调节仪表组成的控制系统，虽然具有高可靠性、操作简便等优点，但模拟仪表难以实现集中显示和操作，更难以实现对多变量对象的有效控制，其自动化程度较低，基本处于操作人员手动控制的状况。随着计算机技术、控制技术和通讯技术的发展，原来的控制方法已经不能满足人们对链条炉控制的要求了，然而集散控制具有分散控制、集中管理的特点，已经成为目

9、前主流控制系统，链条炉选集散控制系统已经十分重要了。第二章 集散控制系统2.1集散控制系统的发展状况1所谓集散控制系统（DCS）就是以多台计算机为基础，采用数据通信技术和CRT显示技术，对生产过程进行分散控制、集中管理、分级管理、分而自治、综合协调的系统。受信息技术（网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等）发展的影响，以及用户对先进的控制功能与管理功能需求的增加，各DCS厂商（以Honeell、Emerson、Foxboro、横河、 ABB为代表）纷纷提升DCS系统的技术水平，并不断地丰富其内容。当今的DCS与十年前的DCS相比，发生了根本性

10、的变化。2集散控制系统发展的三个阶段初始阶段：1975年美国霍尼韦尔公司第1套TDC-2000集散控制系统问世不久，世界各国仪表制造商就相继推出了自己的集散控制系统，即第1代集散控制系统。比较著名的有霍尼韦尔公司的TDC-2000；FOXBORO公司的SPECTRUM；FISHER公司的PROVOX；横河公司的CENTUM；西门子公司的TELEPERM等。这些产品虽只是集散控制系统的雏形，但已经拥有集散控制系统的基本结构。分散过程控制装置，操作管理装置和通讯系统，并已具备了集散控制系统的基本特点；集中管理，分散控制。发展阶段：随着控制技术、计算机技术、半导体技术、网络技术和软件技术等飞速发展，

11、集散控制系统进入第2代。主要产品有：霍尼韦尔公司的TDC-3000；TAYLOR公司的MOD300；西屋公司的WDPF；横河公司的CENTUM-XL；ABB公司的MASTER等。第2代集散控制系统的主要特点是系统功能的扩大和增强以及通信范围和数据传送速率的大幅提高。它采用模块化、标准化设计，数据通信向标准化靠拢，控制功能更加完善，具有很强的适应性和可扩充性。成熟阶段：1987年美国FOXBORO公司推出的1/AS系统标志着集散控制系统进入了第3代。主要产品有：霍尼韦尔公司带有UCN网的TDC-3000；横河公司带有SV-ET网的CENTUM-L；BALLEY公司的创FO-90等。第3代控制系统

12、的改变是在局域网络方面。它通过采用MAP等协议，使各不同制造商的产品可以相互连接。相互通信和进行数据交换。3国内外DCS发展现况国外DCS发展现状。DCS已经进入第四代受信息技术包括网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等发展的影响，以及用户对先进的控制功能与管理功能需求的增加，各DCS厂商纷纷提升其DCS的37第二章 集散控制系统技术水平，并不断丰富其内容，以Honeywell公司最新推出的ExPerion PKS（过程知识系统），Emerson公司的Plant web，Foxboro公司的AZ，横河公司的R3（工厂资源管理系统），为第四代D

13、CS出现的标志，第四代DCS技术上最主要的标志是；information（信息）。信息和集成体现了当今DCS正在发生的变化，DCS已经可以采集整个工厂车间和过程的信息资料，并使这些大量的资料以合适的方式体现，帮助决策过程。信息化体现在各DCS己经不是一个以控制功能为主的控制系统，而是一个充分发挥信息管理功能的综合平台系统。DCS提供了从现场到设备，从设备到车间，从车间到工厂，从工厂到企业集团整个信息信道，这些信息充分体现了全面性、准确性、实时性和系统性。基本上大部分DCS提供了过去常规DCS功能，SCADA功能以及MES（制造执行系统）的大部分功能与ERP不同，MES汇集了车间中用以管理和优化

14、从下定单到生产成品的生产活动全过程的相关硬件或软件组件，它控制和利用实时准确的制造信息来指导、传授，响应并报告车间发生的各项活动，同时向企业决策支持过程提供有关生产活动的任务评价信息。MES的功能包括车间的资源分配、过程管理、质量控制、维护管理、数据采集性能分析及物料管理。DCS的集成性则体现在两个方面，为功能的集成和产品的集成。过去的DCS厂商基本上是以自主开发为主，提供的系统也是自己的系统，当今的DCS厂商更强调系统的集成性和解决方案能力，DCS中除保留传统DCS所实现的过程控制功能之外，还集成PLC（可编程序控制器），RTU（远程终端设备），FCS（现场总线控制系统），各种多回路调节器，

15、各种智能采集或控制单元等。此外各DCS厂商不再把开发组态软件或制造各种硬件单元视为核心技术，而是纷纷把DCS的各个组成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如，多数DCS厂商自己不再开发组态软件平台，而转入采用兄弟公司(如Foxboro软件为基础)的通用组态软件平台，或其它公司提供的软件平台（Emerson用Intellution的软件平台做基础），此外，许多DCS厂家甚至FO组件也采用OEM方式，Foxboro采用FO模块，横河的R3采用富士电机的Proeessin作为FO单元基础，Honeywell公司PKS系统则采用Rockwell公司的PL单元作为现场控制站。国内DCS发展现状。在上世

16、纪80年代末期至90年代初期，国家组织了精悍的科研力量联合攻关，相继研制出我国自己的DCS。这一时期涌现出的代表产品有HS-DCS-1000（电子部六所)，DCS-100(清华大学自动化系），DJK-7500（重庆自动化所），DJK-2000（上海自动化所），友力-2000（石化总公司航空部二院），STAR-2000（阿城继电器所）等。经过激烈的市场竞争，目前国内DCS领域以和利时、浙大中控、上海新华为代表，在中国的DCS市场上，三家国内厂商已经具备了相当的竞争能力。例如通过新华公司与比利时公司在火电站控制领域的竞争以及和和利时公司与浙大中控在化工等领域的竞争，使得国外的DCS纷纷降价。可以说

17、三家公司最大的贡献是把国外DCS的价格降到了原来的40%以下，为DCS在国内工业企业的普及应用，特别是在中小型企业中的应用做出了贡献。例如，和利时公司其核心技术与国际先进技术，相比，虽仍有些地方还存在差距，但在本质特征上已具备第四代DCS的特点，同时，国内的DCS，正在走向成熟。2.2集散控制系统原理集散控制系统（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计

18、算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要的作用。2.3集散控制系统的特点DCS控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比，具有很显著的特点。 1、系统构成灵活。从总体上看，DCS就是由各个工作站通过网络通信系统组网而成的。你可以把他现象成“因特网”。根据生产需求，你可以随时加入或者撤去工作站。系统组态很灵活。 2、操作管理便捷。DCS的人机反馈都是通过CRT跟键盘、鼠标等实现的。你可以想象成在因特网冲浪一样，

19、你可以监视生产装置乃至整个工厂的运行情况。 3、控制功能丰富。原先用模拟控制回路实现的复杂运算，通过高精度的微处理器来实现。难道还有什么算法CPU实现不了的吗？！ 4、信息资源共享。你可以把工作站想象成因特网上的各个网站，只要你在DCS系统中，并且限够大，你就能了解到你要的任何参数。 5、安装、调试方便。相比原先的模拟控制系统，那么多的飞线头，一大堆类似头发丝的电线。DCS系统算是很方便了。2.4 集散控制系统的组成 现场控制级又称数据采集装置，主要是将过程非控变量进行数据采集和预处理，而且对实时数据进一步加工处理，供CRT操作站显示和打印，从而实现开环监视，并将采集到的数据传输到监控计算机。

20、输出装置在有上位机的情况下，能以开关量或者模拟量信号的方式，向终端元件输出计算机控制命令。 这一个级别直接面对现场，跟现场过程相连。比如阀门、电机、各类传感器、变送器、执行机构等等。它们都是工业现场的基础设备、同样也是DCS的基础。在DCS系统中，这一级别的功能就是服从上位机发来的命令，同时向上位机反馈执行的情况。至于它与上位机交流，就是通过模拟信号或者现场总线的数字信号。由于模拟信号在传递的过程或多或少存在一些失真或者受到干扰，所以目前流行的是通过现场总线来进行DCS信号的传递。 过程控制级又称现场控制单元或基本控制器，是DCS系统中的核心部分。生产工艺的调节都是靠它来实现。比如阀门的开闭调

21、节、顺序控制、连续控制等等。 上面说到现场控制级，那么给它发号施令的就是过程控制级了。它接受现场控制级传来的信号，按照工艺要求进行控制规律运算，然后将结果作为控制信号发给现场控制级的设备。所以，过程控制级要具备聪明的大脑，能将“士兵”反馈的军情进行分析，然后做出命令，以使“士兵”能打赢“战争”。 这个级别不是最高的，相当于军队里的“中尉”。它也一样必须将现场的情况反馈给更高级别的“上校”也就是下面讲的过程管理级。 过程管理级DCS的人机接口装置，普遍配有高分辨率、大屏幕的色彩CRT、操作者键盘、打印机、大容量存储器等。操作员通过操作站选择各种操作和监视生产情况， 这个级别是操作人员跟

22、DCS交换信息的平台。是DCS的核心显示、操作跟管理装置。操作人员通过操作站来监视和控制生产过程，可以通过屏幕了解到生产运行情况，了解每个过程变量的数字跟状态。这一级别在军队中算是很高的“上校”了。它所掌握的“大权”可以根据需要随时进行手动自动切换、修改设定值，调整控制信号、操纵现场设备，以实现对生产过程的控制。 经营管理级又称上位机，功能强、速度快、容量大。通过专门的通信接口与高速数据通路相连，综合监视系统各单元，管理全系统的所有信息。 这是全厂自动化系统的最高一层。只有大规模的集散控制系统才具备这一级。相当于军队中的“元帅”，他们所面向的使用者是厂长、经理、总工程师等行政管理或运行管理人员

23、。它的权限很大，可以监视各部门的运行情况，利用历史数据和实时数据预测可能发生的各种情况，从企业全局利益出发，帮助企业管理人员进行决策，帮助企业实现其计划目标。2.5 DCS系统的硬件结构DCS的硬件系统主要由集中操作管理装置、分散过程控制装置和通信接口设备等组成。通过通信网络将这些硬件设备连接起来，共同实现数据采集、分散控制和集中监视、操作及管理等功能。 现场控制站现场控制站中的主要设备是现场控制单元。现场控制单元式DCS直接与生产过程进行信息交互的IO处理系统，它的主要任务是进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。用户可以根据不同的应用需求，选择配置不同的现场控制

24、单元构成现场控制站。它可以是以面向连续生产的过程控制为主，辅以顺序逻辑控制，构成的一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站；也可以是以顺序控制、连锁控制功能为主的现场控制站；还可以是一个对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。 现场控制站是一个可以独立运行的计算机检测控制系统。由于它是专为过程检测、控制而设计的通用型设备，所以其机柜、电源、输入输出通道和控制计算机等，与一般的计算机系统有所不同。第三章 链条炉工艺流程第三章 链条炉工艺流程3.1工业锅炉发展状况在我国随着生产力的发展，在今后相当长的时间里，会有越来越多的锅炉投入生产。这些锅炉的控制水平，运行水平以及自动化水平大多不高，热效

25、率水平还远远没有达到设计指标。其中大部分原因是设备落后，控制水平低下，缺乏必要的自动检测和控制仪表及应有的技术力量造成的，导致其运行水平主要取决于司炉人员的技术水平、生产经验和工作的责任心。由于我国锅炉控制的自动化程度大多较低，其操作大都还停留在手工或简单的模拟仪表操作水平。不仅劳动强度大，而且容易造成操作人员运行事故。在这种情况下，利用计算机和组态软件对工业锅炉进行自动控制有着重要意义。DCS的优越性在于：通过对锅炉燃烧过程进行有效控制，使燃烧在接近理想的空燃比条件下进行，可显著提高燃料燃烧效率；由于工业锅炉的耗煤量十分巨大，所以热效率每提高一个百分点都会产生巨大的经济效益；其次，监控软件良

26、好的人机界面使运行参数在LED上集中监控，便于操作人员在计算机上根据控制效果及时修改运行参数，可有效减少由疲劳造成的失误，提高生产过程的安全性，实时性。随着微型计算机性能的不断提高和成本的下降，工业锅炉的自动控制必将得到更加广泛的应用。未来工业锅炉产品市场发展除了受我国国民经济的发展速度和投资规模等因素影响外，越来越受到能源政策和节能、环保要求的制约。随着高性能产品的普及和产品质量的提高，在20002010年每年将有约5万蒸吨的工业锅炉需要更新，2010年后，每年将有约7万蒸吨的工业锅炉需要更新，再加上新增装机，从需求上讲，到2010年每年工业锅炉需求量约为1012万蒸吨。今后大中城市的小容量

27、燃煤锅炉的比重将会显著下降，循环流化床锅炉等采用清洁燃烧技术的锅炉将得到较快的发展，燃气锅炉将会有长足的进步，燃用生活垃圾和生物质的锅炉市场潜力较大，蓄热式电热锅炉系统随着电力工业改革和发展其市场将进一步拓宽。因此采用清洁燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是工业锅炉产品发展的趋势，并向高端和高附加值的产品市场发展。3.2 工业锅炉的结构和工作过程在各种工业企业的动力设备中，锅炉是重要的组成部分，所以锅炉的性能至关重要。要设计一套完整的、性能良好的工业燃烧锅炉，首先就必须了解一般燃烧锅炉的基本构造和燃烧过程。锅炉是一种产生蒸汽或热水的热交换设备。它通过燃料的燃烧释放大量热能，并通过

28、热传递把能量传递给水，把水变成蒸汽或热水，蒸汽或热水直接供给工业和生活中所需要的热能。所以锅炉的中心任务是把燃料中的化学能有效的转化为蒸汽的热能。锅炉的主要设备包括气锅、炉子、炉膛、锅筒、水冷壁、过热器、省煤器、燃烧设备、引风设备、送风设备、给水设备、空气预热器、水处理设备、燃料供给设备以及除灰除尘设备等。气锅：由上下锅筒和三簇沸水管组成。水在管内受管外烟气加热，因而管簇内发生自然的循环流动，并逐渐气化，产生的饱和蒸汽积聚在上锅筒里面。炉子：是使燃烧从充分燃烧并释放出热量的设备。炉膛：保证燃料的充分燃烧，并使水流受热面积达到规定的数值。锅筒：使自然循环锅炉各受热面能适应负荷变化的设备。水冷壁：

29、主要是辐射受热面，保护炉壁的作用。过热器：是将气锅所产生的饱和蒸汽继续加热为过热蒸汽的换热器。过热器一般都装在炉膛出口。省煤器：是利用余热加热锅炉给水，以降低排出烟气温度的换热器。采用省煤器后，降低了排烟温度，提高了锅炉效率，节省了燃料。同时，由于提高了进入气包的给水温度，减少了因温差而引起的汽包壁的热适应力，从而延长了汽包的使用寿命。燃烧设备：将燃料和燃烧所需的空气送入炉膛并使燃料着火稳定，充分燃烧。引风设备：包括引风机、烟道和烟囱等几部分。用它将锅炉中的烟气连续排出。送风设备：包括有鼓风机和分道组成。用它来供应燃料所需的空气。给水设备：由水泵和给水管组成。空气预热器：是继续利用离开省煤器后

30、的烟气余热，加热燃料燃烧所需要的空气，是一个换热器。省煤器出口烟温度高，装上空气预热器后，可以进一步降低排烟温度，也可改善燃料着火和燃烧条件，降低不完全燃烧所造成的损失，提高锅炉机组的效率。水处理设备：其作用是为清除水中的杂质和降低给水硬度，以防止在锅炉受热面上结水垢或腐蚀。燃料供给设备：由运煤设备、原煤仓和储煤斗等设备组成，保证锅炉所需燃料供应。此外，除了保证锅炉的正常工作和安全，蒸汽锅炉还必须装设安全阀、水位表、高低水位报警器、压力表、主气阀、排污阀和止污阀等，还有用来消除受热面上积灰的吹灰器，以提高锅炉运行的经济性，本设计由于篇幅有限，则就不必考虑这些问题了。锅炉的工作过程概括起来应该包

31、括三个同时进行的过程：燃料的燃烧过程、水的汽化过程、烟气向水的传热过程。首先除氧水通过给水泵进入给水调节阀，通过给水调节阀进入省煤器，冷水在经过省煤器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成温水进入汽包，在汽包内加热至沸腾产生蒸汽，为了保证有最大的蒸发面因此水位要保持在锅炉上汽包的中线位置，蒸汽通过主蒸汽阀输出。空气经过鼓风机进入空气预热器，在经过空气预热器的过程中被由炉膛排出的烟气预热，变成热空气进入炉膛。煤经过煤斗落在炉排上，在炉排的缓慢转动下煤进入炉膛被前面的火点燃，在燃烧过程中发出热量加热汽包中的水，同时产生热烟气。在引风机的抽吸作用下经过省煤器和空气预热器，把预热传导给进入锅炉的水和空气

32、。通过这种方式锅炉的热能得到节约。降温后的烟气经过除尘器除尘，去硫等一系列净化工艺通过烟囱排出。3.3链条炉的工艺流程链条炉是一种火床炉。煤在炉排上燃烧，空气自炉排下方向上引入。煤从煤斗落到煤排上，经过炉闸门时被刮成一定的厚度进入炉膛，在炉排上分段燃烧成渣，炉渣随着炉排的转动排出。炉膛中燃烧的煤所释放的热量，被炉膛周围的水壁吸收产生蒸汽。蒸汽在包内聚集并引出，经过低温过热器、减温器、高温过热器、集汽箱到主蒸汽管。主蒸汽温度通过减温器的减温水进行调节。燃烧产生的烟气被引风机带动，经过省煤器、空气预热器换热后，再经过除尘排入大气。气泡过热器 炉 膛减温器分气缸原煤炉排鼓风预热器省煤器除氧器进水除尘

33、器引风烟囱图3.1 链条炉的工艺流程图 图3.2 链条炉控制系统构架燃料量主要是通过炉排转速和控制炉排煤层厚度来实现的。调节送风保持合适的风煤比，调节引风维持炉膛负压燃烧。运行中汽包水位维持在一定的范围内，允许有±75mm的波动，稳定工况应在±50 mm范围内，汽包水位的调整主要通过调节给水。给水阀出来的水经过省煤器预热进入汽包。主蒸汽温度通过减温器的减温水流量来调节。第四章 链条炉控制系统第四章 链条炉控制系统4.1链条炉的监控4.1.1控制点统计模拟量输入点（420mA） （AI）给水系统：给水压力；给水流量；该水箱液位；除氧器液位；除氧器入口压力；除氧器出口压力；除氧

34、器温度；过滤器入口压力；过滤器出口压力。蒸汽系统：汽包液位；锅炉蒸汽流量；分汽缸蒸汽压力；主蒸汽压力；总蒸汽量。燃烧系统：炉膛负压，烟气氧含量。热电阻输入 （PT100）排烟温度。热电偶输入 （TC）炉膛出口温度。模拟量输出调节点 （420mA） （AO）水：给水调节；给水调节阀反馈。风：送风调节；引风调节。煤：炉排调节；炉排调节反馈。开关量输入点 （DI）引风机：启动/停止。鼓风机：启动/停止。水泵1、2、3：启动/停止。盐水泵1、2启动/停止。除氧泵1、2、3启动/停止。炉排：启动/停止；反转启动/停止。出渣机：启动/停止；反转点动。开关量输出点 （DO）引风机：启动/停止。鼓风机：启动/

35、停止。二次风机：启动/停止。水泵1、2：启动/停止。炉排：启动/停止；反转点动。出渣机：启动/停止；反转点动。除氧泵1、2、3：启动/停止。 盐水泵1、2：启动/停止。4.1.2 控制站硬件 控制站是系统实现过程控制的主要设备之一,实现现场信号的输入输出,同时完成过程控制中的数据采集、回路控制、顺序控制、以及包括优化控制等各种控制算法。控制站由机柜、机笼、供电单元和各类卡件(包括主控制卡、数据转发卡和各种信号输入输出卡)组成,其核心是主控制卡。1、主控制卡(SP243X)是控制站的软硬件核心,负责协调控制站内的所有软硬件关系和各项控制任务。如:完成1/0信号处理、控制算法、与上下网络通信控制处

36、理、冗余诊断等功能。一个控制站需要一对冗余设置的主控制卡,其通信地址由界面组态设置与卡上硬件跳线配合完成。JX一300X主控制卡的地址范围由系统约定为128.128.1(2).2(一31),从低到高顺序设定。2、数据转发卡(sP233)是I/o机笼的核心单元,主控制卡与Fo卡件的通信都由数据转发卡通过SBUS总线存储转发。其地址由界面组态设置与卡上硬件跳线配合完成。3、各种I/0卡件:l)电流信号输入卡(SP313)是一块智能型,带有模拟量信号调理的四路信号采集卡,每一路分别可接收H型和m型电流信号,并可为四路变送器提供+24V隔离电源。2)电压信号输入卡(sP314x)是一块智能型的、点点隔

37、离的、带有模拟量信号调理的四路信号采集卡,每一路分别可接收H型、m型标准电压信号、毫伏信号、以及各种型的热电偶信号,将其转换成数字信号送给主控制卡SP243X。当其处理热电偶信号时,具有冷端补偿功能。3)热电阻信号输入卡(SP316X)是一块专用于测量热电信号的、点点隔离的、可冗余的2路A/D转换卡,每一路可接收R100、Cu50两种热电阻电阻信号,将其调理后转换成数字信号送给主控制卡。·硕士论文链条炉集散控制系统的设计与实现4)模拟信号输出卡(SP322X)为4路点点隔离型电流(II型和111型)信号输出卡。作为带CPU的高精度智能化卡件,具有实时检测输输出状况功能,它允许主控制卡

38、监控正常的输出电流。5)开关量输出卡(SP364X)是智能型7通道小功率继电器输出卡,完成现场小型执行器的数字量电气输出。本卡为智能型卡件,具有卡件内部软硬件运行状况在线检测功能,还具有对输出信号进行回读的自检测功能;同时能在系统SBUS通讯出现中断的情况下对输出信号进行保持,而不至于影响到现场的设备。适合应用于现场执行器为电阻性负载或小型感性负载的场合。如果需要驱动功率较大的执行器时,可增加相应的中间继电器。6)触点型开关量输入卡(部件号SP363)是7路或8路数字量信号输入卡,该卡件能够快速响应干触点输入,实现数字信号的准确采集。本卡为智能型卡件,具有卡件内部软硬件运行状况在线检测功能。4

39、、系统电源具有供电可靠、安装维护方便等特点,可限制系统对交流电源的污染,并使系统不受交流电源波动和外部干扰的影响。按照系统容量及对安全性的要求选择冗余双电源配置。4.1.3链条炉集散控制系统的硬件构成一台链条炉，有温度、压力、液位、转速、开关状态、命令等58个不同类型的输入输出信号点，根据其数量与类型，以及工厂实际岗位设计要求，可设计一个控制站、一个工程师站、两个操作员站，以及多种类型的输入输出卡件，分别由过程控制网络SCnet 控制站内全部网络SBUS连接通信。其系统组成如图4.1操作员站工程师站操作员站 控制站主控制卡数据转发卡输入输出卡输入输出卡 图4.1 链条炉集散控制系统硬件构成 链

40、条炉集散控制系统的控制站选取了如下板卡：1对主控制卡（SP243X），2个数据转发卡（SP233），16块I/O卡。I/O卡：2块SP316；6块SP313；1块SP314；2块SP322；2块SP364；3块SP331。I/O卡上各测点的具体分配如表4-1所示 表4-1 I/O点数表卡件型号点名注释地址卡件型号点名注释地址SP316TIT-1给水温度02-00-00-00SP322M1-IS除氧器压力调节输出02-00-09-00TIT-2除氧器温度02-00-00-01M2-IS主汽压力调节输出02-00-09-01SP316TIT-3汽包蒸汽温度02-00-01-00M3-IS炉膛负压调

41、节02-00-09-02TIT-4主汽温度02-00-01-01M4-IS汽包水位调节02-00-09-03SP313FT-1给水流量02-00-02-00SP322M5-IS送风调节输出02-00-10-00LT-1给水箱液位02-00-02-01M6-IS给煤调节输出02-00-10-01LT-2除氧器液位02-00-02-02LT-3汽包水位02-00-02-03SP314TIT-5炉膛出口温度02-00-03-00SP364STA1引风机启动02-00-11-00TIT-6排烟温度02-00-03-01STA2送风机启动02-00-11-01STA3水泵1启动02-00-11-02ST

42、A4水泵2启动02-00-11-03SP313PT-1给水压力02-00-04-00STA5水泵3启动02-00-11-04PT-2除氧器入口压力02-00-04-01STA6盐水泵1启动02-00-11-05PT-3除氧器出口压力02-00-04-02STA7盐水泵2启动02-00-11-06PT-4过滤器入口压力02-00-04-03STA8炉排启动02-00-11-07SP313PT-5过滤器出口压力02-00-05-00SP364STA9 出渣机启动02-00-12-00FT-4送风量02-00-05-01STA10除氧泵1启动02-00-12-01FT-2锅炉蒸汽流量02-00-05

43、-02STA11除氧泵2启动02-00-12-02PT-6分汽缸蒸汽压力02-00-05-03STA12除氧泵3启动02-00-12-03SP313PT-7主蒸汽压力02-00-06-00FT-3总蒸汽量02-00-06-01PT-8炉膛负压02-00-06-02OXY烟气含氧量02-00-06-03SP313VP-1除氧器压力调节阀反馈02-00-07-00SP331POS1引风机状态02-00-13-00VP-2主汽温度调节阀反馈02-00-07-01POS2送风机状态02-00-13-01VP-3炉膛负压调节阀反馈02-00-07-02POS3水泵1状态02-00-13-02VP-4汽包

44、水位调节调节阀反馈02-00-07-03POS4水泵2状态02-00-13-03SP313VP-6送风调节阀反馈02-00-08-00SP331POS5水泵3状态02-00-14-00VP-6给煤调节阀反馈02-00-08-01POS6盐水泵1状态02-00-14-01POS7盐水泵2状态02-00-14-02POS8炉排状态02-00-14-03SP331POS9出渣机状态02-00-15-00POS10除氧泵1状态02-00-15-01POS11除氧泵2状态02-00-15-02POS12除氧泵3状态02-00-15-034.2链条炉控制方案链条炉DCS控制系统，是近年来开发的一项新技术，

45、它是微型计算机软件、硬件、自动控制、锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，我国现有中、小、大型锅炉30多万台，每年耗煤量占我国原煤产量的1/3，目前大多数工业锅炉仍然处于能耗高、浪费大、环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用DCS进行控制是一件具有深远意义的工作。 链条炉控制系统，一般有蒸汽压力、汽包液位、炉膛负压、除氧器水位、除氧器压力等控制系统。锅炉的燃烧控制实质上是能量平衡系统，它以蒸汽压力作为能量平衡指标，不断根据用汽量与压力的变化调整燃料量与送风量，同时保证燃料的充分燃烧及热量的充分利用。为此生产过程的各个主要参数必须严格控制。锅炉设备也是一个复杂的控制对象，主要

46、输入变量是负荷，锅炉给水、燃料量、减温水、送风和引风等。主要输出变量是汽包水位，蒸汽压力，过热蒸汽温度，炉膛负压，过剩空气（烟气含氧量）等，锅炉对象简图如图4.2所示：锅炉设备给水量减温水燃料量送风量引风量二次风气泡水位蒸汽温度蒸汽压力烟气含氧量炉膛负压蒸汽流量负荷 图4.2 链条炉对象简图综上所述，工业锅炉作为一个调节对象，是一个多输入，多输出，多回路，非线性的相互关联的对象。所有这些特性是由锅炉本身的物理特性决定的。因此，理想的锅炉自动控制系统应该是多回路的调节系统。这样，当锅炉的运行状况发生变化或受到某一扰动后，系统会同时协调的动作，改变其调节量，使所有被调量都具有一定的调节精度。但是，

47、这种调节十分复杂，实现起来相当困难。因此，根据锅炉的实际运行情况，将锅炉当做若干个独立的调节对象，相应的设置若干个独立的调节系统，才是可行的实现锅炉自动控制的方法。它使得锅炉自动化控制系统得以适当简化，也符合实际情况，其中锅炉的主要调节任务是：锅炉供应的蒸汽量适应负荷变化的需要或保持给定的负荷；锅炉供给用汽设备的蒸汽压力保持在一定范围内；过热器蒸汽温度保持在一定范围内；汽包中水位保持在一定范围内；保持锅炉燃烧的经济型和安全性；炉膛负压保持在一定范围内。为实现上述调节任务，将锅炉设备控制化为若干控制系统。主要控制系统如下。4.2.1除氧器压力控制系统除氧器主要用于给锅炉供除氧水，除氧原理是给水中

48、通蒸汽，使水温保持在103，达到除氧的目的。除氧器在运行中压力必须保持稳定，以保证它具有良好的除氧效果和安全经济性。除氧器压力调节，采用除氧器内蒸汽压力作为被控变量，以改变加热蒸汽量作为调节手段，加热蒸汽来自汽轮机的不调节抽气。链条炉系统中，除氧器压力调节采用的是常规控制回路方法，控制框图如图4.3所示。 PID 调节阀除氧器除氧器压力 压力给定 图4.3 除氧器压力控制4. 2.2锅炉汽包水位控制汽包及蒸汽管中储藏着蒸汽和水，汽包的流入量是给水量，流出量是蒸汽负荷量，当给水量等于蒸汽量时，汽包水位就恒定不变。工业锅炉汽包水位自动控制的目的就是使给水量等于蒸汽量并维持汽包水位在工艺允许的范围内

49、。汽包水位是锅炉运行的主要指标，是一个非常重要的被控变量维持汽包水位在允许的范围内是保障锅炉安全运行的首要条件。这是因为：1如果水位过低，则由于汽包内水量较少，而负荷却很大，水的汽化速度又很快，因而汽包内的水量变化速度很快，如果控制不及时，就会使汽包内的水全部汽化，导致锅炉损坏，甚至爆炸。2水位过高会影响汽包的汽水分离，产生蒸汽带液的现象，会使过热器管壁结垢导致破坏，同时过热蒸汽温度急剧下降，该蒸汽作为汽轮机的动力，还会损坏汽轮机的叶片，影响运行的安全和经济性。汽包水位过高或过低的后果极为严重，所以必须严格加以控制。汽包水位控制系统结构与算法设计由于水位调节对象没有自平衡能力，而且水位调节对象

50、存在滞后，因此不能采用开环调节方法。常用的汽包水位的控制算法有单冲量控制，双冲量控制以及三冲量控制三种。本次设计中采用三冲量控制。以蒸汽流量和给水流量作为补充信号的三参数调节方法，又称为三冲量水位调节系统。双冲量控制方法不能迅速克服给水压力变化对水位产生的影响。当给水压力波动时，给水压力将发生变化，此时只有等到水位变化后调节器才能起作用。为此再引入给水流量信号，组成三冲量水位控制回路。三冲量水位控制系统图如图4.5所示水位PID流量PID电动调节阀给水泵给水流量变送器水位变送器气泡给定主气流量 +气泡水位图4.4气泡水位控制蒸汽FIC 101I=Ic+C*IF-10LIC101省煤器气关阀气泡

51、给水IfIO 图4.5三冲量水位控制系统4.2.3燃料气压力控制链条炉燃烧控制的基本任务，是使燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要，并保证燃烧的经济性和链条炉的安全运行。燃烧系统自动调节的第一个任务是维持主汽压力保持稳定，克服自身燃料方面的扰动，保证负荷与出力的协调；第二个任务是使燃料量与空气量相协调（风煤比），保证燃烧的经济性；第三个任务是使引风量与送风量相适应，维持炉膛负压在一定范围内，保证燃烧的安全性。因此燃烧过程的控制又可以分为送风控制、主汽压力控制、炉膛负压控制三个子系统燃料气压力控制，这是保证燃料气稳定燃烧的重要指标。一般的单回路控制就可以满足要求。如果炉膛负压太小，甚至为正，则炉膛

52、内烟气过多，甚至烟气向外冒，影响设备和操作人员的安全；反之，炉膛负压过小，会使冷空气漏进炉膛内，从而是热量损失增加，降低燃烧效率。所以必须对炉膛的压力进行控制。影响炉膛压力的主要变量有给煤量、给风量以及抽风量等，而其中给煤量和给风量是由蒸汽温度、压力以及蒸发量等因素决定的，所以要想保持炉膛压力在一定范围内保持不变就只有改变抽风量，亦即通过调节抽风量以达到控制炉膛压力的目的。另外，又因为考虑到系统相应的快速性，同时，又因为给风量和给煤量成一定的比例关系，为了提高控制品质以及简化控制系统的结构，采用单回路控制。如图4.5所示引风控制器交流电机炉膛炉膛负压控制器速度检测变送器引风机差压变送器输出值设

53、定值 图4.5 燃料压力控制过热蒸汽压力及温度的控制。这是工业锅炉生产蒸汽产品的质量指标，达到蒸汽用户的要求。这两个控制参数一般都是单回路控制，控制质量要求高的，实现了串级控制。因为锅炉的运行环境不可能是理想的状态，蒸汽的温度总是会受到某些干扰的影响，所以必须对蒸汽的温度加以控制，以在一定范围内得到温度相对恒定的蒸汽。影响蒸汽温度的主要因素是给煤量以及空煤比，所以我们采用了串级比值控制系统分别控制给煤量以及给风量。另外，影响蒸汽温度的因素还有给水量、蒸发量以及引风量等，又考虑到了控制系统相应的快速性，我们又将给水量和蒸发量作为蒸汽温度控制的前馈量构成前馈控制系统。即采用前馈比值串级控制系统对蒸

54、汽温度进行控制，其控制系统的结构图见图4.6所示蒸汽温度速度控制器步进电机炉排速度对象速度变送器比值器鼓风机交流电机给风量控制蒸汽出口速度变送器温度检测变送器输出值输出值给水量 图4.6蒸汽温度系统结构4.3 链条炉控制系统解决的主要问题 链条炉运行过程，尤其是燃烧过程是一个复杂的化学物理过程，采用集散控制完成链条炉整个过程控制任务，从控制工艺的角度保证调节的有效实施。通过设计合理有效的燃烧控制系统，实现链条炉安全可靠的地自动运行，是设计系统的重点任务。链条炉根据实际使用需要调节的量不尽相同，但一般需要调节的量大约是8个，分别是除氧器水位：除氧器压力；主汽减压，炉恒负压：上气温度：气泡水位：炉

55、排转速：鼓风转速等。其中燃烧系统是一个大滞后，耦合严重、具有严重非线性，时变性，控制变化大的多变量系统，送风量，引风量等参数的变化都将对燃烧系统产生直接影响因此燃烧控制是整个锅炉控制的关键，也是重要和难点所在。 第五章 链条炉监控软件设计第五章 链条炉监控软件设计5.1 组态软件介绍 5.1.1 JX-300X系统简介 Jx一300x系统111是浙大中控研制开发的全数字化、结构灵活、功能完善的新型开放式集散控制系统。在国内,尤其是国内化工行业占有相当的市场份额。JX一30OX系统由工程师站(ES)、操作站(05)、控制站(CS)和通讯网络SCnetn组成。在通讯网络上挂接通信接口单元(CIU)

56、可实现JX一300X与PLC等数字设备的连接;通过多功能计算站(MFS)和相应的应用软件AdvanTrol一PIMS可实现与企业管理计算机网的信息交换,实现企业网络(工ntranet)环境下的实时数据采集、实时流程查看、实时趋势浏览、报警记录与查看、开关量变位记录与查看、报表数据存贮、历史趋势存贮与查看、生产过程报表生成与输出等功能,从而实现整个企业生产过程的管理、控制全集成综合自动化。JX一300X覆盖了集散系统的安全性、冗余功能、网络扩展功能、集成的用户界面及信息存取功能,除了具有模拟量信号输入输出、数字量信号输入输出、回路控制等常规DCS的功能,还具有高速数字量处理、高速顺序事件记录(S

57、OE)、可编程逻辑控制等特殊功能;它不仅提供了功能块图(SCFBD)、梯形图(SCLD)等直观的图形组态工具,又为用户提供开发复杂高级控制算法(如模糊控制)的类C语言编程环境SCX语言。系统规模变换灵活,可以实现从一个单元的过程控制,到全厂范围的自动化集成。JX一300X控制站以先进的微控制器(30MHZPhi1iPsP51XA)为核心,提高了系统的实时性和控制品质,系统能完成各种先进的控制算法;过程管理级采用高性能CPU的主机w工入DOwS95/NT的多任务操作系统,以适合集散控制系统良好的操作环境和管理任务的多样化;过程控制网络采用双重化的Ethernet网技术,使过程控制级能高速安全的协

58、调工作,做到真正的分散和集中。5.1.2 组态界面介绍AdvanTrol-Pro软件包可分成两大部分，一部分为系统组态软件，包括：用户授权软件（SCSecurity）、系统组态软件（SCKey）、图形化编程软件（SCControl）、语言编程软件（SCLang）、流程图制作软件（SCDrawEx）、报表制作软件（SCFormEx）、二次计算组态软件（SCTask）、ModBus协议外部数据组态软件（AdvMBLink）等等；另一部分为系统运行监控软件，包括：实时监控软件（AdvanTrol）、数据服务软件（AdvRTDC）、数据通信软件（AdvLink）、报警记录软件（AdvHisAlmSvr

59、）、趋势记录软件（AdvHisTrdSvr）、ModBus数据连接软件(AdvMBLink)、OPC数据通信软件（AdvOPCLink）、OPC服务器软件（AdvOPCServer）、网络管理和实时数据传输软件（AdvOPNet）、历史数据传输软件（AdvOPNetHis）、网络文件传输（AdvFileTrans）等。系统运行监控软件安装在操作员站和运行的服务器、工程师站中。系统组态软件通常安装在工程师站，各功能软件之间通过对象链接与嵌入技术，动态地实现模块间各种数据、信息的通讯、控制和管理。这部分软件以SCKey系统组态软件为核心，各模块彼此配合，相互协调，共同构成一个系统结构及功能组态的软件平台。Jx一300x系统的scKey组态软件是一个全面支持该系统各类控制方案的组态软件平台。硬件的软件组态过程就是通过SCKey组态软件提供的组态界面,通过填表方式,确定控制站、操作员站、工程师站等网络节点的IP地址、遵循的通信协议;完成控制站内部主控制卡、数据转发卡、各1/0卡件以及各FO信号点的地址设置等的过程,从而使系统硬件有机组合在一起。 5.2组态画面5.2.1 组态软件主画面组态软件主画面所示,它直观地展示了组态信息的树型结构。如图5.1所示 图5.15.2.