吉林化工学院信控学院自动化生产实习报告.doc

吉林化工学院信息与控制工程学院生产实习报告学生学号： 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 职 称： 起止日期： 2013 吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工学院信息与控制工程学院生产实习报告目 录第1章 生产实习的目的1第2章 下厂实习内容22.1 生产实习地点简介22.2 实习目的及日程安排22.3 安全教育22.3.1 厂级安全教育22.3.2 车间级安全教育32.4 工厂实习内容42.4.1 DCS系统介绍42.4.2 测量仪表介绍52.4.3 调节阀的介绍6第3章 仿真实习83.1 仿真目的及时间安排83.2 仿真软件介绍83.3 锅炉工艺系统介绍93.4 三种控制方案113.4.1 单冲量控制系统113.4.2 双冲量控制系统113.4.3 三冲量控制系统113.5 仿真步骤及曲线分析123.5.1 工业锅炉的冷态开车123.5.2 上汽包水位的干扰实验133.5.3 过热蒸汽温度值的干扰试验15结论17参考文献18- I -第1章 生产实习的目的生产实习是培养本科生实践能力的主要教学环节，对于促进理论联系实际、了解学科专业发展现状、增强实践动手能力、提高学生综合素质具有十分重要的作用。1通过接触实际、了解社会，使学生对本专业生产、设计和相关研究课题等建立感性认识。2巩固所学理论知识，同时获得生产实际知识和技能，学习先进的生产技术和企业组织管理知识，培养分析和解决工程实际问题的初步能力。3了解社会和国情，直接向工人和工程技术人员、管理人员学习各种相关的实践知识，增强劳动观念，培养学生事业心和责任感，为今后走向社会打下良好的基础。第2章 下厂实习内容2.1 生产实习地点简介 吉化乙烯厂隶属于中国石油天然气股份有限公司年产30万吨乙烯。聚乙烯厂乙烯装置采用德国林德专利技术，由韩国三星工程公司负责工程总承包，吉林化建承建，原设计乙烯生产能力为 30 万吨，主体装置占地面积 5.32 公顷，总投资（包括动力锅炉部分）为 32.9 亿元乙烯装置于 1993 年 11 月破土动工，于 1996 年 9 月 16 日一次化工投料开车成功乙烯装置采用 90 年代先进地乙烯生产技术，并在 2001 年进行了一期挖潜改造，使乙烯装置生产能力在年操作 8000 小时地条件下，可产乙烯 38 万吨，丙稀 18 万吨。 2004 年将开始二期扩能改造。按年操作 8000 小时计，本装置的设计规模达到年产 70 万吨聚合级乙烯； 9 万吨聚合级丙烯； 26 万吨化学级丙烯。2.2 实习目的及日程安排实习目的：1、掌握进厂实习安全需知，熟悉厂区三级安全知识；2、了解乙烯厂的发展历史和目前的状况；3、认识DCS控制台，操作台以及盘柜，了解它们之间的联系，知道其在生产过程中的作用；4、学习控制仪表在生产过程中的相关知识以及仪表安装注意事项；5、学习讨论监控室设备的相关知识，了解自动化仪表的工业应用方式。日程安排：本次生产实习从2013年9月16日开始到吉林石化公司乙烯厂实习，至9月18日结束下厂实习。具体日程安排如下：9月16日：进行下厂安全教育并签订安全责任书。工作人员带领我们进行厂外设备及厂区建设的总体参观。9月17日：深入工厂内部，由工作人员带领进入生产现场的控制车间，并由专业负责人员进行DCS控制流程及ESD的讲解，并在培训室进行测量仪表及调节阀的介绍。9月18日：由实际设计生产的工作人员通过PPT为我们讲解该工厂的主要生产产品、产品规格及生产流程主要技术。2.3 安全教育根据规定，每一名新员工、外单位来实习培训的人员，大中专技校毕业生进厂必须要经过厂级、车间级、班组级安全教育。教育不合格者不准进入生产岗位。2.3.1 厂级安全教育该厂建厂时只有6套个生产装置，目前投入使用的共有9套生产装置。该厂是甲级防火，区级防爆单位，生产过程中的原料、中间产品具有常温下能自燃或爆炸，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸，经撞击、摩擦易引起燃烧爆炸，本生产设备处于高温、高压、高转速、低温真空状态运行，露天装置多。故该厂规定以下主要注意事项：1、不准在易燃爆区域使用手机、照相机、铁质工具等非防爆器具；2、汽油等有机溶剂擦洗设备、工具、衣物会造成产生静电，引起燃烧烧伤本人，燃烧失控会引起爆炸的后果；3、严禁堵塞消防通道及随意挪用或损坏消防设备、防火防爆设备；4、触电时应切断电源，用木棒、皮带、橡胶制品等绝缘物拨开；5、进入工厂必须按要求穿戴劳动防护用品，其中包括防静电（或棉质）工作服，戴安全帽，不带铁钉的鞋；6、佩戴安全帽应该主要帽壳于帽衬之间要有一定的空间距离，必须系紧颌带，长发应盘放在安全帽内。7、上班前饮酒会给身体带来动作笨拙异常，导致受伤、嗜睡、容易引起高空坠落，加重中毒；8、身体和眼睛被化学品灼伤后应该用大量水冲洗。2.3.2 车间级安全教育仪表车间最大的危险源是厂罐区罐内有限的空间作业。电焊作业是产生的有毒有害气体主要成分是氮氧化合物。在狭小的地方使用二氧化碳灭火器容易造成缺氧事故。施焊场周围应清除可燃、易燃易爆物品或覆盖隔离。在高处作业时，不要穿底面钉铁件的鞋子。当作业场所发生突发性火灾时，应当立即报警并及时扑灭初起火灾。动火分析项目的取样点有动火所在单位的当班班长、组长或化工岗位操作人员提出。动火中断30分钟后重新动火时，需要重新进行可燃气体分析。动火时动火人、看火人和施工单位动火人应该分别留存一份动火证。安全带低挂高用，特殊情况下也可以用绳子代替安全带使用。不能在带压或存有物料的设备及管线上工作，将其压力或物料泄尽后方可进行工作。不可以用汽油等易挥发溶剂擦洗设备、衣物、工具及地面。电气操作时不可以使用电笔代替螺丝刀作业。高处作业严禁站在不坚固的结构物上进行作业。工作临时用火现场环境发生变化时，需要继续用火时应重新检查确认现场环境。有限空间执行双人监护制度。在木板式地面上使用梯子时，梯角应有金属防滑器，在混凝土式光滑地面上使用时梯角应有橡胶套合成纤维防滑垫，应有专人扶持。仪表车间主要采用的灭火器材有2公斤干粉灭火器、2公斤干粉灭火器和1211灭火器。现场用火人员应严格执行安全用火管理制度，做到“四不用火”即：用火作业票未经签发不用火，用火作业票提出的安全措施没有落实不用火，用火部位、时间与用火作业票不符不用火。酸碱岗位操作时应该佩戴防酸减手套，穿防酸碱工作服，佩戴防酸碱面罩。如果易燃化学品发生泄漏，在泄漏扩散区域应该禁止一切火种，使用不产生电火花的工器具。选择盲板应该注意根据介质温度、压力选择盲板的材质、强度，盲板的厚度不能低于3mm，盲板必须保证承受运行系统管路的工作压力。2.4 工厂实习内容本次实习我们主要是在仪表车间进行认识学习仪表及其自动化控制相关的知识和实地参观现场和DCS控制室。2.4.1 DCS系统介绍DCS系统概述：DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。集散控制系统是以应用微处理器为基础，结合计算机技术、控制技术、通讯技术和显示技术，实现过程控制和工厂管理的控制系统。DCS通过操作站对整个工艺过程进行集中监视、操作、管理，通过控制站对工艺过程各部分进行分散控制，既不同于常规仪表控制系统，又不同于集中式的计算机控制系统，而是集中了两者的优点，克服了它们各自的不足。DCS概括起来可分为集中管理部分、分散控制监视部分和通讯三大部分。集中管理部分由操作员站，工程师站和上位计算机组成；分散控制监视部分由现场控制站和现场监测站组成；通讯部分又叫高速数据通路，是实现分散控制和集中管理的关键，完成数据、指令及其他信息的传递。DCS系统具有控制功能多样化、操作简便、系统便于扩展、维护方便、可靠性高、便于与其他计算机联用等特点。乙烯厂采用的DCS系统有：美国西屋公司的WDPF系统、横河CENTUM CS3000、霍尼韦尔公司的TDC-3000/TPS系统、浙大中控制JX-300（X）系统（242#装置，221#装置）和利时DCS系统（441#新循环水装置）。ESD系统介绍：ESD的中文意思是紧急停车系统，它用于监视装置或独立单元的操作，如果生产过程超出安全操作范围，可以使其进入安全状态，确保装置或独立单元具有一定的安全度。也称安全仪表系统（SIS）。安全仪表系统不同于批量控制，顺序控制及过程控制的工艺联锁，当过程变量（温度、压力、流量、液位等）越限，机械设备故障，系统本身故障或能源中断时，安全仪表系统能自动（必要时可手动）地完成预先设定的动作，使操作人员，工艺装置处于安全状态。独立设置ESD系统原因：降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统；对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利于分辨事故原因记录。而DCS处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得很快；DCS系统是过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预，这样设置ESD可以避免人为误动作。PLC系统介绍：可编程序控制器（Programmable Controller，PC），是一台专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，所以人们还沿用PLC作为可编程控制器的英文缩写。一般分为一体化紧凑型PLC ：电源、CPU中央处理系统、I/O接口都集成在一个机壳内。如西门子S7-200系列；标准模块式结构化PLC ：各种模块相互独立，并安装在固定的机架（导轨）上，构成一个完整的PLC应用系统。如：西门子S7-300、S7-400系列。PLC具有高可靠性，丰富的I/O接口模块，采用模块化结构，运行速度快，功能完善、编程简单、易于使用，系统设计、安装、调试方便，维修方便、维修工作量小，总价格低等特点。PLC的产品一般有德国西门子公司PLC（动力水煤浆联锁系统采用西门子S7-300系列 ），美国A-B公司的PLC和日本OMRON公司的PLC。安全栅概述：安全栅应用在本安防爆系统的设计中，是实现安全火花型防爆系统的关键仪表，是安装于安全场所并含有本安电路和非本安电路的装置。一方面起信号传输的作用；另一方面通过限流和限压电路限制了送往现场本安回路的能量，从而防止非本安电路的危险能量串入本安电路。在本安防爆系统中称为关联设备（一种安装在安全场所，本安电气设备与非本安电气设备之间的相连的电气设备），是本安系统的重要组成部分。 由于安全栅被设计为介于现场设备与控制室设备之间的一个限制能量的接口，因此无论控制室设备处于正常或故障状态，安全栅都能确保通过它传送给现场设备的能量是本质安全的。 安全栅按照构成原理分为电阻式，齐纳式，晶体管式和隔离式四种，应用比较普遍的有齐纳式和隔离式安全栅。2.4.2 测量仪表介绍测量仪表主要包括：温度仪表、流量仪表、压力仪表和液位仪表。温度仪表：温度是表征物体冷热程度的物理量，由于温度不能直接测量，只能借助与各种物体的热交换及冷热程度变化的物理特性加以间接测量。主要有热电阻温度计和热电偶温度计。热电阻温度计测温原理：基于金属导体或半导体电阻值与温度成一定函数关系的原理实现温度测量的。热电偶温度计测温原理：热电效应原理。即把两种不同导体A、B连成闭和回路，将其两个接点分别置于不同温度T、T0中，在其闭和回路就会产生电动势E，通过测量电动势E，可查被测介质温度。流量仪表：电容式差压变送器：将差压变化转换为传感器电容量变化为基础而工作的。它具有精度高、调整和维护方便等特点。由于采用了直接感测差压，消除了机械力传递和由振动、冲击等带来的误差，常用于快变差压的测量和远距离传送。电磁流量计：基于电磁感应定律而工作的流量测量仪表。它能测量具有一定电导率的液体或液、固混和物的体积流量，常用于检测酸、碱、盐、含固体颗粒液体的流量，这是它优于其它流量计的特点 。电磁流量计：测量流量时，流体流过垂直于流动方向的磁场，导电性流体的流动感应出一个与平均流速成正比的电势，其感应的电压信号通过电极检出，并通过电缆传送至转换器经过一系列数字处理后，将累计流量和瞬时流量显示在转换器上并远传至控制室DCS。质量流量计：一种新型流量测量仪表，它可以直接用于测量介质的质量流量、密度和温度，具有测量精度高、量程比宽、稳定性好、维护量低等特点，在石化行业得到了广泛应用。涡街流量计：在特定的流动条件下，一部分流体动能转化为流体振动，其振动频率与流速（流量）有确定的比例关系，依据这种原理工作的流量计称为流体振动流量计。超声波流量计：利用超声波测量流体的流速、流量的技术，不仅仅用于工业计量，而且也广泛地应用在医疗、海洋观测、河流等各种计量测试中。具有流体中不插入任何元件，对流速无影响，也没有压力损失；能用于任何液体，特别是具有高粘度、强腐蚀，非导电性等性能的液体的流量测量，也能测量气体流量；对于大口径管道的流量测量，不会因管径大而增加投资；量程比较宽，可达5：1；输出与流量之间呈线性等优点。压力仪表：压力是工业生产中重要参数之一，在冶金、化工、石油、电力、原子能、轻工、食品等各类工业部门中均占有重要地位。有些参数的测量，如物位、流量等的测量，往往是通过测量压力或压差进行的，即测出了压力或压差便可确定物位或流量。压力变送器工作原理：压力变送器是一种将压力变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表，而且其输出信号与压力变量之间有一给定的连续函数关系（通常为线性函数）。主要用于工业过程压力参数的测量和控制。液位仪表：电动浮筒液（界）位计：电动浮筒液（界）位计可对工艺容器内液位或界位进行连续测量和就地控制。是基于浮力原理工作的，当液（界）位在零位时，扭力管受到浮力最小，产生扭力矩（这时扭力最大）、扭力管转角处于“零”度；当液位逐渐上升时，浮筒在液体浮力的作用下，也随着上升，扭力管产生的扭力矩逐渐减小，此时将其产生的转角由变送器转换成420mADC信号，这信号正比于被测量液（界）位。法兰式液位计：从外观上可分为单法兰和双法兰。雷达液位计：雷达液位计为非接触式测量。是通过天线向被测介质物位发射微波，然后测出微波发射和反射回来的时间而得容器内液位的一种仪表。具有无位移、无传动部件、非接触式测量；不受温度、压力、蒸汽、气雾和粉尘的限制；适用于粘度大的介质、有毒或无毒卫生型介质、有腐蚀性介质的物位测量；没有测量盲区，精度可以做的很高；不适用于塔类等特点。钢带液位计：钢带液位计是广泛用于测量，储罐内各种液体液位的物位仪表。由于仪表的钢带是在罐内自成闭环,因此,受外界温度影响变化小,且仪表测量精度不受液体密度和温度变化的影响 。2.4.3 调节阀的介绍调节阀一般由执行机构和阀体部件两部分组成。执行机构是调节阀的推动装置，它按信号压力的大小产生相应的推力，使推杆产生相应的位移，从而带动调节阀的阀芯动作。阀体部件是调节阀的调节部分，它直接与介质接触，由阀芯的动作，改变调节阀节流面积，达到调节的目的。调节阀（Control Valve）用于调节介质的流量、压力和液位。根据调节部位信号，自动控制阀门的开度，从而达到介质流量、压力和液位的调节。调节阀分电动调节阀、气动调节阀和液动调节阀等。调节阀是最终控制元件的最广泛使用的型式。其他的最终控制元件包括计量泵、调节挡板和百叶窗式挡板（一种蝶阀的变型）、可变斜度的风扇叶片、电流调节装置以及不同于阀门的电动机定位装置。调节阀属于控制阀系列，主要作用是调节介质的压力、流量、温度等等参数，是工艺环路中最终的控制元件。调节阀按行程特点可分为：直行程和角行程。直行程包括：单座阀、双座阀、套筒阀、角形阀、三通阀、隔膜阀；角行程包括：蝶阀、球阀、偏心旋转阀、全功能超轻型调节阀。调节阀按驱动方式可分为：气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀；按调节形式可分为：调节型、切断型、调节切断型；按流量特性可分为：线性、等百分比、抛物线、快开。调节阀适用于空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品等介质。第3章 仿真实习模拟仿真是我们继下厂实习后的更进一步接触和尝试生产控制的一个重要环节。这对我们这些从未尝试过的学生来说，无疑是一种考验，也是一种锻炼。通过仿真我们能对工业生产过程的整个工艺流程及原理有一个更全面的认识和了解。3.1 仿真目的及时间安排仿真目的：1、了解工业锅炉的结构组成、主要工艺流程和一般的操作方法。2、熟悉和掌握工业锅炉控制系统的构成和常用控制方案：汽包液位控制、蒸汽压力及温度控制、炉膛负压控制等。3、熟悉工业锅炉的开车过程；掌握控制系统的投运方法和步骤。4、掌握各控制回路PID参数的整定及对控制质量的影响。测试和比较在干扰作用下，同一控制参数在不同控制方案下的控制质量和效果。时间安排：9月21日：首先熟悉仿真软件，对本次试验有个初步的认识和了解；9月2225日：进行锅炉的仿真开车操作，并完成生产实习说明书。3.2 仿真软件介绍本次仿真实习，我们所用的仿真软件为北京东方仿真控制技术有限公司所有版权的东方仿真ES软件。随着现代化生产过程控制技术飞速发展，生产装置大型化，生产过程连续化和自动化程度的不断提高，为保证生产安全稳定、长周期、满负荷、最优化地运行，职业教育和在职培训显得越来越重要。但是，由于一些工艺过程复杂、工艺条件要求十分严格，常伴有高温、高压、易燃、有毒、腐蚀等不安全因素，常规的职业教育和培训方法不能满足要求，而仿真技术，能利用计算机模拟真实的操作控制环境，给职业教育提供丰富生动的多媒体教学手段，为受训人员提供安全、经济的离线培训条件。该套仿真教学软件适用于自动化专业进行实验，实习。该套仿真教学软件主要包含单水槽液位控制系统、换热器控制系统、压力罐控制系统、三水槽控制系统、锅炉系统、化工综合控制六个系统。通过对该软件的学习，用户可以熟悉单回路控制液位、温度、流量、压力及单回路参数的整定，也可以了解大型生产装置工业锅炉、化工反应器的结构组成，主要工艺流程和一般的操作方法。熟悉和掌握常用控制方案：单回路控制、双冲量控制、三冲量控制、负荷控制、串级控制、比值控制、分程控制、选择性控制等。熟悉和掌握大型生产装置工业锅炉、化工反应器的冷态开车步骤，控制系统的投运方法、步骤以及各控制回路PID参数的整定和对控制质量的影响。测试和比较在不同的控制方案下的控制质量和效果。该套软件主要功能可以让用户学习如何进行工控软件的组态；实际的工控装置的操作；控制算法的组态；控制系统的投运，PID参数的整定。每套控制系统的仿真操作部分，用户可以通过实际操作各种阀门，仪表,掌握仪表的使用，冷态开车的方法，比较各种控制方案下的不同控制效果，调节参数对调节质量的影响。3.3 锅炉工艺系统介绍锅炉是一个多输入、多输出、多回路、非线性的相互关联的复杂的控制系统，调节参数与被调节参数之间，存在着许多交叉的影响，调节难度非常大。我们采用将系统控制分散成一个一个的闭环控制：给煤控制，送风控制，汽包液位控制，炉膛负压控制等。给煤控制锅炉燃烧系统自动调节的基本任务，是使燃料燃烧所产生的热量，适应蒸汽负荷的需要，同时还要保持经济燃烧和锅炉的安全运行。目前，中小型煤粉炉控制系统效果不佳主要体现在送风和给煤控制上。送风控制系统应与给煤控制相协调，控制在一定的风煤比，维持燃烧处在最佳经济状态。 送风调节是通过负荷规则调节器实现“加负荷时，先加风后加煤；减负荷时，先减煤后减风的控制规则。 炉膛负压控制炉膛负压反映了送风量与引风量之间的平衡关系，目标就是要保证锅炉在运行过程中，始终保持在微负压的稳定状态，以保证其安全有效运行。汽包液位控制，锅炉给水自动调节的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量,并使汽包液位保持在工艺允许的范围内。液位控制是有以下三种：单冲量控制，即以水位为唯一调节信号的单参数、单回路控制系统；双冲量控制，即以蒸汽流量作为补充信号的双参数控制系统；三冲量控制，即以给水流量、主蒸汽流量作为补充信号的三参数控制系统。其中三冲量调节系统还可分为三冲量单级调节和三冲量串级调节。过热蒸汽出口温度控制，保证过热蒸汽出口蒸汽温度在允许的范围内，保护过热器，使过热器管壁温度不超过允许的温度范围。锅炉的自动保护系统：锅炉的保护系统是锅炉控制系统的重要组成部分。其保护内容取决于锅炉设备本身的结构、容量、技术特性和运行方式。一般设有汽压保护、汽包水位保护、锅炉灭火保护、连锁保护和紧急停炉保护等。DCS系统配置锅炉DCS系统是一个专用于锅炉自动化控制的分布式集散控制系统。锅炉DCS系统以锅炉监控自动化为目标，节能增效，保护环境，改善工作条件，提高劳动效率。锅炉DCS系统包括调度室管理层、工业Ethernet层、现场监控上位机、锅炉控制终端设备。实际系统结构可根据具体情况灵活配置。1、锅炉控制终端设备：针对各种工业、民用、燃煤、燃气、燃油、水暖、蒸汽锅炉，山东三木自动化公司开发了一系列锅炉终端设备，以适应不同类型锅炉的具体控制要求。锅炉控制终端设备完成实时燃烧控制、风量调节、汽包水位调节、水管压力控制、补水控制、水电煤耗累计、故障报警等。 分布式系统结构:一台锅炉配置一套锅炉控制终端设备，真正实现了分布式控制。集成度高:集成了数字显示、报警、手/自动控制等传统仪表的功能，可简化仪表配置和布线。功能强大，性能可靠:采用高性能的主控制器和I/O模块，能适应恶劣的工作环境。强有力的编程工具：可以利用梯形图组态完成逻辑和顺序控制、数据运算、PID调节等，也可利用高级语言编程完成特殊的控制要求和复杂的数据计算。2、锅炉监控上位机： 一个供热车间的多个锅炉控制终端设备可以通过总线网络或工业以太网络，与现场监控上位机及热备机通信。操作人员在上位机监视各个锅炉的运行状态、报警显示、曲线报表等，以及进行参数设定。 对锅炉运行的重要参数，如压力、温度、压差、流量等进行统计处理和保存，进行曲线显示、历史数据查询、报表打印等等。上位机采用高性能工控机或工作站，可使用双机热备份。3、工业Ethernet层：现场监控上位机加装网卡后，可以连接成工业Ethernet网络。在Ethernet网络层可以设置多锅炉监控站、维护站，以及网络打印机等。根据对系统可靠性、安全性的要求，可选用不同程度的网络、服务器冗余设计。4、调度室管理层：锅炉DCS系统提供MODEM专线、拨号网络或无线方式，使中央调度室的管理人员能够和几公里或十几公里之外分散的多个锅炉房通信，了解各个锅炉房的运行情况、仪表完好情况、锅炉炉况等。拨号网络方式可充分利用原有的电话线路，通过公用电话网将中央调度室和各个锅炉房连接起来，节省建设费用和周期，很适于对各个锅炉房每天的例行巡检。监控中心的监视、管理功能：1、 实时检测锅炉的运行参数：为全面掌握整个系统的运行工况，监控系统将实时监测并采集锅炉有关的工艺参数、电气参数、以及设备的运行状态等。系统具有丰富的图形库，通过组态可将锅炉的设备图形连同相关的运行参数显示在画面上；除此之外，还能将参数以列表或分组等形式显示出来。2 、综合分析及发出控制指令：监控系统根据监测到的锅炉运行数据，按照设定好的控制策略，发出控制指令，调节锅炉系统设备的运行，从而保证锅炉高效、可靠运行。3、诊断故障与报警管理：主控中心可以显示、管理、传送锅炉运行的各种报警信号，从而使锅炉的安全防爆、安全运行等级大大的提高。为保证锅炉系统安全、可靠地运行，监控系统将根据所监测的参数进行故障诊断，一旦发生故障，监控系统将及时在操作员屏幕上显示报警点。报警相关的显示功能使用户定义的显示画面与每个点联系起来，这样，当报警发生时，操作员可立即访问该报警点的详细信息和按照所推荐采取的应急措施进行处理。所有报警和回路状态都记录在报警、事件日报中，以便于日后检索。各个测点的测量值偏离正常值到一定的程度都应视为异常，系统将发出报警。4、历史记录运行参数：监控系统的实时数据库将维护锅炉运行参数的历史记录，另外监控系统还设有专门的报警事件日志，用以记录报警/事件信息和操作员的变化等。历史记录的数据根据操作人员的要求，系统可以显示为瞬时值，也可以为某一段时间内的平均值。历史记录的数据可有多种显示方式，例如曲线、特定图形、报表等显示方式；此外历史记录的数据还可以由以网络为基础的多种应用软件所应用。历史数据可归档保存或在光盘和磁盘中保存，归档后的历史数据可以由监控系统的软件很方便地调入。5、计算运行参数：锅炉运行的某些运行参数不能够直接测量，如年运行负荷量、蒸汽耗量、补水量、冷凝水返回量、设备的累积运行时间等。监控系统提供了丰富的标准处理算法，根据所测得的运行参数，将这些导出量计算出来。3.4 三种控制方案3.4.1 单冲量控制系统这种控制系统结构简单，对于汽包内水的停留时间长、负荷变化小的小型锅炉，单冲量水位控制系统可以保证锅炉的安全运行。它实际上就是一个典型的单回路液位控制系统。但是单冲量控制系统存在以下三个问题：1、当负荷变化产生虚假液位时，将使控制器反向错误动作。例如，蒸汽负荷突然大幅度增加时，水位突然虚假上升；此时控制器不但不能开大给水伐、增加给水量。等到假水位消失后，由于蒸汽量增加，给水量反而会减小，将使汽包水位下降厉害，波动严重，甚至会下降到危险程度而发生事故。因此，这种控制方案克服不了虚假水位带来的严重后果。 2、负荷不灵敏。当蒸汽负荷变化时，需引起汽包水位变化后才起控制作用。由于控制缓慢，导致控制质量下降。 3、对给水干扰不能及时克服。当给水系统出现扰动时，需等汽包水位发生变化后，才起控制，控制作用也缓慢。为了克服上述三个问题，除了依据汽包水位外，也可参考蒸汽流量和给水流量的变化来控制给水阀，将能获得良好的控制效果。这也就产生了双冲量和三冲量汽包水位控制系统。3.4.2 双冲量控制系统针对单冲量控制系统不能克服虚假水位的影响，如果根据蒸汽流量来校正汽包水位控制器的输出，就可以纠正虚假水位引起的控制器的错误动作，而且也能提前发现蒸汽负荷的变化，从而大大改善了控制品质。若考虑动态差异，这还需引入动态补偿环节。3.4.3 三冲量控制系统双冲量控制系统对给水干扰不能及时克服的问题仍然不能解决。此外，由于给水阀的工作特性不一定完全线性，做到静态补偿也很难。为此把给水流量也引入，构成三冲量控制系统。汽包水位的串级三冲量控制系统与单级三冲量控制系统比较：1、参数整定不同。单级三冲量控制系统里的调节器要完成内回路和主回路两者的控制任务，因此，在参数整定方面要兼顾到两个回路的控制要求；而串级三冲量控制系统则由主、副两个调节器分别控制两个回路，两个调节器参数整定可分开进行，相互关联要少一些。2、串级三冲量控制系统在负荷变化时，水位静态值是靠主调节器来维持的，不要求蒸汽流量信号的作用强度按“静态对比”来整定；因此蒸汽流量信号可视虚假水位而定，与给水流量信号配合灵活。而单级三冲量控制系统如两个信号不等则会造成汽包水位的静态偏差。3、在串级三冲量控制系统中，当蒸汽流量和给水流量中由于变送器故障失去一个信号或变送器特性变化，使信号失去平衡关系时，主调节器由于积分作用可补偿失去平衡的电流，使系统暂时维持工作；而单级三冲量控制系统若蒸汽流量或水流量因产生故障而失去时，则无法控制汽包水位在额定值。因此串级三冲量控制系统的安全性较好。4、在发电厂锅炉系统中。若汽轮机突然甩负荷而锅炉仍然要维持低负荷运行时，要求汽包水位保持为给定值，这时串级系统的动态特性就不如单级系统，其控制过程时间要比单级系统长。3.5 仿真步骤及曲线分析3.5.1 工业锅炉的冷态开车1、锅炉上水：在除氧器V102工作正常的条件下，启动给水泵P101，打开给水泵循环阀SV101，调节给水泵出口压力为5.0MPa。通过调节LIC101的输出值，手动控制给水调节阀LV101（注意：在上汽包液位三种不同控制方案时，给水调节阀LV101的手动操作），使给水流量约10t/h， 锅炉开始上水。稍后可加大给水流量，并观察上汽包液位上升，直至达到50%左右。在下面的步骤中注意观察汽包液位的变化，随时进行调节，使液位稳定在50%左右。2、燃料系统的投运：手动调节PIC乙烯输出值，缓慢打开调节阀PV乙烯，燃料气进入缓冲气罐V101。当PIC乙烯指示达0.3MPa时，将PIC乙烯控制回路投自动，给定值设为0.3MPa。3、锅炉点火：全开上汽包放空阀SV103和过热蒸汽放空阀SV乙烯。打开主汽阀SV102至80%开度。遥控全开鼓风机风门HV101、引风机风门HV102。启动鼓风机P102、引风机P103，先通风一段时间使炉膛内不含可燃性气体后，将鼓风机风门HV101、引风机风门HV102都调至2040%开度。手动调节PIC103输出值至5%左右，并立即持续按压住点火按钮点燃燃气，放开点火按钮，炉膛火焰点着后。手动控制调节阀PV103的开度，逐渐加大燃料气流量。注意在加大燃料气流量的过程中，用鼓风机风门HV101调整烟气出口氧含量值AI101在0.9%3.0%，用引风机风门HV102调整炉膛负压值PI106在0.10.25KPa。4、锅炉升压：严格按照锅炉的升压要求，继续手控调节器PIC103，使锅炉缓慢平稳地升压。当蒸汽压力PI102达0.70.8MPa时，关闭上汽包放空阀SV103和过热蒸汽放空阀SV乙烯。当TIC101指示过热蒸汽温度达400时，手动调节TIC101输出值，逐渐开启减温水调节阀TV101A使过热蒸汽温度达到正常值（448）。继续手控调节PIC103，使蒸汽压力逐渐平稳至3.7MPa后保持3分钟。确认蒸汽压力稳定在3.723.77MPa范围内，蒸汽温度不低于400，上汽包水位在50%左右。当蒸汽压力稳定到3.77MPa时，将PIC103投自动，给定值设为3.77MPa。5、负荷提升：逐渐开大主汽阀SV102，手控TIC101，当过热蒸汽温度稳定在448左右时，将TIC101投自动，给定值设为448。锅炉达到额定负荷（65t/h）后，将上汽包水位控制LIC101投入自动，给定值设为50%。注意在上汽包水位控制为三冲量控制方案时，主副回路投入自动的顺序。至此，锅炉进入正常运行状态。注意：各冷态开车的步骤中各参数变化是相互影响的，所以要观察各参数的变化综合调节。锅炉调试稳定工况如图3-1所示：图3-1 工业锅炉的冷态开车仿真稳态图根据冷态开车步骤，调节器由手动到自动的投放顺序：PIC乙烯、PIC103、TIC10、LIC101，全部都投自动以后，稳态时，蒸汽出口温度为448，蒸汽出口流量为65t/h，汽包水位为50%。3.5.2 上汽包水位的干扰实验1、在上述冷态开车步骤选定的控制方案下，在锅炉进入正常运行状态且各调节各系统全部投入自动后，瞬间减小蒸汽管网压力PI103A到3.62MPa，观察并记录汽包液位参数值反应曲线，直至达到新的稳态。稳态时，蒸汽出口温度为448，蒸汽出口流量增大为72.53t/h，汽包水位仍保持在50%。瞬间减小蒸汽管网压力PI103A，使给水流量FIC101压力瞬间减小，给水量减少，使出口流量减少。为保持出口温的恒定，减温水流量FI102降低。为保持蒸汽流量恒定，给水出水口PI101压力增大，导致给水流量FIC101压力增大，减温水流量FI102随之降低。如此往复，达到平衡。其他参数经轻微波动后从新达到稳定。如图3-2。图3-2 瞬间减小蒸汽管网压力时各参数变化曲线1由于瞬间减小蒸汽管网压力PI103A，导致蒸汽流量降低，为加大蒸汽，炉膛内必定加温，燃料气流量FI乙烯瞬间增大逐渐达到稳定。随着炉膛温度增加炉膛压力PI106逐渐减小。如图3-3。图3-3 瞬间减小蒸汽管网压力时各参数变化曲线22、 在整个装置再次进入稳态且各调节系统全部投入自动后，关小给水泵循环阀SV101到5%，使给水压力上升，观察并记录汽包液位参数值反应曲线，直至达到新的稳态。根据干扰实验步骤，将管网蒸汽压力调到3.62MPa时，由于调节器已经全部都投自动，所以此时直到稳态的过程中调节器自己进行调节。稳态时，蒸汽出口温度为448，蒸汽出口流量为72.53t/h，汽包水位为50%。当关小给水泵循环阀SV101，给水量增加。为保持出口温的恒定，减温水流量FI102增加。为保持蒸汽流量恒定，给水出水口PI101压力减小，导致给水流量FIC101压力减小，减温水流量FI102随之增大。如此往复，达到平衡。其他参数经轻微波动后从新达到稳定。由于在调节过程中，汽包水位变化受各个环节影响都较大，故其趋势线波动很大，稳态时，趋于直线；当过热蒸汽温度达到448左右时，打开减温水调节阀，控制温度趋于稳定。稳态时各个趋势都为直线。如图3-4。图3-4 关小给水泵循环阀各参数变化曲线1当全开鼓风机和引风机时，炉膛压力由引风机控制在负压范围，引风机的调节阀开度越大，炉膛压力越低；鼓风机则是调节含氧量，其调节阀开度越大，含氧量越高。由于在整个调节过程中，炉膛负压和含氧量必须控制在指定范围内，故其波动很频繁，每调节一次燃料气流量，就要调节含氧量，故在燃料气增加的过程中，含氧量和炉膛压力总是在波动变化；通过燃料气流量的增加以提高汽包压力，其二者趋势线是正相关的；省煤器入口烟温也与燃料气流量正相关，故其也是上升的；当燃料不在变化时，上述指标都不在变