（电气工程专业论文）基于plc技术的燃机电厂油处理系统的设计与研究.pdf

a b s t r a c t ： a sag e n e r a li n d u s t r i a lc o n t r o l l i n gc o m p u t e rs y s t e m ，p l c sf u n c t i o nh a sa c h i e v e d ap r o g r e s sf r o ml o g i c a lc o n t r o lt od i g it a lc o n t r o l ，a n dit sa p p ll e df i e l d sh a sc o v e r e d s i m p l ec o n t r o lo fs i n g l ef a c i i i t y ，p l ch a sb e c o m et h em a i nf a c i l i t yo fi n d u s t r i a lc o n t r o l a n dh a sm a d eg r e a tc o n t r i b u ti o nt ot h ew e t i dd e v e l o p m e n t i nt h ep r o d u c t1 i n eo ff u e lt r e a t m e n ti ng a st u r b i n e ，t h es p a r e so fs 5h a v es t o p p e d p r o d u c t i n g ，s ot h e ya r ed i f f i c u l tt op u r c h a s eb e c a u s et h e i rp o o rc o m p a t i b i l i t y ，n o wi t c a nn o tm a i n t a i n c et h ee q u i p m e n t t h eo l ds y s t e misc o m p l e xw i t hi t sa r t sa n dc r a f t s ，t h e o p e r a t i o nd e p e n d so nm a nt oe x a m i n ea n do p e r a t e ，i tw a s t et h ea r t i f i c a ls o u r c ea n dc a n n o ta s s u r et h ec r e d i b i l i t yo ff u e lt r e a t m e n t ，i ti m p e r i a l st h ef u e lt r e a t m e n t i ng a s t u r b i n e t h eg a st u r b i n ew i11b u r nii g h to ili ft h et r e a t e dh e a v yo i1i sn o te n o u g h ，it w i l l i n c r e a s et h ec o s to ft h ee l e t r i c i t y ，a n di tw i i ia f f e c tt h eg r i di ft h et u r b i n es h u t s d o w nw i t hn o te n o u g h1 i g h to i l a i m sa tt h ea f o r e s a i ds i t u a t i o n ，t h et h e s i s c o m p a r e s t h et h r e es c h e m eo f r e c o n s t r u c t i o n ，b r i n gf o r w a r dt ou p g r a t et h es y s t e mw it ht h et e c h n o l o g y o fs i m a t i c s 7 4 0 0p l c ，i td e si g n st h es c h e m et oc e n t r e lf u e lt r e a t m e n ti ng a st u r b i n e ，i th a sl a i d t h ef o u n d a ti o nt os o l v et h ep r o b l e mi nt h e o r y i nr e a l i z a t i o no f t h ep r o j e c t ，f i r s t l yt h et h e s isi n t r o d u c e st h ed e s i g no f t h e s 7 4 1 2 3 hs y s t e m 、t h e o r yo f t h eh a r d w a r ea n dh o wt od e a lw i t ht r o u b l e s 、c o n f i g u r a t i o n o fs t e p 7v 5 4 ，s e c o n d l yi tr e a l i z e sa n do p t i m i z e st h ec o m m u n i c a t i o nf r o mp l ct oi ) c sw i t h m o d b u s ，t h i r d l yi ts t u d i e s t h er e l i a b i l i t ya n dr e d u n d a n c eo f t h e s 7 s y s t e m ，f i n a l l y o p t i m i z e sa u t o m a t i cq u a l i t yt h r o u g hu s i n gt h et e c h n o l o g yo fp i dw i t ht h ep o l i c i e s i n i n t e g r a lf i l t e ra n da n t i s a t u r a t e ，i n c r e a s e sr e l i a b i l i t yo ft h es y s t e ma n dd e c r e a s e st h e w a t c h e st h r o u g hw i n c c v 6 2 t h ea u t h o rs t u d i e st h ea d v a n c e dt e c h n o l o g yo fs i m a t i cs 7 4 0 0p l ci nd e s i g n i n g 、 i n s t a l f a t i o n 、d e b u g g i n gu p g r a d er c o o n s t r u c t i o n ，w h e r e a st h es i m a t i cc o m p a n yi sl a c ko f s i t es e r v i c e ，w is hi tc a nb e t h er e f e r e n c ef o r t h ef e l l o w t r a d e r s k e y w o r d s ：p l c ；s i m a ti c ；s 7 4 0 0 ；g a st u r b i n e ；f u e lt r e a t m e n t ；p i d i l l 浙江大学研究生学位论文独创性声明 奉入声明所呈交的学位论文是本人稚! 导师指导一卜 进行的研究一l ：作及取得的 研究成架。除了文巾特别加以标注幂致酬的地方外，论文l - 1 不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得堑望叁堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学，点论文作者签名：珠继峰 签字 1 期：7 叩罗年, 2 月7 几 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 逝望盘堂 有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝鎏盘堂 可以将学何论文的令部或部分内容编入自。关数j ：| i 眸进行拎索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：桀继峰 导师签名： 勃 与心 签字同期：2 d 口罗年2 月7 同签字f i 期：如d 罗年瑚夕f i 致谢 金秋十月，桂花飘香。在这个充满收获与喜悦的季节，我的硕士论文终于定 稿。论文的完成标志着校园生活即将结束，也意味着，新的生活又将开始。回首 这千余个日日夜夜，其间的起起伏伏、悲喜得失，今天想来仍然是感慨万千。所 幸的是，自己摆脱了烦恼与浮躁，精心钻研，潜心研究，取得了初步的研究成果。 欣慰之余，要向许多关心、关注和支持我的人表示真挚的谢意! 首先要感谢的是我的导师方鸽飞副教授给予我的指导与教诲。论文选题的新 颖，前人研究的空白，时间的紧迫，让我屡屡望而却步，退缩不前，方老师的鼓 励和鞭策，成为我坚持下去的动力。从论文的选题直至最终定稿，我的每一点进 步都凝聚着导师的心血。他不仅以他那严谨的治学态度、缜密的思维能力、敏锐 的洞察能力深刻地影响着我，更在如何做人上让我学到了很多，我将随身携带着 它们，勇敢的踏上新的人生之路。在此，谨向导师致以衷心的感谢和诚挚的祝福! 还要感谢校外导师林刚高工给我的指导与支持，在学习和生活上给了我很多 鼓励和建议；感谢杭州天元电力科技有限公司的钱洪春和同班同学李国东、胡健、 刘林，和他们的技术交流总是让我受益匪浅；感谢林光锐、方强、杨海滨大学校 友，在我需要的时候给予我及时的帮助。另外，要感谢张纪平、顾广学、孙杰、 周晖、张纲、周伟平、罗郑晖等同事，你们的关心和友谊将是我人生中珍贵的记 忆。 最后，要感谢我的家人，妻子胡仙燕和她的父母。他们无限关爱成为我不断 向前的动力，他们的照顾和支持让我能够全身心的投入到论文的写作中去。在此 祝愿他们一生平安，幸福永远! 再次感谢所有关心和帮助过我的老师、同学和朋友们! 浙江人学硕士学位论文 绪论 1 绪论 可编程序控制器( p r o g r a m m a b l el o g i c a lc o n t r o ll e r ) 是美国在2 0 世纪6 0 年代末首先 研制成功的。它是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术和计算机技术而形成的一 种新型工业控制装置，用来取代继电器，执行逻辑、计时、记数等顺序控制功能，建立柔性 的程控系统。随着计算机技术的发展和微处理器的出现，p l c 的功能不断发展和完善，1 9 8 5 年1 月国际电工委员会( i e c ) 颁布了可编程序控制器标准草案第二稿，作出了如下规定：“可 编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计它采用可编 程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术运算等操作 的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控 制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计 1 1p l c 的产生 在p l c 出现之前，生产线的控制多采用继电接触器控制系统。所谓继电接触器控制系统是 指，由各种自动控制电器组成的电器控制线路。它经历了比较长的历史，其特点为结构简单、 价格低廉、抗干扰能力强，能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要。但是它有明显的 缺点，主要体现在有触点的控制系统，触点繁多，组合复杂，因而可靠性差。此外，它是采 用固定接线的专用装置，灵活性差，不能满足程序经常改变、控制要求比较复杂的场合。因 此，它制约了日新月异的工业发展。于是人们寻求研制一种新型的通用控制设备，取代原有 的继电接触器控制系统。 2 0 世纪6 0 年代末期，美国汽车制造工业竞争激烈，为了使汽车型号不断翻新，缩短新产 品的开发周期，1 9 6 8 年美国通用汽车公司( g m ) 提出研制p l c 的基本设想，即：把计算机的 功能和继电接触器控制系统结合起来，将硬件接线的逻辑关系转为软件程序设计；而且要编 程简单易学，能在现场进行程序修改和调试；并且要求系统通用性强，适合在工业环境下运 行。 1 9 6 9 年，美国数字设备公司( d e c ) 根据上述要求研制出了世界第一台可编程序控制器。 限于当时的科学技术水平，可编程序控制器主要由分立元件和中小规模集成电路构成但是， 它实现了取代传统的继电接触器控制系统，首次在美国g m 公司的汽车自动装配线运行，获得 了成功。其后日本、德国等相继引入，并使其应用的领域迅速扩大。19 7 1 年日本从美国引进 浙江大学硕士学位论文 绪论 了这项新技术，很快就研制出了日本第一台可编程序控制器。1 9 7 3 年西欧国家也相继研制出 了他们的第一台可编程序控制器。我国从1 9 7 4 年开始研制，1 9 7 7 年开始工业应用。 1 2p l c 的发展 从第一台p l c 诞生以来，它的发展经历了五个重要时期。 1 ) 从1 9 6 9 年到2 0 世纪7 0 年代初期。主要特点：c p u 由中、小规模集成电路组成，存储器为 磁芯存储器；控制功能比较简单，能完成定时、计数及逻辑控制；有多个厂商推出一些典 型产品，但产品没有形成系列化；应用的范围不是很广泛，这仅仅是继电接触器控制的替 代产品。 2 ) 2 0 世纪7 0 年代初期到2 0 世纪7 0 年代末期。主要特点：采用c p u 处理器，存储器也采用 了半导体存储器，不仅使整机的体积减小，而且数据处理能力获得很大提高，增加了数据 运算、传送、比较等功能；实现了对模拟量的控制；软件上开发出自诊断程序，使p l c 的 可靠性进一步提高。这一时期的产品已初步实现了系列化，p l c 的应用范围在迅速扩大。 3 ) 2 0 世纪7 0 年代末期到2 0 世纪8 0 年代中期。主要特点：由于大规模集成电路的发展，推 动了p l c 的发展，c p u 开始采用8 位和1 6 位微处理器，使数据处理能力和速度大大提高； p l c 开始具有了一定的通信能力，为实现p l c 分散控制、集中管理奠定了重要基础；软件 上开发出了面向过程的梯形图语言及助记符语言，为p l c 的普及提供了必要条件。在这时 期，发达的工业化国家多种工业控制领域开始使用p l c 控制。 4 ) 2 0 世纪8 0 年代中期到2 0 世纪9 0 年代中期。主要特点：超大规模集成电路促使p l c 完全 计算机化，c p u 开始采用3 2 位微处理器；数学运算、数据处理能力大大提高，增加了运 动控制、模拟量p i d 控制等，联网通讯能力大大加强；p l c 功能在不断增加的同时，体积 在减小，可靠性更高。在此期间，国际电工委员会( i e c ) 颁布了p l c 标准，使p l c 向标 准化、系列化发展。 5 ) 2 0 世纪9 0 年代中期至今主要特点：p l c 使用1 6 位和3 2 位微处理器，运算速度更快、 功能更强，具有更强的数值运算、函数运算和大批量数据处理能力；出现了智能化模块， 可以实现对各种复杂系统的控制；编程语言除了传统的梯形图、助记符以外，还增加了高 级编程语言。 目前典型的p l c 应用主要有以下几个方面： 1 ) 顺序控制：这是可编程控制器最广泛应用的领域，p l c 取代了传统的继电器顺序控制， t 例如装配生产线、数控机床及电梯控制等。 2 浙江大学硕士学位论文 绪论 2 ) 模拟量控制：在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度电流等。可编程控制器 有a d 和d a 转换模块，可以采用模拟控制用于生产过程。 3 ) 数据处理：可编程控制器都设有四则运算指令，可以对生产中的数据进行处理。用p l c 构成监控系统，进行数据采集和处理，监控生产过程。较高档次的可编程控制器都有位置控 制模块，用于步进电动机或伺服电动机，实现对各种机械的位置控制。 4 ) 通信联网：某些控制系统需要多台p l c 连接起来使用或者由一台与多台p l c 组成集中控 制系统和总线控制系统乜1 。 1 3 课题的背景、内容和意义 1 3 1 课题产生的背景 燃机电厂的油处理系统在整个电厂的生产管理系统中处于最前沿的的燃料处理系统。浙 江镇海3 0 0 m w 燃气一蒸汽联合循环电站引进美国g e 公司2 台p g 9 1 7 1 e 型1 0 0 m w 燃气轮机、1 台 1 0 0 m w 蒸汽轮机发电机组及两台单压、立式、无补燃余热锅炉组成。浙江镇海9 e 燃气轮机设 计燃料为1 8 0 c s t ( 5 0 c ) 粘度的重油，按照美国g e l 4 10 4 t h 燃料规范，要求进入燃气轮机的 1 8 0 c s t 重油必须经过处理。镇海燃气轮机使用的1 8 0 c s t 重油是有灰燃料，如：油溶性的金属 有机化合物；残存在燃料中的水溶性化合物；固态的杂质，如铁锈、泥沙等等。而1 8 0 c s t 重 油的处理工作主要由瑞典a l f a - l a v a l 公司提供的g t p x - 5 1 7 型水洗离心式分离器来完成，总 设计处理能力为6 9 m 3 h 。由于重油中含有水、固体杂质、n a 、k 等微量金属元素，会对燃气轮 机产生严重危害，为了延长燃气轮机的使用寿命，必须对进入燃气轮机的燃油品质进行严格 加以控制，从而防止各类热腐蚀及化学腐蚀。未经处理的重油由重油输送泵从日用重油罐出 来，注入破乳剂后，将油温加热到燃油处理所要求的温度( 破乳剂先注入到加热前的重油中， 防止清洗水和油的稳定乳化) 。在混合器中加热过的重油与热的清洗水( 大约9 6 ) 充分混合 搅拌，以增加油和水之间的接触，并使燃油中的n a 、k 等微量金属元素溶解在水中；油水混 合物在重油分离器高速旋转的离心转筒中油、水、渣三相分离。经过两级水洗脱盐排渣使重 油品质符合g e 公司的液体燃料规范g e l 4 1 0 4 t h 所提出的要求，合格的燃油进入到重油净化油 罐，并经过前置泵输送至选择加热模块后送入燃气轮机燃烧发电，如燃油不符合要求，则返 回到日用重油罐重新进行处理。 系统概况：燃油处理系统由重油处理、废油废水处理、输油、空压机四个子系统组成 重油处理工艺流程： 浙江大学硕士学位论文绪论 日用重油罐重油传输泵辅助加热器j 混合器1 1 分离器1 1 t l 混合器2 - 1 - - - - 协$ 2 1 - 破乳剂泵 混合器1 2 分离器1 2 - 1 孝重油处理出口三通阀u 不合格返回日用重油罐 混合器2 2 分离器2 2 2 # 重油处理出口三通阀一l 合格至净化重油罐 清洗水矿清洗水泵辅助加热器重油混合器( 包括：混合器1 1 、混合器1 2 ，混合器 2 1 、混合器2 2 ) 图1 1油处理工艺流程 废油废水处理系统将分离器排出的废水加入絮凝剂、中和剂后进废水分离器处理，合格 的排至雨水井，不合格的打循环。分离器排出的废油经过残渣分离器处理后排至废油池，装 罐处理。 输油系统为将净化油罐内轻、重油分别通过冗余配置的前置泵输送至选择加热模块加热 和加抑钒剂处理后进燃机燃烧。 空压机系统共设静1 、社2 空压机站，共4 台空压机，将空气加压到0 8 m p a 后经干燥塔干燥 后送储气罐，再分路送至全厂供应控制气源。 1 3 2 当前燃机油处理系统存在的问题 1 ) 原来的系统规模大、工艺复杂、控制方式各异，大量的操作方式还是延续巡检和人工 硬手操方式，对按钮的机械寿命损耗很大，同时造成人力资源浪费，也无法保证油处理及时 可靠运行，对燃机电厂的燃料系统造成很大威胁。万一处理后的重油不够会使燃机切为轻油 燃烧，会大大增加发电成本，若轻油不够则会被迫停机而影响电网安全。 2 ) 原有的西门子s 5 系统由于其硬件已停产，大部分硬件产品无法采购，只能通过中间商 去别的电厂回购旧备品，成本很高且不能保证质量。其监视、报警操作使用的西门子专用键 盘损坏后备品一直采购不到，且不能用市场上的通用备品替代，接口不一致。且连接p l c 的 专用电缆备品也采购不到，无法对程序中的设备状态与逻辑进行监控及维护，这样的设备状 况随时威胁着油处理的正常运行 3 ) 现有的p l c 控制逻辑有的过于严谨复杂，有的过于简单，不能满足控制要求，无法即 时准确掌握油处理的运行状态，容易导致设备损坏。 4 ) 油处理的设备都是大功率、大能耗设备，致使能耗较大，效率不高。 4 浙江大学硕士学位论文绪论 5 ) 现有的废油水处理系统由于设备老化，无法正常对油处理分离器排出来的废油水进行 精细处理，在当前节能减排先行的大环境下改造是迫在眉睫。 6 ) 调节阀的单回路p i d 调节器在运行中会产生死机现象、备品无法采购也是重大的隐患 之一。 1 3 3 课题研究的意义 随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，p l c 技术已经从以简单的顺控技术为 主发展成为不光具有数字量控制，而且具有先进的模拟量和p i d 控制、强大的与各种d c s 系 统进行通讯能力的工业自动化的主要支柱之一。 为了解决上述问题，决定对油处理p l c 系统进行改造，引入新设备、局域网技术及远传通 讯技术，设计油处理自动控制系统。油处理系统是燃机电厂能否正常运行发电的一个重要环 节，油处理自动控制系统投入正常使用后，可以 1 ) 提高油处理控制的自动化程度与安全性，使油处理实现远程监控、定时巡检的运行方式， 减少了中控值班与巡检工人，从而大大降低了油处理系统的运行成本； 2 ) 提高新系统备品的通用性与兼容性，实现对油处理监控参数的精确测量，并能方便地对 内部逻辑、参数进行维护调整； 3 ) 优化内部的控制策略，使控制逻辑趋于合理，最大程度地满足工艺的需求； 4 ) 借机进行变频技术改造，提高设备的节能增效； 5 ) 进行废油水处理改造，提高环保与节能水平； 6 ) 将调节阀的自动控制策略纳入新系统之中，并能进行先进的p i d 控制，设备稳定运行， 提高设备运行的可靠性。 我经过考虑选择了关于“基于p l c 技术的燃机电厂油处理系统的设计与研究”这个题目， 主要是考虑到：本人是一名发电厂的工程师，理论水平不高，想写些实际的东西，对电厂情 况比较熟悉是本人的长处；而且对工程技术人员来说，只有在工程的设计与实现过程中，需 要仔细的研究，找出其中规律性的东西以应付不断变化的外部情况，以达到在变化中不断进 步与完善的目的。 1 4p l c 系统改造设计的技术方案 1 4 1 油处理控制系统改造的几种方案 油处理系统此次改造的点数共9 0 0 多点，由于油处理控制系统改造有多种方案，所以对各 种方案的利弊必须进行论证后方可实行。 浙江大学硕上学位论文 绪论 方案一：采用a b b 的d c s 控制系统，与全厂的锅炉、汽机采用同一d c s 供货，实现全厂d c s 一体化控制； 方案二：采用西门子最新的$ 7 - 4 0 0 系列的p l c 控制系统，对原s 5 系统进行升级，实现油 处理自动控制； 方案三：采用其他系列的p l c 控制系统，对原s 5 系统进行升级，实现油处理自动控制。 1 4 2 油处理控制系统方案分析 对于方案一，优点是可以实现金厂d c s 一体化，实现所有卡件资源共享，节省卡件备品 的数量；缺点是由于进新的a b b 卡件，很多现场的特殊测量如流量、位置探头需要转换开关 及专用卡件，还有很多电机输出存在接口方面的问题，且电气开关控制都是分散在原先的西 门子控制柜内，改造起来接线及接口部分改造需要进行一番大的改动与设计。若推倒重新设 计的话，需要重新敷设大量的电缆，在当今原材料大幅度涨价的前提下，显然这种设计是有 背于开源节流的，对业主的经营预算不利。 对于方案二，由于是在同一类型的p l c 生产厂家之上的升级改造，所有的新卡件都与原 来的兼容，加上原先的西门子的数字量与模拟量输入输出大部分都有出口的中间接线端子， 只需要在新卡件与中间接线端子之间增加大量的小线即可，可以利用原来的所有的继电器和 接触器等控制回路和所有输入量进来的转换开关与信号隔离回路，以及大部分的空气开关和 所有的现场电缆，大大节省了电缆与控制设备的费用。且西门子$ 7 - 4 0 0 系列有强大的模拟量 控制功能块及通讯处理模块，能实现闭环自动控制、与d c s 远程通讯。 对于方案三，对于别的p l c ，无非是报价上存在优势或性能很高。但是对于油处理的就地 设备与控制回路上的接口改造上还是有一定的难度，况且西门子p l c 的新产品性价比还是比 较高的，且西门子在p l c 中还是靠它的m t b f 与强大的功能占据着重要的地位，所以没有很大 的悬念可以将方案三否定了。 这样，使用方案二是最合适最经济的选择了。但是选用西门子产品后，必须对其与老设 备之间的接口，与o c s 的通讯采用何种方式及解决与调节器之间的过度还是要予以确定。 1 4 3 在工程设计的过程中，遇到的问题及解决措施 由于本次改造时间短、任务紧，为更好、更快地实施本项目，燃机发电工程部与杭州天元 电力科技有限公司就油处理p l c 改造项目在现场详细勘察的基础上，针对现场实际情况对技 术方案进行了细化和优化。 油处理程控改造系统增设一个控制柜，柜体尺寸为8 0 0 x 6 0 0 x 2 2 0 0 咖，柜子为前后单开门， 6 浙江大学硕士学位论文 绪论 机柜颜色与原控制柜同色；在油处理p l c 机柜就位前，预先设计相应的安装槽钢底座，底座 基础需与原机柜底座基础在同一水平面；由于施工现场可利用空间十分有限，程控改造系统 设计一个远程i o 站安装在原p l c 柜内，马赛克屏信号灯的信号线直接接到原p l c 柜内安装 的远程i o 站上的模块上；为解决原s 5 系统气动门8 v d c 感应位置开关的采样兼容问题，需 将原技术协议中配置的1 块3 2 点开关量输入( d i ) 模块替换为2 块1 6 点( d i ) 8 2 v d c 防爆 型模块，能满足现场设备的技术规范；原来的s 5 模块中不具有模拟量p i d 控制功能而采用了 另外的1 4 个单回路调节器取消，p i d 回路调节功能均在改造后的p l c 系统内用新的f b 4 1 功能 块进行组态实现；改造后的p l c 控制柜的信号线均从原p l c 柜的中间端子排直接接到改造后 p l c 柜内信号模块上；为了与d c s 系统进行通讯和实现所有的调节回路在p l c 系统控制，需增 加一套冗余i o 远程机架，一个m o d b u s 通讯模块，一个模拟量输出模块，一套冗余背板；输 入输出模块的最终配置统计为：$ 7 - 4 1 2 - 3 h 控制器一套，1 3 块3 2 点开关量输入( d i ) 模块， 2 块1 6 点( d i ) 8 2 v d c 防爆型模块，1 2 块3 2 点开关量输出( d o ) 模块，4 块8 点模拟量输 入( a i ) 模块，3 块8 点模拟量输出a o 模块，1 块m o d b u s 通讯模块，5 套冗余接口模块( 5 层输入输出机架) ；原系统的所有硬操功能均保留，并在油处理程控改造系统上增加相应的软 操功能；原s 5 系统的开关量输入输出已做了相应的继电器隔离，因此新系统不需要再配输入 输出隔离继电器，节省了备品备件费用；现场所有的驱动d c 2 4 v 电源仍由原有的d c 2 4 v 电源 提供，油处理改造程控柜自己提供模块所需的d c 2 4 v 电源；油处理程控主控室设两台 1 0 0 0 x g o o x 7 2 0 m m 钢结构操作台，操作台面为木制台面；增加一路2 2 0 v a c 电源作为程控柜u p s 电源的来源，实现双回路冗余对p l c 供电；在油处理操作台增装软、硬手操切换开关，为运 行提供两种操作方式；改造后的p l c 系统2 4 v d c 与原系统2 4 v d c 的地端( m 端) 需保证同地 浙江大学硕士学位论文油处理系统改造及控制设计 2 油处理系统改造及控制设计 2 1 概述 镇海燃机油处理控制系统由原s i e m e n sp l c - s 5 升级为s i e m e n sp l c - s 7 系统，系统由原 $ 5 - 13 5 u 单c p u ( 中央处理器) 升级改造为$ 7 - 4 0 0 h ( 冗余) 系统，此次升级改造提高了系统 稳定性、可靠性、操作友好性、维护方便性。升级改造系统增加了基于w l n c cv 6 2 平台的操 作员站，使运行操作、系统维护均可在操作员站上完成。取消原油处理模拟量单回路调节器， 将单回路调节器的功能均在$ 7 - 4 0 0 h 系统内实现。油处理改造升级后提供了二种运行操作模 式，油处理运行操作在保留原运行操作模式( 原操作盘手动开关操作) 的同时，还为运行人 员提供了操作员站操作模式。油处理控制系统共设二台操作员站，其中一台兼作工程师站， 任一台操作员站均可实现油处理运行的操作和监视。 2 2 系统的运行 将计算机、显示器的电源接好，键盘线、鼠标线、网络线接好，检查确认无误，开显示 器电源，观察显示器电源的电源信号为绿灯并闪烁，开主机电源，机箱上电源灯亮并闪烁， 计算机检测完硬件后开始启动操作系统w i n d o w sx p ，操作系统w i n d o w sx p 启动完毕，鼠标双 击桌面s i m a t i cw i n c ce x p l o r e r ，此时计算机会启动w l n c c 应用程序，等待计算机将控制系 统的应用程序完全启动后进入运行操作画面再进行操作。 2 3 新系统的监控设计 油处理控制系统共设计了1 4 幅监控画面。 2 3 1l i n e l 、l i n e 2 混合分离模块选择该模块画面后，可进行混合器、分离器等设备的自 动、手动选择，油处理出口三通阀可进行重油油处理的“处理”和“未处理”选择，及油处 理自动排渣时间设定与剩余排渣时间显示( 系统预设排渣时间为3 0 m i n ) ，运行人员可根据油 处理工况进行排渣时间设定调整，调整范围为6 0 m i n 内，或进行不定期的手动排渣( 选择手 动排渣按钮) 。当选择设备为自动或手动时，画面将以文本的形式提示该设备所处状态，如m ( 手动) 、a ( 自动) 。同时，混合分离模块还可监视混合器入口重油流量，重油压力等参数 注意：当油处理自动启动前，需将油处理出口三通阎的选择置“未处理”状态，否则将不予 油处理自动启动。模块画面右下脚的“报警复归”功能与原控制盘的“报警复归 按钮功能 相同。如图2 1 新江大学顾i ：学位论文 * 理系统改造& 控制设计 落立淘 群： 生水o _ f 舔 ，lr 十一_ l j ! 一 图2l 混合舟高模块 2 3 2 重油传输模块重油传输横块画面可进行重油传输泵预选、自动、手动选择，以及日用 重油罐的液位、容积、温度含水量等参数的监祝。如图22 二= 二- 一回 熏油辅进檀块 圈2 2 童油传输模块 9 浙旺 学赣学位论文 妊目表境改造厦控制设计 23 3 破乳荆模块破乳荆模块画面可进行破乳荆泵预选、自动、手动选择，以及破乳剂流量 自动调节操作面板控制、破乳剂罐的液位报警等参数的监视。如田2 3 ，当破乳剂泵故障状态 时电机显示黄色，运行时电机颜色显示为红色，阀门开状态颜色显示红色，其他电机状态 阀门状态显示同理。 厂_ = = = i 一囤 - - i 二_ i 晶i _ 订i 二i 丌赢1 ；i i i f i r 鬲卅i 哪i 一百网 圉23 破乳荆模块 2 3 4 辅助加热模块辅助加热模块画面可进行重油辅助加热温度自动调节面扳设置、重油辅 助加热湿度监视，一般设定为l0 0 c 如图2 4 淅江大学硕学位论文 油处理系统改遗厦控制设计 苣篓登匦壶羔妄三蓦丢兰j 习* * 一”“m t 辅助蚺址 “ ic “一。 。4 ” “”j 圉24 辅助加热模块 2 3 5 清洗水模块清洗水模块可进行清洗水泵自动预选、手动、自动选择操作，以及清洗水 温度自动调节参数设置、监视等如图25 医翮啦# f j ”m * m m h * w l m ， 厂可jf - 二- t i - 二t 二二可磊i 一一- r i - 卜二i l i i - i t 而 田25 清洗水模块 一 ，一 溢盎 ；凸 浙江丈学碗学位论文 油* 目系统改造煦控制最计 2 36 空压机模块空压机模块可进行空压机的自动预选手动，自动选择，显示空压罐的压 力报警信号等。如图26 一 匕! 芝她7 1 4 t * l 钝 窑压帆檀块 f1 4o 自“t、7 t ，n ，”1 4 i n tj ”“= z 一 囤26 空压机模块 23 7 废油水模块废油水模块监控废油水处理的废水分离器、废水泵、残渣分离器残渣泵 污油泵、回收油泵、絮凝剂泵、中和剂泵的自动、手动选择、预选、运行状态、故障状态， 废水分离器自动排癌计时设定和显示，废水分离器手动排渣，废水分高器出入口三通闻状态 监控，废水池、残渣池液位高低报警等。图2 7 为监控化学剂水侧加药泵处于停止状态对话 窗提示示意图 n u n u 熏一 船 僦 蜃圃蜃 晰讧大学碰士学位论文油垃目系统改遗及挣翻磴* 崖选塞耋墓星主主三旦m * 一生兰 磨油水处理拦块 田27 废油水模块 2 38 油输送模块油输送模块为油处理运行人员提供了# 1 # 2 净化重油罐、轻油罐的油 罐含油容积油位油罐温度、油罐含水量运行参数；运行人员还可进行监控# 7 、# 8 机的 轻、重油前置油泵，至燃机三通闻的状态、# 7 、# 8 抑钒制泵的自动预选、自动、手动选择， 抑钒荆流量调节控制参数设置等。 淅江大学顾十学位论文油处4 系统改造爰控制设计 五= = = = = _ 也! 划! ! “雉_ 旦竺竺 - 一一”一h - 一i _ 田2 8 油精送模蟪 2 3 9 设备管理器油处理拉制系统的启动、停运前后的设备预选状态监视，油处理、废油水 自动启动，停运的操作界面红色表示当前设备选中状态，灰色为耒选择状态。如图29 4 r t 苣墨墨e 兰至! 三三三三墨三三三王翌“”理k 削m 。i 口* 骨w b ”洲*d * oh ，o h d 0 ” * # - c = b * - 口 o 川 口oo 川m t oo 。9 ee 1 m 1 口 oo ”。”一 oe n ：j 口o 州1 * 口f o 一”“。oo 。一i ，_ oo ，1 “ oo _ “。1 一 oo ” e1 ao口 4 一q t _ ：h a = ：t 。目 ：“ ， o ” - h o d 一 圈29 设备管理嚣 萱盆j一 卧一。习斟秽： 蓊| 8 | 零一ok卜；k虹y 一哿啦一密零 等墅。印毋尊 上 蔓 。一 一 _ 键 一 氍 一 尊一蒋一商一蒋一 金鲁r 浙大学碗学位论文 油处理系统改造盐控制设计 2 310 油罐区模块油罐区模块为4 个油罐的相关参数汇总模块，各油罐液位为动态百分比填 充，如图2 1 0 ，m 世理控制系统 油罐区 画宙宙 皿i 皿：* t f 州i i 自j d _ ” ；i 刚f 智el f h 9 f 囤2 l o 油罐区模块 23 1 1 历史趋势油处理控制系统的趋势为运行、维护、管理人员进行油处理系统运行工况 经济性故障原因分析的辅助工具，主要提供四个油罐油位、油温、含水量趋势显示，以及 各模拟量自动调节的调节品质历史趋势分析。如图2 1 1 浙江大学顿学位论文 油处g 系统改造艟控制设计 处理控制系统 垣汕温度【h * 趋辨 三1 三丑互上：_ 二：匕= = | = ：l ! = l 到：b ：l 兰l 三i 兰_ 圉2 1 l 历史趋势 2 3 12 报警记录报警记录在每一模块均提供当前报警，啦及报警记录汇总总表。红色表示 报警到达，黑色表示报警已确认报警记录可以选择长期归档、短期归档、单条确认、所有 确认，报警打印等功能，如选择长期归档进行早期报警记录查询。当系统发出报誓信息和报 警声响时，运行人员可进行单条或所有报警信息确认直到报警声响消音，如图21 2 浙江 学颂b 学位论文油处理秉统改造厦控制设计 邕蹇美燮薹篓矍塾兰竺竺 一三也= l ：l ：匕：型：哑：【：匕二l ：l 竺_ _ l = i ：至团 田212 报警记录 2 3 13 模拟量调节模块取消了原来的a b b 的单回路调节器，将输入输出信号纳入s 7 4 0 0 并 用f b 4 1 功能块进行组态。模拟量调节模块为油处理控制系统的模拟量调节的汇总，操作面板 共有：重油压力控制，清洗水温度控制破乳剂流量控制、重油辅助加热控制，# 7 、# 8 抻 钒剂流量控制对于任一个操作面板( 见图2 13 ) ，有两条棒状显示，其高度动态表示对应设 备的s p ( 设定值) 和p v ( 过程变量) 过程信号，面板的右侧有三个i 0 域分别表示被测量、 设定值，输出值。其中设定值可以用键盘手动输入( 见图2 13 的清洗水温度控制的s p 设定) ， 输出值在设备手动的方式下可以用键盘输入数值在三个i o 域左侧是表示该i o 域的意义， 其中s p 和o p 可以用鼠标操作，用鼠标点击s p ，则s p 的底色变红，用鼠标点击o p ，0 p 的底 色变红，表日月此时s p 或o p 可以用面板下方的按钮实现增减操作。面板的下方是五个按钮， 中间的一个为手自动操作按钮，当手操为手动或强制手动时( 如田2 13 的重油压力控制) ， 油处理控制系统无法对设备进行自动调节，仅可进行手动调节( 通过o p ) 输出百分比；调节 器自动、手动条件由油处理控制系统组态程序实现投入自动和切手动( 强制切手动除外) ，自 浙江大学颈学位论文 * 系统改进厦控制设计 动( 按钮变为绿色，显示“a ) 或是切到手动( 按钮变为红色“妒) 如重油压力控制，当s p 的底色为红色，表明s p 值可以进行增减操作，此时点击快增按钮，每按一下，则s p 值增加l ； 点击快减按钮，每按一下，s p 值减少1 ；点击慢增按钮，每按一下，s p 值增加01 ：点击慢 减按钮，每按一下，s p 值减步0 1 设备在手动( a m 按钮为红色且显示“r ) ，当o p 的底色 为红色，表明0 p 值可操，操作同s p 值的操作。 7 一) ，：， e 翟曰翟焉露r ；= 三恶i ；= = 圈。 ”- v 【f 1 ， 卜_ 卜i i - ： ：啊 一_ _ _ _ _ 翻一一 卜圈 _ _ ：i | | 二：啊、 叫一! _ 一一i _ _ t 一 _ = ：_ 一 一一圈 一_ 一啊、 _ _ _ _ _ 图213 模掇量调节模块 当强制切手动后，画面将显示“已强制切手动”，直到再次点击“m a ”按钮，画面。x xx 已强制切手动”自动消失后，控制面板才具备投入自动的条件因此，如进行强制切手 动，运行人员需及时取消强制切手动。 2 31 4 退出系统“退出运行”按钰主要是面向系统维护工作使用，该工作权限未对运行人 员开放，如图2 1 4 所示。只有维护人员通过f l l 功能健，输入正确的维护用户名和密码，“退 出运行”按钮才可以被激活，根据维护内容进行选择相应的退出选项 = = _ 。 一 l 浙江大学硕上学位论文油处理系统改造及控制设计 i 竺! i 兰：i 竺! 竺i 竺i 竺。i 竺竺翌i 竺苎竺i ! 竺竺j 鬯j 竺型! ! 竺! ! i 竺竺】竺竺j 鬯地翌】也到 - _ - - _ - - - - - j l - - - - _ _ _ - - d l - - j l _ j l - _ _ - j l _ - - - - - - j l - - - - - - - - - l - - l _ - i l _ 。 _ - - _ _ _ _ _ i j i 一l - - - - - - - 一 图2 1 4 退出系统 2 4 新系统的启动、停运控制逻辑设计 2 4 1 油处理系统启动允许设计 1 ) 油处理m c c 电源已送上，单相电压正常；所有控制屏( f i e l d1 1 0 ，油处理u p s 进线电源 2 ) 3 ) 4 ) 5 ) 6 ) 正常，u p s 电源正常，s 7 控制柜电源2 4 v d c 正常) 内各设备的动力及控制电源已投入，包 括2 2 0 v 控制电源及2 4 v 直流电源； 按下“l a m pt e s t ”按钮，确认状态和报警指示灯指示正常，若有故障应先处理； 油处理系统模拟屏及报警指示无影响启动的信号存在，若有报警存在应查明原因并处理； 油处理系统上位机监控软件及报警指示无影响启动的信号存在，若有报警存在应查明原因 并处理； 油处理系统模拟屏p a n e l o p 选择开关位置应处于控制所需的模式； 按“r e s e t ”或上位机监控软件的“报警复归”按钮，复位所有报警条件。 1 9 浙江大学硕士学位论文 油处理系统改造及控制设计 2 4 2 油处理启动顺控设计 1 ) 选择模拟屏p a n e l o p 选择开关位置，如选择“p a n e l ”，油处理操作均在模拟屏硬开关上 进行；如选择“0 p ”，油处理操作均在油处